Še ne tako dolgo nazaj so izdelke, ki jih kupujejo tako podjetja kot posamezniki, proizvajali v velikih tovarnah, ki zaposlujejo na stotine ali celo tisoče delavcev. Takšne tovarne so bile bolj produktivne in donosne kot starejše proizvodne metode zaradi mehanizacije – izboljšanja (ne zamenjave) človeškega dela z električnimi stroji in orodji, ki so povečali produktivnost vsakega delavca. V današnjem prispevku pa si ogledamo stopnjo više – kaj je industrijska avtomatizacija in zakaj jo uvesti.

Stopnja prej – mehanizacija

Mehanizacija je bila glavni doprinos inovacij Henrya Forda v linijski proizvodnji, ki je tovarni Ford omogočila, da so izdelali več deset tisoč avtomobilov, ki so si jih delavci lahko privoščili.

Čeprav je mehanizacija povečala produktivnost, so se zaposleni (še danes) vrteli v začaranem krogu. Ljudje imamo na žalost številne lastnosti, ki so nasprotje tega, kar mehanizacija je:

• delamo človeške napake
• ne delamo v vsaki situaciji na povsem enak način
• zbolimo
• smo hitro pod stresom
• postane nam dolgčas, če se naloge ponavljajo
• imamo občutke in čustva, ki ovirajo našo sposobnost maksimalne produktivnosti
• Vztrajamo pri vključevanju dejavnosti, ki niso dodana vrednost končnega izdelka, npr. sestanki.
• zahtevamo stvari, kot so višje plače, dodatki in plačilo nadur

Zato so lastniki tovarn iskali rešitev, za še večje povečanje produktivnosti in dobička, ki bi presegla mehanizacijo. Ta naslednja stopnja je avtomatizacija.

Z avtomatizacijo se človeško delo povsem nadomesti s stroji. Npr. namesto neskončnega zategovanja vijakov na roke z ročnim ključem ali električnim orodjem, naprava samodejno zategne vijake brez človeškega posredovanja. Ali še korak višje – ne samo, da naprava opravi delo, napravi še povemo, kaj in kako mora narediti z računalniško avtomatizacijo. V tem primeru motor naprave dejansko nadzira krmilnik (motor controller), s čimer ni potrebno niti ročno upravljanje stroja.

Prednosti in slabosti industrijske avtomatizacije

Prednosti

Ko je industrijska avtomatizacija pravilno izvedena, omogoča številne prednosti:

• Povečana produktivnost: avtomatizirani procesi se lahko izvajajo hitreje
• Zmanjšani operativni stroški: avtomatizacija lahko povzroči zmanjšanje stroškov dela in kakovost prodanega blaga pri tem ne trpi
• Kakovost izdelka: avtomatizirani procesi lahko dosledno proizvajajo visokokakovosten izdelek
• Zmanjšan rutinski nadzor procesov: ker lahko avtomatizirani postopki spremljajo in prilagodijo lastne parametre procesa, je manj potrebe po tem, da te naloge opravljajo ljudje
• Varnost: industrijski roboti lahko upravljajo z delovnimi mesti, ki so nevarna za ljudi, s čimer se poveča varnost na delovnem mestu
• Fleksibilnost: avtomatizirani proizvodni stroji se zlahka ponastavijo za različne izdelke, proizvodne linije in naklade
• Simulacijsko modeliranje: industrijska avtomatizacija omogoča, da se nov postopek simulira v virtualnem okolju, z uporabo orodij, kot je analiza končnih elementov (FEA) in računačniška dinamika (CFD) ter da se identificirajo vprašanja in prilagoditve pred pričetkom proizvodnje

Pomanjkljivosti

Vendar pa obstajajo tudi nekatere pomanjkljivosti, najvidnejše so visoki začetni stroški nabave, konfiguriranje in uvajanje industrijske strojne opreme ter programske opreme za avtomatizacijo. Osebje mora biti usposobljeno predvsem za to, da bo opremo znalo uporabljati in jo vzdrževati čimbolj učinkovito.

Nekateri od teh stroškov se lahko znižajo s strateškim pristopom do avtomatizacije, sprva z avtomatizacijo nekaj preprostih procesov visoke marže, kasneje pa postopoma za vse procese, ki se lahko uporabljajo za postopno izvajanje v celotnem podjetju.

Prav tako pomembno pa je dejstvo, da avtomatizacija zahteva, da podjetja najprej natančno preučijo svoje procese in odpravijo odvečne procese. Ničesar ne boste dobili z avtomatizacijo procesa, ki ga v prvi fazi sploh ne potrebujete.

Hierarhija industrijske avtomatizacije

Vsi sistemi za nadzor industrijske avtomatizacije niso ustvarjeni enaki; Obstaja hierarhija sistemov, ki jih je mogoče uporabiti v proizvodnem okolju. Ti sistemi, od najnižje do najvišje stopnje so:

• Terenska raven: enostavne, “neumne” naprave, kot so senzorji temperature in tlaka, motorji, aktuatorji in bralniki črtnih kod
• Nadzorna raven: naprave, ki obdelujejo vhod senzorja in pošiljajo ukazne signale na aktuatorje, kot so motorji, ventili in releji; pogosto “težko žično” za določeno nalogo
• Programirani logični krmilniki: mikroprocesorske naprave, ki so podobne napravam na ravni nadzora, razen da se lahko reprogramirajo za različne naloge
• Nadzor in nadzor proizvodnje: sistemi, ki spremljajo naprave na nižjih ravni in omogočajo ljudem, da sprožijo proizvodne rute, določajo proizvodni cilji in opravljajo druge nadzorne naloge
• Informacije ali raven podjetja: sistemi, povezani s načrtovanjem proizvodnje, napovedovanje, obdelavo prodaje in drugih celotnih poslovnih dejavnosti

Vrste orodij za avtomatizacijo

Nižji stroški računalniških programov in strojne opreme so omogočila razvoj številnih orodij za avtomatizacijo, kot so:

• Nadzorni in pridobivanje podatkov (SCADA): To orodje sodi med področje vodenja nadzora in nadzora proizvodnje, ki združuje podatke iz naprav na nižji ravni in jih prikazuje na enostavnih nadzornih ploščah. To orodje povzema kakovost enega ali več proizvodnih procesov in omogoča spremljanje in nadzor v realnem času.
• Vmesniki za naprave (HMI): Pozabite na številčnice, gumbe, očala in merilnike. Naprave za industrijsko avtomatizacijo se lahko zdaj nadzorujejo preko osebnih računalnikov, prenosnih računalnikov, tablic in celo mobilnih telefonov.
• Umetne nevronske mreže (Anns): To je razred umetne inteligence (AI), ki se uporablja v sistemih strojnega učenja. Te tehnologije “se naučijo” s preučevanjem tisočih podatkovnih objektov, kot so digitalne slike, ki so na nek način označene, in tvorijo matematični model in jo sčasoma prilagajajo, da sistem lahko označi ali razvrsti določen podatkovni objekt na način, ki ga ustreza njenim opombam. V industrijskem kontekstu se lahko računalniški sistem nauči razlikovati končne predmete, ki izpolnjujejo merila kakovosti od tistih, ki ne. Tak avtomatiziran sistem bi lahko pregledal vsak posamezen izdelek, ne le vzorcev, kot jih običajno pregleda inšpektor. Z vključitvijo podatkov senzorja lahko sistem QA, ki ga poganja AI, prepozna napačne elemente veliko natančneje kot inšpektor.
• Porazdeljeni kontrolni sistemi (DCSS): V tem sistemu se procesni krmilniki čim bolj porazdelijo v proizvodno opremo, namesto da bi centralizirali nadzor v eni napravi na visoki ravni. Ta pristop povečuje zanesljivost, medtem ko še vedno omogoča nadzorni vidljivosti prek HMI.
• Robotika: Industrijski roboti postajajo vse bolj sposobni in prilagodljivi. Fiksni tovarniško-talni roboti so lažji kot kdaj koli prej, in jih je mogoče prilagoditi različnim izdelkom in proizvodnim linijam. Čeprav še niso dosegli ravni razumevanja naravnih jezikovnih navodil (A LA R2-D2), so njihovi uporabniški vmesniki bolj intuitivni in zahtevajo manj spretnosti za delovanje kot stari industrijski roboti. Odličen primer je npr. robotika pri varjenju. Namesto da se v podjetju nahaja staromoden plazma rezalnik, ki je hkrati tudi nevarne za zdravje delavcev, je veliko bolj smiselno varjenje opravljati z roboti.

Primeri industrijske avtomatizacije

Številne industrije so že sprejele avtomatizirane procese in izkoriščajo koristi. Tukaj je le nekaj primerov:

Avtomobilska industrija

Proizvajalci avtomobilov že desetletja uvajajo industrijske robote; Danes večina montažnih linij zaposluje robote za tako izdelavo kot montažo končnega izdelka. Kljub nekaterim napačnim korakom, kot jih je imel Tesla s prekomerno avtomatiziranimi procesi, se bo prihodnost avtomobilske proizvodnje še naprej razvijala na ravni avtomatizacije. Roboti, ki jih potrebuje avtomobilska industrija so danes tako tisti, ki sestavljajo avtomobilske dele kot različni sesalniki za testiranje izpušnih plinov – spekter je resnično širok.

3D tiskanje

3D tiskanje je tehnologija, ki se je pričela uporabljati tudi v vesolju. 3D tiskanje omogoča natančen nadzor nad obliko in velikostjo vsakega izdelanega dela in omogoča uporabo naprednih lahkih, visoko trdnostnih, visoko trajnih materialov, ki so potrebni za letala, helikopterjev in vesoljska plovila.

Biofarmacija

Biofarmacevtska industrija se obrača na industrijsko avtomatizacijo bioloških procesov. Ti procesi zahtevajo natančno spremljanje in nadzor okolja bioreaktorja, da se zagotovi visok donos in vsa potrebna kakovost, učinkovitost in varnost končnih izdelkov. Podjetja razvijajo elegantne senzorje za različne kemijske in fizične parametre, ki ponujajo visoko natančnost nad široko paleto pogojev delovanja.

Programska oprema

Poleg tega se proizvajalci v številnih panogah obračajo na računalniško podprto proizvodnjo (CAM) Skozi proces, imenovan “3D interoperabilnost,” oblikovalske datoteke, ki so bile razvite v računalniško podprto načrtovanje (CAD) programske opreme, se lahko uvozite neposredno v proizvodni stroj, kar zmanjšuje napake in dvoumnosti, ki izhajajo iz ročno prevajanje inženirskih risb v proizvodne parametre. Nadalje, razvijalci aplikacij CAM iščejo načine, kako avtomatizirati stopnjo pred obdelave, kjer je CAD datoteka pripravljena za določen proizvodni korak. Prostorski SDKS so v ospredju, da bi ti razvijalci omogočili.

Industrijska avtomatizacija leta 2020 in naprej

Z napredkom na področju umetne inteligence, brezžičnih senzorskih omrežij in robotov ter drugih avtomatiziranih strojev bo proizvodnja jutri precej drugačna kot je danes. Zmanjšalo se bo število človeških operaterjev, ki opravljajo umazane, nevarne in ponavljajoče se naloge iz dneva v dan. S popolnoma avtomatiziranimi postopki se bodo lahko osredotočali svoje talente in znanje o nadaljnjem izboljšanju produktivnosti, kakovosti in inovacij.

Rezultat bi lahko bil renesansa v proizvodnji v industrializiranih in državah v razvoju, ki prinaša visoko kakovostno in poceni proizvedeno blago podjetjem in potrošnikom po vsem svetu.

VIR (1) Open PR

VIR (2) Nederman