Automatiseerimine

Automatiseerimine on protsess, mille käigus luuakse ja rakendatakse tehnoloogiaid, mis võimaldavad tooteid ja teenuseid luua ning neid edastada vähese või olematu inimsekkumisega. Teadaolevalt on varaseim kirjalikes allikates mainitud automatiseerimise näide 1620. aastal Hollandi leiutaja Cornelis Drebbeli leiutatud kanamunade inkubaator. Drebbel kasutas seal sobiva temperatuuri hoidmiseks enda leiutatud elavhõbeda-termoregulaatorit ehk termostaati. 18. sajandil arenes tootmisautomaatika ja kontrollteooria jõudsalt edasi. 1745. aastal patenteeris Edmund Lee kontrollmehhanismi, mis võimaldas tuuleveskite põhilabasid automaatselt tuulde keerata. Samal aastal leiutas prantslane Jacques de Vaucanson esimesed täielikult automaatsed kangasteljed. Vaucanson kasutas kangastelgede automatiseerimiseks perfokaarte. 1771. aastal leiutas Richard Arkwright automaatse, vee jõul töötava, ketramismasina. 18. sajandi lõpus ja 19. sajandi jooksul toimus oluline areng rasketööstuse automatiseerimises. Paljud tööstusmasinad vajavad vigadeta töötamiseks ühtlast töökiirust, mida varased aurumootorid pakkuda ei suutnud. 1788. aastal võttis Šoti leiutaja James Watt aurumootorite töökiiruse reguleerimiseks kasutusele 17. sajandil leiutatud tsentrifugaalregulaatori. Varased kiirusreguleeritud aurumootorid ei suutnud töökindlalt ühtlast kiirust hoida ning neid sai kasutada vaid olukorras, kus ühtlane kiirus polnud eriti oluline. Täiustatud kiirusregulaator ja muu areng muutsid aurumootori peaaegu kõigis tööstusharudes kasutuskõlblikuks juba enne 19. sajandi lõppu. Esimene teadaolev teaduslik analüüs kontrollteooria ja automatiseerimise kohta pärineb James Clerk Maxwelli sulest. Maxwell analüüsis oma teadustöös kiirusregulaatorite matemaatilist alust ning kirjeldas, kuidas matemaatiliselt näidata regulaatorite parameetreid. 20. sajandi alguse tehastes hakati koos elektriseerimisega kasutama releeloogikat ning tehaseseadmete juhtimine kontsentreerus juhtimisruumidesse. Töö juhtimisruumides oli suuresti manuaalne, kuna madala tööpinge ja -vooluga mõõteseadmete abil on keeruline otse juhtida võimsamate tööstusseadmete tööd. Tolleaegsed juhtimissüsteemid olid enamasti mittelineaarse (kinni-lahti) tööpõhimõttega. Madala pinge ja voolu juures toimivate mõõteseadmete väljundit peab kõrgema pinge ja vooludega tööstusseadmete juhtimiseks võimendama. Varased võimendid ei olnud selleks sobivad, kuna nende väljund oli moonutatud ja mürane. 1927. aastal leiutas Harold Stephen Black negatiivse tagasisidega elektroonilise võimendi. Selle võimendi kasutegur, võimendustegur ja signaali-müra suhe olid kõrgemad kui varasematel võimenditel. 1930. aastal leiutas Clesson E. Mason sarnasel põhimõttel toimiva lineaarse negatiivse tagasisidega pneumaatilise võimendi. Nende võimenditega tekkis võimalus võimsamaid seadmeid otse mõõteseadmete väljundiga juhtida, vähendades vajadust inimjuhtide järele. Lineaarne tagasiside võimaldas seadmeid juhtida täpsemalt ja sujuvamalt kui varasemate mittelineaarsete kontrolleritega. 1930. ja 1940. aastatel arenes automaatika jõudsalt tänu sõjatööstusele. Eriti suurt rõhku pandi sel ajal lennukite ja laevade autopilootide ja tulejuhtimissüsteemide arendusse. Sõjaliste tellimuste täitmiseks uuendati ka tehaste sisseseadet. 1950. aastatel hakati varasemat releeloogikal põhinevat automaatikat asendama digitaalsete lahendustega. Digitaalse automaatika areng hoogustus 1970. aastatel integraallülituste odavnemisega. Samal ajal hakkas levima tööstusrobotite kasutamine. 21. sajandil on automatiseerimise arengule kaasa aidanud masinõppimine ja tehisintellekt. Need aitavad toota autonoomsemaid automatiseerimislahendusi, mis on võimelised ka oma vigu parandama ja oma tööd optimeerima. T. B. Sheridan ja W. Verplanck jagavad üldotstarbelise automatiseerimise kümneks tasandiks, mis kajastavad arvuti ja inimjuhi rolli otsustamisprotsessis. Automatiseerimise rakenduste kaupa kategoriseeritakse automatiseerimise ulatust siiski ka teisiti. Tööstuses automatiseeritakse enamasti ülesanded, mis vajavad suurt täpsust, korduvaid ühesuguseid liigutusi või on inimjuhile ohtlikud. Automatiseerimise eesmärk on tagada kõrgem kvaliteet, suurem tootlikkus ja väiksemad tööjõukulud. Enne 20. sajandit toimus suurem automatiseerimisalane areng kergetööstuses. 20. sajandil keskendus tööstuse automatiseerimine pigem rasketööstusele. Teise maailmasõja ajal automatiseeriti sõdivates riikides tankide, lennukite, kaubalaevade ja käsirelvastuse tootmist. Esimesed tööstusrobotid võeti kasutusele autotööstuses. Põllumajanduses kasutatakse automaatikat nii looma- kui ka taimekasvatuses. Loomakasvatuses kasutatakse näiteks automaatseid söödasüsteeme ja lüpsiroboteid peamiselt selleks, et vähendada tööjõukulusid ja suurendada tootlikkust. Lüpsirobotid suudavad hinnata ka lüpstud piima kvaliteeti, teavitades lüpsioperaatorit/lüpsjat võimalikest haigustest. Standarditele mitte vastava piima eraldi jätmine võimaldab kvaliteetsemat piima müüa kõrgema turuhinnaga. Taimekasvatuses kasutatakse näiteks automatiseeritud kastmissüsteeme ja autonoomseid põllundusmasinaid. Automatiseeritud traktorite kasutamisel tekkivad ohutusprobleemid sarnanevad isesõitvate autode omadega, kuid piiratud ligipääsuga põllumaadel ei pea ohutust tagavad süsteemid olema sama töökindlad ja detailsed nagu liikluses, kus ootamatute olukordade teke on tõenäolisem. Automatiseeritud kastmine, väetamine ja kasvuhoonete automaatne juhtimine vähendavad üle- ja alakastmisega seotud probleeme ning suurendavad tootlikkust. Automaatsed kastmis- ja väetamissüsteemid võtavad arvesse mulla niiskust ja keemilist koostist, vähendades ka veekulu ja kulutusi väetistele. Kasvuhoonete juhtimissüsteemid hindavad kasvuhoonete temperatuuri, valgushulka, hapniku ja süsihappegaasi sisaldust ja muid olulisi tegureid, et tagada kasvatatavatele taimedele parim võimalik kasvukeskkond. Koduautomaatika on üldnimetus kodus kasutatavate automaatjuhitavate seadmete kohta. Koduautomaatika eesmärk on tagada koduomanikule suurem mugavus, väiksem ajakulu ja kokkuhoid kommunaalkuludelt. Nutikodu lahendused võimaldavad muuhulgas juhtida kütte- ja ventilatsioonisüsteeme, valgustust, turvasüsteeme, multimeediaseadmeid ja vanurite ja puudega inimeste abistamiseks mõeldud seadmeid. See liiklusautomaatika varasem haru on olnud seotud liikluse korraldamise automatiseerimisega. Peamiselt seisneb see valgusfooride automaatses juhtimises sõltuvalt reaalsetest liiklusvoogudest ja/või teadaolevatest andmetest liikluse intensiivsuse ja muude parameetrite kohta (statistilistest andmetest liikluse kohta). Selle liikluse automatiseerimise suuna edasiseks arenduseks võiks olla süsteemis oleva informatsiooni edastamine liiklusvahenditele ja vastupidi. Seda saaks kasutada, näiteks, ühistranspordi jaoks eeliste loomisel, aga ka liiklusummikute ärahoidmiseks.. Isesõitva auto praktiliseks kasutamiseks sobiva lahenduse idee pärineb arvatavasti 1950. aastatest ja USAst. Seal mõeldi pikkade distantside läbimisel kiirteedel autod teepinnasse paigaldatud juhtlati abil isesõitvateks teha. Eeskujuks oli selle juures lennukite juures juba laialdaselt kasutusel olnud autopiloot. Pikka aega katsetustest kaugemale ei jõutud. Põhjuseks oli sobivate tehniliste vahendite puudumine (näiteks kaugusemõõtja) ja loogilise juhtimisautomaadi keerukus. Autonoomsete ehk isesõitvate autode eesmärk on muuta auto kasutamist mugavamaks ja liiklust ohutumaks. Autojuhtide tähelepanu hajumine ja valed otsused on üle 90% liiklusõnnetuste põhjuseks. Täisautonoomsete sõidukite tähelepanu ei haju ja need suudavad olukordadele kiiremini reageerida ja kriitilises olukorras läbi analüüsida suurema hulga võimalikke tegevusi. Täisautonoomsete autode kasutamisega saab vähendada liiklusõnnetuste hulka, liiklusummikute teket ja kasvuhoonegaaside kogust. Kuigi autonoomsete sõidukitega on liiklusriske vähem, toimus 2016. aasta juunis esimene hukkunuga liiklusõnnetus, milles osales autonoomses režiimis sõitev Tesla Model S. Lennunduses kasutatakse mitmeid automatiseeritud abivahendeid. 1912. aastal leiutatud autopiloot aitab lennumasina trajektoori automaatselt korrigeerides vähendada pilootide töökoormust. Mõned tänapäevased autopiloodid suudavad automatiseerida peaaegu kõik lennuetapid, välja arvatud lennujaamas manööverdamise. Lisaks autopiloodile kasutatakse automaatikat ka tsiviillennukite ohutussüsteemides. Laialdane automatiseerimine on oluliselt vähendanud lennuõnnetuste osakaalu. Tootmise automatiseerimine Mehhaniseerimine Robot Avioonika Isesõitvate autode ajalugu "What is Automation?- ISA", Isa.org, 2016. (Kasutatud 25.10.2016). G. Tierie, Cornelis Drebbel (1572–1633). Amsterdam: Paris, 1932. S. Bennett, "A brief history of automatic control", IEEE Control Systems Magazine, vol. 16, no. 3, pp. 17–25, 1996. "Energy conversion | technology", Encyclopedia Britannica, 2016. (Kasutatud 28.10.2016). "Jacques de Vaucanson, French inventor", Encyclopedia Britannica, 2016. (Kasutatud 28.10.2016). T. Liu, The weaver's knot. Ithaca, N.Y.: Cornell University Press, 1994, pp. 89–92. S. Bennett, A history of control engineering, 1800–1930, 2. väljalase London: Peregrinus on behalf of the Institution of Electrical Engineers, 1979. S. Bennett, A history of control engineering, 1930–1955. Stevenage, Herts., U.K.: P. Peregrinus on behalf of the Institution of Electrical Engineers, London, 1993. A. Field, A great leap forward. New Haven: Yale University Press, 2011. ISBN 978-0-300-15109-1. History of Industrial Robots, 1st ed. International Federation of Robotics, 2012. (Kasutatud 25.10.2016) T. Sheridan and W. Verplank, Human and computer control of undersea teleoperators. Cambridge, Mass.: Massachusetts Institute of Technology, Man-Machine Systems Laboratory, 1978. "What is Industrial Automation. Types of Industrial Automation – Electrical Technology", Electrical Technology, 2016.(Kasutatud 28.10.2016). "History of Automated Assembly", Brighthub Engineering. (Kasutatud 31.10.2016). Lely Vector automaatne söödasüsteem. Lely Group. AMS Guidelines 2010. DeLaval, 2010. B. Blackmore, H. Griepentrog, H. Nielsen, M. Nørremark ja J. Resting-Jeppesen, "Development of a deterministic autonomous tractor", Proceedings CIGR, vol. 11, 2004. Y. Edan, S. Han and N. Kondo, "Automation in agriculture", in Springer handbook of automation, Berliin: Springer, 2016, pp. 1095–1128. "What is home automation and how does it work? Safewise.com (Kasutatud 30.10.2016). "Smart Homes or Smart Home or Home Automation CCTV Institute", CCTV & Surveillance Systems. (Kasutatud 30.10.2016) M. Azmat and C. Schuhmayer, "Self Driving Cars", in Innovation Platform – e-Mobility (Kasutatud 30.10.2016) R. Hudda, C. Kelly, G. Long, J. Luo, A. Pandit, D. Phillips, L. Sheet and I. Sidhu, "Self Driving Cars", Fung Technical Report, 2013. "A Tragic Loss", Tesla.com, 2016. (Kasutatud 30.10.2016). I. Moir, A. Seabridge and M. Jukes, Civil avionic systems. Chichester, West Sussex: Wiley, 2013.