Τι είναι ο βιομηχανικός αυτοματισμός;

Όταν μια γραμμή σταματά επειδή χάλασε ένα ρελέ, ένας αισθητήρας παρουσίασε απόκλιση ή μια μονάδα PLC τέθηκε εκτός λειτουργίας, το ζήτημα παύει να είναι θεωρητικό. Αυτό που είναι ο εργοστασιακός αυτοματισμός γίνεται ένα πρακτικό θέμα που συνδέεται άμεσα με την παραγωγικότητα, την εργασία, την ποιότητα και τον χρόνο διακοπής λειτουργίας. Στα περισσότερα εργοστάσια, δεν αφορά ένα μόνο μηχάνημα ή ένα μόνο ρομπότ. Αφορά το σύστημα ελέγχου, τις συσκευές πεδίου, τον εξοπλισμό κίνησης, το λογισμικό και τη ροή εργασίας των χειριστών που διατηρούν την παραγωγή σε λειτουργία με λιγότερη χειροκίνητη παρέμβαση.

Ο εργοστασιακός αυτοματισμός είναι η χρήση συστημάτων ελέγχου και εξοπλισμού για την αυτόματη ή ημιαυτόματη λειτουργία των διαδικασιών παραγωγής. Συνήθως περιλαμβάνει PLC, HMI, αισθητήρες, ρυθμιστές κίνησης, κινητήρες, ρελέ, ρομπότ, συστήματα όρασης, πνευματικά και υδραυλικά εξαρτήματα, καθώς και την υποδομή δικτύου που τα συνδέει. Ο στόχος είναι απλός: σταθερή παραγωγή, λιγότερος χειροκίνητος χειρισμός, καλύτερη επαναληψιμότητα και ασφαλής και αποδοτική λειτουργία.

Τι σημαίνει ο εργοστασιακός αυτοματισμός στο χώρο παραγωγής

Στις πραγματικές εγκαταστάσεις, ο αυτοματισμός σπάνια είναι υπόθεση «όλα ή τίποτα». Μια γραμμή συσκευασίας μπορεί να τοποθετεί αυτόματα το προϊόν, να επαληθεύει τη θέση του με φωτοηλεκτρικούς αισθητήρες, να απορρίπτει τα ελαττωματικά προϊόντα με πνευματικά συστήματα και να καταγράφει τις μετρήσεις μέσω ενός HMI, ενώ οι χειριστές εξακολουθούν να φορτώνουν υλικό και να αποκαθιστούν εμπλοκές. Ένα κελί CNC μπορεί να χρησιμοποιεί ρομπότ για τον χειρισμό εξαρτημάτων, αλλά να βασίζεται στους τεχνικούς για τη ρύθμιση και την αλλαγή παραγωγής. Ένα σύστημα διεργασίας μπορεί να αυτοματοποιεί την ακολουθία ενεργοποίησης βαλβίδων και τη διαχείριση συναγερμών, αλλά να εξακολουθεί να απαιτεί χειροκίνητη επίβλεψη κατά την εκκίνηση ή τη συντήρηση.

Αυτό έχει σημασία, επειδή πολλοί αγοραστές ακούν τη λέξη «αυτοματισμός» και φαντάζονται ένα πλήρως αυτοματοποιημένο εργοστάσιο χωρίς προσωπικό. Οι περισσότερες εγκαταστάσεις βρίσκονται κάπου στη μέση. Ο εργοστασιακός αυτοματισμός συνήθως σημαίνει την εφαρμογή του κατάλληλου επιπέδου αυτόματου ελέγχου στις εργασίες που δημιουργούν σημεία συμφόρησης, ασυνέπεια, κινδύνους για την ασφάλεια ή καταπόνηση του προσωπικού.

Από τι αποτελείται ο εργοστασιακός αυτοματισμός;

Στο κέντρο βρίσκεται το επίπεδο ελέγχου. Τα PLC και οι βιομηχανικοί ελεγκτές παρακολουθούν τις εισόδους, εκτελούν τη λογική και στέλνουν εντολές στις εξόδους. Τα HMI προσφέρουν στους χειριστές τη δυνατότητα εκκίνησης, διακοπής, ρύθμισης, επιβεβαίωσης συναγερμών και προβολής της κατάστασης του συστήματος. Βιομηχανικοί υπολογιστές και πλατφόρμες SCADA μπορεί να βρίσκονται πάνω από αυτό το επίπεδο για τη συλλογή δεδομένων, τη διαχείριση συνταγών ή τον εποπτικό έλεγχο.

Το επίπεδο πεδίου αναλαμβάνει την ανίχνευση και την εκτέλεση των εργασιών. Οι αισθητήρες εγγύτητας, οι τερματικοί διακόπτες, οι κωδικοποιητές, οι διακόπτες πίεσης, οι συσκευές θερμοκρασίας και τα συστήματα όρασης ενημερώνουν τον ελεγκτή για όσα συμβαίνουν. Οι επαφείς, τα σωληνοειδή, οι βαλβίδες, οι σερβοενισχυτές, τα VFD και οι εκκινητές κινητήρων μετατρέπουν τις εντολές σε κίνηση ή ενέργεια διεργασίας. Σε ορισμένες εφαρμογές, τα υδραυλικά και πνευματικά συγκροτήματα εξακολουθούν να εκτελούν βαριές ή επαναλαμβανόμενες μηχανικές εργασίες καλύτερα από τις αποκλειστικά ηλεκτρικές εναλλακτικές.

Έπειτα υπάρχει το επίπεδο επικοινωνίας. Βιομηχανικά δίκτυα που βασίζονται στο Ethernet, σειριακές επικοινωνίες, απομακρυσμένα I/O και συσκευές gateway επιτρέπουν σε εξαρτήματα από διαφορετικά σημεία ενός μηχανήματος ή μιας γραμμής να ανταλλάσσουν δεδομένα. Σε παλαιότερες εγκαταστάσεις, αυτό το επίπεδο μπορεί να αποτελείται από έναν συνδυασμό σύγχρονων πρωτοκόλλων και παλαιού εξοπλισμού που λειτουργεί εδώ και χρόνια. Αυτό είναι συνηθισμένο και επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιούνται στην πράξη οι αναβαθμίσεις και οι επισκευές.

Συνηθισμένοι τύποι εργοστασιακού αυτοματισμού

Ο σταθερός αυτοματισμός έχει σχεδιαστεί για παραγωγή μεγάλου όγκου και υψηλής επαναληψιμότητας. Παραδείγματα είναι οι ειδικές γραμμές μεταφοράς ή ο εξοπλισμός που έχει σχεδιαστεί για ένα περιορισμένο εύρος προϊόντων. Προσφέρει ταχύτητα και σταθερότητα, αλλά η ευελιξία είναι περιορισμένη και η αναδιαμόρφωση μπορεί να είναι ακριβή.

Ο προγραμματιζόμενος αυτοματισμός επιτρέπει την αλλαγή του συστήματος για διαφορετικά προϊόντα ή παρτίδες. Τα μηχανήματα που ελέγχονται από PLC, ο εξοπλισμός που λειτουργεί με συνταγές και πολλά ρομποτικά κελιά ανήκουν σε αυτή την κατηγορία. Είναι καταλληλότερος όταν η διαφοροποίηση των προϊόντων έχει σημασία, αν και η προετοιμασία και η μηχανική μελέτη εξακολουθούν να αποτελούν μέρος της διαδικασίας.

Ο ευέλικτος αυτοματισμός προχωρά ένα βήμα παραπέρα, κάνοντας τις αλλαγές παραγωγής ταχύτερες και λιγότερο δια disruptive. Σερβοσυστήματα, ρομποτική, μηχανική όραση και ολοκληρωμένο λογισμικό συχνά υποστηρίζουν αυτή την προσέγγιση. Είναι χρήσιμος όταν τα εργοστάσια πρέπει να παράγουν περισσότερους κωδικούς προϊόντων, μικρότερες σειρές ή διαμορφώσεις ειδικά για τον πελάτη, χωρίς να θυσιάζουν υπερβολικά την αποδοτικότητα.

Γιατί οι κατασκευαστές επενδύουν στον αυτοματισμό

Ο πρώτος λόγος είναι συνήθως η σταθερότητα. Οι χειροκίνητες διαδικασίες μπορεί να διαφέρουν από βάρδια σε βάρδια ή από χειριστή σε χειριστή. Ο αυτόματος έλεγχος περιορίζει αυτές τις αποκλίσεις, ιδιαίτερα σε εφαρμογές που εξαρτώνται από ακριβή χρονισμό, επαναλαμβανόμενη κίνηση ή ανάδραση κλειστού βρόχου.

Ο δεύτερος λόγος είναι η εργασία. Ο αυτοματισμός δεν μειώνει πάντα τον αριθμό των εργαζομένων με απλό τρόπο ένας προς έναν, αλλά μπορεί να μειώσει την εξάρτηση από επαναλαμβανόμενες εργασίες για τις οποίες είναι δύσκολο να βρεθεί προσωπικό, να βελτιώσει την εργονομία και να επιτρέψει στους εξειδικευμένους εργαζομένους να επικεντρωθούν στη ρύθμιση, την αντιμετώπιση προβλημάτων και τις εργασίες ποιότητας. Σε αγορές εργασίας με έλλειψη προσωπικού, αυτό από μόνο του μπορεί να δικαιολογήσει στοχευμένα έργα.

Η μείωση του χρόνου διακοπής λειτουργίας είναι ένας ακόμη σημαντικός παράγοντας. Τα αυτοματοποιημένα συστήματα μπορούν να ενεργοποιούν συναγερμούς νωρίτερα, να εντοπίζουν ταχύτερα τις βλάβες και να παρέχουν διαγνωστικά στοιχεία που επιταχύνουν την επισκευή. Ωστόσο, ο αυτοματισμός βελτιώνει τη διαθεσιμότητα μόνο όταν τα ανταλλακτικά, η τεχνική υποστήριξη και οι πρακτικές συντήρησης συμβαδίζουν. Μια ιδιαίτερα αυτοματοποιημένη γραμμή με παρωχημένα συστήματα ελέγχου και χωρίς απόθεμα ανταλλακτικών μπορεί να γίνει γρήγορα ευάλωτη.

Η ποιότητα και η ιχνηλασιμότητα έχουν επίσης σημασία. Ο αυτοματισμός μπορεί να επαληθεύει την παρουσία, να μετρά τιμές διεργασίας, να καταγράφει την παραγωγή, να παρακολουθεί δεδομένα παρτίδων και να μειώνει τα απόβλητα που προκαλούνται από παραλειπόμενα βήματα. Για παραγωγή που υπόκειται σε κανονισμούς ή ελέγχους πελατών, αυτά τα αρχεία είναι συχνά εξίσου σημαντικά με την ταχύτητα.

Οι συμβιβασμοί που πρέπει να εξετάσουν τα εργοστάσια

Ο αυτοματισμός δεν είναι αυτομάτως η επιλογή με το χαμηλότερο κόστος. Οι κεφαλαιουχικές δαπάνες, η ολοκλήρωση, ο χρόνος προγραμματισμού, οι διατάξεις προστασίας, η εκπαίδευση και τα ανταλλακτικά προστίθενται. Αν μια διαδικασία αλλάζει συχνά ή η ζήτηση προϊόντων είναι ασταθής, η απόσβεση μπορεί να διαρκέσει περισσότερο από το αναμενόμενο.

Η πολυπλοκότητα είναι ένας ακόμη συμβιβασμός. Περισσότερος εξοπλισμός ελέγχου και λογισμικό συνήθως σημαίνουν περισσότερα σημεία αστοχίας, περισσότερες διαδρομές αντιμετώπισης προβλημάτων και μεγαλύτερη ανάγκη για τεκμηρίωση. Τα εργοστάσια που αυτοματοποιούν επιθετικά χωρίς να σχεδιάζουν την υποστήριξη σε όλο τον κύκλο ζωής συχνά αντιμετωπίζουν αργότερα το ίδιο πρόβλημα: το σύστημα λειτουργεί μέχρι να χαλάσει ένας καταργημένος ρυθμιστής κίνησης, ένα HMI ή μια κάρτα I/O.

Υπάρχει επίσης το ζήτημα της συμβατότητας. Ο νέος εξοπλισμός δεν ενσωματώνεται πάντα ομαλά σε παλαιότερες γραμμές. Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας, ο χώρος στους πίνακες, οι απαιτήσεις ισχύος και τα υφιστάμενα πρότυπα λογικής μπορούν να περιορίσουν τις διαθέσιμες επιλογές. Σε πολλές εγκαταστάσεις, η καλύτερη προσέγγιση είναι ο σταδιακός αυτοματισμός και όχι η πλήρης αντικατάσταση.

Πώς είναι ο αυτοματισμός σε παλαιότερες εγκαταστάσεις

Μεγάλο μέρος της αμερικανικής παραγωγής εξακολουθεί να λειτουργεί με εξοπλισμό διαφορετικών γενεών. Ένα εργοστάσιο μπορεί να διαθέτει νεότερο σύστημα επιθεώρησης με όραση σε μία γραμμή, παλαιότερα ράφια PLC σε άλλη και αυτόνομη λογική με ρελέ σε μια βοηθητική διαδικασία. Αυτό δεν σημαίνει ότι η εγκατάσταση έχει μείνει πίσω. Σημαίνει ότι ο αυτοματισμός εξελίχθηκε σταδιακά με την πάροδο του χρόνου.

Για τις ομάδες συντήρησης και προμηθειών, εδώ βρίσκεται η πραγματική δουλειά. Η διατήρηση της παραγωγής σε λειτουργία εξαρτάται συχνά λιγότερο από την ιδανική αρχιτεκτονική του συστήματος και περισσότερο από την προμήθεια της ακριβούς μονάδας αντικατάστασης, του τροφοδοτικού, του αισθητήρα, του ρυθμιστή κίνησης ή του HMI που ταιριάζει στον εγκατεστημένο εξοπλισμό. Όταν η υποστήριξη OEM σταματά ή τα συνήθη κανάλια δεν διαθέτουν πλέον ένα εξάρτημα, τα μεταχειρισμένα, πλεονασματικά ή παρωχημένα αποθέματα γίνονται μέρος της στρατηγικής αυτοματισμού.

Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο η υποστήριξη σε όλο τον κύκλο ζωής έχει εξίσου μεγάλη σημασία με τον σχεδιασμό νέων έργων. Η Used Industrial Parts εξυπηρετεί αυτή την πλευρά της αγοράς, βοηθώντας τους αγοραστές να προμηθευτούν δυσεύρετα εξαρτήματα αυτοματισμού και MRO όταν η πίεση από τον χρόνο διακοπής δεν επιτρέπει μεγάλους χρόνους παράδοσης ή επανασχεδιασμό.

Πού προσφέρει τη μεγαλύτερη αξία ο αυτοματισμός

Η επαναλαμβανόμενη κίνηση είναι το προφανές σημείο εκκίνησης, αλλά δεν είναι το μόνο. Η επιθεώρηση, η παρακολούθηση εξαρτημάτων, η διακίνηση υλικών, η αλληλοασφάλιση μηχανημάτων, η δοσομέτρηση, η παλετοποίηση και ο έλεγχος διεργασιών συχνά αποδίδουν σημαντικά αποτελέσματα, επειδή οι εργασίες είναι μετρήσιμες και οι τρόποι αστοχίας είναι γνωστοί.

Οι καλύτεροι στόχοι αυτοματισμού είναι συνήθως τα σημεία όπου η χειροκίνητη εργασία προκαλεί επαναλαμβανόμενες απώλειες παραγωγής. Αυτό μπορεί να σημαίνει συχνές εμπλοκές λόγω ασυνεπούς τοποθέτησης εξαρτημάτων, απορρίψεις που συνδέονται με σφάλματα χρονισμού, μη ασφαλή ανύψωση ή αργούς χρόνους κύκλου σε έναν σταθμό που καθυστερούν ολόκληρη τη γραμμή. Ο καλός αυτοματισμός λύνει ένα συγκεκριμένο λειτουργικό πρόβλημα. Δεν είναι άσκηση προβολής.

Πώς να αξιολογήσετε ένα σύστημα αυτοματισμού

Ξεκινήστε από τη δυνατότητα συντήρησης. Μπορεί η ομάδα σας να το υποστηρίξει με τις διαθέσιμες δεξιότητες, τα εργαλεία και την τεκμηρίωση; Αν ένας ελεγκτής παρουσιάσει βλάβη, μπορείτε να προμηθευτείτε γρήγορα το ακριβές εξάρτημα ή τουλάχιστον να ακολουθήσετε μια επικυρωμένη διαδικασία αντικατάστασης; Αν η απάντηση δεν είναι σαφής, ο κίνδυνος είναι μεγαλύτερος από όσο μπορεί να υποδηλώνει ο προϋπολογισμός του έργου.

Το επόμενο ζήτημα είναι η ολοκλήρωση. Το καλύτερο σύστημα στα χαρτιά μπορεί και πάλι να δημιουργήσει προβλήματα αν δεν ταιριάζει στα υφιστάμενα ηλεκτρολογικά πρότυπα, στο δίκτυο επικοινωνίας, στην αρχιτεκτονική ασφάλειας ή στον διαθέσιμο μηχανικό χώρο του εργοστασίου. Η αξιοπιστία εξαρτάται από το πόσο καλά συνεργάζεται το νέο επίπεδο με το ήδη εγκατεστημένο.

Τέλος, εξετάστε την υποστήριξη σε όλη τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού. Ο αυτοματισμός δεν αφορά μόνο την ημέρα θέσης σε λειτουργία. Αφορά κάθε αντικατάσταση αισθητήρα, κάθε χαλασμένο τροφοδοτικό, κάθε βλάβη ρυθμιστή κίνησης και κάθε νυχτερινή κλήση όταν η παραγωγή πρέπει να επανεκκινήσει. Οι αγοραστές που προγραμματίζουν τη διαθεσιμότητα ανταλλακτικών, την κάλυψη εγγύησης και την ταχεία αποστολή συνήθως αποφεύγουν τις δυσάρεστες εκπλήξεις.

Ο εργοστασιακός αυτοματισμός γίνεται καλύτερα κατανοητός ως ένα πρακτικό σύνολο εργαλείων και όχι ως μια λέξη-κλειδί. Αν κάνει τη γραμμή ασφαλέστερη, πιο επαναλήψιμη, ευκολότερη στη συντήρηση και ταχύτερη στην επαναφορά μετά από μια βλάβη, τότε επιτελεί τον σκοπό του. Η σωστή στρατηγική αυτοματισμού είναι εκείνη που η λειτουργία σας μπορεί να χειριστεί, να επισκευάσει και να υποστηρίξει χωρίς εικασίες, όταν η παραγωγή βρίσκεται σε εξέλιξη.