حلول أتمتة التصنيع

بعد أن تلقت شركة تصنيع قواطع الدوائر الكهربائية المنزلية في تايلاند طلبًا لتوريد مليوني وحدة من منتجاتها - وهو ما يمثل جهدًا إنتاجيًا يقارب ضعف إنتاجها السنوي المعتاد - أصبحت عملية التجميع اليدوي (التي كانت تستخدمها الشركة على مدى السنوات العشر الماضية) عائقًا كبيرًا. كان خط التجميع اليدوي يضم اثني عشر عاملًا، كل منهم يؤدي مهمة واحدة متكررة، ولم يكن قادرًا على تلبية الطلب المتزايد للطلب الجديد دون تكبد تكاليف باهظة للعمل الإضافي وما يترتب على ذلك من عيوب. لذلك، قامت الشركة بشراء نظام متكامل. حلول أتمتة التصنيع تضمن ذلك خط تجميع يُغذي المكونات تلقائيًا لتكوين آلية قاطع الدائرة المُجمّعة، ويُعاير آلية الفصل الحراري، ويختبر جميع القواطع بدقة، ويضع علامة ليزرية على كل وحدة بالتصنيف المناسب. ونتيجةً لذلك، تضاعف إنتاج الشركة ثلاث مرات، بينما انخفضت الوحدات المعيبة بنسبة 80%. وقد سلمت الشركة المنتجات المطلوبة من عملائها في الوقت المحدد، واستردت استثمارها بالكامل في أتمتة التصنيع خلال 14 شهرًا. هذا ما تفعله الأتمتة عند تطبيقها بشكل صحيح؛ فهي تُواءم طاقة الإنتاج مع متطلبات السوق، وتفعل ذلك بمستوى من الاتساق لا يُمكن تحقيقه بالطرق اليدوية.

ما هي أتمتة التصنيع؟

أتمتة التصنيع يُطلق مصطلح الأتمتة على استخدام التكنولوجيا (وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، والروبوتات الصناعية، وأنظمة النقل، وأنظمة الرؤية الآلية، وبرامج الحاسوب) في عمليات الإنتاج بأقل قدر من التدخل البشري. ويمكن أن تتفاوت مستويات الأتمتة، بدءًا من منطقة اختبار آلية فردية وصولًا إلى منشأة متكاملة تعتمد على البيانات، حيث تتواصل منشأة الإنتاج بأكملها مع نظام مركزي واحد لتنفيذ عمليات التصنيع (MES). ولا يهدف تطبيق الأتمتة إلى استبدال البشر، بل إلى تفويض المهام المتكررة والدقيقة والخطرة إلى الآلات، مما يتيح للبشر التفرغ لمراقبة العملية وتحسينها وصيانتها. الجمعية الدولية للأتمتة (ISA) يُعرّف مفهوم الأتمتة بأنه يشمل كل شيء بدءًا من التحكم البسيط في التشغيل والإيقاف وحتى تحسين العمليات المتقدمة، وتدعم معاييره أنظمة التحكم الصناعية التي تدير المصانع الحديثة.

أنواع حلول الأتمتة ومجالات استخدامها

لا تحتاج جميع المصانع إلى نفس المستوى من أتمتة التصنيع. يعتمد الحل الأمثل على حجم الإنتاج، وتنوع المنتجات، ومتطلبات الجودة والتتبع الخاصة بكل قطاع. يوفر التصنيف الكلاسيكي ذو الأنواع الأربعة إطارًا لفهم الخيارات المتاحة.

غالباً ما يجمع المصنع بين هذه الفئات الثلاث من الأتمتة في التطبيقات العملية. على سبيل المثال، تستخدم شركة تُنتج قواطع دوائر كهربائية مصبوبة أتمتة ثابتة في محطة اللحام التلامسي ذات الإنتاجية العالية؛ وأتمتة قابلة للبرمجة لمعايرة واختبار تصنيفات التيار المختلفة؛ وأنظمة مناولة روبوتية مرنة لنقل الأجزاء بين الخلايا. ترتبط هذه العمليات بنظام إدارة تنفيذ التصنيع (MES) متكامل، يقوم بتخزين جميع نتائج الاختبارات مع رقم تسلسلي مطابق.

حلول الأتمتة في مختلف الصناعات

تُعد التقنيات الأساسية المستخدمة لإنشاء حلول أتمتة التصنيع، مثل الروبوتات والرؤية والناقلات والبيانات، أدوات مناسبة لمختلف المنتجات والبيئات التي يتم فيها إنتاج تلك المنتجات.

المعدات الكهربائية وحماية الدوائر

تشترك قواطع الدائرة المصغرة (MCBs) وقواطع الدائرة المصبوبة (MCCBs) والموصلات وأجهزة التيار المتبقي (RCDs) في أمر واحد: ضرورة معايرتها واختبارها بشكل فردي وفقًا لمعايير السلامة الدولية. تتسم عملية المعايرة اليدوية بالبطء، وتعتمد على مهارات المشغل، وتتعرض للانحراف بمرور الوقت. أما خطوط المعايرة والاختبار الآلية، كتلك التي صممتها شركة Benlong Automation، فتُطبق حملاً زائداً أو تيار قصر معروف على كل قاطع، وتقيس زمن فصله، وتضبط آلية المعايرة، ثم تُقرر اجتيازه أو رفضه دون تدخل بشري. يضمن هذا النهج أن كل قاطع دائرة يخرج من المصنع متوافق مع منحنى الزمن/التيار المنشور، وهو أمر غير مجدٍ اقتصاديًا باستخدام عملية المعايرة اليدوية التقليدية نظرًا لتكاليف الإنتاج المرتفعة.

تمتلك شركة بنلونغ مجموعة من خطوط التجميع والاختبار الآلية بالكامل لقواطع الدائرة المصغرة (MCBs) وقواطع الدائرة المصغرة المقولبة (MCCBs) وموصلات التيار المتردد. خط تجميع قواطع الدائرة المصغرة الأوتوماتيكي يدمج هذا النظام تغذية الأجزاء، والتجميع، والمعايرة، والاختبار، ووضع العلامات، والفرز في عملية تدفق مستمرة واحدة، مما يوفر قاطعًا كهربائيًا مُختبَرًا ومعتمدًا كل بضع ثوانٍ. بالنسبة لمصنعي أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs)، خط إنتاج أوتوماتيكي بتقنية SPD يجمع بين التجميع والاختبار عالي الجهد وإمكانية التتبع في محطة واحدة.

السيارات والمركبات الكهربائية

طبّقت صناعة السيارات الأتمتة بأشكالٍ عديدة لسنواتٍ طويلة؛ حيث تستخدم هذه التطبيقات الروبوتات لأداء مهام معقدة، مثل اللحام والطلاء وتجميع هياكل السيارات. خلال السنوات القليلة الماضية، أدى التحوّل نحو السيارات الكهربائية إلى ظهور تحديات جديدة أمام مصنّعي السيارات عند إدخال تغييرات على عمليات الإنتاج. تشمل بعض هذه التحديات تجميع وحدات البطاريات، ولفّ ملفات المحرك الكهربائي، وتصنيع أسلاك الكابلات عالية الجهد؛ إذ تتطلب كل عملية قياسًا دقيقًا وإمكانية تتبّع كاملة طوال عملية التصنيع. تُصنّع شركتا FANUC وKUKA الروبوتات التي تُشكّل أساس عمليات الأتمتة الجديدة هذه في صناعة السيارات.

الأجهزة الطبية والمستحضرات الصيدلانية

يتطلب تصنيع الأجهزة الطبية عدداً من المكونات الأساسية، بما في ذلك عمليات مُدققة، وتوافق مع غرف التنظيف، وسجلات قابلة للتتبع لجميع جوانب عملية التصنيع. وقد طُوّرت خطوط إنتاج آلية لتجميع المحاقن، وخطوط تعبئة وتغليف أجهزة الاستنشاق، ومعدات تغليف أدوات التشخيص، لتجمع بين العمليات الميكانيكية الدقيقة وإمكانية الفحص البصري الكامل، وذلك لتوثيق كيفية معالجة كل مُعامل بدقة في كل خطوة من تاريخ المريض، عبر رقم تسلسلي فريد. وتُصبح الأتمتة دليلاً على صحة العملية.

معالجة الأغذية والمشروبات

تعمل خطوط التعبئة والتغطية واللصق والتعبئة الآلية على منصات نقالة بسرعات عالية مع الحد الأدنى من التدخل البشري، مما يقلل من خطر التلوث. ويمكن غسل الروبوتات والناقلات، مما يسمح بتنظيف الخطوط باستخدام نظام التنظيف الآلي (CIP)؛ وتراقب أنظمة الرؤية مستويات التعبئة وموضع الملصقات وسلامة الختم بسرعات الإنتاج.

ما تقدمه أتمتة التصنيع: الفوائد القابلة للقياس

يمكن تبرير حلول الأتمتة في قطاع التصنيع بناءً على نتائج التحليل. يُظهر تحليل التصنيع الرقمي الذي أجرته شركة ماكينزي وشركاؤه أن الأتمتة والتكامل يُحسّنان الإنتاجية بمقدار 25-50 ضعفًا لكل ألف طن، ويُقلّلان العيوب بمقدار 50-80 ضعفًا لكل ألف طن، ويُخفّضان تكاليف الصيانة بمقدار 20-40 ضعفًا لكل ألف طن. وتؤكد تجارب المصنّعين في مختلف القطاعات هذه الأرقام.

• إنتاجية ثابتة. تم تصميم الخطوط الآلية لدورة زمنية محددة وتعمل بنفس الطريقة بغض النظر عما إذا كانت الساعة الرابعة صباحًا أو بعد الغداء.
• جودة مدمجة. جميع المحطات الآلية بمثابة محطات فحص. عندما يخرج قياس عزم الدوران عن النطاق المقبول، يتوقف خط الإنتاج؛ وبالمثل، إذا كان أحد المكونات مفقودًا، يُرفض. باختصار، لا يتم التحقق من الجودة عند الإنتاج، بل تُبنى أثناء التصنيع.
• إمكانية التتبع والبيانات. كل عملية يقوم بها نظام آلي تُنشئ سجلاً إلكترونياً. في قطاع الطاقة، يشمل ذلك جميع المنحنيات المُعايرة لقواطع الدائرة التي يمكن استرجاعها واستخدامها في مطالبات الضمان.
• استقرار سوق العمل. تتيح الأتمتة للمصنّعين تقليل اعتمادهم على أعداد كبيرة من عمال التجميع المهرة في المواقع التي تكون فيها تكلفة العمالة مرتفعة أو تعاني من نقص فيها. أما المشغلون الذين يتم الاحتفاظ بهم فهم ماهرون في مراقبة خط الإنتاج وصيانته.
• أمان. تشمل الأنظمة الآلية لنقل المواد السيور الناقلة والروبوتات المتنقلة ذاتية التشغيل (AMRs) والروبوتات التي تقوم بتجميع البضائع على المنصات، مما يلغي الحاجة إلى رفع ونقل المواد بشكل متكرر والتي تساهم في ارتفاع معدل الإصابات باضطرابات العضلات والعظام في مكان العمل (WMS).

الاتجاهات المستقبلية التي تشكل أتمتة التصنيع

بدأت العديد من التطورات في مجال التكنولوجيا تؤثر على كيفية إنشاء حلول أتمتة التصنيع وتسهيلها.

• الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. يمكن لخوارزميات الصيانة التنبؤية التي تستخدم أجهزة استشعار الاهتزاز وتيار المحرك اكتشاف عطل في المحمل قبل عدة أيام من تأثيره على الإنتاج من خلال تحليل البيانات التي تم إنشاؤها من نظام الرؤية لتحديد العيوب التي لا يمكن اكتشافها بواسطة الخوارزميات القائمة على القواعد.
• التوائم الرقمية. تتيح النسخة الرقمية لخط التصنيع أو الإنتاج للمصنّع اختبار المنتجات الجديدة، وتصميم أفضل تخطيط ممكن، وتدريب المشغلين قبل إتمام تجميع أول آلة فعلية. كما ترتبط النسخة الرقمية بالخط الفعلي أثناء الإنتاج العادي لتوفير لوحة تحكم فورية لأداء الإنتاج.
• الروبوتات التعاونية (الكوبوتات). تستطيع الروبوتات التعاونية العمل جنبًا إلى جنب مع المشغلين، وتؤدي مهامًا تتطلب التقاط ووضع العناصر بشكل متكرر. أما مشغلو هذه الروبوتات، فيقومون بمهام التجميع التي تتطلب مهارات إضافية. وتعمل الروبوتات التعاونية بكفاءة عالية ضمن الخلايا شبه الآلية.
• الاستدامة ومراقبة الطاقة. تستخدم خطوط الإنتاج الآلية المزيد من أجهزة الاستشعار لقياس الطاقة المستخدمة لكل وحدة منتجة، مما يسهل على الشركتين خفض التكاليف والإبلاغ عن أدائهما في مجال الاستدامة للمساهمين.

كيفية اختيار شريك الأتمتة المناسب

يُعد اختيار مورد لحلول أتمتة التصنيع قرارًا استراتيجيًا. ويمكن للعوامل التالية أن تساعد في التمييز بين شريك مناسب على المدى الطويل وشركة تصنيع آلات تقتصر أعمالها على العقود:

• خبرة في المجال. قد لا يكون لدى شركة التكامل خطوط إنتاج مصممة لمنتجك أو صناعتك؛ إذا كانت شركة التكامل قد عالجت سابقًا صعوبات معايرة وحدة الفصل المغناطيسي الحراري أو لحام موصل فضي دون استخدام أموالك للوصول إلى تلك النقطة، فسيكونون قد ساروا على طريق تعلم الموضوع.
• إمكانية التكامل. هل يستطيع هذا الشريك تقديم حلول متكاملة (ميكانيكية، كهربائية، أنظمة تحكم، وبرمجيات) أم أنه يُقدم خدماته في التخصصات الرئيسية فقط؟ عندما يكون لديه فريق داخلي متخصص في جميع التخصصات الهندسية، لا يُلقي الشريك باللوم على الآخرين عند حدوث مشاكل.
• خدمة ما بعد البيع. تحتاج الآلات التي تعمل طوال اليوم إلى قطع غيار وخدمة صيانة في الوقت المناسب. لذا، تأكد قبل تقديم طلبك من الاستفسار عن إمكانيات شريكك في مجال الصيانة وتوفير قطع الغيار.
• البيانات والاستعداد للثورة الصناعية الرابعة. يجب أن يكون خط الإنتاج الآلي قادرًا على التواصل مع نظام إدارة عمليات التصنيع (MES) الخاص بك عبر بروتوكولات موحدة، وأن يخزن جميع بيانات عملياته في قاعدة بيانات. كما يجب أن يكون قابلاً للتشخيص عن بُعد عبر اتصاله بالإنترنت أو الشبكة الداخلية. إذا لم يكن ذلك ممكنًا من قِبل شريك التكامل، فسيكون لديك خط إنتاج آلي معزول بين الأنظمة المتصلة والأنظمة القديمة/المستنتجة.

الأسئلة الشائعة

ما هي أتمتة التصنيع؟

أتمتة التصنيع تعني استخدام الأدوات التكنولوجية بدلاً من العنصر البشري لإدارة عملية الإنتاج. ومن أمثلة الأدوات المستخدمة في الأتمتة: وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، والروبوتات الصناعية، والناقلات، وأنظمة الرؤية، والبرمجيات، والتي تُستخدم جميعها معًا لبناء المنتجات واختبارها وفحصها وتغليفها.

ما هي أنواع الأتمتة الأربعة؟

توجد أربع طرق شائعة للأتمتة: الأتمتة الثابتة (الصلبة)، والأتمتة القابلة للبرمجة، والأتمتة المرنة (الناعمة)، والأتمتة المتكاملة. تُستخدم الأتمتة الثابتة (الصلبة) لإنتاج كميات كبيرة من منتج واحد. أما الأتمتة القابلة للبرمجة فتُستخدم لإنتاج دفعات (أي إنتاج دفعات عند استلام الطلبات فقط)، بينما تدعم الأتمتة المرنة (الناعمة) والأتمتة المتكاملة إنتاج منتجات متنوعة في جميع أنحاء المصنع (أي مرافق متعددة تُنتج خطوط إنتاج متعددة).

ما هي أفضل 5 أدوات للأتمتة؟

تُعد وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) والروبوتات الصناعية وأنظمة رؤية الآلة والمركبات الموجهة الآلية (AGVs) والروبوتات المتنقلة ذاتية التشغيل (AMRs) بالإضافة إلى أنظمة تنفيذ التصنيع (MES) التي تربط كل هذه الأجزاء بالبيانات، من أكثر أدوات الأتمتة شيوعًا المستخدمة في التصنيع.

ما هو مثال على الأتمتة في التصنيع؟

يُعد النظام المؤتمت بالكامل مثالاً على ذلك: فتغذية المكونات، وتجميع القواطع، ومعايرتها، واختبار الفصل الحراري، واختبار الفصل المغناطيسي، وطباعة ملصقات التصنيف، وفرز القواطع حسب اجتيازها أو فشلها، تتم جميعها دون أي تدخل من المشغل في أي مرحلة من مراحل العملية. وهذا يضمن اتساق المنتجات المصنعة على خط التجميع/الاختبار هذا، وامتلاك كل منتج سجلاً تاريخياً للتصنيع يمكن توثيقه (إمكانية التتبع)، وتوافق جميع المنتجات المصنعة مع معايير السلامة الدولية.

مراجع

• الجمعية الدولية للأتمتة (ISA) — المعايير والتدريب والموارد لأنظمة الأتمتة والتحكم الصناعية.
• شركة ماكينزي وشركاه - التصنيع الرقمي والصناعة 4.0 — بحث حول تأثير الأتمتة على الإنتاجية والجودة في التصنيع.
• شركة فانوك - الروبوتات الصناعية وأتمتة المصانع — شركة عالمية رائدة في تصنيع الروبوتات وأنظمة التحكم الرقمي الحاسوبي وحلول الأتمتة.
• شركة KUKA للروبوتات - حلول التصنيع الآلي — شركة ألمانية مصنعة للروبوتات الصناعية وخلايا الإنتاج الآلية.
• معهد مناولة المواد (MHI) - التقرير السنوي للصناعة — البيانات والاتجاهات المتعلقة بتبني الأتمتة في مناولة المواد والخدمات اللوجستية.

حلول أتمتة التصنيع لا يتعلق الأمر باستبدال البشر بالآلات، بل بتكليف الآلات بالمهام التي تجيدها - كالتكرار والقياس والتسجيل - ليتمكن البشر من القيام بما يجيدونه: حل المشكلات، وتحسين العمليات، وتطوير المنتج التالي. سواءً كان الأمر يتعلق بخط معايرة آلي لقواطع الدوائر المصغرة، أو خلية لحام روبوتية لهياكل السيارات، أو محطة انتقاء موجهة بالرؤية في غرفة نظيفة لصناعة الأدوية، فإن الهدف واحد: جودة ثابتة، وإنتاج يمكن التنبؤ به، وبيانات تثبت ذلك. تُصمم شركة بنلونغ أوتوميشن حلول أتمتة متكاملة لقطاع تصنيع الأجهزة الكهربائية، لأن الجهاز الوقائي الذي يجب ألا يتعطل أبدًا يجب أن يُصنع بدقة لا يمكن تحقيقها إلا من خلال عملية مؤتمتة وموثقة.