Automation- Originate• Automation, the application of machines.• Term  mechanization  refers  as  a  replacement  of  human 

labour (or animal) by machines power  of some form.– Automation  is  the  integration  of  machines  into  a  self-governing system. 

• The  driving  force  behind  mechanization  has  been humankind’s  tendency  to  create  tools  &  mechanical devices. 

• Term  Automation  was  coined  in  the  automobile  industry about  1946  to  describe  the  increased  use  of  automatic devices and controls in mechanized production lines.

• Origin of the word is credited to D.S. Harder, an engineering manager at the Ford Motor Company at the time. 

Automation• Automation (Industrial Automation) is the use of control systems 

and information technologies to control industrial machinery and processes,  reducing  the  need  for  human  involvement  in  the production of goods and services. 

• In  the  scope  of  industrialization,  automation  is  a  step  beyond mechanization. 

• Mechanization  provided  human  operators  with  machinery  to assist them with the muscular requirements of work,– Automation greatly reduces the need for human sensory and 

mental requirements as well. – Processes and systems can also be automated.– computers  have  helped  move  manufacturing  into  a  more 

productive, streamlined process through automation. 

Automation Types

Fixed Automation• Sequence  of  processing  (or  assembly)  operations  is 

fixed by the equipment configurationTypical features:• Suited to high production quantities• High  initial  investment  for  custom-engineered 

equipment• High production rates• Relatively inflexible in accommodating product variety

Programmable Automation• Capability  to  change  the  sequence  of  operations 

through  reprogramming  to  accommodate  different product configurations

Typical features:• High investment in programmable equipment• Lower production rates than fixed automation• Flexibility  to  deal  with  variations  and  changes  in 

product configuration• Most suitable for batch production• Physical  setup  and  part  program  must  be  changed 

between jobs (batches)

Flexible AutomationSystem  is  capable of  changing over  from one  job  to  the 

next with little lost time between jobsTypical features:• High investment for custom-engineered system• Continuous production of variable mixes of products• Medium production rates• Flexibility to deal with soft product variety

Automation Importance • Engineers  strive  to  combine  automated  devices  with 

mathematical  and  organizational  tools  to  create  complex systems  for  a  rapidly  expanding  range  of  applications  and human activities.

Automation Impacts• Automation has had a notable impact in a wide range of 

industries beyond manufacturing .• Most of the ubiquitous telephone operators have been 

replaced  by  automated  telephone  switchboards  and answering machines. 

• Medical  processes  such  as  primary  screening  in electrocardiography  and  laboratory  analysis  of  human genes, cells, and tissues are carried out at much greater speed and accuracy by automated systems. 

• Automated  Teller  Machines  (ATMs)  have  reduced  the need  for  bank  visits  to  obtain  cash  and  carry  out transactions.

Automation tools• ANN - Artificial neural network• DCS - Distributed Control System• HMI - Human Machine Interface• SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition• PLC - Programmable Logic Controller• PAC - Programmable automation controller• Instrumentation• Motion control• Robotics

Automation Versalities • Specialized computers like PLCs are frequently used to  synchronize  the  flow  of  inputs  from  (physical) sensors  and  events  with  the  flow  of  outputs  to actuators and events. 

• This  leads  to  precisely  controlled  actions  that permit  a  tight  control  of  almost  any  industrial process.

• Human-machine  interfaces  (HMI)  are  usually employed  to  communicate  with  PLCs  and  other computers,  such  as  entering  and  monitoring temperatures  or  pressures  for  further  automated control or emergency response. 

Automated System Applications• Automated machine tools• Transfer lines• Automated assembly systems• Industrial robots• Automated material handling 

and storage systems• Automatic inspection systems 

for quality controlTransformation Process

AutomatedSystemAutomatedSystem

PeriodicWorkerPeriodicWorker

Automation Applications

Automation Applications: Robot• Robotics is a specialized branch of automation in which 

the  automated machine  possesses  certain  humanlike, characteristics. 

• The most typical humanlike characteristic of a modern industrial robot is its powered mechanical arm.

• The robot’s arm can be programmed to move through a sequence of motions to perform useful tasks.

• Industrial  robots  are  typically  used  to  replace  human workers in factory operations.

Automation Applications: Test Automation• Automation can also be used in the testing of software 

applications through a process called test automation.• In  this  process,  computers  are  programmed  with 

special  scripts,  usually  computer  programs,  to  run  the same tests on software that a human would have to do manually.  

• Test  automation  provides  many  of  the  same advantages  as  industrial  automation  including  labor reduction, repeatability, and waste reduction.

Reasons for Automating• To increase labor productivity• To reduce labor cost• To mitigate the effects of labor shortages• To reduce or remove routine manual and clerical tasks• To improve worker safety• To improve product quality• To reduce manufacturing lead time• To accomplish what cannot be done manually• To avoid the high cost of not automating

Automation: Relief for workers• Replacing  human  operators  in  tasks  that  involve  hard 

physical or monotonous work.• Replacing  humans  in  tasks  done  in  dangerous 

environments  (i.e.  fire,  space,  volcanoes,  nuclear facilities, underwater, etc.)

• Performing tasks that are beyond human capabilities of size, weight, speed, endurance, etc.

Automation Disadvantages• Unemployment: Unemployment  rate  increases due  to 

machines replacing humans and putting those humans out of their jobs.

• Technical  Limitation:  Current  technology  is  unable  to automate all the desired tasks.

• Security  Threats/Vulnerability:  An  automated  system may have limited level of intelligence, hence it is most likely susceptible to commit error.

• Unpredictable  development  costs:  The  research  and development cost of automating a process may exceed the cost saved by the automation itself.

• High  initial  cost:  The automation of  a new product or plant requires a huge  initial  investment  in comparison with the unit cost of the product, although the cost of automation is spread in many product batches.

Automation Social Concerns • While labor reduction is considered to be advantageous 

for  a  company,  many  workers  felt  threatened  when automation was first introduced.

• The fear that machines and computers would take the place of human labor drove their fear.

• In  fact,  reducing  "unskilled  labor"  can  be  beneficial  to workers.  

• Automation  presents  opportunities  for  workers  who previously  held  "unskilled"  positions  to  pursue  more challenging jobs that often provide higher wages.

• With those workers pursuing other jobs, the remaining "unskilled"  positions  become  more  valuable  to companies,  especially  in  industrialized  nations,  and result in these jobs having higher wages.

Automation limitations: Human Capabilities• Human  roles  in  industrial  processes  presently  lie 

beyond the scope of automation. – Human-level  pattern  recognition,  language recognition, and language production ability are well ahead  of  the  capabilities  of  modern  mechanical  & computer systems.

• Tasks  requiring  subjective  assessment  or  synthesis  of complex  sensory  data,  strategic  planning    makes human a better choice. 

• In  many  cases,  humans  is  more  cost-effective  than mechanical  approaches  even  where  automation  of industrial tasks is possible.

Automation Principle1. Understand the existing process – Input/output analysis– Value chain analysis– Charting techniques and mathematical modeling 

2. Simplify the process – Reduce unnecessary steps and moves 

3. Automate the process– Strategies for automation and production systems– Automation migration strategy

Automation Strategies

1. Specialization of operations2. Combined operations3. Simultaneous operations4. Integration of operations5. Increased flexibility6. Improved material handling and storage7. On-line inspection8. Process control and optimization9. Plant operations control10.Computer-integrated manufacturing

Automation Migration Strategy

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Industrial Automation Systems• Industrial Automation Systems are monolithic

• Automation software systems developed even by the same vendor are interoperable

• Automation systems have two basic entities:

• Level 1: Consists of factory specific hardware and interfaces

• Level 2: HMI based Applications (Human Machine Interaction) 

• HMI based applications are tightly bound to the type of hardware they interact with; hence software reuse is difficult

Today’s automation solution is highly interconnected

Industrial Automation Landscape

Interconnectedness of industrial products

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Interfaces/Ports

MainsPower

Sensors

PADT

Interfaces/Ports

Interfaced Devices and

Signals

Multiple Human-Machine Interface, PC

DCS

Actuators

PLC

I/O

ThirdParty

Devices

Networks

Control and HMI

Industrial Automation Classification

Sections:1. Production Systems2. Automation in Production Systems3. Manual Labor in Production Systems4. Automation Principles and Strategies5. Organization of the Course

Realities of Modern Manufacturing• Globalization: As underdeveloped countries (e.g., China,

India) are becoming major players in manufacturing• International outsourcing: Parts and products once

made locally are now being made offshore to every where.

• Local outsourcing: Use of suppliers locally to provide parts and services.

• Contract manufacturing: Companies that specialize in manufacturing entire products, not just parts, under contract to other companies

• Quality expectations: Customers, both consumer and corporate, demand products of the highest quality

• Need for operational efficiency: manufacturers must be efficient in in their operations to overcome the labor cost advantage of international competitors

Manufacturing Approaches

• Automation• Flexible manufacturing• Quality programs• Integration• Lean production

Manufacturing Support Systems• Business functions: sales  &  marketing,  order  entry,  cost 

accounting, customer billing• Product design: research and development, design engineering, 

prototype shop• Manufacturing planning: process  planning,  production 

planning, MRP, capacity planning• Manufacturing control: shop  floor  control,  inventory  control, 

quality control