اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون اصطلاحی است برای کاربردهای فناورانه در آن میزان دخالت انسانی به حداقل میرسد. اتوماسیون شامل اتوماسیون فناوری اطلاعات، اتوماسیون اداری ، اتوماسیون فرآیندهای کسبوکار (BPA)، رباتیک صنعتی یا حتی برنامههای شخصی مانند اتوماسیون خانگی است.
اما اتوماسیون به معنایاستفاده از تجهیزات و سیستمهای کنترل مختلف، مانند فرآیندهای کارخانهای، ماشینآلات، دیگهای بخار، اجاقهای عملیات حرارتی و غیره در کارخانهها. نمونههای کاربردی اتوماسیون متنوع است و از ترموستات خانگی تا سیستم کنترل صنایع بزرگ، وسایل نقلیه خودران و رباتهای انبارداری را شامل میشود.
تاریخچه اتوماسیون صنعتی به تسمههای نقاله سادهای که قطعات را از طریق خط مونتاژ میکشیدند، آغاز شد. ماشینها کارهای اصلی را انجام میدادند که کار دستی را کاهش میداد. امروزه اتوماسیون صنعتی طیف وسیعی از ماشینها، محرکها، حسگرها، پردازندهها و شبکههایی است که برای برقراری ارتباط در یک محیط صنعتی کار میکنند.
الیور ایوانز (Oliver Evans)، مهندس و مبتکر آمریکایی، در سال 1785، یک دستگاه آسیاب آرد خودکار را توسعه داد که اولین فرآیند صنعتی کاملا خودکار بدون دخالت انسانی بود. اما واژه «اتوماسیون» در صنعت، تا سال 1946 مورد استفاده قرار نگرفته بود.
اصطلاح «اتوماسیون» به دی.اس.هاردر (D.S. Harder)، مهندس شرکت فوردموتورز در سال 1946 نسبت داده میشود. هاردر، اتوماسیون را در صنعت خودرو به کار گرفت و از آن درجهت مکانیزه کردن خطوط تولید برای کنترل و بهبود نرخ تولید استفاده کرد.
ویلیام گری والتر (William Grey Walter)، نوروفیزیولوژیست و دانشمند رباتیک انگلیسی، در سال 1948، اولین ربات هوشمند در اتوماسیون را توسعه داد.
در ادامه چند مثال از اتوماسیون صنعتی آوردهایم:
اتوماسیون انبار،
بستهبندی و حمل مواد،
بازرسی و کنترل کیفی،
ساخت فلز، جوشکاری، برشکاری، ماشینکاری، روکش فلزی و غیره،
فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی.
بازار اتوماسیون صنعتی در سطح جهانی رشد قابلتوجهی داشته و در سال 2021 به 191 میلیارد دلار رسید. پیشبینی میشود این رقم در سال 2029، به 395 میلیارد دلار برسد.
هدف از اجرای اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون صنعتی به بهبود کیفیت، افزایش بهرهوری و ایمنی در انبارها، کارخانهها، تولید صنعتی و سایر فرآیندها کمک میکند. درواقع، اتوماسیون صنعتی مدرن بر بهترین راه برای استفاده از فناوری، مانند بهرهگیری از دستگاههای PLC، هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و دستگاههای IIoT تمرکز دارد. در ادامه، اتوماسیون صنعتی، انواع و مزایای آن در صنایع جهانی و بازارهای در حال گسترش معرفی خواهند شد.
سیستم های اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون صنعتی از فناوریهای مختلف برای مدیریت کارهای تکراری استفاده میکند، مانند کارهای خطرناکی که ایمنی کارگران انسانی را به خطر میاندازد. اتوماسیون صنعتی، دقت در تولید را افزایش میدهد و ایمنی کارخانه و صنعت را بهبود میبخشد.
در ادامه، چند نمونه رایج از پیادهسازی سیستمهای اتوماسیون صنعتی آورده شده است:
سیستمهای انبار ASRS (Automated Storage and retrieval system: سیستمهای ذخیرهسازی و بازیابی خودکار)،
تجهیزات کنترلشده عددی (NC)،
سیستمهای تولید انعطافپذیر،
تولید به کمک رایانه.
سیستم اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون صنعتی، دقت در تولید را افزایش میدهد و ایمنی کارخانه و صنعت را بهبود میبخشد
مزایای اتوماسیون صنعتی
اتوماسیون صنعتی مزایای زیادی برای مشاغل مختلف و همچنین کارگران صنایع دارد. در ادامه به مزایای اصلی اتوماسیون صنعتی اشاره شده است:
افزایش سرعت تولید: کاهش زمان تولید و افزایش نرخ و حجم تولید: براساس گزارشی صنایع در مراحل اولیه پیادهسازی اتوماسیون تا 5.1 درصد افزایش تولید داشتهاند. اتوماسیون فرآیند تولید سریعتر را فراهم میکند و عملکردهای مختلف را به طور همزمان انجام میدهد. درواقع اتوماسیون صنعتی با دادههای بلادرنگ، فرآیندها را ردیابی و نظارت میکند تا هرگونه تغییر در کیفیت یا ناکارآمدی را تشخیص دهد. این امر به تولیدکنندگان اجازه میدهد تا به مشکلات بهتر رسیدگی کنند و تصمیمات بهتری در مورد رویههای خود بگیرند. اتوماسیون صنعتی در صورت کمبود کارکنان ماهر، خط تولید را برای حفظ خروجی فعال نگه دارد.
افزایش بهرهوری: بهبود نرخ تولید از طریق کنترل بهتر تولید، کاهش زمان توقف و از کارافتادگی ماشینآلات و تجهیزات، کاهش خطا و کاهش زمان مونتاژ برای هر محصول و غیره. زمان توقف، مشکلات عملکرد و تنگناها همگی باعث کاهش تولید میشوند. با استفاده از مانیتورینگ و دستگاههای خودکاری که در یک پلتفرم ارتباط برقرار میکنند، میتوان این مشکلات را قبل از آنکه کاهش تولید پیدا کرد و با رفع آنها بهرهوری را افزایش داد. مشکلات خرابی و عملکرد را میتوان از طریق دادههایی که تعمیر و نگهداری پیشبینی شده ارائه می دهد، کاهش یا حذف کرد. اطلاعات بلادرنگ قادر به یافتن علل ریشهای مشکلات، تنظیم موجودی و نظارت بر سرعت تولید است تا تنظیمات قبل از بروز خرابی یا توقف در خط تولید اتفاق بیفتد.
کاهش هزینهها: کاهش نیاز به نیروی کار و صرفهجویی در زمان که باعث کاهش هزینههای تولید و تعمیر و نگهداری میشود؛ مانند دستمزد کارگران، مزایا، مراقبتهای بهداشتی، مستمری، پاداش و غیره. همچنین، ماشینهای اتوماسیون صنعتی نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند، زیرا بهندرت خراب میشوند. اتوماسیون، میزان دخالت انسانی را به حداقل میرساند، خطاهای انسانی را حذف کرده و کیفیت محصول را بالا و ثابت نگه میدارد.
افزایش کیفیت: دستگاههای اتوماسیون متصل تکرارپذیری بیشتری دارند و جمعآوری دادهها تقریباً از هر نقطهای در خط تولید و ارسال اعلانها به هر کسی که دسترسی دارد اتفاق میافتد. تشخیص زودهنگام تغییرات در کیفیت میتواند تولید را بهبود بخشد، ضایعات و دوبارهکاریها را کاهش و سود را افزایش دهد. بهعلاوه، دستگاههای اتوماسیونی که قادر به تأیید کیفیت هستند، میتوانند شفافیت را بهبود بخشند و اطمینان حاصل کنند که قطعات تولید شده قبل از خروج از کارخانه، نیازهای مشتری را برآورده میکنند.
بهبود ایمنی کار: اتوماسیون صنعتی به کارگران کمک میکند تا از کارهای کسل کننده، خطرناک و کثیف رها شوند. اتوماسیون صنعتی صدمات ناشی از حرکتهای مکرر و بلند کردن اجسام را کاهش دهد تا محیط کار ایمنتری ایجاد شود. زیرا ماشینها، فرآیندهایی را انجام میدهند که انجام آن برای نیروی انسانی خطرناک است؛ مانند کار کردن در محیطی با فشار زیاد کاری، دمای بالا، مواد سمی، حرکات سریع و غیره. این مزیت وضعیت روزمره کارگران را بهبود بخشیده و در عین حال آنها را برای کارهای پیچیدهتر آزاد میکند.
بهبود زمانبندی تولید: برنامهریزی و بهبود زمانبندی تولید به کسبوکارها کمک میکند تا از انباشت موجودی اضافی در انبارها جلوگیری کنند. همچنین آنها را قادر می سازد تا ظرفیت نیروی کار را مدیریت کرده و کارکنان را برای مدیریت نوسانات تقاضا تنظیم کنند. اتوماسیون صنعتی باعث میشود شرکتها فرآیندهای برنامهریزی تولید چابکتری داشته باشند تا تغییرات به سرعت در برنامه اصلی گنجانده شوند و هیچ منابعی هدر نرود.
حفاظت از محیط زیست: هدف اتوماسیون صنعتی پایدار به حداقل رساندن ضایعات و انتشار گازهای گلخانهای با سادهسازی فرآیندهای تولید است. اتوماسیون امکان کنترل دقیق مصرف مواد خام، کاهش ضایعات و به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی را فراهم می کند.
امکان جمعآوری دیتا: جمعآوری خودکار داده به معنای استفاده از فناوریهای دیجیتال برای جمعآوری دادهها از سیستمهای مختلف، مانند تجهیزات و حسگرهای متصل گرفته تا سیستمهای GPS و سیستمهای اجرایی تولید (MES) است. امروزه تولیدکنندگان کمی در صنایع مختلف به جمعآوری دادههای دستی متکی هستند. تجهیزات تولید مدرن شامل طیف وسیعی از حسگرها برای ردیابی ظرفیتهای تولید، شرایط دما و بسیاری از پارامترهای عملیاتی دیگر است.
مانیتورینگ و کنترل بهتر: شرکتها با داشتن دادههای زمان واقعی در مورد عملکرد تجهیزات و فرآیندها میتوانند عملکرد را بهینه کرده و مصرف منابع (انرژی، مواد اولیه و غیره) را کاهش دهند. همچنین، با اتصال دستگاههایی که با ابزارهای اتوماسیون صنعتی کنترل میشوند، دادههای معتبرتر و بهتری در اختیار مدیران قرار میگیرد تا تصمیمات بهتری را اتخاذ کنند. اتوماسیون صنعتی بیشتر در سیستم انبار، زنجیره تامین، بانکداری و امور مالی کاربرد دارد.
انعطافپذیری بالاتر: اتوماسیون صنعتی انعطافپذیر است. یعنی سیستمهای خودکار به راحتی میتوانند با تغییرات سازگار شوند. این سیستمها قابل برنامهریزی و تنظیم مجدد هستند و همین امر به آنها اجازه میدهد تا قطعات یا محصولات مختلفی را تولید کنند. بسیاری از تاسیسات تولیدی مدرن از اتوماسیون انعطافپذیر برای افزایش بهرهوری و کارایی استفاده می کنند.
معایب اتوماسیون صنعتی
هزینه اولیه بالا
سرمایهگذاری اولیه مرتبط با تغییر از خط تولید انسانی به خط تولید اتوماتیک بسیار زیاد است. همچنین، باید هزینه آموزش کارکنان برای کار با این تجهیزات پیچیده جدید را نیز درنظر گرفت. با این حال، این هزینههای اولیه منافع بلندمدت قابل توجهی را به همراه دارد.
جابجایی شغلی بالقوه
اتوماسیون صنعتی میتواند منجر به جابجایی شغلی کارکنان شود زیرا ماشینها وظایفی را که توسط انسان انجام میشود بر عهده میگیرند. این تغییر ممکن است برخی از کارهای دستی را کاهش دهد. با این حال، فرصتهای جدیدی را در رباتیک، تجزیه و تحلیل دادهها و مدیریت سیستم ایجاد میکند.
برای کاهش جابجایی شغلی، برنامههای مهارتآموزی از اهمیت بالایی برخوردار هستند. این برنامهها به کارگران کمک میکنند تا به سمت نقشهای جدید بروند و ارزشمند بمانند.
فرآیند اتوماسیون صنعتی
راههای مختلفی برای به تصویر کشیدن فرآیند اتوماسیون صنعتی وجود دارد. در ادامه، یک سلسلهمراتب سادهی سه مرحلهای برای یک برنامه معمولی اتوماسیون صنعتی آمده است:
سطح سرپرست
سرپرستان مسئول نظارت بر فرآیندها در زمان اجرا هستند. سرپرست معمولاً چندین رایانه شخصی صنعتی دارد که اغلب به عنوان رایانههای رومیزی یا رایانههای رک نصبشده در دسترس هستند.
این رایانهها با سیستم عاملهای استاندارد و یک بسته نرم افزاری خاص کار میکنند که قابلیت کنترل فرآیند صنعتی را برای آنها فراهم میآورد. هدف اولیه، تجسم فرآیند و پارامترسازی است. یک اترنت (Ethernet) صنعتی منحصر به فرد برای ارتباط استفاده میشود که میتواند LAN گیگابیتی یا هر توپولوژی بیسیم (WLAN) باشد.
سطح کنترل
کنترلگر منطقی برنامهریز (Programmable Logic Controller) یا به اختصار PLC، دستگاهی است که فرآیندهای مربوط به اتوماسیون را اجرا میکند. PLC ها معمولاً مبتنی بر ریزپردازنده هستند و اغلب از ریزپردازندههای 16 بیتی یا 32 بیتی استفاده میکنند. آنها این فرآیندها را با قابلیت محاسبات بلادرنگ مدیریت میکنند. یک PLC میتواند با چندین تجهیزات ورودی/خروجی – مانند سنسورها، چراغها و موتورها – ارتباط برقرار کند و از طریق انواع مختلف پروتکلهای ارتباطی بیسیم – مانند CAN، با سیستمهای دیگر ارتباط برقرار کند.
سطح میدان
دستگاههای مختلف، مانند سنسورها و محرکها، تجهیزات سطح میدانی در فرآیند تولید هستند. حسگرهایی مانند دما، اپتیکال، فشار و غیره و محرکها مانند موتورها، شیرها، سوئیچها و غیره از طریق یک گذرگاه میدان به یک PLC متصل میشوند. اتصالات نقطه به نقطه امکان برقراری ارتباط بین این دستگاه ها و PLC های مربوط به آنها را فراهم میکند. شبکههای سیمی یا بیسیم ممکن است بسته به عواملی، مانند هزینه و تحرک در اینجا استفاده شوند که امکان تشخیص اجزای مختلف متصل در نصب ماشینها را فراهم میکند.
