مزایای بهره‌وری راهکارهای اتوماسیون صنعتی

یک تولیدکننده لوازم الکتریکی متوسط در پونا، با جایگزینی مونتاژ دستی قطع‌کننده‌های مدار مینیاتوری خود با یک خط مونتاژ یکپارچه و خودکار، بلافاصله شاهد افزایش بهره‌وری به میزان 40% بود. با این حال، شش ماه بعد، این تولیدکننده به آمار شگفت‌انگیزتری دست یافت: نرخ بازگشت گارانتی قطع‌کننده‌های مدار مینیاتوری آن به میزان 66% کاهش یافته بود. ایستگاه کالیبراسیون خودکار، دوربین بازرسی بینایی و سلول مونتاژ رباتیک نه تنها سرعت مونتاژ قطع‌کننده‌ها را افزایش دادند؛ بلکه ثبات و دقت مونتاژ را به سطوحی رساندند که به سادگی با فرآیند مونتاژ دستی قابل دستیابی نبود. این داستان واقعی پشت راه‌حل‌های اتوماسیون صنعتی است: راندمان عملیاتی ملموس در اولین روز کار محقق می‌شود؛ راندمان کیفی در طول سال‌ها استفاده ایجاد می‌شود. اتوماسیون صنعتی با ترکیب افزایش راندمان عملیاتی با بهبود کیفیت، یک شرکت تولیدی را از تولیدکننده محصولات با کیفیت قابل قبول به تأمین‌کننده محصولات دارای گواهینامه و با کیفیت صادراتی تبدیل می‌کند، آن هم با هزینه‌ای کمتر از هزینه مونتاژ دستی.

اتوماسیون صنعتی در واقع چه چیزی ارائه می‌دهد؟

اتوماسیون صنعتی سیستم‌های کنترل برای راه‌اندازی ماشین‌آلات و فرآیندها با دخالت کمتر انسان، با استفاده از سیستم‌های کنترلی شامل PLCها، ربات‌ها، نوار نقاله‌ها، سیستم‌های بینایی و نرم‌افزار استفاده می‌شوند. این اصطلاح همه چیز را از سلول‌های جوشکاری رباتیک گرفته تا خطوط تولید کاملاً خاموش که بدون مراقبت و در سه شیفت کار می‌کنند، پوشش می‌دهد. این معیارها برای هر معیار تولیدی که نیازها را برآورده می‌کند، قابل اندازه‌گیری هستند: نرخ خروجی، نرخ نقص، هزینه نیروی کار به ازای هر واحد، مصرف انرژی و ضایعات مواد؛ و همچنین اینکه چقدر آسان می‌توان تولید را بدون نیاز به استخدام کارمندان اضافی یا افزایش متناسب با تعداد کارکنان افزایش داد.

تحقیقات منتشر شده توسط مک‌کینزی و شرکا در مورد تأثیر تولید دیجیتال و اتوماسیون نشان می‌دهد که خطوط تولید خودکار به طور معمول در مقایسه با مونتاژ دستی یا نیمه دستی، بهبود توان عملیاتی 25-50% و کاهش نقص 50-80% را ارائه می‌دهند. این اعداد آرمانی نیستند - بلکه تجربه مستند تولیدکنندگان در زمینه خودرو، الکترونیک، تجهیزات پزشکی و کالاهای مصرفی هستند. موسسه جابجایی مواد (MHI) به طور مشابه گزارش می‌دهد که سرمایه‌گذاری در اتوماسیون به شدت با کاهش هزینه‌های عملیاتی و بهبود ثبات محصول مرتبط است.

چگونه اتوماسیون کارایی را بهبود می‌بخشد: اعدادی که اهمیت دارند

مورد کارایی برای راهکارهای اتوماسیون صنعتی بر چند معیار غیرقابل تقلیل استوار است:

• توان عملیاتی. چرخه یک سیستم نوار نقاله خودکار ثابت است و تحت تأثیر خستگی، شیفت‌ها یا تفاوت‌های آموزشی کارگران قرار نمی‌گیرد. یک سیستم نوار نقاله دستی می‌تواند تقریباً 300 دستگاه قطع کن برقی با 10 کارمند در طول یک شیفت تولید کند. یک سیستم نوار نقاله خودکار که همان دستگاه‌ها را تولید می‌کند می‌تواند در طول یک شیفت با دو کارمند که بر عملکرد تجهیزات نظارت دارند، 600 تا 900 دستگاه قطع کن برقی تولید کند.
• بازده اولین عبور. تمام ایستگاه‌های خودکار، قبل از ارسال مجموعه‌ها به خط تولید، تأیید می‌کنند که مشخصات مورد نیاز را برآورده می‌کنند. برای انجام این کار، آنها قبل از ارسال آنها به خط تولید، بررسی‌های گشتاور، آزمایش‌های پیوستگی و تأییدهای بینایی را روی تمام مجموعه‌ها انجام می‌دهند. مجموعه‌های معیوب (آنهایی که یک یا چند مورد از سه آزمایش را با موفقیت پشت سر نمی‌گذارند) به خط تولید ارسال نمی‌شوند. بنابراین، به این ترتیب، آنها هرگز به دست مشتریان نمی‌رسند. علاوه بر این، در صنایع تحت نظارت، به دلیل استفاده از این مراحل تأیید، تفاوت مشخصی بین “فراخوان” و “محصول تأیید شده” وجود دارد.
• ثبات نیروی کار. اتوماسیون، اتکا به نیروی کار مونتاژ ماهر و بزرگ را در مناطقی از جهان که کارگران کمیاب یا بسیار پرهزینه هستند یا نرخ جابجایی کارگران بالاست، کاهش می‌دهد. معدود اپراتورهایی که باقی مانده‌اند، آموزش‌های بیشتری در مهارت‌های جدید دریافت کرده‌اند؛ آنها خط مونتاژ را رصد می‌کنند، تجهیزات را به صورت پیشگیرانه نگهداری می‌کنند و کیفیت محصول تولید شده را ارزیابی می‌کنند، به جای اینکه تمام روز همان عملیات دستی را انجام دهند.
• اتلاف انرژی و مواد. طرح‌های خودکار فقط از آنچه برای ایجاد جوش مورد نیاز است (انرژی مورد نیاز مانند جریان جوش یا گرمای پخت) استفاده می‌کنند. با بازخورد حلقه بسته، ما فقط می‌توانیم آنچه را که مورد نیاز است به دست آوریم، در حالی که فرآیندهای دستی امکان اضافه کردن انرژی اضافی (اتلاف انرژی) را فراهم می‌کنند. این به این دلیل است که یک اپراتور دستی هنگام جوشکاری با روش دستی، تمایل دارد انرژی بیشتری را به عنوان حاشیه ایمنی نسبت به دستگاه جوشکاری تماسی خودکار با استفاده از سیستم بازخورد حلقه بسته با تنظیم پالس جوش بر اساس مقاومت اندازه‌گیری شده، استفاده کند. بنابراین از جوش‌های سرد و خروج بیش از حد جوش نسبت به جوشکاری دستی جلوگیری می‌شود.

مزایای اتوماسیون بر اساس صنعت

تجهیزات الکتریکی و حفاظت مدار

برای تولیدکنندگان دستگاه‌هایی مانند MCBها، MCCBها، ACBها، کنتاکتورها و SPDها، اتوماسیون به حل یک مشکل خاص تولید کمک می‌کند - نیاز به مونتاژ، کالیبراسیون و آزمایش هر واحد. همه بریکرها دستگاه‌های ایمنی هستند و نمی‌توان آنها را به صورت دسته‌ای آزمایش کرد؛ بلکه هر واحد باید به صورت جداگانه کالیبره شود. کالیبراسیون دستی کند، وابسته به اپراتور و متغیر است. خطوط تولید کالیبراسیون و آزمایش خودکار - مانند خطوطی که توسط Benlong Automation طراحی و ساخته شده‌اند - ویژگی‌های تریپ حرارتی و مغناطیسی هر بریکر را در عرض چند ثانیه کالیبره می‌کنند، داده‌های کالیبراسیون را حفظ می‌کنند و هر دستگاهی را که در محدوده مشخصات نباشد، رد می‌کنند. در نتیجه، هر بریکر صرف نظر از تغییرپذیری ایجاد شده توسط میز کالیبراسیون دستی، هر بار به طور مداوم بر اساس منحنی مشخصه مشخص شده تریپ می‌دهد. برای مهندسی دقیق پشت این سیستم‌ها، راهنمای ما در مورد خط تست اتوماتیک MCB چیست؟ هر ایستگاه و عملکرد آن را توضیح می‌دهد.

قطعات خودرو و وسایل نقلیه الکتریکی

بخش خودروسازی، به عنوان یکی از اولین صنایعی که اتوماسیون در مقیاس بزرگ را پیاده‌سازی کرد، به دلیل گذار سریع به خودروهای الکتریکی (EV)، افزایش نیاز به راه‌حل‌های رباتیک را تجربه می‌کند. به عنوان مثال، مونتاژ باتری خودروهای الکتریکی، قطعات الکترونیکی قدرت و کویل‌های موتور الکتریکی باید با سطحی از دقت که مونتاژ دستی نمی‌تواند به آن دست یابد، به هم متصل شوند (مثلاً جوش داده شوند) و آزمایش شوند. تولیدکنندگان خودرو خطوط مونتاژ خودکار خود را با سرعت چرخه بسیار سریع‌تری راه‌اندازی می‌کنند (زمان‌های تاکت اکنون بر حسب ثانیه محاسبه می‌شوند) و سیستم‌های بررسی کیفیت درون خطی را در خود جای داده‌اند تا اطمینان حاصل شود که هیچ مجموعه معیوبی روی خودرو نصب نمی‌شود.

تجهیزات پزشکی و داروسازی

برای تولید تجهیزات پزشکی، تولیدکنندگان به فرآیندهای تثبیت‌شده و قابلیت ردیابی کامل نیاز دارند. سیستم‌های مونتاژ و بازرسی خودکار این کار را از طریق مستندسازی (مثلاً تمام پارامترهای جوشکاری، مقادیر گشتاور و نتایج بازرسی بصری) که برای ارسال به مراجع قانونی مورد نیاز هستند، انجام می‌دهند. این فقط نمونه‌ای از اتوماسیون برای بهبود کارایی نیست؛ بلکه باید ثابت شود که هر واحد با استفاده از فرآیند تعریف‌شده به درستی تولید شده است.

فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی

خطوط خودکار پر کردن، درب‌بندی، برچسب‌گذاری و بسته‌بندی، احتمال آلودگی ناشی از تماس با انسان را کاهش می‌دهند. آن‌ها سریع‌تر، تمیزتر و با ضایعات کمتری نسبت به خطوط نیمه‌خودکار عمل می‌کنند و تمیز کردن آن‌ها آسان‌تر است زیرا می‌توان آن‌ها را بدون جداسازی قطعات، در محل تمیز کرد.

برای نگاهی گسترده‌تر به نقش اتوماسیون در این بخش‌های متنوع، مرور کلی ما از اتوماسیون چیست؟ زمینه بنیادی را فراهم می‌کند.

چهار نوع اتوماسیون و جایگاه آنها

استفاده از چهار دسته اساسی اتوماسیون صنعتی، روشی استاندارد برای تطبیق یک راه‌حل اتوماسیون با نیاز تولید ایجاد می‌کند.

• اتوماسیون ثابت (سخت): یک خط مونتاژ با ظرفیت تولید اختصاصی و تنها یک نوع محصول. خط مونتاژ MCB خانواده‌ای از قطع‌کننده‌های مدار را با بالاترین سرعت تولید خواهد کرد. این خط مونتاژ سرمایه‌گذاری اولیه قابل توجهی دارد اما کمترین هزینه را برای هر واحد تولید خواهد داشت.
• اتوماسیون قابل برنامه ریزی: دستگاه‌های قابل برنامه‌ریزی مجدد برای چندین محصول در یک خانواده محصول (مثلاً سلول لحیم‌کاری رباتیک برای چندین نوع برد کامپیوتر). حجم و انعطاف‌پذیری متوسط.
• اتوماسیون انعطاف‌پذیر (نرم): سیستم‌هایی که حداقل تغییر بین محصولات را دارند، معمولاً با استفاده از ربات‌های هدایت‌شونده با بینایی و ابزارهای مدولار، هم برای تولید قراردادی و هم برای تغییر ترکیب محصول مناسب هستند.
• اتوماسیون یکپارچه: چشم‌انداز صنعت ۴.۰ با یک سیستم یکپارچه مبتنی بر کامپیوتر محقق می‌شود که در آن تمام اطلاعات طراحی مستقیماً به تولید منتقل می‌شود و هر ایستگاه به یک سیستم اجرایی تولید مرکزی (MES) ارتباط برقرار می‌کند.

هزینه‌های اتوماسیون و بازده آن

بازگشت سرمایه نه تنها بر اساس صرفه‌جویی در نیروی کار، بلکه بر اساس افزایش توان عملیاتی، کاهش ضایعات و هزینه‌های اجتناب‌شده از بازگشت گارانتی و بررسی‌های کیفی محاسبه می‌شود. تولیدکننده‌ای که بازگشت سرمایه ۳۶ ماهه را برای یک خط MCB کاملاً خودکار می‌پذیرد، در واقع یک مزیت رقابتی می‌خرد که برای عمر ۱۰ تا ۱۵ ساله تجهیزات ادامه دارد.

آینده اتوماسیون صنعتی

چندین روند در حال شکل دادن به نسل بعدی هستند راهکارهای اتوماسیون صنعتی. هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی در حال ورود به برنامه‌های کاربردی خط تولید هستند: یک سیستم بینایی مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند نقص ظریفی را که یک سیستم مبتنی بر قانون از دست می‌دهد، تشخیص دهد و یک الگوریتم یادگیری ماشینی می‌تواند خرابی موتور را چند روز قبل از وقوع پیش‌بینی کند. دوقلوهای دیجیتال - کپی‌های مجازی خط تولید فیزیکی - به تولیدکننده اجازه می‌دهند تا معرفی محصول جدید را شبیه‌سازی کند، طرح خط را بهینه کند و اپراتورها را قبل از نصب اولین دستگاه فیزیکی آموزش دهد. و همگرایی فناوری عملیاتی (OT) و فناوری اطلاعات (IT) به این معنی است که هر ایستگاه خودکار به یک منبع داده تبدیل می‌شود که یک پلتفرم تحلیلی مرکزی را تغذیه می‌کند که قابلیت مشاهده تولید را در زمان واقعی برای مدیر کارخانه و مدیرعامل فراهم می‌کند.

برای تولیدکنندگان برق، آینده از قبل در حال حرکت است. خط MCB که هر بریکر را کالیبره می‌کند و داده‌های کالیبراسیون را در یک پایگاه داده ابری ذخیره می‌کند، یک مفهوم دور از دسترس نیست - این یک واقعیت نصب شده است. Benlong Automation می‌سازد خطوط تست خودکار MCB و خطوط تولید اتوماتیک MCCB که این ادغام داده‌ها را امروز فراهم می‌کنند، زیرا قطع‌کننده‌های فردا نه تنها ایمن‌تر، بلکه هوشمندتر خواهند بود و خط تولیدی که آن را می‌سازد نیز باید هوشمندتر باشد.

سوالات متداول

اتوماسیون صنعتی چیست؟

اتوماسیون صنعتی اتوماسیون به کارگیری فناوری‌هایی مانند ربات‌ها، PLCها، نوار نقاله‌ها، حسگرها و نرم‌افزارها برای تولید محصولاتی است که در آن‌ها به عملیات انسانی بسیار کم یا بدون نیاز است. اتوماسیون می‌تواند با استفاده از تنها یک ایستگاه خودکار یا با ادغام کل خط تولید در یک سیستم اعمال شود.

4 نوع اتوماسیون چیست؟

چهار نوع اتوماسیون وجود دارد: اتوماسیون ثابت (سخت) برای تولید حجم بالای محصولات تکی، اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی برای دسته‌های تولید شده، اتوماسیون انعطاف‌پذیر (نرم) برای خطوط تولید مختلط و اتوماسیون یکپارچه که در آن کامپیوتر و اتصالات داده، تولید را در تمام نقاط کارخانه مدیریت می‌کنند.

قانون ۸۰/۲۰ برای اتوماسیون چیست؟

هنگام خودکارسازی فرآیندها، بهبود کیفیت با خودکارسازی وظایف حیاتی و با دقت بالا که بیشتر مستعد خطای انسانی هستند، محقق می‌شود. بنابراین تمرکز بر روی 20% بیشترین بازده را برای هزینه صرف شده برای خودکارسازی آن وظایف به همراه خواهد داشت.

5 ابزار برتر اتوماسیون کدامند؟

ابزارهای اتوماسیون مورد استفاده برای فرآیندهای تولید شامل PLCها، ربات‌های صنعتی، سیستم‌های بازرسی بینایی، AGVها و نرم‌افزار MES هستند. هر نوع ابزار اتوماسیون نقش خاصی در سنجش، کنترل، جابجایی، تأیید و مدیریت داده‌ها در یک خط تولید خودکار دارد.

منابع

• مک‌کینزی و شرکا - تولید دیجیتال و صنعت ۴.۰ - تحقیق در مورد تأثیر اتوماسیون بر بهره‌وری، کیفیت و هزینه تولید.
• موسسه جابجایی مواد (MHI) - گزارش سالانه صنعت - داده‌های مربوط به روند سرمایه‌گذاری در حوزه اتوماسیون و نرخ پذیرش آن در بخش‌های تولیدی.
• انجمن بین‌المللی اتوماسیون (ISA) - استانداردها و منابع آموزشی برای سیستم‌های اتوماسیون صنعتی و کنترل.
• دنیای اتوماسیون - نشریه‌ای صنعتی که فناوری اتوماسیون، کاربردها و مطالعات موردی در بخش‌های تولیدی را پوشش می‌دهد.

کارایی و مزایای راهکارهای اتوماسیون صنعتی وعده‌هایی برای آینده نیستند. آنها تجربه مستند هر تولیدکننده‌ای هستند که یک عملیات حیاتی را از دستی به خودکار منتقل کرده و شاهد افزایش خروجی، کاهش نقص‌ها و کاهش هزینه هر واحد بوده است. چه محصول یک مدارشکن، یک دستگاه پزشکی یا یک قطعه خودرو باشد، منطق یکسان است: ابتدا عملیات تکراری و با دقت بالا را خودکار کنید، در آزمایش و تأییدی که یک محصول را از “مونتاژ شده” به “تأیید شده” تبدیل می‌کند، سرمایه‌گذاری کنید و یک خط تولید بسازید که علاوه بر محصول، داده نیز تولید کند. شرکت Benlong Automation سیستم‌های مونتاژ و آزمایش خودکار را برای بخش تولید برق طراحی و می‌سازد - زیرا یک مدارشکن که از یک مدار محافظت می‌کند، باید خود با دقتی ساخته شود که فقط یک فرآیند خودکار و تأیید شده می‌تواند ارائه دهد.