Integrovaná nevýrobní automatizace

Integrovaná nevýrobní automatizace

V období od začátku padesátých let minulého století do roku 1989 byl vedoucími představiteli minulého režimu v našem státě kladen v oblasti automatizace velký důraz na automatizaci výroby. Základní důvody byly dva:

• preferování tvorby výrobních prostředků před produkcí spotřebních statků poplatné tehdejší politické ekonomii,

• začlenění automatizace mezi nástroje zvyšování produktivity práce s cílem dosáhnout takové její úrovně, která by „v komunismu umožnila rozdělovat výrobky občanům podle jejich potřeb“.

V důsledku tohoto pojetí úlohy automatizace se kladl důraz především na automatizaci v energetice, na automatizaci výrobních strojů a linek, procesů v těžkém strojírenství, výroby v chemickém průmyslu a na využití automatizace v zemědělské výrobě. Propagována a zčásti i realizována pochopitelně byla i automatizace ostatních procesů a výrobků. Ta však byla při rozdělování plánovaných finančních prostředků a dalších zdrojů (např. výzkumných a vývojových kapacit) často odsouvána za prioritní automatizaci zejména výrobních investičních celků v různých odvětví ekonomiky. Tomuto přístupu se logicky podřizovala i výuka automatizace na technických školách.

V tržní ekonomice je hnacím motorem podnikatelů v průmyslu i mimo něj snaha vybudovat takovou firmu, která by byla dostatečně konkurenceschopná a na trhu dosahovala co největšího zisku po co možná nejdelší dobu. Zisk lze realizovat prodejem různých výrobků a služeb. Na mnoha příkladech lze přitom ukázat, že tradiční podniky těžkého průmyslu (hutě, válcovny, slévárny, koksovny, doly, výroba obráběcích strojů apod.) dosahují zisků poměrně velmi obtížně na rozdíl od firem automobilového a elektrotechnického průmyslu (např. výroba spotřební elektroniky) nebo firem poskytujících služby (poradenské firmy, provozovatelé internetových portálů apod.). Nepřekvapuje proto, že řada firem využívá automatizaci v nevýrobních oblastech, v nichž podniká – ať už  jsou to automaty na prodej nápojů a drobných balení poživatin, bankovní automaty na výdej peněz nebo zabezpečovací systémy apod. (obr. 1, obr. 2). Velký tlak je vyvíjen na optimalizaci řízení energetických soustav s cílem dosahovat co nejnižších nákladů na všechny druhy energií. V neposlední řadě je jako významný zdroj poptávky po automatizaci třeba připomenout také požadavky na automatické monitorování životního prostředí atd.

Firmy tudíž v současné době přicházejí s požadavky na komplexní automatizaci i v jiných oblastech než jen v samotné výrobě. Lze hovořit o integrované nevýrobní (neprůmyslové) automatizaci, tvořící paralelní větev k integrované průmyslové automatizaci, jež je známa z komplexně automatizovaných výrobních závodů současnosti. Integrovaná nevýrobní automatizace tak představuje tu oblast automatizace, která se zabývá automatizací nevýrobních procesů a automatizací činnosti nevýrobních soustav.

Objektivní potřeba integrované nevýrobní automatizace vyplývá ze dvou základních skutečností.

První je potřeba rovnoměrného vývoje všech oblastí automatizace. Není dosti dobře možné, aby se určitá oblast automatizace vyvíjela velmi progresivně a druhá významně zaostávala. Například inteligentní robotické systémy nemohou mít špičkové inteligentní řídicí systémy a současně zastaralé pohony anebo senzory. Nebo programovatelné automaty nemohou dobře využívat až 32bitové velmi rychlé A/D převodníky při málo citlivých snímačích a pomalých procesorových jednotkách s malou operační pamětí. Složité automatizované třískové obráběcí stroje CNC se neobejdou bez automatického měření a vyspělé automatické diagnostiky atd. Rozvoj automatizace výroby musí být doprovázen vývojem nevýrobní automatizace. Například i v kybernetické výrobní firmě budoucnosti bude nutné umět se vypořádat s jejím zabezpečením proti páchání trestné činnosti (krádeže zařízení, surovin apod.) i teroristickým útokům. V tomto směru navazuje oblast integrované nevýrobní automatizace na takové koncepty, jakými jsou např. Total Integrated Automation firmy Siemens nebo Transparent Automation Factory firmy Schneider Electric.

Druhou skutečností je již zmíněná stávající a mohutnějící společenská objednávka v oblasti nevýrobní automatizace. Světový trh je např. překvapen poptávkou po „kybernetických psech“ Aibo, které s velkým úspěchem prodává firma Sony. V ČR je to zase poptávka po automatických zabezpečovacích systémech, které představují nejdynamičtěji rostoucí segment trhu s automatizací u nás v průběhu uplynulých asi deseti let. Dále např. počet prodaných nových automobilů, jež jsou vybaveny složitou a rozsáhlou automatizační technikou, bude v nejbližších letech klást velké požadavky na servisní služby v oblasti diagnostiky a údržby použitých mikroelektronických automatizačních prvků. Proto současná nevýrobní automatizace má i pro naši tržní ekonomiku velký význam a odborníci v oblasti automatizace jí musí věnovat patřičnou pozornost.

Zavedení pojmu integrovaná nevýrobní automatizace neznamená oddělení tohoto okruhu problémů od dosud převažující automatizace výroby. V principiálním a komplexním pojetí se stále jedná o automatické řízení. Vydělení integrované nevýrobní automatizace má jen umožnit taxonomické dělení oblasti jako dílčího celku, které dovoluje lépe se koncentrovat na určité aspekty návrhu a realizace automatizace v nevýrobních oblastech tak, aby se v automatizačních projektech dosáhlo maximálních přínosů a efektů. Potřeba jemnějšího rozdělení oboru automatizace vyplynula z výsledků prací realizovaných v rámci výzkumného záměru zabývajícího se výrobní automatizací, který je řešen na VUT v Brně ve spolupráci Fakulty strojního inženýrství (nositelem je ústav automatizace a informatiky – ÚAI) a Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií (ústav automatizační a měřicí techniky – ÚAMT).

Posuny ve využívání a koncepci automatizace musí odrážet i současná výuka automatizace na našich vysokých školách.

Na ÚAI je proto zaveden předmět integrovaná nevýrobní automatizace, zařazený do druhého stupně inženýrského studia oboru inženýrská informatika a automatizace. Jeho výuka navazuje na předměty seznamující studenty s teorií automatického řízení, prostředky automatického řízení, s navrhováním řídicích systémů a s vybranými prostředky řídicí techniky (např. programovatelnými automaty).

Náplň předmětu integrovaná nevýrobní automatizace zahrnuje:

• vymezení pojmu a oblastí integrované automatizace,
• charakteristiku významných oblastí, ve kterých se integrovaná nevýrobní automatizace využívá,
• popis vybraných technických prostředků integrované nevýrobní automatizace,
• informaci o některých typických řešeních nabízených na trhu.

Výklad problematiky integrované nevýrobní automatizace je doplněn vysvětlením významu systémového přístupu k automatizaci, zároveň využitého ke zdůraznění důležitých aspektů integrované nevýrobní automatizace, jako jsou např.:

• bezpečnost automatizace,
• ekonomické přínosy automatizace,
• sociální dopady automatizace,
• řízení automatizačních projektů,
• jakost návrhu automatizačních projektů podle norem ISO 9000:2000,
• integrace systémů při dodávkách automatizace,

často představujících klíčový faktor úspěchu automatizačního projektu v současných podmínkách tržní ekonomiky.

Mezi typickými produkty a projekty oblasti integrované nevýrobní automatizace, se kterými se posluchači seznámí v průběhu studia, jsou z technických prostředků např. snímače čárového kódu a magnetických a čipových karet, prostorová čidla, kamerové systémy, prostředky pro identifikaci osob nebo vozidel, pohony pro radiátorové ventily, turnikety atd. Dále se posluchači seznámí s vybranými komunikačními prostředky, např. EIB, LON a CAN, a oblastmi jejich použití. Podstatná část kursu se zabývá systémy řízení technických zařízení budov, tj. topení, klimatizace, ostrahy prostoru atd. Pozornost je věnována i dalším oblastem integrované nevýrobní automatizace, např. vybavení automobilů, sítím veřejných automatů, automatizaci v domácnostech aj. V závěru kursu se posluchači seznámí s vybranými konkrétními systémy významných tuzemských i zahraničních výrobců, s metodikou návrhu systémů integrované neprůmyslové automatizace a řízení projektů v tomto oboru.

Pro výuku jsou využívány učební texty připravené pracovníky ústavu v elektronické podobě a dále, jako doporučená literatura, publikace [1] a [2].

Výuka předmětu byla zavedena ve spolupráci s firmami, které v oblasti nevýrobní automatizace realizují dodávky svých systémů. Do budoucna je plánována spolupráce s dalšími výrobci automatizačních prostředků a systémů v oblasti technických zařízení budov, lékařské a zdravotnické techniky, automobilového vybavení, automatizovaných domácích spotřebičů apod.

Vyučující se snaží demonstrovat studentům přednášenou látku na konkrétních příkladech z praxe. K tomu je využívána forma studijních exkurzí např. do areálů Moravské zemské knihovny, administrativní budovy M-paláce, Janáčkova divadla apod., kde se studenti mohou seznámit s různými automatizačními prostředky použitými pro zajištění provozu vlastní budovy (vytápění, řízení výtahů, větrání, požární signalizace) i chodu jednotlivých specifických zařízení a procesů (dálkové ovládání osvětlování jeviště, automatická identifikace publikací, automatická ochrana před vynášením vypůjčených publikací atd.).

V návaznosti na předmět inženýrská nevýrobní automatizace jsou zadávána také témata závěrečných diplomových prací inženýrského a závěrečných prací bakalářského studia – viz např. [4] až [7]. Do dané oblasti spadá např. i téma doktorské práce [3] věnované problematice monitorování a vizualizace automatické regulace vytápění areálu Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně-Králově Poli.

Automatizované systémy v dané oblasti v praxi realizují i pracovníci odboru automatizace ÚAI. Jako příklad lze uvést návrh a realizaci automatického signalizačního zařízení v Domě důchodců města Boskovic, které monitoruje výskyt kritických situací jeho jednotlivých obyvatelů.

Analýza situace v oboru automatického řízení prováděná v rámci výzkumného záměru Automatizace technologií a výrobních procesů ukázala, že automatizace dnes široce zasahuje všechny oblasti naší společnosti (nejen výrobu), i když důsledky tohoto pronikání mnohdy nejsou explicitně zdůrazňovány a viditelně pozorovatelné. Zavedením výuky předmětu integrovaná nevýrobní automatizace chce ÚAI vyjít vstříc současným požadavkům firem a zvětšit šance svých absolventů na uplatnění se v praxi. V posledních letech nachází stále více absolventů zaměstnání ve firmách, v jejichž sortimentu automatizačních projektů převažuje téma nevýrobní automatizace.

Vedení ÚAI uvítá nabídky spolupráce od všech firem, které by se rozhodly výuku podpořit dodáním či zapůjčením automatizačních prostředků nebo podkladových materiálů podporujících výuku nově zavedeného předmětu, ať již v rámci přednášek nebo laboratorních cvičení. Rovněž je vítána spolupráce v oblasti závěrečných diplomních a bakalářských prací.

Příspěvek byl zpracován v návaznosti na výzkumný záměr MŠMT J22/98:26000013 Automatizace technologií a výrobních procesů.

doc. Ing. Branislav Lacko, CSc.,
garant předmětu integrovaná nevýrobní automatizace,
ústav automatizace a informatiky,
Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně
(lacko@uai.fme.vutbr.cz)