Понятие и задачи автоматизации в промышленности

Автоматизация технологических процессов производства (АТПП) представляет собой систему мероприятий, направленных на замену ручного труда техническими средствами, включая машины, механизмы, компьютерные программы и математические алгоритмы в процессе производства.

Автоматизация в промышленности позволяет достичь ряда важных целей:

Внедрение АТПП может сопровождаться дополнительными расходами, например, на обслуживание и ремонт оборудования. Поэтому перед реализацией проекта автоматизации руководство предприятия проводит детальный анализ сроков окупаемости инвестиций и принимает решение о целесообразности внедрения системы на основе полученных данных.

Такие монотонные, но регулярно повторяющиеся действия можно встретить в различных сферах деятельности:

• аграрный сектор;
• металлургическая промышленность;
• тяжелое машиностроение;
• производственное оборудование;
• розничная торговля;
• здравоохранение;
• энергетический комплекс и другие отрасли экономики.

Источник: freepik / freepik.com

Автоматизация в промышленности не направлена на полное замещение человеческого труда. Напротив, ее главная цель – создание более комфортных и безопасных условий работы для сотрудников, где автоматизированные системы берут на себя рутину, позволяя людям сосредоточиться на более сложных и интеллектуальных задачах.

Виды и уровни автоматизации в промышленности

Особенности автоматизации зависят от специфики каждого предприятия, поэтому не существует единого решения для всех случаев.

Есть три основных подхода к внедрению АТПП:

• Фиксированная автоматизация предусматривает настройку оборудования под производство определенного продукта. Этот метод хорош, но требует заметных первоначальных вложений и сложной интеграции множества технологических операций.
• Программируемая автоматизация основана на внедрении систем, работающих по заданным инструкциям. Такие системы могут автоматически расшифровывать и выполнять различные команды, что делает их достаточно гибкими для адаптации под разные виды продукции.
• Гибкая автоматизация предполагает возможность быстрого реагирования на изменения в производственных процессах. Основой такого подхода являются компьютеризированные системы управления оборудованием.

При планировании внедрения АТПП важно учитывать перспективы развития предприятия. Если компания предполагает расширение ассортимента продукции, рекомендуется сразу выбирать гибкий подход. Это помогает сократить объемы времени и средств на последующую перенастройку производственных процессов.

Выделяют четыре основных уровня АТПП:

Принципы автоматизации в промышленности

Принципы современной автоматизации в промышленности определяют ключевые подходы к внедрению технологических решений:

• Согласованность процессов – все этапы производства должны быть четко увязаны между собой. Нарушение этого принципа приводит к сбоям, которые негативно влияют на всю производственную цепочку.
• Системная интеграция – автоматизируемые процессы необходимо органично встраивать в существующую производственную среду. При этом важно учитывать особенности интеграции на разных уровнях производства.
• Адаптивность системы – должна обеспечиваться возможность быстрой замены элементов без нарушения общего процесса. Гибкость позволяет эффективно использовать ресурсы и оперативно подстраиваться под новые задачи с минимальными затратами.
• Автономность работы – каждый автоматизированный процесс должен функционировать самостоятельно, требуя минимального контроля со стороны персонала.
• Цикличность производства – автоматизация должна обеспечивать замкнутый производственный цикл.

Читайте также! Автоматизация производственных процессов: преимущества и особенности

Для успешной реализации этих принципов необходимо соблюдение следующих технических условий:

• универсальность оборудования – оснащение должно быть способно работать с различными материалами и выполнять разнообразные технологические операции;
• технологическая точность – строгое соблюдение производственных процессов;
• межсистемная интеграция – обеспечение взаимодействия всех производственных систем между собой;
• простота управления – легкость настройки и обслуживания оборудования, что снижает требования к квалификации персонала и сокращает время на переналадку.

Инструменты автоматизации в промышленности

Станки с числовым программным управлением (NC)

Это высокотехнологичное оборудование с предустановленными параметрами для выполнения конкретных операций. Управление технологическим процессом полностью автоматизировано, что минимизирует участие человека.

Персонал требуется только для настройки оборудования, контроля его работы и извлечения готовой продукции. Один оператор способен эффективно управлять несколькими такими станками одновременно.

CNC-станки обеспечивают высочайшее качество продукции и работают в автономном режиме. Они способны выполнять сверхточную обработку деталей и не подвержены усталости, в отличие от человеческого персонала. Более того, эти машины могут справляться с задачами, недоступными для традиционного оборудования.

Источник: KamranAydinov / freepik.com

Важным преимуществом является их производственная гибкость. При необходимости перехода на выпуск других типов деталей достаточно просто перепрограммировать станок, при этом предыдущие настройки сохраняются и могут быть использованы повторно.

Промышленная робототехника

Современные роботы становятся неотъемлемой частью производств, стремящихся к созданию комфортных условий труда. Они способны выполнять самые сложные производственные операции и представлены в различных модификациях, подходящих для широкого спектра задач.

Роботы эффективно справляются с погрузочно-разгрузочными работами, включая перемещение опасных и тяжелых грузов, выполняют упаковочные операции, сварочные работы и множество других производственных процессов.

Автономные системы способны самостоятельно вносить корректировки в программу и полностью контролировать определенный производственный участок без привлечения дополнительного персонала.

Цифровые технологии в производстве

Информационные технологии представляют собой обширную сферу, основанную на применении компьютерной техники. В отличие от других направлений автоматизации IT преимущественно ориентированы на интеллектуальную деятельность. Их основное назначение – работа с информацией: хранение, обработка, анализ, получение и распространение данных.

В производственной сфере компьютеры играют ключевую роль в управлении большими массивами данных. Они существенно облегчают работу персонала, выполняя сложные и монотонные операции с информацией значительно быстрее и точнее человека. Правильно настроенные программные решения способны обработать такие объемы информации, на которые у человека ушли бы годы.

Источник: DC Studio / freepik.com

Автоматизированное проектирование

Системы автоматизации в промышленности CAD/CAM/CAE представляют собой комплекс специализированного программного обеспечения, разделенного по функциональному назначению.

Каждая подсистема решает определенные задачи в зависимости от этапа производственного процесса. Это ПО используется для разработки технически сложных деталей и оптимизации времени их производства.

С помощью прикладного программного обеспечения станки работают по заранее заданным алгоритмам, что позволяет детально прорабатывать проекты изделий, прогнозировать их характеристики и выбирать оптимальные технологии производства.

Системы CAD/CAM/CAE обеспечивают реализацию даже самых сложных конструкторских решений, гарантируя высокое качество продукции при заданной себестоимости благодаря скорости и точности компьютерных вычислений.

Гибкие производственные комплексы

FMS (Flexible Manufacturing Systems) – это интегрированные системы, способные выполнять полный производственный цикл в изменяющихся условиях. Они обладают способностью адаптироваться как к плановым, так и к непредвиденным обстоятельствам, могут корректировать технологические операции, изменять параметры изделий и ускорять процессы сборки.

Читайте также! Автоматизация продаж: задачи, преимущества, инструменты

Внедрение гибких производственных систем требует значительных первоначальных инвестиций, обусловленных высокой стоимостью оборудования и сложностью его интеграции.

Также необходимы квалифицированные специалисты для обслуживания и настройки. Однако при грамотной организации эти затраты компенсируются за счет длительного срока службы оборудования, повышения производительности труда и оптимизации производственных ресурсов.

Важным преимуществом FMS является минимизация простоев: в отличие от традиционного оборудования при возникновении неполадок гибкие системы могут продолжать производство, что обеспечивает максимальную эффективность использования временных ресурсов.

Компьютерно-интегрированные производственные системы (CIM)

Максимальная автоматизация производственных процессов достигается только при условии полного объединения и взаимодействия всех структурных подразделений предприятия. При успешной реализации такой системы человеческое участие в производственной деятельности сводится к минимуму.

Интегрированная система создает единое информационное пространство, где различные программные модули взаимодействуют между собой и с общей базой данных. Пользовательский интерфейс обеспечивает доступ ко всем производственным модулям и позволяет контролировать любой участок предприятия.

Основные функциональные возможности компьютерного интегрирования:

• разработка проектной документации, планирование и подготовка производства;
• управление производственными участками и контроль выпуска продукции;
• организация логистических процессов;
• обеспечение контроля качества;
• управление системой продаж;
• ведение финансового учета и управление.

CIM-система охватывает полный цикл создания готовой продукции, существенно ускоряя производственные процессы. Благодаря минимизации человеческого фактора значительно снижается вероятность ошибок и сбоев в работе. Такой подход к автоматизации позволяет достичь максимальной эффективности производственной деятельности.

Этапы автоматизации в промышленности

Этап 1. Диагностический анализ и целеполагание

Предварительная диагностика производственных процессов является критически важным этапом перед началом автоматизации.

Тщательное изучение текущей деятельности предприятия позволяет выявить проблемные зоны и определить приоритетные направления для внедрения автоматизированных решений. Такой анализ дает всестороннее понимание работы организации и возможности оптимизации различных бизнес-процессов.

Читайте также! Эффективное производство: суть, показатели, признаки

Ключевые этапы диагностического анализа:

• Информационный аудит – сбор и систематизация данных о существующих процессах, включая временные показатели, задействованные ресурсы и применяемые технологии. Методы сбора информации могут включать анкетирование сотрудников, непосредственное наблюдение за процессами и детальный анализ документации.
• Проблемное моделирование – выявление критических точек и проблемных участков, требующих автоматизации. К таким областям относятся процессы с высокой трудоемкостью, значительным потреблением ресурсов или повышенным риском ошибок.
• Целеполагание – формулировка конкретных, измеримых и достижимых целей автоматизации, направленных на оптимизацию процессов. Это может включать сокращение временных затрат, минимизацию ошибок или повышение общей эффективности работы.

Практический пример этого этапа в автоматизации промышленности: при обнаружении значительных временных затрат на рутинные операции по обработке заказов одной из стратегических целей может стать внедрение комплексной системы управления заказами.

Это решение позволит ускорить процесс обработки заказов, снизить количество ошибок, повысить уровень удовлетворенности клиентов, оптимизировать работу персонала.

Источник: freepik / freepik.com

Этап 2. Стратегическое планирование автоматизации

Системное планирование автоматизации следует после завершения аналитического этапа и постановки целей. Данный план представляет собой комплексный документ, охватывающий все аспекты внедрения, временные рамки и необходимые ресурсы для достижения намеченных результатов.

Компоненты стратегического плана:

• Декомпозиция проекта – разбивка процесса автоматизации на отдельные подзадачи и последовательные этапы. Это позволяет детально прорисовать все необходимые действия и их логическую последовательность.
• Распределение ответственности – назначение конкретных исполнителей за каждую задачу проекта. Такой подход обеспечивает эффективный контроль выполнения работ и оперативное решение возникающих вопросов.
• Временные параметры – установление четких сроков реализации каждого этапа и отдельных задач. Это дает возможность отслеживать прогресс внедрения и своевременно корректировать процесс при необходимости.
• Ресурсное планирование – детальная оценка требуемых ресурсов, включая финансовые вложения, кадровый потенциал и техническое оснащение. Это помогает определить необходимые ресурсы и разработать стратегию их привлечения.

Например, план автоматизации может включать следующие направления работ: проведение тендера и выбор ПО, настройка и интеграция оборудования, организация обучающих программ для персонала, проведение пилотного тестирования системы.

Читайте также! Креативная стратегия: что это такое и какие методы существуют

Для каждой из этих задач должны быть определены конкретные сроки реализации, ответственные исполнители, необходимые ресурсы, критерии успешного выполнения.

Этап 3. Имплементация технологических решений

Технологическая комплектация предприятия является критически важным этапом, поскольку именно выбранные средства автоматизации промышленности определяют эффективность и стабильность функционирования всех автоматизированных процессов.

Последовательность действий при выборе и настройке технических решений:

• Анализ доступных на рынке решений, их функциональных возможностей и стоимости. Данный этап позволяет сформировать предварительный список наиболее подходящих вариантов для конкретного предприятия.
• Комплексная оценка – сравнительный анализ отобранных решений по ключевым параметрам: стоимость внедрения, функциональное наполнение, качество технической поддержки, отзывы пользователей и партнеров. Такой подход обеспечивает принятие взвешенного решения и минимизирует риски неудачного выбора.
• Экспериментальная проверка – тестовое внедрение для оценки практической эффективности и совместимости с существующими бизнес-процессами. Пилотное тестирование позволяет заранее выявить потенциальные проблемы.
• Техническая адаптация – настройка ПО и оборудования, их интеграция с действующими системами предприятия. Этот этап обеспечивает надежность и качество взаимодействия с другими информационными системами организации.

В качестве примера можно рассмотреть автоматизацию складского учета. При этом необходимо выбрать подходящую WMS-систему, настроить ее под специфику предприятия, обеспечить совместимость с ERP-системой и синхронизацию всех складских операций с общими бизнес-процессами компании.

Этап 4. Имплементация и верификация системы

Практическое развертывание автоматизированной системы следует после завершения настройки технического оснащения.

Ключевые этапы реализации:

• Стратегическое планирование – создание детального плана внедрения с четким определением этапов и временных рамок. Это обеспечивает структурированный подход к реализации проекта и повышает вероятность успешного завершения.
• Последовательная имплементация – поэтапное внедрение, начиная с отдельных подразделений или функциональных участков. Такой подход снижает риски и обеспечивает плавный переход сотрудников к новым рабочим процессам.
• Комплексное тестирование – проведение серии проверок на каждом этапе внедрения для выявления и устранения возможных неисправностей. Это гарантирует корректную работу системы и соответствие заявленным требованиям.
• Результативный анализ – оценка эффективности внедренных решений и их сопоставление с целевыми показателями. Позволяет определить реальную пользу от автоматизации и при необходимости внести коррективы.

Практический пример: внедрение системы управления заказами может стартовать с пилотного проекта в одном отделе, после чего постепенно масштабироваться на все подразделения предприятия, что обеспечивает постепенную адаптацию персонала к новым рабочим процессам.

Этап 5. Развитие компетенций и сервисная поддержка

Успешная цифровизация предприятия невозможна без качественной подготовки персонала и организации всесторонней поддержки на всех этапах внедрения. Эффективное обучение сотрудников и обеспечение технической поддержки являются ключевыми факторами успешного функционирования системы автоматизации в промышленности.

Компоненты образовательного процесса:

• Методическое обеспечение – разработка комплексной программы обучения, включающей теоретическую подготовку и практические занятия. Обеспечивает получение сотрудниками необходимых знаний и навыков работы с новыми технологиями.
• Практическое обучение – организация тренингов и обучающих семинаров для освоения новых технологий и процессов. Способствует эффективному внедрению автоматизированных решений.
• Сервисная поддержка – обеспечение технической помощи и консультационной поддержки на всех этапах внедрения
• Оценка эффективности – мониторинг результативности обучения. Гарантирует высокое качество подготовки персонала.

Практический пример: программа обучения включает инструктажи по освоению пользовательского интерфейса, работу с базами данных и методики решения типовых задач, что способствует быстрому освоению новых технологий и их эффективному применению в работе.

Примеры автоматизации в промышленности

Автомобильная промышленность

В автомобильной промышленности автоматизация стала неотъемлемой частью производственного процесса. Роботизированные системы успешно справляются с ключевыми операциями: от сварки и окраски до монтажа различных компонентов автомобиля.

Современные системы контроля и мониторинга, внедренные в производственный процесс, позволяют в режиме реального времени отслеживать качество выпускаемой продукции.

Оперативное выявление отклонений и немедленное реагирование на них помогает предотвратить появление брака и существенно снизить затраты на его исправление. В результате повышается удовлетворенность клиентов и укрепляется рыночная репутация производителя.

Электроника

Аналогичные процессы наблюдаются в электронной промышленности, где автоматизация активно применяется при сборке и тестировании компонентов. Автоматизированные системы способны тщательно проверять работоспособность микросхем и других элементов, что позволяет существенно сократить количество дефектов.

Благодаря современным технологиям тестирования производители могут быстро выявлять и устранять проблемы, минимизируя выпуск некачественной продукции и сокращая расходы на ее доработку.

Читайте также! Срок окупаемости проекта: понятие, методы расчета

Пищевая промышленность

Пищевая промышленность также активно внедряет автоматизацию, особенно в процессах упаковки и маркировки продукции. Автоматизированные системы обеспечивают высокую скорость работы при сохранении точности операций, что позволяет избежать ошибок в маркировке и других производственных отклонениях.

Внедрение современных систем контроля и мониторинга на всех этапах производства помогает своевременно обнаруживать и устранять возможные проблемы, предотвращая выпуск некачественной продукции. Это не только снижает затраты на исправление брака, но и способствует повышению удовлетворенности потребителей, что, в свою очередь, укрепляет позиции компании на рынке.

Часто задаваемые вопросы об автоматизации в промышленности

Что такое чувствительные ко времени сети (TSN)?

Это инновационная технология, обеспечивающая передачу данных в режиме реального времени в системах промышленной автоматизации.

Ключевая особенность TSN заключается в гарантированной доставке критически важной информации в строго определенные временные рамки. Это позволяет существенно сократить задержки в передаче данных и повысить общую эффективность производственных процессов.

Источник: rawpixel.com / freepik.com

Каковы основные направления развития автоматизации?

Будущее автоматизации неразрывно связано с развитием технологий Интернета вещей (IoT). Производители получают возможность собирать и анализировать ценные данные о различных аспектах производственной деятельности, что открывает новые горизонты для оптимизации производственных процессов.

Перспективным направлением развития становится интеграция искусственного интеллекта с автоматизированными производственными системами.

Встречаются ли сложности при внедрении?

Есть ряд существенных ограничений в АТПП:

• Значительные первоначальные инвестиции, необходимые для внедрения автоматизированных систем.
• Потенциальное сокращение рабочих мест, особенно среди неквалифицированного персонала.
• Технологическая зависимость создает дополнительные риски: автоматизированные системы требуют постоянного обслуживания и регулярного обновления. Непредвиденные поломки оборудования или сбои в программном обеспечении могут привести к остановке производства и существенным финансовым потерям.
• Автоматизированные системы демонстрируют ограниченную способность к адаптации в условиях непредвиденных изменений. В таких случаях часто не обойтись без вмешательства человека, особенно когда речь идет о задачах, требующих творческого подхода или нестандартных решений.

Автоматизация производства представляет собой комплексный процесс, который реализуется в несколько стадий и требует грамотного планирования и ответственного отношения всех участников. При грамотной реализации описанных этапов предприятие может существенно повысить свой уровень в конкурентной среде и достичь заметных успехов.

Изображение в шапке статьи: DC Studio / freepik.com