benlong 
بالاترین سطح اتوماسیون در یافت میشود در
هنگامی که یک ویفر سیلیکونی در یک کارخانه ساخت نیمههادی در تایوان برای استفاده در یک پردازنده چند دلاری تولید میشود، این کار به گونهای انجام میشود که از پلیسیلیکون خام تولید شده و همه مراحل بدون دخالت انسانی، از مرحله اولیه تا مرحله نهایی، انجام میشود. ویفر از مراحل فرآیندی متعددی عبور میکند که همه آنها توسط فناوری خودکار در یک اتاق تمیز با هوای پاک که هزار برابر پاکتر از اتاق عمل پزشکی است، انجام میشود. ماشینها برای انجام کارهای خود در این مدت با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. سیستم اجرای مدیریت (MES) پیشرفتها و فرآیندهای جاری را پیگیری میکند. اگر چیزی به درستی کار نکند، میتواند بدون دخالت مهندس انسانی مشکل را برطرف کرده و رویداد را در پایگاه داده ثبت کند. عملکرد نگهداری پیشبینی شده فناوری اجازه میدهد تا کارهای نگهداری در زمان توقف ماشینها برنامهریزی شود. این نمایانگر بالاترین سطح اتوماسیون ممکن امروز است زیرا فراتر از رباتیک ساده است، زیرا همه جنبههای عملیات به طور محکم در یک واحد یکپارچه شدهاند. درک اینکه این سطح چگونه به نظر میرسد و چه معنایی دارد، درک انواع اتوماسیونی که امروزه در جهان وجود دارد و میتواند در فرآیند تولید هر نوع محصول مفید باشد را فراهم میکند.
خلاصه: پیشرفتهترین سطح اتوماسیون در تولید، کارخانه کاملاً یکپارچه، دادهمحور و خودبهینهسازی است که معمولاً به عنوان صنعت ۴.۰ یا تولید بدون حضور نیروی انسانی شناخته میشود. در این نوع کارخانه، همه فرآیندها، از لحظه ورود مواد خام تا زمانی که محصولات نهایی، آزمایش شده و تأیید شده ارسال میشوند، خودکار، به هم متصل و توسط لایههای نرمافزاری کنترل میشوند، از جمله PLCها و SCADA برای عملیات در سطح ماشین، MES (سیستم اجرای تولید) برای فرآیند خط تولید و ERP (برنامهریزی منابع سازمانی) برای فعالیتهای کسبوکار.
شکل بالاترین سطح اتوماسیون: کارخانه کاملاً یکپارچه و خودبهینهساز
The بالاترین سطح اتوماسیون در تولید یک ماشین واحد یا یک پلتفرم نرمافزاری واحد نیست. این یک معماری است — مجموعهای از فناوریها که با هم کار میکنند تا سفارش مشتری را به محصول ارسال شده با حداقل دخالت انسانی تبدیل کنند. این معماری سه لایه دارد که هر کدام باید حضور داشته باشند تا کارخانه در بالاترین سطح عمل کند.
لایه اول: اتوماسیون فیزیکی — ماشینها، رباتها و جابجایی مواد. در بالاترین سطح عملیات، هر فعالیتی که قابل خودکارسازی باشد، در واقع خودکارسازی شده است. در یک دیدگاه صحیح، خط تولید تنها تعدادی ایستگاه نیمهخودکار با انتقالهای دستی بین آنها نیست، بلکه جریان پیوستهای است که محصول از یک موقعیت به موقعیت دیگر از طریق سیستم به کمک سیستم نقاله یا چیزی مشابه حرکت میکند. ایستگاهها عملیات مرتبط با یک یا چند فرآیند پیچیده مانند مونتاژ، جوشکاری و غیره را انجام میدهند و هیچ کارگری برای بارگذاری/باربرداری قطعه وجود ندارد. ماشینها به یک نوع خاص تعلق ندارند: آنها انعطافپذیر بوده و قادر به کار با انواع مختلف محصولات هستند. ماشینها دارای دستگاههای مختلفی نصب شده در آنها هستند، یعنی موتور و حسگرهایی که وضعیت دستگاهها را گزارش میدهند. برای شرکتی که دستگاههایی برای کاربردهای حفاظتی الکتریکی تولید میکند، لایه اول همچنین شامل خطوط تولیدی است که برای مونتاژ و تست MCB، MCCB و کنتاکتورها استفاده میشود. خط مونتاژ اتوماتیک MCB که تغذیه قطعات، مونتاژ، کالیبراسیون، تست، علامتگذاری و مرتبسازی را در یک جریان پیوسته و یکپارچه ادغام میکند و هر چند ثانیه یک کلید قطعکننده کالیبره شده و گواهی شده تولید میکند، نمونهای از خودکارسازی فیزیکی است که بالاترین سطح نیاز دارد. برای نگاهی عمیقتر به ایستگاههای تست که در این خطوط ادغام شدهاند، راهنمای ما در خط تست اتوماتیک MCB چیست؟ کالیبراسیون، تریپ مغناطیسی و تست ولتاژ بالا را که باید روی هر واحد انجام شود، توضیح میدهد.
لایه ۲: زیرساخت داده و کنترل—سیستم کنترل نظارتی و جمعآوری دادهها (SCADA)، سیستم اجرای تولید (MES)، رشته دیجیتال. تجهیزات در کارخانه دادههای مفید زیادی تولید میکنند—پارامترهای فرآیند، دادههای کیفیت، کدهای خطا، مصرف انرژی و زمانهای چرخه. بالاترین سطح خودکارسازی نیاز دارد که همه این نقاط داده را ردیابی کند، زمینهای برای فرآیند فراهم کند و آنها را به سیستم و افرادی که از آن استفاده میکنند، ارائه دهد. سیستم SCADA برای تسهیل ردیابی همه دادهها به صورت بلادرنگ از PLCها، درایوها، حسگرهای روی ماشینها طراحی شده است که نمای کلی از کارخانه ارائه میدهد و اپراتور را از آلارمها و انحرافات مطلع میکند. MES بر روی SCADA کار میکند زیرا مسئول مدیریت سفارشات تولید، پیشبرد هر آیتم خاص در خط، ثبت دادههای فرآیند روی واحد و دادههای کیفیت مربوط به واحد است. MES سیستمی است که قادر به ردیابی تمام اطلاعات لازم برای گواهینامه و درک ضمانت است—پس از خروج از کارخانه، هر کلید قطعکننده قادر خواهد بود اطلاعات کالیبراسیون، نتایج تست و اطلاعات مربوط به ماشین، اپراتور و مواد اولیهای که با آن ساخته شده است را نشان دهد. سیستم ERP (برنامهریزی منابع سازمانی) بر روی MES ایجاد شده و شامل مدیریت سفارشات، موجودیها، زنجیرههای تأمین و امور مالی است. تحقیقات از مککینزی و شرکا در زمینه تولید دیجیتال این یکپارچهسازی عمودی را به عنوان مهمترین عامل توانمندساز بهبود بهرهوری، کیفیت و انعطافپذیری که صنعت ۴.۰ وعده میدهد، شناسایی کرده است.
لایه سوم: هوش و خودمختاری—تحلیل پیشبینی، هوش مصنوعی، و کنترل حلقه بسته. پیشرفتهترین سطح اتوماسیون نه تنها درباره رخدادها اطلاع میدهد، بلکه پیشبینیهایی درباره تحولات آینده ارائه میدهد و بدون هیچ فرمان انسانی بر اساس این پیشبینی اقدام میکند. به عنوان مثال، الگوریتم نگهداری پیشبینیشده پارامترهایی مانند امضای لرزش، جریان موتور و دمای یک محور یا مفصل ربات حیاتی را نظارت میکند و نگهداری را در طول زمان توقف برنامهریزیشده بعدی قبل از خرابی یک عنصر و منجر شدن به توقف غیرمنتظره برنامهریزی میکند. سیستم بینایی مبتنی بر هوش مصنوعی کیفیت هر محصول را در سرعت خط کنترل میکند، نقصهایی را که توسط سیستم مبتنی بر قوانین قابل شناسایی نیستند، ثبت میکند و یاد میگیرد که انواع جدید نقصها را هنگام ظهور شناسایی کند. الگوریتم کنترل فرآیند حلقه بسته سطح پارامتر کیفیت، مثلاً کالیبراسیون واحد قطع حرارتی یا پارامتر کیفیت اتصال جوش داده شده را نظارت میکند و متغیرهای فرآیند را به طور خودکار تنظیم میکند تا خروجی در محدوده مشخصات باقی بماند بدون هیچ دخالت مهندس فرآیند. در این سطح، نقش انسانها عملیات ماشینها، بررسی محصولات یا ثبت اطلاعات نیست، بلکه وظیفه انسان مدیریت استثناها، بررسی مواردی است که سیستم قادر به تشخیص آنها نیست و اتخاذ تصمیمات ضروری تولید است. فدراسیون بینالمللی رباتیک (IFR) و Deloitte مستند کردهاند که پذیرش رو به رشد بازرسی کیفیت مبتنی بر هوش مصنوعی و نگهداری پیشبینیشده وجود دارد و روند واضح است: بالاترین سطح اتوماسیون سطحی است که کارخانه یاد میگیرد.
هرم اتوماسیون: پنج سطح از دستی تا خودمختار
The سطوح اتوماسیون در تولید اغلب به صورت یک هرم توصیف میشوند، با سادهترین در پایه و بالاترین در رأس. جدول زیر پنج سطح، ویژگیهای کلیدی هر کدام و صنایع و حجمهایی که معمولاً برای هر کدام مناسب است را خلاصه میکند.
| سطح | توضیحات | یکپارچهسازی داده | جابجایی مواد | کاربرد معمول |
|---|---|---|---|---|
| سطح 0: عملیات دستی | هر مرحله فرآیند—بارگذاری، پردازش، بازرسی و ثبت—توسط اپراتور انسانی انجام میشود. ابزارها ممکن است با کمک نیرو باشند، اما کنترل فرآیند کاملاً در دست اپراتور است. | هیچکدام—سوابق به صورت کاغذی یا در یک صفحه گسترده ساده ثبت میشوند، بدون قابلیت ردیابی در سطح واحد. | دستی—اپراتور محصول را از ایستگاه به ایستگاه منتقل میکند. | تولید با حجم کم و تنوع بالا؛ تحقیق و توسعه و نمونهسازی؛ فرآیندهایی که هنوز به اندازه کافی پایدار برای اتوماسیون نیستند. |
| سطح 1: سلولهای نیمهخودکار (جزایر اتوماسیون) | یک ماشین به طور خودکار یک مرحله فرآیند حیاتی—جوشکاری، کالیبراسیون، تست، توزیع—را انجام میدهد، اما اپراتور انسانی قطعه را در فیکسچر قرار میدهد، چرخه را شروع میکند و قطعه تمامشده را خارج میکند. ماشین فرآیند را کنترل میکند؛ انسان مواد را مدیریت میکند. | ماشین دادههای فرآیند خود را ثبت میکند، اما دادهها با ایستگاههای دیگر یا سیستم مرکزی یکپارچه نیستند. ردیابی پراکنده است. | دستی—اپراتور محصول را بین ایستگاههای نیمهخودکار منتقل میکند. | تولید با حجم متوسط؛ فرآیندهای حساس به کیفیت که تکرارپذیری در آنها ضروری است اما هنوز اتوماسیون کامل توجیهپذیر نیست. این سطحی است که بسیاری از تولیدکنندگان برق با یک میز کالیبراسیون یا تست نیمهخودکار از Benlong Automation شروع میکنند. |
| سطح ۲: خط تولید کاملاً خودکار (اتوماسیون ثابت) | یک خط یکپارچه بهطور خودکار محصول را تغذیه، پردازش، بازرسی و مرتب میکند بدون دخالت اپراتور در چرخه تولید عادی. این خط برای یک محصول واحد یا خانواده محصولی محدود طراحی شده است. اپراتورها خط را نظارت میکنند، مواد را تأمین میکنند و به هشدارها پاسخ میدهند. | PLCهای خط و سیستم مرکزی SCADA دادهها را از هر ایستگاه جمعآوری میکنند. دادهها ثبت میشوند، اما ممکن است با MES یا ERP کارخانه یکپارچه نباشند. | خودکار—نقالهها، میزهای چرخشی یا انتقال رباتیک محصول را بین ایستگاهها جابجا میکنند. | تولید با حجم بالا و تنوع کم؛ محصولاتی با طراحیهای پایدار و تقاضای پیشبینیشده. یک خط مونتاژ MCB اختصاصی که یک رده قطعکننده را با سرعت بالا تولید میکند، یک سیستم سطح ۲ است. |
| سطح ۳: اتوماسیون یکپارچه و انعطافپذیر (متصل به MES) | چندین خط خودکار توسط یک MES مرکزی متصل شدهاند که سفارشات تولید را مدیریت میکند، کار در جریان را پیگیری میکند و دادههای کیفیت را بر اساس شماره سریال هر واحد ثبت میکند. خطوط میتوانند با تغییر دستورالعمل بین انواع محصول جابجا شوند و MES جریان را هماهنگ میکند. جابجایی مواد خودکار—AGVها، AMRها یا سیستمهای ذخیرهسازی و بازیابی خودکار—مواد را بین خطوط و انبار منتقل میکنند. | یکپارچگی کامل عمودی از حسگر تا MES و ERP. دادههای فرآیند و کیفیت هر واحد ذخیره و قابل ردیابی است. داشبوردهای زمان واقعی دید کلی کارخانه را فراهم میکنند. | خودکار بین خطوط—AGVها، AMRها یا نقالهها مواد و محصولات نهایی را بین خطوط تولید و انبار جابجا میکنند. | تولید با حجم بالا و ترکیب متوسط؛ صنایع تنظیمشده (خودرو، پزشکی، برق) که نیاز به ردیابی کامل دارند؛ تولیدکنندگانی که به چندین مشتری با نیازهای مختلف برچسبگذاری و گواهیدهی خدمات میدهند. |
| سطح ۴: خودبهینهسازی، پیشبینی و خودران (بالاترین سطح) | کل اکوسیستم تولید—ماشینها، جابجایی مواد، MES، ERP و زنجیره تأمین—به یک کل خودتنظیم یکپارچه شده است. تحلیلهای مبتنی بر هوش مصنوعی خرابیها را پیشبینی، فرآیندها را بهینه و برنامههای تولید را در زمان واقعی تنظیم میکنند. نقش انسان استراتژیک است: مدیریت استثناها، بهبود سیستم و اتخاذ تصمیماتی که سیستم برنامهریزی نشده است. | یکپارچگی کامل افقی و عمودی. دادهها بهصورت بیوقفه از حسگر تا اتاق مدیریت و از کارخانه تأمینکننده تا اسکله دریافت مشتری جریان مییابند. یک دوقلوی دیجیتال کارخانه تولید را قبل از وقوع شبیهسازی و بهینه میکند. | کاملاً خودکار در سراسر تأسیسات—AMRها و AGVها مواد را جابجا میکنند و سیستمهای ذخیرهسازی خودکار موجودی را با حداقل دخالت انسانی مدیریت میکنند. | ساخت نیمههادی، مونتاژ نهایی خودرو، بستهبندی دارویی و هر صنعت دیگری که هزینه یک نقص یا توقف در آن به میلیونها دلار سنجیده میشود و حجم تولید سرمایهگذاری در بالاترین سطح اتوماسیون را توجیه میکند. |
چارچوب صنعت 4.0 و هرم اتوماسیون
چارچوب سطح اتوماسیون در چند چارچوب دیگر نیز قابل شناسایی است، اما رایجترین آن مدل بلوغ صنعت 4.0 است که توسط مؤسساتی از جمله آکادمی علوم و مهندسی آلمان (acatech) توسعه یافته و توسط تولیدکنندگان و شرکتهای مشاوره مختلف در سراسر جهان استفاده میشود. صنعت 4.0 میتواند به عنوان مرحلهای از صنعت 1.0 (مکانیزاسیون، موتورهای بخار) تا صنعت 2.0 (تولید انبوه و برق) و صنعت 3.0 (توسعه کامپیوترها و PLCها برای اتوماسیون برخی فرآیندها) تعریف شود تا در نهایت به مرحله نهایی مدل بلوغ برسد که شامل سیستم تولید کاملاً خودکار و دادهمحور است. سطوح اتوماسیونی که در این راهنما شرح داده شدهاند، از سطح 0 (دستی) تا سطح 4 (خودبهینهسازی) در این مدل جای میگیرند و به تولیدکنندگان اجازه میدهند موقعیت فعلی خود در مسیر بهبود تولید و اهدافشان را درک کنند. از دیدگاه عملی، هرم سطوح از پایین ساخته شده است، جایی که انواع مختلف ماشینها قرار دارند، سپس سیستمهای کنترل مختلف از جمله PLC و سیستمهای SCADA میآیند، پس از آن MES و در نهایت به مرحله نهایی با سیستم ERP میرسد. امکان خرید یک ماشین به تنهایی برای رسیدن به سطح 4 وجود ندارد. لازم است که تمام مراحل بدون هیچ گونه سوءتفاهم بین هر سطح از معماری اتوماسیون طی شود، که این امر نیازمند آن است که تولیدکننده حداقل یک فرآیند را به صورت خودکار آغاز کند. به عنوان مثال، در این مرحله اولیه، تولیدکنندگان میتوانند اتوماسیون یک فرآیند حیاتی کیفیت مانند کالیبراسیون یا تست را شروع کنند. اصلی که بنلونگ اتوماسیون در تمام فرآیندهای تولید خود اجرا میکند این است که تمام دستگاهها از جمله دستگاههای PLC، HMIها و ارتباطات باید سازگار باشند و با هم کار کنند تا به تولیدکنندگان اجازه دهند سیستم تولید کاملاً خودکار را پیادهسازی کنند.
سوالات متداول
سطح بالای اتوماسیون چیست؟
بالاترین درجه اتوماسیون در تولید در کارخانه یکپارچه، دادهمحور و خودبهینهسازی شده که به عنوان صنعت 4.0 یا تولید بدون حضور انسان شناخته میشود، مشاهده میشود. این اتوماسیون فرآیندهای تولید را کاملاً خودکار کرده است، به طوری که دادهها به صورت عمودی از حسگر به ERP و به صورت افقی بین مراحل فرآیند جریان مییابند. تحلیلهای مبتنی بر فناوری اطلاعات امکان پیشبینی خرابیها و انجام وظایف روتین بدون دخالت انسان را فراهم میکنند. نقش انسان، با این حال، استراتژیک است، یعنی شامل مدیریت استثناها، بهبود سیستم و اتخاذ تصمیماتی است که در صلاحیت سیستم خودکار نیستند.
سطوح اتوماسیون چیستند؟
سطوح اتوماسیون در تولید به عنوان یک توالی با پنج سطح دیده میشوند: سطح 0 (عملیات دستی)، سطح 1 (سلولهای نیمهخودکار—فرآیند با کمک ماشین انجام میشود اما مواد به صورت دستی جابجا میشوند)، سطح 2 (خط کاملاً خودکار—فرآیند و جابجایی مواد توسط ماشین انجام میشود و برای یک محصول تنظیم شده است)، سطح 3 (اتوماسیون یکپارچه و انعطافپذیر—چندین خط در یک شبکه توسط سیستم نظارت بر تولید و جابجایی خودکار مواد متصل شدهاند)، سطح 4 (اتوماسیون خودبهینهساز و خودمدیریت—کل کارخانه یکپارچه، هوشمند و تقریباً خودتنظیم است).
اتوماسیون سطح 4 چیست؟
اتوماسیون سطح 4 شامل کاملترین شکل اتوماسیون، کارخانه پیشبینیکننده و خودبهینهساز است. تمام جابجایی مواد و فرآیندهای تولید به صورت فیزیکی خودکار شدهاند؛ دادهها به طور کامل به صورت عمودی و افقی یکپارچه شدهاند—از حسگرها تا ERP—از تأمینکنندگان تا مشتریان؛ الگوریتمهای مبتنی بر هوش مصنوعی در نگهداری پیشبینیکننده و کنترل فرآیند بسته به کار گرفته میشوند. نتیجه کارخانهای است که میتواند بدون نیاز به مداخله انسانی عمل کند، بلکه فقط در زمینه نظارت استراتژیک، اصلاح مشکلات و بهبودهای مداوم نیاز به انسان دارد.
اتوماسیون سطح 3 چیست؟
اتوماسیون سطح 3 به کارخانه متصل و هوشمند و همچنین انعطافپذیر اشاره دارد. در این نوع کارخانه، خطوط مختلف اتوماسیون از طریق سیستم اجرای تولید مرکزی (MES) که سفارشات تولید را اجرا میکند، کار را نظارت میکند و اطلاعات کیفیت هر آیتم تولید شده را علامتگذاری میکند، ترکیب شدهاند. این خطوط قادر به تغییر به هر نوع محصول فقط با تغییر دستورالعمل هستند. جابجایی خودکار مواد با کمک وسایل نقلیه هدایتشونده خودکار (AGV)، رباتهای متحرک خودمختار (AMR) یا ذخیرهسازی خودکار مواد در کارخانه انجام میشود. جریان کاری کاملاً یکپارچه اجازه میدهد دادهها در تمام سطوح از حسگر تا MES و سیستم ERP به دست آید. اتوماسیون کارخانه سطح 3 معمولاً در بخشهای خودرو، تجهیزات پزشکی و تولید برق اجرا میشود.
منابع
- acatech — شاخص بلوغ Industrie 4.0. چارچوب آکادمی علوم و مهندسی آلمان برای ارزیابی و پیشرفت سطح اتوماسیون و یکپارچگی دیجیتال تولیدکننده.
- مککینزی و شرکا - تولید دیجیتال و صنعت ۴.۰. تحقیق در مورد تأثیر بهرهوری و کیفیت ادغام دادههای عمودی و افقی، و بازگشت سرمایه فناوریهای Industrie 4.0 که سطوح بالای اتوماسیون را مشخص میکنند.
- فدراسیون بینالمللی رباتیک (IFR) — گزارش رباتیک جهانی. دادههای سالانه نصب رباتها بر اساس صنعت و کشور، شامل نرخهای پذیرش اتوماسیون انعطافپذیر و یکپارچه که سطوح بالای هرم اتوماسیون را مشخص میکند.
- انجمن بینالمللی اتوماسیون (ISA) — استاندارد ISA‑95 برای یکپارچهسازی سیستمهای کنترل سازمانی. استاندارد بینالمللی که معماری و مدلهای داده برای ادغام عمودی بین کف کارخانه و سیستمهای کسبوکار را تعریف میکند—معماری که بالاترین سطح اتوماسیون نیاز دارد.
اوج اتوماسیون در کارخانهای رخ میدهد که در آن ماشینآلات، برنامهها، دادهها و فرآیندها نه تنها بهطور ساده به هم متصل شدهاند بلکه کاملاً یکپارچه شدهاند، جایی که سفارش مشتری بهراحتی بین ERP، MES و فرآیند تولید حرکت میکند، جایی که هر داده مرتبط با کیفیت هر آیتم به شماره سریال آن مرتبط است و میتواند در هر زمان در طول چرخه عمر آیتم استفاده شود، و جایی که انحرافات میتوانند شناسایی، تعیین و اصلاح شوند پیش از آنکه اپراتور انسانی متوجه تغییر شود. دستیابی به این سطح نیازمند سرمایهگذاریهای گسترده است. این امر تنها با ساختن هرم اتوماسیون از پایه امکانپذیر است، شروع از اتوماسیون فیزیکی فرآیندهای حیاتی برای کیفیت، و سپس فراهم کردن زیرساخت دادهای که ماشینها را با MES متصل میکند، و استفاده از مکانیزمهای هوش، هوش مصنوعی، تحلیل پیشبینی، کنترل حلقه بسته برای خودبهینهسازی کارخانه. این فرآیند توسط تولیدکننده تجهیزات الکتریکی آغاز میشود که از میز کالیبراسیون نیمهخودکار یا سلول مونتاژ استفاده میکند، که سپس میتواند به سایر فرآیندها گام به گام اعمال شود تا زمانی که حجم تولید مناسب، دادههای کافی برای اثبات افزایش بازگشت سرمایه و تجربه در استفاده از فناوری وجود داشته باشد. بنلونگ اتوماسیون تمام انواع ماشینآلات مورد نیاز برای ساخت هرم اتوماسیون را از کارخانه با تجهیزات مستقل و نیمهخودکار فراهم میکند.
