Праектаванне сістэм аўтаматызацыі на заводах
Распрацоўка сістэмы аўтаматызацыі на заводзе — гэта стратэгічны крок да павышэння эфектыўнасці, стабільнасці якасці, бяспекі працы і канкурэнтаздольнасці прамысловасці. У сучасную вытворчаю эпоху аўтаматызацыя ўжо не проста замяняе ручную працу, а хутчэй стварае інтэграваную вытворчую экасістэму — ад апрацоўкі і вытворчасці сыравіны, кантролю якасці да ўпакоўкі і размеркавання. Каб інвестыцыі ў аўтаматызацыю дасягнулі аптымальных вынікаў, неабходна стараннае і вымернае праектаванне, якое адпавядае эксплуатацыйным патрэбам завода.
1. Вызначэнне і мэта аўтаматызацыі вытворчасці
Аўтаматызацыя вытворчасці — гэта прымяненне тэхналогій для кіравання вытворчымі працэсамі з мінімальным умяшаннем чалавека. Гэта можа ўключаць выкарыстанне датчыкаў, прывадаў, сістэм кіравання (напрыклад, ПЛК), прамысловых робатаў і праграмнага забеспячэння для маніторынгу і аналітыкі (SCADA/MES). Асноўныя мэты аўтаматызацыі ўключаюць павелічэнне прапускной здольнасці, скарачэнне колькасці памылак з-за чалавечага фактару, зніжэнне доўгатэрміновых эксплуатацыйных выдаткаў і забеспячэнне стабільнай якасці прадукцыі. Акрамя таго, аўтаматызацыя падтрымлівае ўкараненне палепшаных стандартаў бяспекі праз паслядоўныя сродкі кантролю і вымерныя сістэмы абароны.
2. Вызначэнне патрэб і аналіз працэсаў
Пачатковая фаза праектавання пачынаецца з картаграфавання бягучага вытворчага працэсу. Каманда праектантаў павінна разумець агульны працоўны працэс: тыпы прадукцыі, варыяцыі вытворчасці, мэтавую магутнасць, вузкія месцы, працягласць цыклаў і патэнцыйныя рызыкі бяспекі. Распаўсюджаныя метады ўключаюць даследаванні часу і руху, аналіз картаграфавання патоку стварэння каштоўнасці, а таксама збор дадзеных аб прастоях і браке. Зыходзячы з гэтага аналізу, завод можа вызначыць прыярытэтныя вобласці для аўтаматызацыі, напрыклад, працэсы напаўнення, упакоўкі, перадачы матэрыялаў або візуальнага кантролю, якія ў цяперашні час з'яўляюцца працаёмкімі і схільнымі да памылак.
Патрэбы таксама павінны ацэньвацца з пункту гледжання бізнесу. Ці з'яўляецца асноўнай мэтай павелічэнне магутнасцей? Зніжэнне выдаткаў на працоўную сілу? Паляпшэнне якасці? Зніжэнне колькасці дэфектных вырабаў? Адказы на гэтыя пытанні вызначаць найбольш прыдатную канструкцыю сістэмы і ўзровень аўтаматызацыі.
3. Вызначэнне ўзроўню аўтаматызацыі
Не ўсе працэсы павінны быць цалкам аўтаматызаваны. На практыцы існуе некалькі ўзроўняў аўтаматызацыі, ад паўаўтаматычнага (дзе аператары працягваюць удзельнічаць у аперацыях) да цалкам аўтаматызаванага (дзе сістэма працуе з мінімальным умяшаннем). Выбар узроўню аўтаматызацыі залежыць ад складанасці працэсу, інвестыцыйных выдаткаў, неабходнай гнуткасці і даступных магчымасцей чалавечых рэсурсаў.
У працэсах з вялікай разнастайнасцю прадукцыі і частымі зменамі празмерна жорсткія сістэмы могуць быць негатыўнымі. І наадварот, паўтаральныя і стабільныя працэсы добра падыходзяць для поўнай аўтаматызацыі. На многіх заводах эфектыўным падыходам з'яўляецца аўтаматызацыя спачатку найбольш важных і паўтаральных дэталяў, захоўваючы пры гэтым гнуткасць у тых галінах, якія патрабуюць прыняцця рашэнняў чалавекам.
4. Праектаванне архітэктуры сістэмы кіравання
Архітэктура сістэмы кіравання з'яўляецца асновай аўтаматызацыі. Як правіла, на заводах у якасці асноўных кантролераў для машын і вытворчых ліній выкарыстоўваюцца ПЛК (праграмуемыя лагічныя кантролеры). ПЛК апрацоўваюць сігналы ад датчыкаў (напрыклад, датчыкаў блізкасці, тэмпературы, ціску, узроўню або візуальных датчыкаў) і кіруюць прывадамі (рухавікамі, электрамагнітнымі клапанамі, пнеўматычнымі цыліндрамі, сервапрывадамі).
На ўзроўні кіравання выкарыстоўваецца SCADA (сістэма кіравання і збору дадзеных) для адлюстравання дадзеных у рэжыме рэальнага часу, сігналізацыі, тэндэнцый параметраў працэсу і гісторыі вытворчасці. На больш высокім узроўні MES (сістэма выканання вытворчасці) дапамагае кіраваць планаваннем вытворчасці, адсочваннем партый/партый, агульнай эфектыўнасцю абсталявання (OEE) і інтэграцыяй з ERP.
Архітэктурнае праектаванне павінна ўлічваць структуру прамысловай сеткі (Industrial Ethernet, Profinet, Modbus TCP, EtherNet/IP і г.д.), патрабаванні да рэзервавання і бяспеку сістэмы. Выбар правільнай тапалогіі сеткі можа прадухіліць праблемы з камунікацыяй на заводзе, якія могуць прывесці да прастою.
5. Выбар прылады: датчыкі, прывады, робаты і праграмнае забеспячэнне
Выбар прылады мае вырашальнае значэнне, бо ўплывае на прадукцыйнасць, выдаткі на абслугоўванне і тэрмін службы сістэмы. Датчыкі варта выбіраць у залежнасці ад умоў эксплуатацыі (пыл, цяпло, вільготнасць), дыяпазону вымярэнняў, дакладнасці і лёгкасці каліброўкі. Прывады выбіраюцца ў залежнасці ад патрабаванняў да сілы, хуткасці і дакладнасці.
Для працэсаў апрацоўкі і зборкі прамысловыя робаты часта з'яўляюцца эфектыўным рашэннем, няхай гэта будзе шарнірна-сучлененыя робаты-маніпулятары, робаты SCARA або калабаратыўныя робаты (кобаты), якія супрацоўнічаюць з аператарамі. Робаты падыходзяць для паўтаральных задач, такіх як захоп і размяшчэнне, зварка, афарбоўка і палетаванне. У той жа час сістэмы бачання (інспекцыйныя камеры) могуць дапамагчы ў аўтаматызаваным кантролі якасці, напрыклад, выяўляючы дэфекты паверхні, няправільную маркіроўку або разыходжанні ў памерах.
Праграмнае забеспячэнне, якое выкарыстоўваецца, павінна падтрымліваць простую інтэграцыю, маніторынг і аналітыку. Зараз многія заводы ўкараняюць сістэмы IIoT (прамысловага Інтэрнэту рэчаў) для збору дадзеных аб машынах у рэжыме рэальнага часу і пераўтварэння іх у карысную інфармацыю для прагнастычнага абслугоўвання.
6. Праектаванне бяспекі і надзейнасць сістэмы
Аспекты бяспекі павінны быць асноўным кампанентам праектавання. Аўтаматызаваныя машыны павінны быць абсталяваны прыладамі бяспекі, такімі як аварыйныя прыпынкі, рэле бяспекі, светлавыя заслоны, блакіроўкі ахоўных дзвярэй і нават ПЛК бяспекі ў больш складаных сістэмах. Праектаванне бяспекі накіравана на абарону аператараў, прадухіленне пашкоджання абсталявання і адпаведнасць дзеючым стандартам.
Акрамя бяспекі, вельмі важная і надзейнасць. Сістэмы павінны быць распрацаваны такім чынам, каб іх было лёгка абслугоўваць, мець выразную індыкацыю няспраўнасцей і дазваляць хуткае выяўленне і ліквідацыю няспраўнасцей. На ўстаноўках, якія патрабуюць бесперапыннай працы, можна разгледзець магчымасць рэалізацыі рэзервавання на крытычна важных кампанентах або серверах SCADA.
7. Мадэляванне, выпрабаванні і ўвод у эксплуатацыю
Перад поўным укараненнем сістэма павінна быць пратэставана з дапамогай мадэлявання або выпрабаванняў абмежаванага маштабу. Мадэляванне можа выкарыстоўваць лічбавых двайнікоў або праграмнае забеспячэнне для мадэлявання працэсаў для прагназавання вузкіх месцаў, часу цыклаў і рызык збояў. Пасля ўстаноўкі абсталявання пачынаецца этап уводу ў эксплуатацыю: базавае функцыянальнае тэставанне, тэставанне інтэграцыі машыны, праверка сігналізацыі і тэставанне бяспекі.
На гэтым этапе дакументацыя мае вырашальнае значэнне, у тым ліку схемы падключэння, праграмы ПЛК, спісы ўводу/вываду, а таксама стандартныя аперацыйныя працэдуры (САП) па эксплуатацыі і тэхнічным абслугоўванні. Добрая дакументацыя памяншае залежнасць ад пастаўшчыка і спрыяе будучай мадэрнізацыі сістэмы.
8. Навучанне персаналу і арганізацыйныя змены
Аўтаматызацыя — гэта не проста тэхналагічны праект, але і трансфармацыя спосабу выканання працы. Аператараў і тэхнікаў неабходна навучыць разумець новую сістэму: як кіраваць машынамі, апрацоўваць сігналізацыю, выконваць рэгулярнае тэхнічнае абслугоўванне і разумець працэдуры бяспекі. Навучанне павінна таксама ўключаць разуменне вытворчых дадзеных, каб каманды маглі выкарыстоўваць панэлі кіравання OEE, справаздачы аб прастоях і аналіз першапрычын.
Часта найбольшая праблема ўзнікае з-за супраціву зменам. Таму выразная ўнутраная камунікацыя — аб перавагах, наступствах і новых ролях работнікаў — з'яўляецца ключавым фактарам поспеху ўкаранення аўтаматызацыі.
9. Эканамічная ацэнка: рэнтабельнасць інвестыцый і агульны кошт валодання
Да і пасля ўкаранення заводам неабходна разлічыць рэнтабельнасць інвестыцый (ROI) і агульны кошт валодання (TCO). Выдаткі на аўтаматызацыю ўключаюць не толькі куплю абсталявання, але і ўстаноўку, інтэграцыю, навучанне, электраэнергію, запасныя часткі, тэхнічнае абслугоўванне і мадэрнізацыю сістэмы. Што тычыцца пераваг, заводы могуць ацаніць павелічэнне аб'ёмаў вытворчасці, скарачэнне браку, эканомію матэрыялаў, скарачэнне часу прастою і павышэнне бяспекі.
Гэтая ацэнка дапамагае фабрыкам расставіць прыярытэты інвестыцый і гарантаваць, што сістэмы аўтаматызацыі прыносяць рэальную бізнес-каштоўнасць, а не проста тэхналагічны трэнд.
Выснова
Праектаванне сістэмы аўтаматызацыі вытворчасці патрабуе комплекснага падыходу: ад аналізу працэсаў і вызначэння адпаведнага ўзроўню аўтаматызацыі да праектавання архітэктуры кіравання і выбару адпаведнага абсталявання, а таксама да тэсціравання і навучання персаналу. Добра распрацаваная сістэма прывядзе да больш эфектыўнай, стабільнай, бяспечнай і лёгка маштабуемай вытворчасці. Пры ўважлівым планаванні і дакладнай эканамічнай ацэнцы аўтаматызацыя можа стаць найважнейшай асновай для выжывання і дасягнення поспеху завода ў сучаснай прамысловай канкурэнцыі.
