Tootmise automatiseerimine

Tootmise automatiseerimine Süsteemi mõiste

Süsteemi defineerimise aluseks on filosoofiline mõistepaarosa ja tervik • Tervikon filosoofiline mõiste, millega tähistatakse ühte omavahel seotud osade komplekti • Sõna tervik kasutamine tekstis tähendab, et see koosneb osadest, mis on omavahel seotud kokkulepitud tähenduse (skeemi, reeglite, protsesside, seoste jne ) abil • Näiteks elektripirn on tervik, kui tema koostisosad on omavahel mehhaaniliselt ühendatud ja paiknevad vastavalt koostamisskeemile

Automatiseeritud tervik koosneb kolmest suurest osast : • mõtteline osa, • mudel ja • tegelik automatiseeritav seade

Süsteem • Süsteem on mõiste, konkreetsemalt keele termin, mida inimesed kasutavad mõtlemise käigus vaadeldava (vaatluse all oleva) terviklahenduse tähistamiseks. • Süsteem on vaadeldav tervik • Süsteem võib olla kas mõtteline või tegelik • Kuna inimese mõtlemine on paindlik, siis võib inimene oma peas väga kiiresti piiritleda erinevaid mõttelisi süsteeme

Süsteemi mõiste • Süsteemi mõistet kasutatakse tihti tegeliku maailma nähtuste lihtsustamiseks tasemeni, millest alates suudame seda tervikut ise mõista ja kirjeldada • Kasutades süsteemi mõistet, teeme mõtlemise töö (maailma asjadest) endale jõukohaseks. • Kui loodud lahendus osutub üle jõu käivaks, siis tuleb süsteemi veelgi lihtsustada. • Inimese mõistus pole nii võimas ja kõikehaarav, et ümbritsevast maailmast korraga kõike teada. Teadmistel on piirid

Väide, et sisult tegelik ehk reaalne asi on süsteem, on suur liialdus • sest inimesel ei saa põhimõtteliselt olla sellise mahuga teadmisi • Selleks et mingi tegeliku asja sisust kõike teada, peaksime selle asjaga sisuliselt samastuma • Mida lihtsamaks me süsteemi teeme, seda suurem osa tegelikust maailmast jääb vaatluse alt välja • Süsteemi mõiste piiritleb tegeliku maailma asju hästi, kuid ta ise ei ole kogu tegelikkus

Süsteemieksemplar • Süsteemi mõiste eeldab vaatleja olemasolu, kes piiritleb vaatlusaluse terviku • Igal mõttelisel süsteemieksemplaril (lühidalt süsteemil) on ainukordne nimi • Süsteemieksemplari all mõtleme ühte vaatlusalust tervikut

Taustaks ehk kontekstiks • Taustaks ehk kontekstiks nimetame maailma osa, mis on teadlikult jäetud välja vaadeldavast tervikust ehk süsteemist • Meil võib olla selle tausta kohta kusagil (salvestatud) andmeid • Taustast kopeeritud ja täiendina süsteemi salvestatud andmeid nimetatakse atribuutideks • Meil võib olla peas korraga mitu süsteemi ja lisaks veel nende üldine kontekst ehk taustsüsteem • Paranoia on haiglane seisund kus inimene näeb lisaks tegelikule (olemasolevale) ümbrusele ka veel kujuteldavaid asju. Mitu süsteemi on omavahel segi. • Inimene ei usalda enam oma ümbrust. • Otsib seoseid seal, kus neid tegelikult pole

Süsteemi eri vaated • Tehnilise lahenduse loomise käigus vaatlemiseks esitatud vahetulemus on ühe areneva terviku vaade, • mida võib ainult tinglikult nimetada loodavaks süsteemiks. • Me peame endale andma aru, et see eriline vaade (esitatud vaade) on piiritletud osa tegelikust loodavast tervikust • Samast valmistusseadmest võib teha elektriskeemi ja mehhaaniliste osade koostejoonised • Süsteemi kahte liiki vaateid tehakse tihti isegi erinevate tööriistadega – näiteks erinevate tarkvarapakettidega • sageli on probleemiks vaadete kokkusobitamine üheks tervikuks

Tulemus • Tulemus muutub (iseseisvaks objektiks, süsteemiks) siis, kui ta eraldub • arenduskeskkonnast (teostuskeskkonnast) ja • arendajast (teostajast) • Mõttetöö tulemusena valminud süsteemi nimetatakse mudeliks • Mudeliga võib täiendavalt siduda taustsüsteemist pärit atribuute ja määrata nende väärtusi

Teostuse tulemus sisend Väljund, tulemus Meil on probleem? Teostus, funktsioon võrdlus etalon tagajärg Tegelik (vaadeldav) lähteseis Vaadeldav ala, süsteemi koostise piir

Nähtus • Nähtus on mõiste, millega iseloomustatakse komplekssest ehk keerulisest objektist • avalduvaid omadusi • tulenevaid omadusi • Nähtuste tundmiseks peab neid kirjeldama • Nähtusi nimetatakse füüsiliselt sarnasteks, kui neil on • täielikult või • peaaegu täielikult ühesugune füüsiline päritolu

Nähtus • Ühe füüsilise nähtuse (iseloomulike omaduste) põhjal võib teada saada teiste füüsiliselt sarnaste nähtuste vastavaid omadusi • Seejuures ainukordsete, kuid sarnaste nähtuste omadused erinevad vaid suhteliselt ehk ainult väärtuselt ehk mastaabilt • Mastaabi erinevust hinnatakse lihtsa püsiva väärtusega korrutise teguri abil. Korrutise tegur võib sarnased nähtused väärtuselt võrdsustada • Reaalset nähtust mõõdetakse mitmesuguste (mõõtmise) meetoditega ja nendele vastavate mõõteriistadega

Komplekssed nähtused • Süsteem (vaadeldav tervik) võib sisaldada ühekorraga nii mooduleid, komponente elementekui ka punkte • Komplekssed nähtused võivad avalduda • mitte ainult keerulisest objektist (näiteks moodulitest või komponendist) vaid ka • lihtsamatest süsteemi koostisosadest näiteks elementidest ja punktidest. etalon etalon etalon Funktsiooni ehk teostuse plokk Nähtuse määramise piirkond Nähtuse keerukus

Mõõtmine • Mõõtmisel võrreldakse omavahel sarnaseid nähtusi ja saadakse mõõtetulemuseks sarnaseid nähtusi iseloomustav korrutise tegur (sümbol). • Mõõtmisel on abiks võrreldav sisuline nähtus, mille omadused ei muutu. • Võrreldava nähtuse aluseks on etalon • Muutuvas nähtuses on võimalik piiritleda ja mõõta loogiliselt kõrgetasemelist teostust mida nimetatakse protsessiks

protsess • Protsesskirjeldab uuritavas nähtuses ajaliselt järjestikku avalduvaid seaduspäraseid omadusi, mida on võimalik kirjeldada matemaatiliste (analüütiliste) mudelitega. • Ajalise nähtuse matemaatilises mudelis on kasutusel atribuut nimega aeg

Matemaatiliselt sarnased nähtused • Matemaatiliselt sarnasteksnimetatakse erineva füüsilise sisuga (päritoluga) nähtusi, • mida on matemaatiliselt kirjeldatud samu sümboleid kasutades ja täpselt samasuguste võrranditega (algebraliste, diferentsiaal- jne võrranditega) • seejuures vastab vaadeldava nähtuse võrrandite igale parameetrile samasugune parameeter teises (sarnases) nähtuses ja vaadeldava nähtuse võrrandite igale muutujale vastab samasugune muutuja teises nähtuses

Süsteemi koosseisu ja teostuse kirjeldamiseks on palju tööriistu • MS Word • Visio • AutoCad • Solid Edge • jne

Osa ja element • Loodav tehniline terviklahendus saab inimese jaoks selgema mõtte, kui see pannakse kokku ehk koostatakse tähendust omavatest osadest • Vaadeldavas tervikus võib inimene kergesti piiritleda üksikuid mõttelisi osi. Mõttelises osas võib omakorda piiritleda allosa • Elementaarseks tervikuks ehk elementaarseks süsteemiks nimetatakse kõige väiksemat terviklikku osa, millel on veel piiritletav siseehitus ja mis suudab kanda talle pandud funktsiooni ehk teostada ülesannet • Näiteks võib elementaarseks tervikuks nimetada puurmasinat, mis suudab puurida avasid

Element • Terviku vähimat osa, millel on veel mingi sisuline tähendus, kuid pole tunnetatav selle siseehitus, nimetatakse elementaarseks osaksehkelemendiks.

Kus on inimese tunnetusvõime piirid? • Elemendi kui vähima tervikliku piiritlemine on seotud inimese tunnetusvõimega • Elemendist veel väiksemat sisuliselt teostuvat osa pole ta lihtsalt võimeline tunnetama ja • Isegi kui inimene põhimõtteliselt oleks võimeline piiritlema elemendi sees veel sisulisi osi, siis sel juhul ei tee ta seda teadlikult. • Veelgi väiksemale osale saab vaid lipiku kinnitada • Elemendi nime kasutamisega süsteemis piiritleb insener teadlikult oma vaatluse või tunnetuse piire

Element • Elementaarse osa (elemendi) kohta on sõltuvalt teadus- või tehnikaalast kasutusel ka teisi nimesid. • Näiteks on tehnika ja matemaatika valdkonnast tuntud elementide sellised nimed nagu parameeter, muutuja, suurus, elementaarne kogus, väärtus, funktsioon jne • Ka kõige targema inimese peas toimuval mõttelisel jaotamisel tuleb kunagi ette piir, mille ületamisel muutuvad saadud väikseimad osad mõttetuks • Väikseimatele osadele ei saa isegi lipikut kinnitada • Sellistele osadele lihtsalt ei suudeta anda enam kindlat, mõistlikku või isegi tõenäolist tähendust (seletust). • Meie keele vähimaks tähistavaks osaks ehk elemendiks on üks sümbol

Element on vähim osa, nn must kast • Elemendi tähendus (väärtus) on siiski veel kuidagi kirjeldatav, iseloomustatav • Tegeliku elemendi omadused avalduvad alati vastastikuses mõjus mingi teise elemendiga • action-reaction, • Source - recource • Kahe füüsilise keha omadused avalduvad kokkupõrkel

Siit tuleneb tähtis väide, et elemendil on alati sisend ja väljund • Kui me uurime näiteks üht elementi, siis võime seda elementi mõjutada • Element võib vastata omapoolse mõjuga (liikumisega, reaktsiooniga) meie suunas • Sisendi kaudu mõjutame elementi ja väljundi kaudu saame elemendi reaktsiooni • See on kõik, mis me elemendilt tagasi saame • Elemendi sisendi ja väljundi vahelist liikumist (mõju) iseloomustatakse matemaatiliselt ülekandefunktsiooni mõiste abil • Tegeliku elemendi (piiritletud ja tähistatud objekti) sisendi ja väljundi vahelise seose saab kindlaks teha teadusliku katsega, milles tehakse näiteks füüsikalisi mõõtmisi.

Kui me saame üht elementi uurida, siis järelikult võime seda elementi mõjutada • Element võib vastata omapoolse mõjuga (liikumisega) meie suunas • Siit tuleneb (filosoofias) tähtis väide, et elemendil on alati sisend ja väljund. • Sisendi kaudu mõjutame elementi ja • väljundi kaudu saame elemendi reaktsiooni. See on kõik, mis me elemendilt tagasi saame, (tulemuseks saame) • Mis on veel elemendi sisendi ja väljundi vahel, jääb meile tundmatuks • sisendi ja väljundi vahelist liikumist (mõju) iseloomustatakse matemaatiliselt ülekandefunktsiooni mõiste abil

Süsteemi komponent • Komponendimõistet kasutatakse süsteemiarenduse hilisemas järgus, kui hakatakse ehitama kliendile valmistooteid(näiteks UML-keeles) • Komponendi mõistes eeldatakse vaikimisi, et ta ise kuulub mingi teise veelgi suurema lahenduse koosseisu • Komponent on terviklik rühm osi, allsüsteem, millel eelduste kohaselt on veel piiritletav sisemine struktuur • Süsteemi koostisse kuuluv komponent võib sisaldada omakorda allkomponente ja lõpuks elemente

Toode kui koostatud tervik. • Toode pannakse kokku (koostatakse) ühest või mitmest komponendist • Toode on keerulise ülesehitusega (ehk kompleksne) • Komponendid on omavahel seotud • Komponent, millel puuduvad seosed tervikuga ei kuulu sellesse

Süsteem on mõiste • Süsteem on mõiste, mida subjekt kasutab ümbritseva tegeliku maailma või tehiskeskkonna ülesehituse ja mõjude tunnetamisel • Süsteemiga tähistatakse meie peas eksisteerivat mõttelist tervikut, mis lihtsustatult peegeldab tegeliku automatiseeritud tehnoloogilise protsessi seadmeid (riist- ja tarkvara) ja/või selle protsessi mudelit. Süsteemi ülesehituse ja käitumise esitamiseks teistele inimestele ja seadmetele kasutatakse mudeli vormi, näiteks dokumente • Süsteem võib sisaldada osi ehk allsüsteeme. Allsüsteem võib omakorda sisaldada allosi. Kõige alumise tasandi süsteem on elementaarne süsteem

Elementaarne süsteem on element • Süsteemi koosseisu kuuluval elemendil peab olema reaalnesisu. • Süsteem, mille elementidel (kõigil) pole mingit sisu või seost tegeliku maailmaga, on suhteliselt mõttetu • Elementidest koosnevat süsteemi hoiab koos (toetab või koostab) ressurss • (Mis see ressurss veel on?) • Elemendil kui tervikul avaldub ainult nn “nägu”, milles võib piiritleda ühe sisendi ja ühe väljundi. • Sisendi ja väljundi väärtused on ressursi poolt piiratud. • Väljundi väärtus võib olla null.

Süsteemi osade vaheline mõju (mõtteline liikumine) võib olla ainult ajutiselt ühesuunaline, kuid on pikemas perspektiivis kahesuunaline ehk vastastikune • Elementide vahelise mõju avaldumine • Süsteemielementi nimetatakse väljundiks, kui mõju on suunatud temast väljapoole. • Süsteemielementi nimetatakse sisendiks, kui mõju on suunatud väljastpoolt temasse • Süsteemis kasutatakse elementide kaudu toimuvate mõjude suuna ja toimumise järjekorra tähistamiseks ruumi ja aja mõistet

Geograafilise ruumi ja aja mõisted lülitatakse süsteemi elementide koosseisu täiendite (ehk atribuutide) kujul • Ruumipunkti P väärtus esitatakse kolme numbriga • koordinaadid x,y,z (meetrites) • Ajahetke t ja -intervalli Δt väärtus esitatakse numbriga (sekundites) • liikumise suunda ruumis • kirjeldatakse aja ja ruumi andmeelementide (atribuutide) gruppidega • Aegruumi mõistet kasutatakse laialt • Protsesside programmeerimisel visualiseerimisel ja simuleerimisel

Kontrollerite programmeerimine • Ladder keeles on kasutusel redelipulk (Rung) • kaks toimingut moodustavad programmi pulgas ühe tegevuse • toimingud on teostamisel ajaliselt järjestatud • kontroller teenindab füüsilisi sisendeid ja väljundeid Väljundfunktsioon Sisendfunktsioon Väljundfunktsiooni saabunud sündmus Väljundsündmus, väljundandmed Sisendi väljundsündmus Sisendisse saabunud sündmus, andmed

Ajaatribuudi väärtuste grupid • Ajagrupi andmeskeemis on ajaelemendid seotud järjestikku ja kannavad nimesid minevik, tegelik ja tulevik (soovitav) • Uued tegeliku aja väärtused saab sisestada ainult tegeliku-nimelisse elementi • Seejuures nihutatakse järgmise vaatluse eel tegeliku-nimelise ajaelemendi väärtus mineviku-nimelisse elementi • Mineviku (ajalise kauguse) hindamiseks tuleb konkreetses elementaarses süsteemis vaadata mineviku ajaelemendi väärtust

Ajagrupp minevik Ajagrupp olevik tulevik järjestus

Aja ja ruumi atribuudigruppidest saab moodustada suurema- aegruumi grupi. • Ruumigrupis on seotud järjestikku ruumiatribuudid, mida konkreetsel juhul nimetatakse (üldiselt) koordinaatideks. Koordinaatidele (atribuutidele) saab anda nimed (x, y, z) ja väärtused. • Süsteemi (tervikuna) iseloomustavad leiutise tunnused. • Süsteemil on mingi uus omadus, mida pole tema koosseisu kuuluvatel osadel. • Auto pakub ostjale terviklikku (struktureeritud) väärtuste kombinatsiooni, mis luuakse põhiliselt süsteemi loomise, projekteerimise ja ehituse ajal

Süsteemi omadused • Süsteemide vaatlemisel kirjeldatakse nende koosseisu ja liikumise omadusi. • (vaadeldes neid omadusi eri suundadest) • Tootmise automatiseerimise valdkonna mõttelistes süsteemides toimivaid • mõjusid ning nendele tegelikkuses vastavate • mudelite või seadmete liikumisi võib liigitada kolme suurde rühma:

Liikumiste liigitamine Liikumisi võib liigitada kolme suurde rühma: • massiivsed ehk ainelised. Selle rühma omadusi nimetatakse: füüsikalisteks, mehhaanilisteks, hüdraulilisteks jne; • energeetilised. Selle rühma omadusi nimetatakse: elektromagnetilisteks, elektrilisteks, soojuslikeks jne; • informatsioonilised. Selle rühma omadusi nimetatakse veel tähenduslikeks, väärtuslikeks, kirjelduslikeks, matemaatilisteks, funktsionaalseteks jne.

Massiivne liikumine ja mõju • Massiivne liikumine toimub näiteks tegelike aineosakeste sees ja vahel. Massiivsete nähtuste uurimisel ei laskuta tavaliselt terviklikust aineosakesest madalamale • Massiivne mõju tähendab, et vaadeldavas süsteemis võib mõju piiritletud osade vahel toimuda vahetult süsteemi elementide tasandil. • Valmistusseadmetes on tegeliku aine edastamiseks kasutusel torud, konveierid, robotkärud jne

Mass • Mass is a property of a physical object that quantifies the amount of matter and energy it contains. • Mass (m) energy (E) and momentum (p) is related by many physicists nowadays in following Taylor expand way

In the formula • where the leading term mc2 is the objectrest energy, c is speed of light. • The second termis the classical expression for kinetic energy of particle and • the higher-order terms in formula are basically relativistic corrections for the (kinetic) energy. • For macroscopic object, the rest energy includes the thermal energy. Rest energy liberated in nuclear fusion or fission is being transformed into kinetic energy of reaction products.

Süsteemis kirjeldab massi mõiste elemendisisest liikumist, selle avaldumist • Elemendi sisemust vaadeldakse nn musta kastina • Massi väärtus saadakse koefitsiendi kujul • ülekandefunktsioon saadakse väljundväärtuse jagamisel sisendväärtusega • arvuline koefitsient saadakse massietaloni kaasabil • Massi liikumise määramine eeldab • Kolme geograafilise koordinaadi määramist (keha asendi mõõtmist) Punktist keerulisema keha asendi määramisel saab teada keha koostise • Teostatava liikumise oluliste füüsikaliste omaduste (näiteks vool, jõud, pinge, energia jne) mõõtmist. Keerulisel juhul saab teada ka teostuse ülesehituse ehk arhitektuuri

Energeetiline liikumine ja mõju • Energeetiliste süsteemide koosseisus olevate osade mõju kirjeldamiseks on loodud teooriad • Eraldi teooriad on elektri- ja soojussüsteemide jaoks • Näiteks elektrisüsteemides toetutakse elektriahelate teooriale, mis vaatleb elektrilise mõju edastamist elektriahelate kaudu • Energeetilise mõju edastus energeetiliste süsteemide ja allsüsteemide vahel toimub nende koosseisus olevate elementaarsete süsteemide, täpsemalt, nende elementide ja elemente toetava ressursi abil • Elektrisüsteemis kirjeldatakse mõju edastust elektriskeemi koosseisu kuuluvate skeemielementide tasandil

Elektrilised omadused, mõjud • Elektrilise süsteemi skeemielementidel on teatud elektrilised (ja ka füüsikalised) omadused. • Elektriskeemis edastavad mõju tüüpiliselt juhe, takisti, induktiivsus, mahtuvus ja lüliti. • Lüliti lahtiühendamisel tuleb (seotud) ahelasse veel elektromagnetväli (kuidagi tuleb seda liikumist kirjeldada) • Elektrilise mõjukanali moodustamisel kasutatakse kirjeldustes omadusi, mis on tegelikkuses metallidel, pooljuhtidel ja isolaatoritel • vastava füüsilise ühenduse (ühenduskanali) moodustamisel on sellised omadused toetaval mateerial

Elektrilise süsteemi element

Visualization of different logical levels of system Task, Target position, L4 Energy, Work, speed L3 Power, acceleration L2 + _ Force, Pressure, Voltage L1 Current P2 P1 L0 Matter of P1 Matter of P2 Supporting matter, (greating the emf)

Süsteemi energia • Energia on keerulise tähendusega mõiste (ehk kompleksmõiste) • Energia on mõiste, mis näitab kui kaua süsteem suudab väljundvõimsust tagada, kuivõrd süsteem suudab tööd teha (kui palju tööd see suudab teha). • Energy is a measure of how long we can sustain the output of power, or how much work we can do. • Elektrienergia A=P*t=U*I*t , kWh • Mehhaaniline energia PE=F*s=mgh; KE=1/2 mv² • Võimsus näitab kui intensiivselt me kavandatud tööd teeme. • Elektriline võimsus on P=U*I: • Laengut mõõdetakse - vool*aeg

Informatsioon on kaasaja mõiste • mida insener kasutab kahe süsteemi vahelise energeetilise või ainelise mõju ülekandel avalduvate omaduste kirjeldamiseks, • s.t mingi süsteemi piiritletud osade vahel toimuvate mõjude tulemuste modelleerimiseks • Infot ei ole õnnestunud looduses leida • Seega tekib info süsteemielementide mõjude modelleerimisel (modelleerimise ajal) • Info on tüüpiline portsjon mõju, mis on salvestatud aines • Mudeli teostamiseks on vaja ainet, energiat • Infot toetavateks ressurssideks on materjal ja energia

Info • Informatsiooni mõiste kasutuselevõtu puhul muutub kirjeldavate omaduste komplektis ebaoluliseks füüsilise liikumise fakt(me ei taha seda näha) • Liikumine kui füüsikaline omadus ei huvita meid info defineerimisel • Info kui selline ei pea alati liikuma (võib olla salvestunud) • Informatsioon on siis mudelis realiseeritud energeetiline või aineline mõju staatilises vormis • Staatiline vorm avaldub ka selles, et info salvestatakse • Andmed on töötlemiseks ja edastuseks sobivale kujule viidud info

Info ja mõiste • Info (kui mõiste) defineerimiseks tuleb süsteemi ainelise või energeetilise mõju tulem siduda mõiste vormi. • Mõiste loomisel pannakse sellesse (elementaarsesse mõttelisse süsteemi) kokku tähistus ja tähendus • Tähendusesisus on olemas vähemalt aineline või energeetiline tulem (see asub loogiliselt madalamal tasemel) • Tulemi realiseerimine tähendab selle salvestumist kindlas kohas • koha tähistamiseks salvestatakse mõõtetulemuse (mõju koha) juurde nimi • Seega on elementaarses informatsioonilises mudelis vaja kaht salvestuskohta, mis moodustavad seotud terviku • info tähis on loogiliselt kõrgemal kui selle tähenduse sisu, • Tähis ja väärtus on kokku seotud (loogiliste tasemete vaheliste ühenduste kaudu)

Süsteemiosade vahelised seosed • Süsteemi koosseisu kuuluvate osade vaheliste seoste liike tähistatakse järgmiste terminitega • hierarhilised, • võrkseosed ja • relatsioonilised.

Tootmise automatiseerimine