اتوماسیون کاملاً یکپارچه چیست؟

زمانی که یک شرکت از بخش داروسازی در سوئیس یک خط جدید برای بسته‌بندی قرص‌ها نصب کرد، شامل ماشین‌های پیشرفته بود. ترکیب بی‌نقصی از یک ماشین بسته‌بندی قرص با سرعت بالا که توسط یک تولیدکننده آلمانی توسعه یافته بود، یک ماشین بسته‌بندی کارتن که توسط یک شرکت ایتالیایی توسعه یافته بود و یک ماشین بسته‌بندی جعبه که توسط یک یکپارچه‌ساز محلی ارائه شده بود، وجود داشت. خود تجهیزات با کارایی فوق‌العاده‌ای عمل می‌کردند. با این حال، مدیر تأسیسات با مشکلاتی در جمع‌آوری اطلاعات مربوط به عملکرد خط تولید به‌طور کلی مواجه شد و او تنها دارای پلتفرم‌های کنترل جداگانه برای هر یک از ماشین‌ها به همراه انواع مختلف اطلاعات ارائه شده در فرمت‌های مختلف بود. اگرچه تمام ماشین‌ها خودکار بودند، اما کل خط بسته‌بندی به‌طور کامل به‌صورت یکپارچه عمل نمی‌کرد که دقیقاً هدف حل مشکل اتوماسیون کاملاً یکپارچه است. این به معنای ارائه سیستمی است که نه تنها یک محصول بلکه یک فلسفه طراحی و پلتفرم مهندسی است که اطمینان می‌دهد هر عنصر از سیستم تولید شامل کنترل‌کننده‌ها، درایوها، حسگرها، نشانگرهای انرژی و دیگران بر اساس مجموعه‌ای مشترک از اطلاعات و دانش با هم کار کنند.

معنای واقعی اتوماسیون کاملاً یکپارچه

زیمنس شرکتی است که بیشتر به عبارت اتوماسیون کاملاً یکپارچه (TIA) مرتبط است، که آن را به عنوان بخشی از یک چارچوب مهندسی یکپارچه در اطراف پلتفرم نرم‌افزاری TIA Portal توسعه داده است. TIA به یک رویکرد سیستماتیک و جامع برای اتوماسیون صنعتی اشاره دارد، شامل سخت‌افزار، نرم‌افزار، ارتباطات و داده‌ها، و محدود به هیچ فروشنده خاصی نیست. TIA حول سه عنصر اصلی می‌چرخد. اولین عنصر یک محیط مهندسی یکپارچه است، یا همان پلتفرم نرم‌افزاری برای پیکربندی، برنامه‌نویسی و راه‌اندازی هر دستگاه در یک شبکه اتوماسیون، به‌ویژه PLCها، HMIها، موتورها، دستگاه‌های ایمنی، RFIها و پردازشگرهای ارتباطی بدون استفاده از ابزارهای متعدد، وارد کردن مجدد اطلاعات یا مواجهه با عدم سازگاری نسخه‌های برنامه‌های مختلف. دومین عنصر ارتباط یکپارچه است، که به این معناست که هر دستگاه در این شبکه از یک زبان مشترک استفاده می‌کند، یعنی PROFINET یا PROFIBUS در چارچوب زیمنس، اما همچنین هر استاندارد باز دیگری مانند OPC UA و MQTT. کنترل‌کننده برای کار با موتور به درایورهای خاصی نیاز ندارد در حالی که HMI به یک پایگاه داده برچسب جداگانه برای دریافت اطلاعات در مورد حسگرها نیاز ندارد. سومین عنصر داده‌ها و تشخیص یکپارچه است، که به این معناست که هر دستگاه اطلاعاتی درباره کار خود پردازش می‌کند، به‌ویژه جریان موتور، تعداد چرخه‌ها، کدهای خطا و مصرف انرژی، اما این اطلاعات از یک نقطه واحد در دسترس است و در یک دستگاه اختصاصی گیر نمی‌کند.

TIA Portal: پیاده‌سازی زیمنس از اتوماسیون کاملاً یکپارچه

“اتوماسیون کاملاً یکپارچه” عمدتاً درباره پورتال TIA زیمنس است. پورتال TIA راه‌حل مهندسی نرم‌افزاری است که در آن تمام دستگاه‌های فناوری‌های اتوماسیون زیمنس بخشی از یک محیط توسعه منحصر به فرد می‌شوند. قبلاً ابزارهای جداگانه‌ای وجود داشت، با STEP 7 برای برنامه‌نویسی PLCهای S7-300 زیمنس و WinCC flexible برای پیکربندی HMIs. تمام نرم‌افزارها رابط‌های مختلف، پایگاه‌های داده برچسب و نسخه‌های متفاوتی داشتند. پورتال TIA همه چیز را ساده و یکپارچه کرد. مهندس می‌تواند یک پروژه ایجاد کند که شامل تمام انواع ایجاد برنامه PLC، صفحات HMI، داده‌های درایو و منطق ایمنی باشد. یک برچسب واحد یک بار در PLC برای برنامه‌نویسی آن استفاده می‌شود و به سرعت در HMI نمایش داده می‌شود.

تمایز بین پورتال TIA و ایده عمومی‌تر اتوماسیون یکپارچه بسیار مهم است. در حالی که پورتال TIA یک محصول خاص از زیمنس است، اتوماسیون یکپارچه مفهومی است که پورتال TIA آن را پیاده‌سازی می‌کند. به عنوان مثال، حتی اگر در یک کارخانه هیچ دستگاه زیمنسی وجود نداشته باشد، می‌تواند اتوماسیون یکپارچه وجود داشته باشد اگر تمام دستگاه‌های این کارخانه از پروتکل‌های استاندارد برای ارتباط و یک مدل داده مشترک استفاده کنند. برعکس، ممکن است یک کارخانه پر از دستگاه‌های زیمنس داشته باشیم که یکپارچه نیستند زیرا ماشین‌ها به صورت جداگانه راه‌اندازی شده و متصل نشده‌اند. بنابراین، ابزار هدف نیست بلکه سیستم تولیدی است که در آن تمام دستگاه‌ها می‌توانند از یک نقطه مرکزی دسترسی و کنترل شوند در حالی که داده‌ها بین سیستم‌های تولید و کسب‌وکار در حال جریان است. تحقیقات در مورد مک‌کینزی و شرکا تولید دیجیتال به طور مداوم یکپارچگی داده‌ها — توانایی جمع‌آوری، زمینه‌سازی و اقدام بر روی داده‌های تولید در زمان واقعی — را به عنوان مهم‌ترین عامل در بهبود بهره‌وری و کیفیت که صنعت 4.0 وعده می‌دهد، شناسایی می‌کند.

اجزای اصلی معماری اتوماسیون کاملاً یکپارچه

A اتوماسیون کاملاً یکپارچه سیستم یک جعبه واحد نیست. این یک معماری لایه‌ای است که در آن هر لایه بر روی لایه زیرین خود ساخته می‌شود و در آن یکپارچگی بین لایه‌ها است که ارزش ایجاد می‌کند. جدول زیر اجزای اصلی و نقش‌های آن‌ها در کل یکپارچه را خلاصه می‌کند.

آنچه اتوماسیون کاملاً یکپارچه به کارخانه ارائه می‌دهد

مزایای یکپارچگی کامل اتوماسیون تنها مفاهیم نظری نیستند. آن‌ها به‌طور عملی قابل مشاهده هستند. می‌توان تأثیرات مثبت اتوماسیون بر فرآیندهای تولید را در کف کارخانه، در بخش مهندسی و در بخش نگهداری مشاهده کرد. از جمله مزایای عمده‌ای که تولیدکنندگان از انتقال از اشکال ایزوله به اشکال یکپارچه اتوماسیون به دست آورده‌اند، موارد زیر هستند.

• کاهش زمان مهندسی. یک محیط مهندسی یکپارچه نیاز به بازسازی داده‌ها در PLC، HMI و ابزارهای درایو را از بین می‌برد. هر تغییری در طراحی به‌طور مستقیم منتقل می‌شود. یک پروژه اتوماسیون با اندازه متوسط از این رویکرد برای کاهش ساعت‌های مهندسی به میزان 20-40% کمتر از آنچه در یک محیط چندابزاری و چندفروشنده باشد، استفاده می‌کند.
• راه‌اندازی و تغییر سریع‌تر. ارتباط یکپارچه به وضعیتی اشاره دارد که در آن یک دستگاه جدید مانند یک بلوک ورودی/خروجی از راه دور، یک درایو یا یک سنسور ایمنی به‌طور خودکار توسط کنترل‌کننده در حین راه‌اندازی از پلتفرم مهندسی اصلی شناسایی می‌شود. فرآیندی که معمولاً یک روز طول می‌کشد تا پیکربندی شبکه و نقشه‌گذاری برچسب انجام شود، تنها به چند ساعت کار تبدیل می‌شود.
• تشخیص بهبود یافته و کاهش زمان خرابی. بخش نگهداری می‌تواند مشکلات را بدون نیاز به مراجعه به دستگاه تشخیص دهد زمانی که تمام ماشین‌ها اطلاعاتی درباره خطاها و عملکرد خود به یک مکان مرکزی ارسال می‌کنند. یک درایو سرو که جریان مصرفی آن از مقدار مرجع فراتر می‌رود می‌تواند درخواست نگهداری را حتی قبل از وقوع خرابی ایجاد کند. این منجر به کاهش میانگین زمان تعمیر (MTTR) می‌شود، زیرا اطلاعات بلافاصله در دسترس است.
• ردیابی کامل و داده‌های کیفیت. برای کسب‌وکارها در بخش‌های تحت نظارت داروسازی، دستگاه‌های پزشکی و مواد غذایی و نوشیدنی، ردیابی در طول فرآیند تولید—از منبع مواد اولیه تا داک نهایی حمل و نقل—یک ضرورت است که توسط نهادهای نظارتی تعیین شده است. استفاده از یک سیستم اتوماسیون یکپارچه که تمام مراحل فرآیند تولید را به یک شماره سریال منحصر به فرد متصل می‌کند، اطمینان از ردیابی را به عنوان یک محصول جانبی از فرآیند تولید تضمین می‌کند، نه اینکه از طریق جمع‌آوری اطلاعات پس از وقوع به دست آید.
• شفافیت انرژی و کاهش هزینه. زمانی که انرژی به صورت دستگاهی از طریق ادغام نظارت می‌شود، مدیر کارخانه قادر است دقیقاً بداند که چه مقدار انرژی مصرف می‌شود و همچنین تجهیزات و مرحله‌ای که این فعالیت در آن انجام می‌شود. یک خط تولید که با خاموشی خودکار انرژی تجهیزات، که در طول وقفه‌های تولید غیرفعال است، ساخته شده است، می‌تواند مصرف انرژی را تا 15% بدون تأثیر بر سطح خروجی کاهش دهد.

آیا اتوماسیون کاملاً یکپارچه برای هر تولیدکننده‌ای مناسب است؟

انتخاب سیاست اتوماسیون کاملاً یکپارچه، چه از طریق پورتال TIA زیمنس و چه از طریق یک پلتفرم معماری باز جایگزین، گزینه‌ای سیاه و سفید نیست. به عنوان مثال، اگر یک شرکت تنها یک ماشین داشته باشد که به صورت دستی بارگیری و تخلیه می‌شود، در این صورت نیازی به یک پلتفرم مهندسی کامل ندارد و یک PLC و HMI پایه کافی خواهد بود. برعکس، اگر شرکت یک خط تولید پیچیده داشته باشد که دارای ماشین‌های متعدد، پلتفرم‌های مهندسی و استانداردهای نظارتی در مورد ردیابی باشد، در این صورت ادغام سودآور خواهد بود. در ارزیابی وضعیت به صورت عملی، مهم است که مشخص شود چند پلتفرم کنترل در حال حاضر در حال کار است و چه مقدار زمان صرف تلاش برای ادغام آن‌ها می‌شود و آیا شرکت نیاز به دریافت اطلاعات از تولید در مورد ترتیب فرآیند تولید دارد یا خیر. برای آن دسته از شرکت‌هایی که اکنون در حال سرمایه‌گذاری در یک خط تولید جدید، مانند خطوط تولید و آزمایش خودکار هستند، بهتر است اتوماسیون خود را از مرحله طراحی کل سیستم انتخاب کنند. یک خط که برای پیروی از رویکرد ادغام از ابتدا ایجاد شده و بر اساس پروتکل‌های ارتباطی مانند PROFINET یا OPCUA و غیره باشد، راحت‌تر به کنترل از راه دور، اتصال به MES خود یا بازپیکربندی در حین کار خواهد بود. برعکس، سخت خواهد بود که یک خط که قبلاً کار می‌کرد، اگر به صورت جداگانه ساخته شده باشد، دوباره راه‌اندازی شود. خطوط خودکار بن‌لانگ، شامل خط مونتاژ اتوماتیک MCB and the خط تولید مونتاژ و آزمایش اتوماتیک کنتاکتور AC, ، طراحی شده‌اند بر اساس معماری‌های کنترل یکپارچه و باز که از دید داده و تشخیص از راه دور که یک کارخانه متصل و مدرن نیاز دارد، پشتیبانی می‌کند.

سوالات متداول

اتوماسیون کاملاً یکپارچه چیست؟

اتوماسیون کاملاً یکپارچه (TIA) همه چیز درباره داشتن یک روش مشترک است که در آن اجزای فرآیند اتوماسیون صنعتی مانند PLCها، درایوها، دستگاه‌های HMI، تجهیزات ایمنی و ارتباطات از طریق یک پلتفرم نرم‌افزاری واحد طراحی و کنترل می‌شوند. اگرچه این مفهوم به شدت با پورتال TIA توسعه یافته توسط زیمنس مرتبط است، اما مفهوم معماری اتوماسیون یکپارچه انتها به انتها به طور یکسان برای تمام تولیدکنندگان و سیستم‌هایی که به استانداردهای بین‌المللی پایبند هستند، قابل اعمال است.

پورتال اتوماسیون کاملاً یکپارچه زیمنس چیست؟

پورتال TIA زیمنس به معنای پورتال اتوماسیون کاملاً یکپارچه است که به چارچوب مهندسی نرم‌افزاری مبتنی بر محصولات اتوماسیون زیمنس اشاره دارد. این بدان معناست که می‌تواند با PLCهای SIMATIC، درایوهای SINAMICS، دستگاه‌های رابط انسان و ماشین SIMATIC و ایمنی SIMATIC کار کند. به لطف این نرم‌افزار، یک مهندس می‌تواند تمام دستگاه‌ها را از یک پروژه واحد به همراه پایگاه داده برچسب و تنظیمات ارتباطی برنامه‌ریزی، پیکربندی و راه‌اندازی کند.

اتوماسیون یکپارچه چیست؟

اتوماسیون یکپارچه ایده‌ای گسترده که شامل پیوند دادن تمام دستگاه‌ها و سیستم‌ها در یک کارخانه است. این بدان معناست که دستگاه‌ها اطلاعات را بین خود منتقل می‌کنند، از طریق پروتکل‌های یکنواخت ارتباط برقرار می‌کنند و می‌توانند از یک مکان کنترل شوند. اتوماسیون کاملاً یکپارچه چیزی است که با این مفهوم مطابقت دارد و راه‌حلی است که توسط یک فروشنده خاص ارائه می‌شود، اما این مفهوم را به هیچ فروشنده خاصی وابسته نمی‌کند.

تفاوت بین TIA زیمنس و AX چیست؟

پورتال TIA زیمنس پورتال اتوماسیون کاملاً یکپارچه (TIA Portal) است که پلتفرم مهندسی توسعه یافته برای خانواده‌های PLC، HMI و درایوهای SIMATIC زیمنس است. AX یک پلتفرم مهندسی جدید مبتنی بر ابر است که توسط زیمنس ایجاد شده و به همگرایی IT – OT، دسترسی مبتنی بر وب و پیاده‌سازی شیوه‌های مدرن توسعه نرم‌افزار می‌پردازد. AX جایگزین پورتال TIA نمی‌شود؛ بلکه به عنوان یک پلتفرم مکمل برای آن برنامه‌هایی عمل می‌کند که به اتصال ابری، مهندسی از راه دور و توسعه متمرکز بر IT نیاز دارند.

منابع

• زیمنس — پورتال اتوماسیون کاملاً یکپارچه (TIA). صفحه محصول رسمی برای پلتفرم مهندسی پورتال TIA زیمنس، که معماری، اجزای یکپارچه و کاربرد آن در صنایع را توصیف می‌کند.
• مک‌کینزی و شرکا - تولید دیجیتال و صنعت ۴.۰. تحقیق در مورد اهمیت ادغام داده‌ها و محیط‌های مهندسی یکپارچه در دستیابی به مزایای بهره‌وری و کیفیت تولید دیجیتال.
• انجمن بین‌المللی اتوماسیون (ISA) — استانداردهای ادغام ISA‑95 و اتوماسیون. استانداردهای بین‌المللی برای ادغام سیستم‌های سازمانی و کنترل، که مدل‌های داده و رابط‌های ارتباطی را که زیرساخت‌های معماری اتوماسیون یکپارچه را تشکیل می‌دهند، تعریف می‌کند.
• راکول اتوماسیون — معماری یکپارچه و شرکت متصل. معادل اتوماسیون یکپارچه راکول، نقطه مقایسه‌ای برای پیاده‌سازی‌های خاص فروشنده از اصل مهندسی یکپارچه فراهم می‌کند.

اتوماسیون کاملاً یکپارچه یک محصول نیست که یک تولیدکننده آن را از قفسه بخرد. این یک رشته مهندسی است — تصمیمی برای طراحی سیستم تولید به گونه‌ای که هر دستگاه، هر کنترل‌کننده و هر ابزار نرم‌افزاری به عنوان یک کل واحد، منسجم و شفاف در داده‌ها با هم کار کنند. برای مدیر کارخانه، این نشان می‌دهد که وقتی یک سفارش تولید در سیستم ERP ثبت می‌شود، می‌تواند به طور مستقیم به کف کارخانه منتقل شود بدون هیچ گونه وقفه یا تأخیری. این بدان معناست که یک نقص در کیفیت یک محصول در خط تولید می‌تواند به یک دسته خاص از مواد خام پیگیری شود. برای یک مهندس، این بدان معناست که تغییرات ایجاد شده در طراحی تأثیر موجی خواهد داشت، به این معنی که طراحی اصلاح شده در همه جا پیاده‌سازی خواهد شد. و برای تکنسین نگهداری، این بدان معناست که یک عملگر قدیمی قبل از سقوط دوباره، هشدارهایی درباره خرابی خود صادر خواهد کرد و نیاز به خدمات مجدد دارد. خطوط مونتاژ و تست بن‌لانگ اتوماسیون بر اساس این اصل یکپارچه از طراحی باز، متصل و به طور اصلی برای بخشی از یک سیستم کارخانه بزرگتر و نه فقط سیستم‌های ایزوله توسعه یافته‌اند.