Үйлдвэрүүдэд автоматжуулалтын системийн дизайн
Үйлдвэрт автоматжуулалтын системийг зохион бүтээх нь үр ашиг, чанарын тогтвортой байдал, хөдөлмөрийн аюулгүй байдал, үйлдвэрлэлийн өрсөлдөх чадварыг сайжруулах стратегийн алхам юм. Орчин үеийн үйлдвэрлэлийн эрин үед автоматжуулалт нь зөвхөн гар ажиллагааг орлохоо больж, түүхий эд боловсруулах, үйлдвэрлэх, чанарын хяналт шалгалтаас эхлээд сав баглаа боодол, түгээлт хүртэл нэгдсэн үйлдвэрлэлийн экосистемийг бий болгож байна. Автоматжуулалтын хөрөнгө оруулалт оновчтой үр дүнд хүрэхийн тулд үйлдвэрийн үйл ажиллагааны хэрэгцээнд нийцүүлэн нямбай, хэмжигдэхүйц дизайн шаардлагатай.
1. Үйлдвэрийн автоматжуулалтын тодорхойлолт ба зорилго
Үйлдвэрийн автоматжуулалт гэдэг нь үйлдвэрлэлийн процессыг хүний оролцоог хамгийн бага байлгахын тулд технологийн хэрэглээ юм . Үүнд мэдрэгч, идэвхжүүлэгч, хяналтын систем (PLC гэх мэт), үйлдвэрлэлийн робот, хяналт шинжилгээний програм хангамж (SCADA/MES) ашиглах зэрэг орно . Автоматжуулалтын үндсэн зорилгод бүтээмжийг нэмэгдүүлэх, хүний алдааг бууруулах, урт хугацааны үйл ажиллагааны зардлыг бууруулах, бүтээгдэхүүний чанарыг тогтвортой байлгах зэрэг орно . Цаашилбал, автоматжуулалт нь тогтвортой хяналт, хэмжигдэхүйц хамгаалалтын системээр дамжуулан сайжруулсан аюулгүй байдлын стандартыг хэрэгжүүлэхийг дэмждэг.
2. Хэрэгцээг тодорхойлох болон үйл явцын шинжилгээ
Анхны дизайны үе шат нь одоогийн үйлдвэрлэлийн процессыг зураглахаас эхэлдэг . Дизайны баг нь ажлын урсгалын ерөнхий явцыг ойлгох шаардлагатай: бүтээгдэхүүний төрөл, үйлдвэрлэлийн хэлбэлзэл, зорилтот хүчин чадал, саад бэрхшээл, мөчлөгийн хугацаа, аюулгүй байдлын болзошгүй эрсдэлүүд. Нийтлэг аргуудад цаг хугацаа, хөдөлгөөний судалгаа, үнэ цэнийн урсгалын зураглалын шинжилгээ , зогсолт болон мэдээлэл цуглуулахаас татгалзах зэрэг орно. Энэхүү шинжилгээнээс үйлдвэр нь автоматжуулалтын тэргүүлэх чиглэлүүдийг тодорхойлж чадна - жишээлбэл, одоогоор хөдөлмөр их шаарддаг, алдаа гарах хандлагатай байгаа дүүргэлт, сав баглаа боодол, материалын дамжуулалт эсвэл харааны хяналт шалгалтын үйл явц.
Хэрэгцээг бизнесийн үүднээс үнэлэх ёстой. Үндсэн зорилго нь хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх үү? Хөдөлмөрийн зардлыг бууруулах уу? Чанарыг сайжруулах уу? Согогтой бүтээгдэхүүний тоог бууруулах уу? Эдгээр асуултын хариулт нь хамгийн тохиромжтой системийн дизайн болон автоматжуулалтын түвшинг тодорхойлно.
3. Автоматжуулалтын түвшинг тодорхойлох
Бүх үйл явцыг бүрэн автоматжуулах шаардлагагүй. Практикт автоматжуулалтын хэд хэдэн түвшин байдаг бөгөөд хагас автомат (операторууд үйл ажиллагаанд оролцдог хэвээр байх)-аас бүрэн автоматжуулсан (систем хамгийн бага оролцоотой ажилладаг) хүртэл байдаг. Автоматжуулалтын түвшинг сонгоход үйл явцын нарийн төвөгтэй байдал, хөрөнгө оруулалтын зардал, шаардлагатай уян хатан байдал, хүний нөөцийн чадавхи нөлөөлдөг.
Бүтээгдэхүүний төрөл зүйл ихтэй, байнга өөрчлөгддөг процессуудад хэт хатуу системүүд нь үнэндээ хязгаарлагдмал байж болно. Үүний эсрэгээр, давтагдах боломжтой, тогтвортой процессууд нь бүрэн автоматжуулалтад тохиромжтой. Олон үйлдвэрт хүний шийдвэр гаргах шаардлагатай хэсгүүдэд уян хатан байдлыг хадгалахын зэрэгцээ хамгийн чухал, давтагдах хэсгүүдийг эхлээд автоматжуулах нь үр дүнтэй арга юм.
4. Хяналтын системийн архитектурын дизайн
Хяналтын системийн архитектур нь автоматжуулалтын гол тулгуур юм. Ерөнхийдөө үйлдвэрүүд машин болон үйлдвэрлэлийн шугамын үндсэн хянагч болгон PLC (Програмчлагдах Логик Хянагч) ашигладаг. PLC нь мэдрэгч (жишээлбэл, ойртолт, температур, даралт, түвшин эсвэл харааны мэдрэгч) болон хяналтын хөдөлгүүр (мотор, соленоид хавхлага, хийн цилиндр, серво хөтлөгч)-ээс ирсэн дохиог боловсруулдаг.
Хяналтын түвшинд SCADA (Хяналтын хяналт ба өгөгдөл цуглуулах)-ийг бодит цагийн өгөгдөл, дохиолол, процессын параметрийн чиг хандлага, үйлдвэрлэлийн түүхийг харуулахад ашигладаг. Дээд түвшинд MES (Үйлдвэрлэлийн Гүйцэтгэлийн Систем) нь үйлдвэрлэлийн хуваарь , багц/багцын хяналт, OEE (Тоног төхөөрөмжийн нийт үр ашиг), ERP-тэй нэгтгэх ажлыг удирдахад тусалдаг.
Архитектурын зураг төсөлд үйлдвэрлэлийн сүлжээний бүтэц (Industrial Ethernet, Profinet, Modbus TCP, EtherNet/IP гэх мэт), нөөцлөлтийн шаардлага болон системийн аюулгүй байдлыг харгалзан үзэх ёстой. Зөв сүлжээний топологийг сонгох нь үйлдвэрийг зогсолтод хүргэж болзошгүй харилцаа холбооны асуудалтай тулгарахаас сэргийлж чадна.
5. Төхөөрөмжийн сонголт: Мэдрэгч, Хөдөлгүүр, Робот болон Програм хангамж
Төхөөрөмжийн сонголт нь гүйцэтгэл, засвар үйлчилгээний зардал, системийн ашиглалтын хугацаанд нөлөөлдөг тул маш чухал юм. Мэдрэгчийг ажиллах орчин (тоос, дулаан, чийгшил), хэмжилтийн хүрээ, нарийвчлал, тохируулгын хялбар байдал зэргээс хамааруулан сонгох хэрэгтэй. Хөдөлгүүрийг хүч, хурд, нарийвчлалын шаардлагад үндэслэн сонгоно.
Аж үйлдвэрийн роботууд нь гар ажиллагаатай робот, SCARA робот, эсвэл операторуудтай хамтран ажилладаг хамтын ажиллагаатай робот (кобот) байхаас үл хамааран үр дүнтэй шийдэл болдог. Роботууд нь сонгох, байрлуулах, гагнах, будах, паллетжуулах зэрэг давтагдах ажлуудад тохиромжтой. Үүний зэрэгцээ харааны системүүд (үзлэгийн камер) нь гадаргуугийн согог, буруу шошгололт, хэмжээсийн зөрүүг илрүүлэх зэрэг автомат чанарын хяналтад тусалж чадна.
Ашиглаж буй програм хангамж нь хялбар нэгтгэх, хянах, аналитикийг дэмжих ёстой. Олон үйлдвэрүүд одоо бодит цагийн машины өгөгдлийг цуглуулж, урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээнд хэрэгтэй мэдээлэл болгон хувиргахын тулд IIoT (Аж үйлдвэрийн Интернет) системийг нэмж байна.
6. Аюулгүй байдлын зураг төсөл ба системийн найдвартай байдал
Аюулгүй байдлын талууд нь дизайны гол бүрэлдэхүүн хэсэг байх ёстой. Автоматжуулсан машинууд нь яаралтай зогсоол, аюулгүйн реле, гэрлийн хөшиг, аюулгүйн хаалганы түгжээ, тэр ч байтугай илүү нарийн төвөгтэй системд аюулгүйн PLC зэрэг аюулгүйн төхөөрөмжүүдээр тоноглогдсон байх ёстой. Аюулгүй байдлын дизайн нь операторуудыг хамгаалах, тоног төхөөрөмжийн эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэх, холбогдох стандартыг хангах зорилготой.
Аюулгүй байдлаас гадна найдвартай байдал бас чухал юм. Системийг засвар үйлчилгээ хийхэд хялбар, тодорхой алдааны заалттай, алдааг хурдан олж засварлах боломжтой байхаар зохион бүтээсэн байх ёстой. Тасралтгүй ажиллагаа шаарддаг үйлдвэрүүдэд чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүд эсвэл SCADA серверүүдэд нөөцлөлтийг хэрэгжүүлэхийг авч үзэж болно.
7. Симуляци, туршилт, ашиглалтад оруулах
Бүрэн хэрэгжүүлэхээс өмнө системийг симуляци эсвэл хязгаарлагдмал хэмжээний туршилтаар турших хэрэгтэй. Симуляци нь дижитал ихэр эсвэл процессын загварчлалын програм хангамжийг ашиглан саад бэрхшээл, мөчлөгийн хугацаа, эвдрэлийн эрсдэлийг урьдчилан таамаглаж болно. Тоног төхөөрөмжийг суурилуулсны дараа ашиглалтад оруулах үе шат эхэлнэ: үндсэн функциональ туршилт, машин нэгтгэх туршилт, дохиоллын баталгаажуулалт, аюулгүй байдлын туршилт.
Энэ үе шатанд холболтын диаграмм, PLC програмууд, I/O жагсаалт, үйл ажиллагаа болон засвар үйлчилгээний стандарт үйл ажиллагааны журам (SOP) зэрэг баримтжуулалт чухал ач холбогдолтой. Сайн баримтжуулалт нь үйлдвэрлэгчийн хамаарлыг бууруулж, ирээдүйн системийн шинэчлэлтийг хөнгөвчилдөг.
8. Хүний нөөцийн сургалт ба байгууллагын өөрчлөлт
Автоматжуулалт нь зөвхөн технологийн төсөл төдийгүй ажил хэрхэн хийгддэгийг өөрчлөх явдал юм. Операторууд болон техникчдийг шинэ системийг ойлгоход сургах шаардлагатай: машинуудыг хэрхэн ажиллуулах, дохиололтой ажиллах, тогтмол засвар үйлчилгээ хийх, аюулгүй ажиллагааны журмыг ойлгох. Сургалтанд үйлдвэрлэлийн өгөгдлийг ойлгох зэрэг багтсан байх ёстой бөгөөд ингэснээр багууд OEE хяналтын самбар, зогсолтын тайлан, үндсэн шалтгааны шинжилгээг ашиглаж болно.
Ихэнхдээ хамгийн том бэрхшээл нь өөрчлөлтийг эсэргүүцэхээс үүдэлтэй байдаг. Тиймээс ажилчдын ашиг тус, нөлөөлөл, шинэ үүрэг ролийн талаарх тодорхой дотоод харилцаа холбоо нь автоматжуулалтыг хэрэгжүүлэх амжилтын гол хүчин зүйл болдог.
9. Эдийн засгийн үнэлгээ: ROI болон өмчлөлийн нийт өртөг
Хэрэгжүүлэхээс өмнө болон дараа үйлдвэрүүд ROI (Хөрөнгө оруулалтын өгөөж) болон TCO (Өмчлөлийн нийт өртөг)-ийг тооцоолох шаардлагатай. Автоматжуулалтын зардалд зөвхөн тоног төхөөрөмж худалдан авахаас гадна суурилуулалт, нэгтгэх, сургалт, цахилгаан, сэлбэг хэрэгсэл, засвар үйлчилгээ, системийн шинэчлэл орно. Давуу талуудын хувьд үйлдвэрүүд гарцын өсөлт, татгалзлын бууралт, материалын хэмнэлт, зогсолтын хугацаа багассан, аюулгүй байдлын сайжруулалтыг үнэлж чадна.
Энэхүү үнэлгээ нь үйлдвэрүүдэд хөрөнгө оруулалтыг эрэмбэлэх, автоматжуулалтын систем нь зөвхөн технологийн чиг хандлага төдийгүй бодит бизнесийн үнэ цэнийг бий болгоход тусалдаг.
Дүгнэлт
Үйлдвэрийн автоматжуулалтын системийг зохион бүтээхэд цогц арга барил шаардлагатай: үйл явцын шинжилгээ, автоматжуулалтын зохих түвшинг тодорхойлохоос эхлээд архитектурын дизайныг хянах, тохирох тоног төхөөрөмжийг сонгох, туршилт, хүний нөөцийн сургалт хүртэл. Сайн зохион бүтээсэн систем нь илүү үр ашигтай, тогтвортой, аюулгүй, хялбар өргөтгөх боломжтой үйлдвэрлэлийг бий болгоно. Болгоомжтой төлөвлөлт, эдийн засгийн үнэн зөв үнэлгээтэй бол автоматжуулалт нь үйлдвэр орчин үеийн үйлдвэрлэлийн өрсөлдөөнд амьд үлдэж, амжилтанд хүрэхэд чухал үндэс суурь болж чадна.
