Самый высокий уровень автоматизации наблюдается в

Когда кремниевый пластина изготавливается на полупроводниковом производственном предприятии на Тайване для использования в многофункциональном процессоре, это происходит таким образом, что она производится из сырого поликремния, и весь процесс выполняется без участия человека, от начального этапа до конечного шага. Пластина проходит через множество этапов обработки, которые полностью контролируются автоматизированными технологиями в чистой комнате с чистым воздухом, который в тысячу раз чище, чем в операционной медицинского учреждения. Машины взаимодействуют друг с другом для выполнения своей работы в установленное время. Система управления исполнением (MES) отслеживает развитие и текущие процессы. Если что-то работает неправильно, система может самостоятельно устранить проблему без вмешательства инженера и зафиксировать событие в базе данных. Функция предиктивного обслуживания технологии позволяет планировать работы по техническому обслуживанию на время простоя оборудования. Это представляет собой самый высокий уровень автоматизации, доступный сегодня, поскольку он выходит за рамки простой роботизации, так как все аспекты операции тесно интегрированы в единое целое. Понимание того, как выглядит и что означает этот уровень, дает представление о видах автоматизации, существующих в мире сегодня, и которые могут быть полезны в производственном процессе каждого типа продукции.

Резюме: Самый продвинутый уровень автоматизации в производстве — это полностью интегрированная, основанная на данных и самооптимизирующаяся фабрика, которая обычно известна как Индустрия 4.0 или производство без операторов (lights-out manufacturing). В такой фабрике все процессы, начиная с момента поступления сырья и заканчивая отгрузкой готовой, протестированной и сертифицированной продукции, автоматизированы, взаимосвязаны и контролируются слоями программного обеспечения, включая ПЛК и SCADA для управления на уровне машин, MES (система управления производством) для процессов производственной линии и ERP (система планирования ресурсов предприятия) для бизнес-операций.

Как выглядит самый высокий уровень автоматизации: полностью интегрированная, самооптимизирующаяся фабрика

Он самый высокий уровень автоматизации в производстве — это не одна машина или одна программная платформа. Это архитектура — стек технологий, которые работают вместе, чтобы превратить заказ клиента в отгруженный продукт с минимальным участием человека. Архитектура состоит из трех уровней, каждый из которых должен присутствовать для работы фабрики на самом высоком уровне.

Уровень первый: физическая автоматизация — машины, роботы и обработка материалов. На самом высоком уровне работы каждая деятельность, которую можно автоматизировать, фактически автоматизируется. В правильном понимании производственная линия — это не просто ряд полуавтоматических станций с ручными передачами между ними, а непрерывный поток, в котором продукт перемещается с одного места на другое через систему благодаря конвейерной системе или чему-то подобному. Станции выполняют операции, связанные с одним или несколькими сложными процессами, такими как сборка, сварка и т.д., и не имеют работников, загружающих/выгружающих детали. Машины не принадлежат к одному конкретному типу: они гибкие и способны работать с множеством типов продуктов. В машинах установлены различные устройства, например, моторы и датчики, которые сообщают о состоянии устройств. Для компании, которая производит устройства для электрозащитных применений, Первый уровень также включает производственные линии, используемые для сборки и тестирования автоматических выключателей (MCB), автоматических выключателей с расцепителем (MCCB) и контакторов. Автоматизированная сборочная линия MCB которые интегрируют подачу деталей, сборку, калибровку, тестирование, маркировку и сортировку в единый непрерывный поток, производя откалиброванный и сертифицированный выключатель каждые несколько секунд, являются примером физической автоматизации, требуемой на самом высоком уровне. Для более глубокого изучения тестовых станций, интегрированных в эти линии, наш гид по Что такое автоматизированная линия тестирования автоматических выключателей? объясняет калибровку, магнитное срабатывание и высоковольтное тестирование, которые должны выполняться на каждом устройстве.

Уровень 2: Инфраструктура данных и управления — система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), система управления производством (MES), цифровая нить. Оборудование на заводе генерирует множество полезных данных — параметры процесса, данные о качестве, коды ошибок, потребление энергии и время цикла. Самый высокий уровень автоматизации требует отслеживания всех этих данных, предоставления контекста для процесса и передачи их системе и людям, которые будут их использовать. Система SCADA предназначена для облегчения отслеживания всех данных в реальном времени с ПЛК, приводов, датчиков на машинах, предоставляя обзор завода и информируя оператора о тревогах и отклонениях. MES работает поверх SCADA и отвечает за управление производственными заказами, продвижение каждого конкретного изделия по линии, запись данных процесса по изделию и данных о качестве по изделию. MES — это система, способная отслеживать всю необходимую информацию для сертификации и гарантийного обслуживания — после выхода из завода каждый автоматический выключатель сможет показать информацию о калибровке, результаты тестов и информацию о машине, операторе и сырье, из которых он был изготовлен. ERP (система планирования ресурсов предприятия) строится поверх MES и включает управление заказами, запасами, цепочками поставок, финансами. Исследование Маккинзи и компания по цифровому производству определяет эту вертикальную интеграцию как самый важный фактор повышения производительности, качества и гибкости, которые обещает Индустрия 4.0.

Уровень три: Интеллект и автономность — предиктивная аналитика, ИИ и замкнутая система управления. Самый продвинутый уровень автоматизации не только информирует о происходящем. Он предоставляет прогнозы о будущих событиях и принимает меры на основе этих прогнозов без участия человека. Например, алгоритм предиктивного обслуживания контролирует такие параметры, как вибрационный сигнал, ток двигателя и температура критически важного шпинделя или сочленения робота, планируя обслуживание во время следующего запланированного простоя до того, как элемент выйдет из строя и вызовет незапланированную остановку. Система визуального контроля на базе ИИ контролирует качество каждого продукта на скорости линии, выявляя дефекты, которые не могут быть обнаружены системой на основе правил, и обучается распознавать новые типы дефектов по мере их появления. Алгоритм замкнутого управления процессом контролирует уровень параметра качества, например, калибровку теплового расцепителя или параметр качества сварного соединения, автоматически регулируя переменные процесса, чтобы выход оставался в пределах спецификации без вмешательства инженера по процессу. На этом уровне роль человека не в управлении машинами, проверке продукции или записи информации. Вместо этого задача человека — управлять исключениями, расследовать случаи, которые система не может диагностировать, принимать необходимые производственные решения. Международная федерация робототехники (IFR) и Deloitte задокументировали растущее внедрение инспекции качества на базе ИИ и предиктивного обслуживания, и тенденция очевидна: самый высокий уровень автоматизации — это уровень, на котором фабрика учится.

Пирамида автоматизации: пять уровней от ручного до автономного

Он уровни автоматизации в производстве часто описываются как пирамида, с самым простым уровнем у основания и самым высоким на вершине. В таблице ниже суммированы пять уровней, ключевые характеристики каждого и отрасли и объемы, для которых каждый уровень обычно подходит.

Рамки Industry 4.0 и пирамида автоматизации

Рамки уровня автоматизации можно встретить в нескольких других моделях, но самой распространённой является модель зрелости Industry 4.0, разработанная такими институтами, как Немецкая академия наук и техники (acatech), и используемая различными производителями и консалтинговыми компаниями по всему миру. Industry 4.0 можно определить как этап от Industry 1.0 (механизация, паровые двигатели) к Industry 2.0 (массовое производство и электричество) и Industry 3.0 (развитие компьютеров и ПЛК для автоматизации некоторых процессов) с целью достижения конечного этапа модели зрелости, который включает полностью автономную и основанную на данных производственную систему. Уровни автоматизации, разработанные в данном руководстве, варьируются от Уровня 0 (ручной) до Уровня 4 (самооптимизирующийся) и вписываются в эту модель, что позволяет производителям понять как своё текущее положение на пути к улучшенному производству, так и свои цели. С практической точки зрения пирамида уровней строится снизу вверх: сначала размещаются различные типы машин, затем идут различные системы управления, включая ПЛК и SCADA, далее MES и завершается ERP-системой. Невозможно просто купить одну машину, чтобы достичь Уровня 4. Необходимо пройти все этапы без каких-либо сбоев в коммуникации между уровнями архитектуры автоматизации, что требует от производителя начать хотя бы с автоматизации одного процесса. Например, на этом начальном этапе производители могут начать автоматизацию одного критически важного для качества процесса, такого как калибровка или тестирование. Принцип, который Benlong Automation реализует во всех своих производственных процессах, заключается в том, что все устройства, включая ПЛК, HMI и коммуникационные устройства, должны быть совместимы и работать вместе, чтобы позволить производителям внедрять полностью автоматизированную производственную систему.

Часто задаваемые вопросы

Что такое высокий уровень автоматизации?

Максимальная степень автоматизации в производстве наблюдается на интегрированном, ориентированном на данные и самооптимизирующемся заводе, известном как Industry 4.0 или Lights-Out Manufacturing. Эта автоматизация сделала производственные процессы полностью автоматизированными, с вертикальным потоком данных от датчика до ERP и горизонтальным между этапами процесса. Анализ, основанный на информационных технологиях, позволяет предвидеть сбои и выполнять рутинные задачи без вмешательства человека. Роль человека, однако, стратегическая: это управление исключениями, улучшение системы и принятие решений, которые не входят в компетенции автоматизированной системы.

Каковы уровни автоматизации?

Уровни автоматизации в производстве рассматриваются как последовательность из пяти уровней: Уровень 0 (ручная операция), Уровень 1 (полуавтоматические ячейки — процесс выполняется с помощью машины, но с ручной обработкой материала), Уровень 2 (полностью автоматизированная линия — процесс и обработка материала выполняются машиной и организованы для одного продукта), Уровень 3 (интегрированная и гибкая автоматизация — несколько линий соединены в сеть системой мониторинга производства и автоматизированной обработкой материалов), Уровень 4 (самооптимизирующаяся и самоуправляемая автоматизация — весь завод интегрирован, интеллектуален и почти саморегулируется).

Что такое автоматизация уровня 4?

Автоматизация уровня 4 подразумевает наиболее полную форму автоматизации, предсказуемый и самооптимизирующийся завод. Вся обработка материалов и производственные процессы физически автоматизированы; данные полностью интегрированы вертикально и горизонтально — от датчиков до ERP — от поставщиков до клиентов; алгоритмы на базе ИИ используются для предиктивного обслуживания и замкнутого управления процессом. В результате получается завод, который может работать без необходимости вмешательства человека, а только в стратегическом контроле, устранении проблем и постоянных улучшениях.

Что такое автоматизация уровня 3?

Автоматизация уровня 3 относится к взаимосвязанному заводу, который является умным и гибким. В таком заводе различные линии автоматизации объединены через центральную систему управления производством (MES), которая выполняет производственные заказы, контролирует работу и фиксирует информацию о качестве каждого произведённого изделия. Эти линии способны переключаться на любой вариант продукта просто изменением рецепта. Автоматическая обработка материалов реализована с помощью автоматизированных транспортных средств (AGV), автономных мобильных роботов (AMR) или автоматического хранения материалов на заводе. Полностью интегрированный рабочий процесс позволяет получать данные на всех уровнях — от датчика до MES и ERP системы. Автоматизация завода уровня 3 обычно применяется в автомобильной, медицинской и энергетической отраслях.

Ссылки

• acatech — Индекс зрелости Industrie 4.0. Рамочная структура Немецкой академии наук и техники для оценки и повышения уровня автоматизации и цифровой интеграции производителя.
• McKinsey & Company — Цифровое производство и Индустрия 4.0. Исследования влияния вертикальной и горизонтальной интеграции данных на производительность и качество, а также окупаемости инвестиций в технологии Industry 4.0, характеризующие высшие уровни автоматизации.
• Международная федерация робототехники (IFR) — Отчет по мировой робототехнике. Ежегодные данные по установкам роботов по отраслям и странам, включая показатели внедрения гибкой и интегрированной автоматизации, характерной для верхних уровней пирамиды автоматизации.
• Международное общество автоматизации (ISA) — Стандарт ISA‑95 для интеграции систем управления предприятием. Международный стандарт, определяющий архитектуру и модели данных для вертикальной интеграции между производственным участком и бизнес-системами — архитектуру, необходимую для высшего уровня автоматизации.

Вершина автоматизации достигается на заводе, где машины, приложения, данные и процессы не просто взаимосвязаны, а полностью интегрированы, где заказ клиента беспрепятственно перемещается между ERP, MES и производственным процессом, где каждое качество каждого изделия связано с его серийным номером и может использоваться в любое время на протяжении всего жизненного цикла изделия, и где отклонения могут быть распознаны, определены и исправлены до того, как оператор поймет, что что-то изменилось. Достижение этого уровня требует значительных инвестиций. Это возможно только путем построения пирамиды автоматизации с нуля, начиная с физической автоматизации процессов, критичных для качества, затем обеспечивая ее инфраструктурой данных, которая соединяет машины с MES, и используя механизмы интеллекта, ИИ, предиктивной аналитики, замкнутого управления для создания самооптимизирующегося завода. Процесс инициируется производителем электрического оборудования, который использует полуавтоматическую калибровочную установку или сборочную ячейку, которую затем можно применять к другим процессам шаг за шагом при условии наличия соответствующего объема производства, достаточных данных, подтверждающих рост ROI, и опыта использования технологии. Benlong Automation предоставляет все виды оборудования, необходимых для построения пирамиды автоматизации, начиная с завода с автономным и полуавтоматическим оборудованием.