Automatizácia – súčasť nášho života


Automatizácia – súčasť nášho života

Pod pojmom automatizácia si obvykle predstavíme výrobnú halu a množstvo robotov vyrábajúcich všemožné zariadenia od hodiniek cez autá až po ďalšie roboty. Automatizácia však čoraz výraznejšie preniká aj do nášho súkromného života a spája sa s ňou vedecko-technický pokrok našej civilizácie.

„Automatizácia sa zaoberá riadením rôznych procesov, napríklad osvetlenia, vykurovania, pohybu dopravných prostriedkov alebo výroby rôznych zariadení“.

„Budúcnosť našej civilizácie prinesie automatizáciu do všetkých oblastí života ľudí“.

O automatizácii hovoríme, ak máme na mysli priebeh rôznych činností, pri ktorých nemusí zasahovať človek. Aj v našej domácnosti sa mnohé procesy riadia automaticky, napríklad osvetlenie, vykurovanie, otváranie brány či klimatizácia. Automatizácia tak v sebe zahŕňa všetky úkony, pri ktorých človek využíva elektronické i elektrotechnické systémy na zabezpečenie činností, ktoré by sám nedokázal vykonať, prípadne by mu tieto činnosti trvali veľmi dlho, alebo ich vykonávanie by bolo únavné.

Automatizácia už v antike

Prvé zmienky o zariadeniach, využívajúcich automatické prvky, siahajú až do antiky. grafika: Marcela PekarčíkováV období približne 50 rokov pred naším letopočtom rímsky architekt Vitruvius, v jedenej zo svojich desiatich kníh o architektúre opísal aj spôsob regulácie výšky hladiny vodných tokov. Ďalšou významnou osobnosťou, zaoberajúcou sa automatizáciou, bol matematik, vynálezca, a najväčší experimentátor staroveku, Herón z Alexandrie, ktorý približne v rokoch 50 až 70 nášho letopočtu zostrojil viacero automatických zariadení, napríklad veterný mlyn alebo predchodkyňu dnešnej parnej turbíny, takzvanú Herónovu guľu. Jej činnosť sa zakladá na vytváraní pary, ktorá sa cez dýzy snaží dostať von, pričom prúd tejto pary vytvára rotačný pohyb gule.

Pokrok sa začal v 16. storočí

Masívnejší rozvoj automatizácie nadišiel v 16. a 17. storočí, kedy mnohí vynálezcovia konštruovali zariadenia na automatizáciu rôznej ľudskej činnosti. grafika: Marcela PekarčíkováŠlo napríklad o zariadenia na reguláciu čerpania vody pre zavlažovacie alebo odvodňovacie kanály. Vznikali regulátory pre veterné a vodné mlyny alebo regulátory teploty v umelých liahňach. Jedným z významných objavov tejto doby bol Wattov odstredivý regulátor, ktorý sa používa v niektorých zariadenia dodnes. Wattov odstredivý regulátor pôvodne slúžil na reguláciu otáčok parného stroja. Funguje tak, že regulátor sa roztáča otáčavým pohybom regulovaného zariadenia. Odstredivou silou sa zdvíhajú závažia regulátora zo svojej základnej polohy v pokoji, pričom zdvih týchto závaží ovláda škrtiaci mechanizmus. Takto sa znižuje napríklad množstvo pary privádzanej do parného stroja, množstvo paliva privádzané do spaľovacieho motora alebo objem vody dopadajúcej na lopatky turbíny.

K automatizácii výrobných procesov významne prispel Henry Ford. Ten v roku 1913 ako prvý na svete začal vo svojej fabrike pásovú výrobu automobilov, čo skrátilo čas výroby jedného automobilu typu Ford T z 12 a pol hodiny na 6 hodín. Zavedením dopravného pásu do výroby automobilov sa cena jedného auta znížila z 850 dolárov na menej než 300 dolárov.

Aurel Stodola – priekopník automatizácie

Celosvetovo uznávaný vedec, ktorý významne ovplyvnil rozvoj automatizácie, pochádzal z Liptovského Mikuláša. Aurel StodolaKeď sa tam garbiarskej rodine Stodolovcom v roku 1859 narodil syn, dali mu meno Aurel. Budúci vynálezca študoval a pôsobil na viacerých vysokých školách, napríklad v Budapešti a v Zürichu. Venoval sa oblasti automatickej regulácie strojov. Svetové uznanie si A. Stodola získal príspevkom o turbínach na zjazde Spolku nemeckých inžinierov v roku 1902 v Düsseldorfe. Poznatky prezentované v tomto príspevku vydal neskôr knižne pod názvom Parné turbíny a ich perspektívy ako tepelných strojov a o plynovej turbíne. Jeho poznatky a riešenia v oblasti využiteľnosti turbín – či už parných alebo plynových – mu priniesli pomenovanie otec parných turbín. Skonštruoval prvé tepelné čerpadlo na svete a jeho tepelné čerpadlo z roku 1928 dodnes pracuje v Ženeve. V roku 1915 v spolupráci s nemeckým chirurgom Ferdinandom Sauerbruchom skonštruoval pohyblivú umelú ruku. Jedným zo žiakov Aurela Stodolu na zürišskej polytechnike bol aj Albert Einstein, ktorý si v roku 1929 pri príležitosti Stodolových sedemdesiatych narodenín uctil svojho bývalého profesora zdravicou uverejnenou v novinách Neue Zürcher Zeitung. Aurel Stodola umrel v Zürichu v roku 1942.

Polomáčané oplátky a iné výrobky...

Dnešná automatizácia je založená na využívaní nových, moderných prístupov a zariadení. V praxi sa bežne využívajú automatizované jednoúčelové stroje. Uplatňujú sa v rôznych odvetviach priemyslu od zariadení vyhľadávajúcich výbušniny cez stroje vyrábajúce automobily až po zariadenia používané v potravinárskom priemysle, bez ktorých by sme nemali balené vody či niektoré druhy pečiva. Veď len také polomáčané oplátky treba namočiť do roztopenej čokolády, potom ich nechať usušiť a nakoniec zabaliť. Na tieto i mnohé ďalšie činnosti nám slúžia práve automatizované zariadenia.

Pri automatizácii sa využívajú najrôznejšie konštrukcie počítačov. Najčastejšie osobné počítače konštruované pre použitie v priemyslovom prostrední, programovateľné logické kontroléry – tzv. PLC a často aj jednočipové mikropočítače, ku ktorým sú cez rozhrania pripojené rôzne snímače a akčné členy. Jednočipové mikropočítače sa využili napríklad

pri konštrukcii senzorického systému robotického vysávača alebo lietajúcej kvadrokoptéry.

Výukový systém – roboty E-puck

Vzdelávaniu študentov v oblasti automatizácie sa na Slovensku venuje niekoľko stredných arobot E-puckvysokých škôl. Jednou z nich je aj Elektrotechnická fakulta Žilinskej univerzity (EF ŽU) v Žiline. Pracovníci Katedry riadiacich a informačných systémov sa venujú oblasti automatizácie priemyslových a dopravných procesov už mnoho rokov. Budúci programátori a vývojári majú viacero možností, ako sa naučiť programovať stroje a roboty. Jednou z nich je výukový systém založený na robotoch E-puck. Modulárny robotický systém E-puck sa skladá z desiatich miniatúrnych robotov, obsahujúcich dva krokové motory pre pohon, riadiacu jednotku s procesorom PIC a modul Bluetooth. Miniroboty majú infračervené senzory na určenie prekážok po obvode, senzory na čítanie vodiacej čiary na podlahe, kameru s rozlíšením 640 x 480 pixelov, tromi mikrofónmi a akcelerometrom. To, že sa dá robot poskladať z rozličných modulov, umožňuje doplniť aj kameru s 360° zorným uhlom (pomocou kónického zrkadla), modul s LED diódami a podobne. Multirobotický systém E-puck je vhodný pre základy výučby o fungovaní robotických rojov a riešení rôznych výskumných projektov. Výsledky výskumu možno použiť napríklad pri konštrukcii inteligentných automobilov, ktoré navzájom komunikujú a môžu sa informovať o vzniku dopravnej nehody alebo o dopravnej zápche.

Simulácia procesov v tuneloch

V automatizácii sa čoraz častejšie uplatňujú aj zariadenia, umožňujúce rôzne simulácie, ktoré pomáhajú nacvičiť akčné zásahy. Takýmto zariadením je aj tunelový simulátor TuSim. Možno ho použiť ako trenažér na školenie budúcej obsluhy tunela, ale taktiež umožňuje simulovať, čo sa v tuneli môže diať pri vzniku nežiaducej situácie, napríklad pri požiari. Vie navodiť situáciu rôzneho správania sa ohňa a na základe toho sa môže obsluha tunela pripraviť na riešenie krízovej situácie a lepšie organizovať zásah hasičov. Tunelový simulátor je komplexné hardvérové a softvérové riešenie, založené na priemyselnom počítači. Obsahuje aj softvér na simulovanie snímača teplôt, viditeľnosti alebo ventilátorov. Na zariadení možno simulovať tri typy tunelov dlhých 1 000 m: mestský tunel, diaľničný jedno- a dvoj- tubusový tunel.

Inteligentné dopravné systémy

V rámci automatizácie sa rieši aj automatické získavanie a spracovanie informácií, potrebných pre ďalšie rozhodovanie. Napríklad v oblasti cestnej dopravy sa začínajú budovať inteligentné dopravné systémy, aby kompenzovali ľudské chyby v oblasti vnímania, rozhodovania, reakcií v krízovej situácii, no nesmú rozptyľovať vodiča pri riadení automobilu. Inteligentné dopravné systémy sa môžu využiť v doprave, napríklad senzory umiestnené vo vozovke alebo v jej blízkosti môžu snímať vozidlá prichádzajúce k svetelnej križovatke, analyzovať ich počet a rýchlosť. S pomocou získaných údajov by mohli riadiť signalizačné zariadenie na križovatke tak, aby vozidlá prechádzali križovatkou čo najplynulejšie s minimálnym zdržaním. Podobné systémy sa používajú na diaľniciach, kde zisťujú počty a rýchlosť prechádzajúcich vozidiel a potom vedia s predstihom predpovedať dopravné zápchy. Vďaka týmto informáciám môžu operátori, riadiaci diaľničnú premávku, včas odkloniť dopravu na iné cesty a zabezpečiť plynulú jazdu vozidiel.

Autá bez vodičov

Automatizácia sa uplatňuje aj v dopravných prostriedkoch – tu možno spomenúť vývoj automatického auta bez vodiča spoločnosti Google, švajčiarsku firmu Rinspeed, európsky projekt VisLab a ďalších. Aby mohli inteligentné vozidlá zvyšovať bezpečnosť na cestách, treba vytvoriť komunikačné spojenie medzi nimi navzájom i prostredím, v ktorom sa pohybujú. Vyvíjané aplikácie sa zameriavajú na bezpečnosť, pohodlie a komerčnú stránku. Bezpečnostné aplikácie monitorujú stav ostatných vozidiel alebo stav cesty (pomocou výmeny správ medzi vozidlami) tak, aby aplikácia pomáhala vodičovi zvládnuť vznik krízových situácií a varovala ho pred možným nebezpečenstvom. Aplikácie na zväčšenie pohodlia si vymieňajú informácie v celej cestnej infraštruktúre. Ich cieľom je zvýšiť efektivitu cestnej premávky a zároveň poskytnúť vodičovi príjemné prostredie. Komerčne zamerané aplikácie zasa poskytujú vodičovi rôzne typy komunikačných služieb na zvýšenie jeho produktivity i pre zábavu, ako je prístup na internet, prehrávanie zvuku a videa.

Komunikačné systémy v autách

Ak sa v aute použijú moderné technológie, vodič môže mať zavčasu informácie napríklad o dopravnej nehode grafika: Marcela Pekarčíkována ceste pred ním. To mu umožní včas a bezpečne zastaviť a predchádzať vzniku hromadných havárií, ktoré sú typické pri zlej viditeľnosti. Včasná informácia o neprejazdnom úseku cesty umožní vodičovi aj zvoliť si náhradnú trasu a bezpečne sa dostať do cieľa svojej cesty. Použitie komunikačných systémov medzi automobilmi a informačnou štruktúrou umožní vodičom poskytovať informácie o úsekoch s väčším rizikom vzniku nehody – napríklad o úsekoch, kde práve vzniká poľadovica. Inteligentná palubná jednotka môže vodiča v prípade míňajúcich sa pohonných látok informovať o blížiacej sa čerpacej stanici, ktorej zákaznícku kartu vlastní a, samozrejme, aj o ďalších čerpacích staniciach. Komunikačné systémy možno použiť tiež na ponuku predávaných doplnkových tovarov na čerpacej stanici.

Vlaky a lietadlá bez vodičov

V železničnej doprave sa uplatňujú systémy na automatické vedenie vlaku najmä v mestských železniciach. Napríklad v londýnskom, parížskom alebo pekinskom metre už premávajú niektoré súpravy úplne automaticky bez zásahu rušňovodiča. Podobné systémy sa vyvíjajú aj pre takzvané konvenčné železnice. Iným príkladom automatizácie je použitie autopilota v dopravných lietadlách, ktorý umožňuje nielen automatický let lietadla v nastavenej výške, ale aj jeho automatický štart či pristátie.

Automatizácia všade okolo nás

Môžeme si len domýšľať, čo prinesie budúcnosť v oblasti automatizácie. Pri predpovediach o vývoji v elektrotechnike sa uvažuje s Mooreovým zákonom – s pravidlom, ktoré v roku 1965 vyslovil chemik Gordon Moore. Jeho podstatou je predpoveď o dvojnásobnom výkone zariadení za rovnakú cenu každých 18 mesiacov. Máme sa na čo tešiť! Už teraz sa napríklad pracuje na vývoji procesorov na báze DNA. Jedno je však jasné – budúcnosť si už nevieme a nemôžeme predstaviť bez automatizácie vo všetkých oblastiach života.

Autori: Ing. Marián Hruboš, Ing. Peter Nagy, PhD., prof. Ing. Aleš Janota, PhD., Katedra riadiacich a informačných systémov; Elektrotechnická fakulta; Žilinská univerzita

Foto: Ing. Marián Hruboš, Ing. Peter Nagy, PhD., prof. Ing. Aleš Janota, PhD., Katedra riadiacich a informačných systémov; Elektrotechnická fakulta; Žilinská univerzita

Grafika: Marcela Pekarčíková

Viac sa dočítate v časopise Quark (číslo 4/2015).

Uverejnila: ZČ

Hore
Veda v Centre
kúpa časopisov jún 2016
QUARK
e-noviny Vedecký kaleidoskop
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Vedci zistili, že na bunkovej úrovni je človek vlastne baktéria. (Projekt: Ľudský mikrobióm)
Zistite viac