В данной статье мы расскажем:
- Задачи и цели автоматизации в промышленности
- Принципы автоматизации в промышленности
- Польза автоматизации и роботизации для промышленности
- Виды автоматизации производственных процессов в промышленности
- Типы автоматизации в промышленности
- Этапы автоматизации в промышленности
- Адаптация системы автоматизации в промышленности
- Перспективы развития автоматизации в промышленности
- Часто задаваемые вопросы об автоматизации в промышленности
О чем речь? Автоматизация в промышленности — внедрение технологических решений для замены ручного труда машинным, направленное на повышение эффективности, точности и безопасности производственных процессов. Она охватывает все этапы: от проектирования до логистики готовой продукции.
Как осуществляется? На предприятиях устанавливают промышленных роботов, CNC-станки, IoT-датчики и MES-системы, объединенные в единую цифровую экосистему. Ключевые этапы автоматизации — анализ текущих процессов, выбор оборудования, разработка ПО и обучение персонала работе с новыми технологиями.
Задачи и цели автоматизации в промышленности
Конкурентоспособность производства зависит от множества факторов. Предприятиям необходимо не только своевременно реагировать на рыночные изменения, но и формировать ассортимент с учетом запросов потребителей, соблюдать сроки исполнения заказов и обеспечивать требуемые объемы поставок. При этом особое внимание уделяется качеству продукции и ее ценовой доступности.
Внедрение комплексной автоматизации в промышленности позволяет оптимизировать все производственные процессы, гарантируя стабильность и эффективность работы на всех уровнях.
Основные преимущества автоматизации производства в промышленности включают:
- Контроль качества. Автоматизированные системы минимизируют влияние человеческого фактора, предотвращая ошибки, связанные с усталостью персонала или их небрежностью, что положительно сказывается на репутации компании.
- Увеличение производственных мощностей. Современные автоматизированные системы позволяют существенно повысить скорость выполнения производственных операций и обработки данных.
- Снижение затрат. Автоматизация способствует более эффективному использованию производственных мощностей, оптимизации численности персонала и рациональному потреблению материальных ресурсов.
- Укрепление позиций на рынке. Автоматизация помогает производить качественную продукцию по конкурентным ценам, быстро реагировать на изменения спроса и минимизировать производственный брак.
Системный подход к анализу автоматизации в промышленности — это путь к достижению максимальной эффективности производства. Главным результатом такого преобразования становится повышение рентабельности производства и обеспечение стабильно высокого качества товаров и услуг.
Принципы автоматизации в промышленности
Автоматизация технологических процессов в промышленности — это сложный и последовательный процесс, требующий системного подхода. Для достижения оптимальных результатов необходимо придерживаться базовых правил и принципов автоматизации. Данные принципы являются универсальными для всех сфер промышленности, варьируясь лишь в зависимости от специфики выполняемых технологических операций и управленческих задач.
- Принцип гибкости и согласованности
Лежит в основе эффективной автоматизации. При наличии централизованной электронной системы все производимые операции должны быть взаимосвязаны и синхронизированы между собой, а также с процессами в смежных системах. Целостность всех рабочих процедур является ключевым условием.
Несоблюдение данного принципа может вызвать сбои в работе системы и ошибки при выполнении отдельных задач.
- Преимущества применения гибких автоматизированных технологий
Гибкая производственная система дает возможность совершенствовать любые ее части, адаптируясь к новым задачам. Такой подход минимизирует затраты, так как для изменения функционала достаточно лишь перенастроить или обновить отдельные элементы.
- Создание и структура
Разработка гибкой автоматизированной системы требует комплексного подхода к организации взаимодействия всех ее компонентов. Важно обеспечить слаженную работу всех механизмов как единого целого, где каждый элемент функционирует в строгом соответствии с остальными.
Особое внимание уделяется взаимодействию автоматизированных систем с различными структурными подразделениями предприятия.
- Принцип целостности производственного цикла
Создание безупречной схемы требует формирования полного производственного цикла, где продукция не покидает систему до окончания всех необходимых операций.
Для соблюдения этого принципа необходимы: многофункциональные станки для работы с разными материалами, экономичные методы производства, стандартизация процессов на всех этапах и минимальная перенастройка оборудования после его запуска.
- Принцип системного объединения
Заключается в том, что внедряемые технологии должны органично встраиваться в существующую структуру предприятия. Успешной автоматизация в современной промышленности считается тогда, когда достигается безупречное взаимодействие всех производственных процессов как внутри компании, так и с внешними партнерами на каждом этапе создания продукции.
- Принцип автономности процессов
Его суть заключается в максимальном сокращении человеческого участия в производственных и управленческих процессах. Реализация этого принципа предполагает комплекс мероприятий, направленных на обеспечение самостоятельной работы системы без постоянного контроля со стороны человека.
Польза автоматизации и роботизации для промышленности
Автоматизация в промышленности способна улучшить и усовершенствовать различные стороны производственного процесса.
Нехватка рабочих кадров
Во многих регионах происходит естественная ротация кадров, при которой опытные работники достигают пенсионного возраста, а молодые специалисты не приходят им на смену. Это создает две серьезные проблемы: дефицит человеко-часов для бесперебойной работы и постепенное снижение качества выполнения специализированных производственных задач.
Решение проблемы дефицита кадров становится возможным благодаря современным технологиям автоматизации. Коботы, способные работать бок о бок с человеком, выступают идеальным решением для предприятий, позволяя максимально эффективно использовать имеющиеся кадровые ресурсы.
Принцип работы коботов заключается не в замещении людей, а в распределении обязанностей: роботы справляются с повторяющимися и потенциально опасными операциями, а сотрудники фокусируются на творческой и стратегически важной деятельности. Простота управления коботами позволяет работникам без опыта в робототехнике легко освоить новые навыки, включая программирование и контроль производительности роботов.
Масштабирование производства
Внедрение автоматизации в промышленность преследует такую основную цель: позволяет предприятиям совершенствовать производственные процессы, что способствует росту объемов производства и улучшению качества продукции.
Производственные задачи любого типа — сварка, шлифовка, проверка качества — успешно выполняются коботами. Благодаря возможности круглосуточной работы без перерывов компании могут значительно расширить производственные мощности.
Оптимизация затрат
Важнейшее преимущество внедрения автоматизации — это снижение себестоимости производства в долгосрочной перспективе. Благодаря более точному и эффективному выполнению операций происходит экономия материалов, а передача опасных задач роботам сокращает затраты на компенсацию производственных травм.
Многофункциональные роботы-помощники разработаны с учетом потребностей современного производства. Их пользовательский интерфейс настолько прост, что большинство операторов могут самостоятельно выполнять настройку и диагностику.
Повышение качества и снижение процента брака
Робототехника и автоматизация в промышленности обеспечивают стабильное качество продукции, недоступное при ручной работе. В отличие от человека, даже самого опытного, роботы работают с идеальной точностью и исключают вероятность ошибок, таких как неравномерное нанесение покрытий или несоблюдение момента затяжки.
Читайте также: Структура бизнес-плана: общие принципы и стандарты разработки
Успешный пример внедрения коботов демонстрирует предприятие Thyssenkrupp Bilstein в Огайо. Как отмечает инженер-технолог Дуг Маки, ранее контроль калибра осуществлялся для двух деталей с периодичностью в 1–2 часа. Сейчас же внедренная система обеспечивает полный контроль качества. Кобот с видеокамерой быстро перемещается между точками проверки, контролируя положение компонентов и качество нанесения этикеток.
Виды автоматизации производственных процессов в промышленности
Современная промышленность включает множество различных процессов и операций. Для их оптимизации и контроля используются специальные автоматизированные устройства, которые подразделяются на несколько основных типов. Рассмотрим виды автоматизации в промышленности.
Фиксированная система автоматизации
Жесткая (или фиксированная) автоматизация представляет собой систему, настроенную на выпуск конкретного типа продукции с помощью специализированного оборудования. Такое решение экономически целесообразно при крупномасштабном производстве, поскольку требует значительных первоначальных инвестиций.
Система жесткой автоматизации — это многоуровневый механизм, включающий множество взаимосвязанных производственных процессов. Изменение типа выпускаемой продукции после настройки оборудования требует значительных усилий и затрат, что обусловлено высокими первоначальными инвестициями в разработку и техническое обслуживание.
К типичным примерам фиксированной автоматизации в промышленности относятся:
- химические производственные процессы;
- автоматизированные линии сборки изделий;
- конвейерные системы производства.
Автоматизация с программным управлением
Программируемая система автоматизации представляет собой производственный комплекс, функционирующий на основе компьютерной программы. Оборудование самостоятельно анализирует заданный набор команд и осуществляет соответствующие операции в автоматическом режиме.
Важнейшей особенностью этой системы автоматизации является способность к адаптации. Она дает возможность настраивать различные конфигурации продукции и менять последовательность производственных операций. Благодаря возможности полной замены программы, такая автоматизация идеально подходит для производств с серийным выпуском изделий.
Типичные примеры внедрения программируемой автоматизации:
- роботизированные производственные комплексы;
- оборудование с ЧПУ;
- программируемые системы автоматического управления.
Гибкая система автоматизации
Гибкая автоматизация во многом напоминает программируемую систему. Ее главное преимущество заключается в способности быстро реагировать на любые изменения производственного процесса, в том числе на корректировку объемов выпуска продукции. Запуск осуществляется через программирование систем управления оборудованием или с помощью человеко-машинных интерфейсов.
Читайте также: Формы ведения бизнеса: основные виды и критерии выбора
В системе гибкой автоматизации главный компьютер осуществляет комплексное управление рабочими процессами и погрузочно-разгрузочными операциями. Это позволяет эффективно использовать такой подход как при массовом производстве, так и при параллельном изготовлении различных видов изделий.
Примеры использования гибкой автоматизации включают:
- производственные линии сборки;
- роботизированные технологические комплексы;
- автоматизированные системы складской логистики.
Типы автоматизации в промышленности
Выбор системы автоматизации напрямую определяется спецификой и потребностями производственного предприятия.
Машины с числовым управлением (NC)
Числовое управление (NC — Numerical Control) представляет собой технологию, которая является частью комплексной автоматизации производства. В российской практике более распространено название ЧПУ (числовое программное управление).
Станки с ЧПУ активно применяются для механической обработки материалов, а современные 3D-принтеры также функционируют на основе принципов числового управления.
Ручной труд в производстве деталей постепенно уходит в прошлое. На смену ему пришло автоматизированное управление, где роль человека сводится к настройке программного обеспечения. Станки с ЧПУ берут на себя всю основную работу, что приводит к впечатляющим результатам: многократно возрастает скорость обработки, достигается исключительная точность исполнения, а количество необходимого персонала сокращается до минимума.
Роботы
Автоматизация производства вышла на новый уровень с появлением роботизированных комплексов. Они обладают значительно более широким функционалом по сравнению с базовыми автоматизированными системами. Все существующие модели роботов можно систематизировать по двум основным характеристикам.
По типу:
- Роботы с ручным управлением. Они незаменимы в ситуациях, когда требуется выполнить задачи, недоступные для человеческого исполнения. Однако их применение ограничено из-за необходимости постоянного присутствия квалифицированного персонала, что не позволяет существенно сократить производственные расходы.
- Полуавтоматические и автоматические системы. Функционируют согласно предварительно загруженной программе без отклонений от заданного алгоритма. По принципу работы они схожи со станками с ЧПУ, но обладают более широким спектром применения.
- Автономные роботизированные комплексы. Они работают по установленной программе, но способны самостоятельно адаптироваться к изменениям условий. При возникновении препятствий такие роботы могут корректировать процесс работы для успешного завершения задачи.
Современные роботизированные системы используются для:
- выполнения сварочных работ;
- осуществления процессов резки и сборки;
- комплектации изделий;
- нанесения лакокрасочных покрытий;
- выполнения упаковочных работ.
Практически любая работа, требующая физического участия человека, может быть успешно автоматизирована с помощью современных роботов.
Информационные технологии (IT)
Внедрение информационных технологий осуществляется совместно с другими автоматизационными решениями, где их роль заключается в обеспечении работы с данными, а не в реализации физических действий.
На примере современного склада можно увидеть, как погрузочный манипулятор осуществляет размещение товаров и нанесение штрих-кодов. Хотя сам процесс выполняется механическим устройством, именно информационные системы задают критерии сортировки и формируют коды, а также программируют порядок работы техники.
Автоматизированные системы проектирования
Создание точных 3D-моделей стало ключевым преимуществом современных систем проектирования. Инженеры могут детально проработать конструкцию зданий, механизмов и других объектов, проанализировать их характеристики и оптимизировать проект, существенно сокращая время разработки.
Читайте также: Производственное развитие: суть, методы, этапы
Отсутствие технического образования не является препятствием для разработки элементарных систем — ключевым фактором выступает умение работать с программным инструментом.
Гибкие производственные системы (FMS)
Это сложное и дорогостоящее решение, функционирующее по принципам искусственного интеллекта. Она обеспечивает непрерывность производства, автоматически адаптируясь к изменениям и оптимизируя процесс путем исключения избыточных операций.
Внедрение подобных систем предполагает существенные капиталовложения: необходимо не только приобрести дорогостоящее оборудование, но и обеспечить подготовку специалистов либо привлечь уже квалифицированный персонал.
Системы компьютерного интегрирования (CIM)
Полное внедрение системы предусматривает ее синхронизацию со всеми программными решениями и процессами предприятия, что обеспечивает их слаженную работу. Компьютерные системы управления выступают в роли единого центра, который координирует работу всех подразделений предприятия.
Система CIM осуществляет комплексный сбор и анализ данных со всех элементов производственного процесса, выявляя проблемные зоны. Такая диагностика важна для последующего совершенствования и повышения эффективности производства.
Этапы автоматизации в промышленности
Процесс автоматизации в промышленности включает в себя несколько главных этапов.
- Постановка целей. Руководитель компании проводит анализ потребностей предприятия и устанавливает конкретные задачи для автоматизации — будь то улучшение качества продукции, сокращение времени на выполнение заказов или другие производственные улучшения.
- Разработка стратегии. Правильное планирование — ключ к успешной автоматизации процессов. Важно провести анализ и оцифровку процессов, подлежащих автоматизации, определить оптимальную структуру и исключить неэффективные действия. Без создания проекта АТПП и детального предварительного плана достижение высоких результатов автоматизации затруднительно.
- Подбор производственного оборудования. Комплексный подход к нему подразумевает выбор не только автоматизированных станков, но и всей необходимой электроники: систем безопасности, устройств оповещения, управляющих комплексов и вспомогательной техники.
- Разработка технического проекта. Представляет собой основной этап в процессе автоматизации производства в промышленности. Проект включает комплексный план с детальным описанием оборудования, должностных обязанностей персонала, методов использования электронных систем. В документе отражаются масштабы автоматизации, перечень необходимых средств, критерии эффективности, а также определяются ответственные лица и их действия при нештатных ситуациях.
- Определение исполнителя. Работы по установке и наладке оборудования могут выполнять как сторонние специалисты, так и представители производителей. Необходимо предусмотреть программу обучения персонала для эффективного освоения производственных процессов.
Техническое сопровождение производственного оборудования необходимо предусмотреть заранее. Особое внимание следует уделить мерам безопасности персонала в процессе работы.
Адаптация системы автоматизации в промышленности
Универсальных систем автоматизации для всех типов производств не существует. Это модульная структура, состоящая из платформы, исполнительных механизмов, систем мониторинга, аналитического обеспечения и программного обеспечения для сбора данных. Система DPA, например, обладает возможностью масштабирования и требует адаптации под конкретные производственные задачи.
Разработка системы управления производством осуществляется индивидуально под потребности клиента. Расширение функционала предусматривает:
- создание единой сети станков с планированием производственных операций;
- установку систем контроля состояния оборудования и работы сотрудников;
- внедрение автоматизированного контроля качества;
- формирование отчетности по производственным показателям.
На всех уровнях управления — от участка до планово-диспетчерского отдела — формируется карта производственных процессов со всеми данными для эффективного контроля и планирования.
В основе создания программы управления производством служит универсальная платформа, к которой интегрируются специализированные модули с требуемым функционалом. Подобная модульность характерна для систем данного класса. Ключевое достоинство DPA заключается в ее гибкости и способности взаимодействовать с ЧПУ-станками ведущих мировых производителей.
Система осуществляет сбор и обработку данных согласно заданным параметрам, представляя результаты на различных интерфейсах. Она также совместима с CAD-системами и программным обеспечением для технологического проектирования и учета.
Подготовка документации для разработки системы требует сбора данных о производственных мощностях, используемом оборудовании, технологических процессах и целевых задачах автоматизации.
Перспективы развития автоматизации в промышленности
Перспективы автоматизации в промышленности, в том числе в легкой, впечатляют своим масштабом и возможностями. Благодаря стремительному развитию технологических инноваций возможности автоматизации практически не ограничены. Робототехника и искусственный интеллект станут ключевыми факторами развития этой сферы в будущем.
Повышение уровня безопасности — одно из ключевых направлений развития автоматизации. Современные роботы, оборудованные датчиками и системами видеонаблюдения, способны заблаговременно выявлять потенциальные угрозы и предотвращать аварийные ситуации до их возникновения. Более того, роботизированные системы возьмут на себя выполнение опасных операций, включая работу с агрессивными химикатами и крупногабаритной техникой.
Рост производительности — еще одно достоинство автоматизации в промышленности. Роботизированные системы способны трудиться 24/7 без снижения производительности, что значительно ускоряет производственные процессы. В результате компания получает ускоренную оборачиваемость и снижение издержек.
Развитие ИИ-технологий позволяет машинам постепенно обретать способность к более сложному автономному принятию решений. Это открывает путь к появлению совершенно новых, инновационных форм автоматизации.
Несмотря на преимущества автоматизации, есть некоторый риск для рынка труда. По мере роста интеллектуальных возможностей машин часть традиционных профессий может утратить актуальность или полностью исчезнуть.
Определенные сложности существуют, однако роль автоматизации в промышленности высока. Стремительное развитие технологий приносит значительные преимущества, включая улучшение безопасности и эффективности, а также решение вопросов трудоустройства.
Часто задаваемые вопросы об автоматизации в промышленности
Какие существуют уровни автоматизации в промышленности?
Выделяют четыре уровня автоматизации производственных систем.
- Базовый (нулевой). Предприятие работает без современных технологий, ПО и роботов. Причины: недостаток средств, экономическая нецелесообразность или необходимость творческого ручного труда. Практически не встречается в современной промышленности.
- Локальный (частичный). Автоматизация отдельных участков или оборудования. Пример: ЧПУ-станок на заводе, где оператор задает параметры, а машина выполняет обработку деталей.
- Системный (комплексный). Автоматизация целого производственного участка или линии. Система работает автономно, человеку остается только контролировать процесс.
- Максимальный. Полный цикл автоматизации — от планирования до оценки результатов. Перспективная, но редкая модель.
Преобладают частичная и комплексная автоматизация.
Что такое чувствительные ко времени сети для промышленной автоматизации?
Технология TSN (чувствительная ко времени сеть) представляет собой инновационное решение для организации связи в режиме реального времени в системах автоматизации в промышленности. Она обеспечивает доставку критически важных данных в строго заданные временные интервалы, что позволяет минимизировать задержки и оптимизировать рабочие процессы.
Особенно актуальна TSN для задач, где важна каждая секунда, например при управлении движением механизмов или автоматизации производственных процессов.
Основным преимуществом технологии является ее способность объединять устройства в единую синхронизированную сеть. Это позволяет достичь бесперебойного функционирования всех элементов системы и гарантирует своевременность выполнения процессов.
Детерминированная связь — одно из ключевых свойств TSN, обеспечивающее гарантированную доставку сообщений без влияния постороннего трафика. Это минимизирует вероятность конфликтов в сети и повторных передач, что исключает задержки и поддерживает высокую производительность системы.
Промышленные системы все чаще внедряют TSN-технологии для обеспечения точной координации между различными механизмами.
Как автоматизация повлияла на обрабатывающую промышленность?
Автоматизация в промышленности существенно улучшила производственные процессы в различных отраслях.
- Промышленное производство: автоматизация минимизирует ошибки, повышает качество продукции и обеспечивает своевременность выполнения заказов. В пищевой промышленности это особенно заметно при автоматизации упаковочных процессов.
- Логистика и склад: современные системы управления цепочками поставок позволяют эффективно контролировать движение товаров, складские запасы и предотвращать дефицит продукции.
- Нефтегазовая промышленность: автоматизированные системы мониторинга обеспечивают точный контроль за работой буровых установок, что значительно повышает безопасность поисковых операций.
- Роботизированные системы: роботы успешно заменяют человека в выполнении опасных и монотонных задач, повышая безопасность труда.
- Автомобильная промышленность: внедрение автоматизированных систем позволило не только оснастить авто современными системами безопасности, но и полностью автоматизировать производственные линии, существенно ускорив выпуск машин.
Преимущества автоматизации в промышленности существенно перевешивают связанные с ней сложности. Грамотная подготовка персонала и строгое соблюдение норм безопасности позволяют преодолеть большинство трудностей. Это приводит к существенному росту производственной эффективности и улучшению качества выпускаемой продукции.
