Автоматизация производства: что это такое и зачем она нужна

Понять, что конкретное предприятие идет в ногу со временем, легко - ручной труд на нем максимально заменен машинным, за счет чего улучшены качественные показатели работы. Например, увеличен объем поставок за стандартный отчетный период.

Автоматизация производства (АП) - это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Для передачи контрольных, операционных, управленческих функций от человека технике используют системы автоматизации производства. Сегодня им доверяют как повседневную рутинную работу, так и задачи повышенной сложности. АП - основа развития современной промышленности, генеральное направление технического прогресса.

Автоматизация производства - это комплекс мер по внедрению современных технологических решений, направленных на замену ручного труда автоматизированными системами, что позволяет снизить затраты, увеличить производительность и обеспечить стабильное качество продукции. Автоматизация производства от Intervespco - это комплексные решения, способные преобразить технологический процесс, обеспечить высокую точность и стабильность работы, а также снизить затраты на производство. Мы предлагаем индивидуальный подход, профессиональную поддержку и инновационные технологии, которые позволят вам не только оптимизировать производственные процессы, но и обеспечить устойчивый рост и конкурентное преимущество на рынке.

Цель АП заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Инвестируйте в будущее вашего бизнеса - автоматизация производства станет залогом успеха и стабильного развития вашего предприятия.

Преимущества и примеры автоматизации производства

Цели и задачи автоматизации технологических процессов производства

С помощью автоматизации технологических процессов производства (АТПП) решают следующие задачи:

• Сокращение времени изготовления, упаковки, сортировки продукции.
• Снижение стоимости человеческого труда.
• Сокращение расходов на сырье.
• Защита специалистов на вредных производствах за счет выполнения работ в условиях, опасных для здоровья человека.
• Быстрая реализация сложных технических задач.
• Увеличение выработки продукции.
• Расширение ассортимента.
• Автоматизация и оптимизация многих производственных процессов, что положительным образом сказывается на продуктивности.

Наличие средств АТПП иногда приводит к увеличению затрат (например, на техническое обслуживание оборудования). При разработке проекта автоматизации руководство компании оценивает сроки окупаемости вложений и делает вывод о сообразности его внедрения.

Внедрение автоматизированных систем способствует не только экономической эффективности, но и улучшению экологической ситуации и условий труда. Современные технологии позволяют оптимизировать использование ресурсов, снижать выбросы вредных веществ и минимизировать количество производственных отходов.

Сферы применения

Автоматизировать можно почти любое производство, на котором имеют место рутинные процессы. «Односложные», но цикличные операции встречаются во многих отраслях:

• Сельское хозяйство.
• Металлургия.
• Тяжелая промышленность.
• Машиностроение.
• Торговля.
• Медицина.
• Энергетика и прочие.

АТПП не претендует на полное вытеснение интеллектуального и ручного труда человека - наоборот, она делает условия работы более комфортными.

Типы автоматизации

Выделяют А. п.: частичную, комплексную и полную. При определении степени автоматизации учитывают прежде всего её экономическую эффективность и целесообразность в условиях конкретного производства.

Существует шесть направлений АТПП. Их различают по типу используемого оборудования.

NC (Numerical Control)

Это машины с числовым управлением (Numerical Control - числовой контроль) - станки, запрограммированные на определенные действия. Технологический процесс полностью контролируется электроникой. Оператор станка устанавливает, налаживает, проверяет оборудование, размещает и снимает заготовки. Пример NC-автоматизации - фрезерный станок с ЧПУ.

IT (Информационные технологии)

Информационные технологии внедряют в основном в сферу интеллектуального труда. Они нацелены на создание, получение, хранение, обработку, распространение данных. В отличие от человеческого мозга, перерабатывают больше информации, не допуская ошибок.

FMS (Flexible Manufacturing System)

Гибкие производственные системы (Flexible Manufacturing System) совершают полный производственный цикл, подстраиваясь под условия среды. Необходимы предприятию, работу которого нельзя останавливать даже при аварии. При использовании FMS применяют разные методы - например, меняют порядок выполнения операций или упрощают технологические процессы.

Роботы

В отличие от NC способны выполнять работу без участия человека, т. е. полностью автономны. Роботам «доверяют» погрузку тяжелых/опасных предметов, сварку и сборку деталей, упаковку товаров и другие монотонные задачи, характерные для определенного технологического участка.

Системы проектирования

Это программное обеспечение для решения прикладных задач. Примеры - CAD, CAM, CAE и прочие. С помощью систем проектирования создают алгоритмы работы оборудования, прогнозируют качество и характеристики изделий, определяют наиболее рациональный способ их изготовления.

CIM (Computer Integrated Manufacturing)

Computer Integrated Manufacturing (дословно - «компьютер, интегрированный в производство») контролирует производственный комплекс через единый интерфейс. Часть функций CIM:

• Управление цехами, участками, отделами.
• Подготовка к производству продукции.
• Управление складами и логистикой.
• Контроль системы сбыта.
• Финансовое управление.

Компьютерное интегрирование охватывает весь спектр задач по производству продукта. CIM ускоряет технологические процессы, снижает вероятность сбоев и ошибок из-за человеческого фактора.

Уровни автоматизации производства

Выделяют четыре степени автоматизации производства:

Нулевая

Роботов, технологического оборудования, программного обеспечения или иных средств автоматизации на таком предприятии нет. Отсутствуют они по трем причинам:

• Недостаток ресурсов для покупки или внедрения.
• Экономическая несообразность установки.
• Невозможность замены ручного труда (например, при создании произведений искусства).

Нулевая автоматизация на промышленном предприятии - крайне редкое явление.

Частичная

АТПП затрагивает конкретное оборудование или отдельные операции. Пример частичной автоматизации - установка фрезерного станка ЧПУ на металлообрабатывающем предприятии. Человек задает параметры, но обработку деталей полностью выполняет станок.

Комплексная

Автоматизация определенного участка, цеха, линии. Обеспечивает автономное функционирование системы. Участие человека сводится к контролю работы оборудования.

Полная

Наивысший уровень автоматизации, при котором машинам передан полный цикл работ от проектирования до контроля качества.

Полная АТПП - весьма перспективная модель, которая редко встречается на практике. Чаще на промышленных предприятиях реализованы проекты частичной или комплексной автоматизации.

Принципы АТПП

Одна из основных задач предприятия - органично внедрить систему автоматизации. В ее рамках соблюдают пять принципов:

1. Принцип согласованности. Действия двух и более компонентов АТПП, которые решают общую задачу, согласуют друг с другом. Синхронизация выполняемых операций, рецептур, графиков, методик обеспечивает максимальный уровень автоматизации. При несогласованности действий хотя бы двух элементов нарушается весь технологический процесс.
2. Принцип гибкости. Подразумевает возможность замены, исключения или дополнения средств автоматизации в технологический процесс без ущерба для его эффективности. Гибкость - ключевой аспект быстрой адаптации производства к новым технологиям, инструментам и операциям.
3. Принцип завершенности. АТПП - цикличный процесс, который обеспечивает желаемый результат без промежуточного делегирования задач другим исполнителям или подразделениям. Завершенность обеспечивают:
   • Машины, которые обрабатывают разные виды сырья.
   • Сокращение объема ресурсов для производства.
   • Унификация (единообразие) методов изготовления.
   • Минимальный объем пусконаладочных работ перед вводом автоматики в эксплуатацию.
4. Принцип комплексной интеграции. Качество автоматизации зависит от качества настройки производственных процессов, их синхронизации. Необходимую слаженность обеспечит оперативная интеграция отдельных технологий в организационную среду.
5. Принцип независимости. Суть - снижение количества сотрудников производства и степени влияния человеческого фактора на эффективность предприятия.

Средства автоматизации промышленного производства

Ассортимент оборудования, инструментов и программ для АТПП огромен. Ниже рассмотрим пять категорий.

Программно-аппаратный комплекс

Это совокупность технических средств и программ, которые могут выполнять одну или несколько однотипных задач. Состоит из двух частей - аппаратной и программной. Первая включает устройства для сбора и обработки информации (например, ПК), вторая - программное обеспечение для обработки и/или интерпретации данных.

Особенности комплекса:

• Удобное администрирование (через браузер).
• Быстрая установка.
• Низкая вероятность внеплановой остановки.
• Возможность централизованного управления функциями.

Примеры программно-аппаратных комплексов - системы видеонаблюдения, техника для медицинской диагностики, устройства для формирования электронной очереди.

Автоматизированные линии

Востребованы в серийном производстве товаров, которые требуют поэтапной обработки. Линия состоит из станций (участков), через которые в некой последовательности проходит продукт.

Линии классифицируют по нескольким критериям:

• Способ транспортировки продукции (сквозная, боковая, комбинированная).
• Способ связи элементов (жесткая/гибкая).

Автоматизированные линии обычно применяют в металлургии и машиностроении. Пример - участок сварки автомобильных колес. На нем выполняют соединение диска с ободом, очистку шва от шлака, пробивку отверстия под ниппель, удаление заусенцев. При этом используют сварочное, токарное, шлифовочное оборудование.

Роботизированная техника

Востребована крупными предприятиями и небольшими фирмами. Преимущества роботов:

• Точность выполнения операций.
• Высокая работоспособность.
• Сокращение издержек.
• Возможность перенастройки параметров.
• Снижение влияния человеческого фактора.

Роботы полезны в погрузочно-разгрузочных работах, обработке, сборке и контроле серийной продукции.

1C:ERP

Программное обеспечение, которое объединяет бизнес-процессы в одном интерфейсе и облегчает взаимодействие руководства с сотрудниками. ПО позволяет:

• Планировать стратегические и тактические шаги компании.
• Вести учет трудозатрат.
• Формировать график производства.
• Детализировать технологические операции.
• Координировать работу цехов и других структурных подразделений компании.

В программе 1C:ERP предусмотрены возможности для кадровиков, бухгалтеров, обслуживающего персонала и других категорий сотрудников.

SCADA

Программный пакет для сбора, обработки, отображения, хранения информации об объекте мониторинга. Им дополняют, например, системы экологического контроля, автоматизации зданий или АСКУЭ (коммерческий учет электроэнергии).

Некоторые возможности SCADA:

• Обмен данными с контроллерами (датчиками) промышленного оборудования.
• Подготовка отчетов о ходе производственного процесса.
• Ведение баз данных с технологической информацией.
• Связь с внешними приложениями.

Программа легко интегрируется с другими продуктами для управления предприятием - 1C, системой метрологического учета АСОМИ и прочими.

Современные технологии позволяют оптимизировать использование ресурсов, снижать выбросы вредных веществ и минимизировать количество производственных отходов. Мир технологий постоянно меняется, и будущее автоматизации производства связано с интеграцией все более совершенных систем, основанных на искусственном интеллекте, машинном обучении и IoT.

Как внедрить автоматизацию

Процесс делят на пять этапов.

Определение целей

Руководство предприятия определяет основные мотивы установки средств автоматизации. Возможные цели - расширение номенклатуры продукции, оптимизация и автоматизация производственных процессов и другие, что перечислены выше.

Разработка стратегии

Долгосрочное планирование - залог успешного внедрения средств автоматизации. Оно включает нескольких этапов:

• Изучение и оцифровка процессов, которые будут автоматизированы.
• Оптимизация этих процессов (упрощение структуры, исключение не несущих очевидной пользы операций, объединение нескольких однотипных действий в одно и прочее).
• Черновой проект АТПП (поиск систем для достижения поставленных целей).

Невозможно цифровизировать производство без четкого плана. Чем проще организационная структура предприятия, тем легче реализовать стратегию.

Выбор оборудования

Кроме станков, роботов, ПО, систем проектирования и других средств АТПП понадобится электроника:

• Пусковые элементы.
• Регулирующие щиты.
• Контроллеры и выключатели.
• Защитные устройства.
• Сигнализация.
• Прикладное ПО.

Проектирование

Ключевой этап АТПП, который иногда включают в стратегическое планирование. В его рамках создают схему, отображающую структуру, параметры, функции средств автоматизации. В проекте отражены:

• Данные о масштабе автоматизации.
• Перечень средств АТПП.
• Определение контрольных параметров работы оборудования («индикаторы» для проверки).
• Описание управляющих систем.
• Конфигурация расположения средств автоматизации.

В проекте также фиксируют порядок действий при экстренных ситуациях. Например, условия для блокировки или приостановки устройств (с указанием ответственных лиц).

Поиск подрядчика

Для реализации проекта привлекают профильных специалистов. После заключения договора подрядчик устанавливает средства АТПП, производит пусконаладку. При необходимости проводится обучение внутри компании. Сотрудники получают инструкции по эксплуатации и технике безопасности.

После внедрения автоматизации предприятие сталкивается с двумя задачами:

• Необходимость в плановом техническом обслуживании.
• Защита системы от нежелательного воздействия.

Первую задачу решают, привлекая специализированные сервисные службы или заключая договор с поставщиками. Вторую - установкой прикладного ПО, которое интегрируется со средствами автоматизации.

Примеры успешной автоматизации производства

Предлагаем несколько кейсов, которые наглядно демонстрируют возможности АТПП:

Производитель строительных материалов

Пример - бельгийская компания ISOMO, поставляющая плиты из пенополистирола на европейский рынок. Производственная линия, которая использовалась до 2011 года, не была приспособлена под упаковку малогабаритной продукции. Это замедляло процесс подготовки плит и тормозило поставки.

В эксплуатацию ввели новую автоматизированную линию, оснащенную двумя роботами FANUC. Они подбирали необходимое число плит и отправляли их к упаковщику. Оператор управлял роботами при помощи специализированного ПО.

Помимо повышения изоляционной способности линии, ISOMO смогла сократить производственный процесс с трех до двух рабочих смен.

Косметическая компания

Российское подразделение L`Oreal в Калужской области в мае 2021 года оснастило производственную линию дельта-роботом ABB IRB 360 FlexPicker. Его функция заключалась в перекладывании тюбиков с краской для волос в упаковочный конвейер. Результат внедрения - повышение производительности линии в два раза.

Пищевая промышленность

Еще один интересный кейс про внедрение роботов. На производстве фирмы Peka Kroef они автоматически загружают восемь автоклавов, которые используют для приготовления картофельных продуктов. Работу линии круглосуточно контролируют пять операторов.

Внедрение робототехники позволило Peka Kroef расширить ассортимент продукции из картофеля. Роботы действуют безошибочно и бесперебойно - перемещают каждый ингредиент в предназначенный для него автоклав.