אוטומציה תעשייתית: היסטוריה, מאפיינים וסוגים - טֶכנוֹלוֹגִיָה - 2025

האוטומציה התעשייתית היא הטכנולוגיה המשמשת מערכות בקרה כגון מחשבים, רובוטים וטכנולוגיות מידע כדי לאפשר ביצוע אוטומטי של תהליכים שונים ומכונה בתעשייה, ללא צורך מפעילי אדם.

היא מבקשת להחליף קבלת החלטות אנושיות ופעולות ידניות לתגובה לפקודה בשימוש במכשור מכני ובפקודות תכנות לוגיות.

מקור: pixabay.com

בעבר מטרת האוטומציה הייתה להגדיל את הפרודוקטיביות, מכיוון שמערכות אוטומטיות יכולות לפעול 24 שעות ביממה, ולהפחית את העלויות הכרוכות במפעילים אנושיים, כמו שכר והטבות.

אוטומציה זו הושגה באמצעים שונים, כגון מכשירים מכניים, הידראוליים, פנאומטיים, חשמליים, אלקטרוניים ומחשבים, המשולבים בדרך כלל ביניהם.

בקרי מטרה כללית לתהליכים תעשייתיים כוללים: בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות, מודולי קלט / פלט עצמאיים ומחשבים.

מצב נוכחי

לאחרונה, האוטומציה התעשייתית מצאה הסכמה הולכת וגוברת על ידי סוגים שונים של תעשיות, בגלל היתרונות האדירים שלה בתהליך הייצור, כמו עלייה בפריון, איכות, גמישות ובטיחות בעלויות נמוכות.

יש לו גם יתרונות בחיסכון בעבודה, עלויות חשמל ועלויות חומר, כמו גם דיוק רב יותר במדידות.

מגמה חשובה היא השימוש המוגבר בחזון המחשב בכדי לספק פונקציות בדיקה אוטומטיות. מגמה נוספת היא המשך הגידול בשימוש ברובוטים.

יעילות אנרגטית בתהליכים תעשייתיים הפכה כעת לאחד מסדרי העדיפויות הגבוהים ביותר.

לדוגמה, חברות מוליכים למחצה מציעות יישומי מיקרו-בקרים של 8 סיביות, שנמצאים בבקרות משאבה ומנוע לשימוש כללי, כדי להפחית את צריכת החשמל וכך להגביר את היעילות.

דוח הפיתוח העולמי של הבנק העולמי 2018 מראה הוכחות לכך שבעוד שהאוטומציה התעשייתית נעקרת עובדים, חדשנות יוצרת תעשיות ומשרות חדשות.

הִיסטוֹרִיָה

מאז הקמתה, האוטומציה התעשייתית עשתה צעדים גדולים בין פעילויות שבוצעו בעבר באופן ידני.

מהפכה תעשייתית

הצגת המנועים הראשונים ומנוע הקיטור יצרו דרישה חדשה למערכות בקרה אוטומטיות, כמו רגולטורי טמפרטורה וווסת ​​לחץ.

בשנת 1771 הומצא הטחנה האוטומטית הראשונה, המופעלת באמצעות כוח הידראולי. בשנת 1785 פותחה טחנת קמח אוטומטית שהפכה לתהליך התעשייתי האוטומטי הראשון.

פורד מוטור

בשנת 1913 הציגה חברת פורד מוטור קו הרכבה לייצור מכוניות הנחשב לאחד מסוגי האוטומציה החלוציים בענף הייצור.

לפני כן נבנתה מכונית על ידי צוות עובדים מיומן ולא מיומן. האוטומציה של הייצור שיפרה את שיעורי הייצור של פורד והגדילה את רווחיה.

פס הייצור והייצור ההמוני של מכוניות היו הראשונים מסוגם בעולם. זה קיצר את זמן הרכבת המכונית מ- 12 שעות לרכב לשעה וחצי.

ההתקדמות במאה העשרים

חדרי בקרה הפכו נפוצים בשנות העשרים של המאה העשרים. עד תחילת שנות השלושים שליטת התהליכים הייתה פעילה / כיבוי בלבד.

בקרים החלו להיות מוצגים בשנות השלושים של המאה העשרים, עם יכולת לבצע שינויים מחושבים בתגובה לסטיות מנתון בקרה.

חדרי בקרה השתמשו באורות מקודדי צבע כדי לאותת לעובדי מפעלים לבצע שינויים מסוימים באופן ידני.

במהלך שנות השלושים של המאה העשרים הייתה יפן מובילה בפיתוח רכיבים. פותחו מכשיר המיקרו הראשון, ממסני ההגנה והטיימר החשמלי בעל דיוק גבוה.

בשנת 1945 החלה יפן בתוכנית שחזור תעשייתי. התוכנית התבססה על טכנולוגיות חדשות, לעומת השיטות העתיקות בהן השתמשו שאר העולם.

יפן הפכה למובילה בעולם בתחום האוטומציה התעשייתית. חברות מכוניות כמו הונדה, טויוטה וניסן הצליחו לייצר מכוניות רבות ואמינות באיכות גבוהה.

מאפיינים

מיכון הוא פעולה ידנית של משימה באמצעות מכונות ממונעות, אך תלוי בקבלת ההחלטות האנושיות.

אוטומציה מייצגת צעד נוסף למיכון, מכיוון שהיא מחליפה את ההשתתפות האנושית בשימוש בפקודות תכנות לוגיות ומכונות עוצמתיות.

הוזלו את עלויות התפעול

עם אוטומציה תעשייתית, עלויות החופשה, שירותי הבריאות והבונוסים הקשורים לעובד אנושי מבוטלות. כמו כן, היא אינה דורשת הטבות אחרות שיש לעובדים כמו כיסוי פנסיוני, בונוסים וכו '.

למרות שזה קשור בעלות ראשונית גבוהה, הוא חוסך את שכרם החודשי של העובדים, מה שמביא לחיסכון משמעותי עבור החברה.

עלות התחזוקה המשויכת לציוד המשמש לאוטומציה תעשייתית נמוכה יותר מכיוון שהם לא נוטים להתפרק. אם הם נכשלים, רק מהנדסי IT ותחזוקה צריכים לתקן את זה.

תפוקה גבוהה

בעוד שחברות רבות שוכרות מאות אנשי ייצור כדי להפעיל את המפעל במשך שלוש משמרות במשך 24 השעות המקסימליות, הוא עדיין צריך להיות סגור לחגים ותחזוקה.

אוטומציה תעשייתית עומדת ביעד של החברה, ומאפשרת למפעל הייצור לפעול 24 שעות ביממה, 7 ימים בשבוע ו- 365 ימים בשנה. זה מביא לשיפור משמעותי בפריון העבודה של הארגון.

איכות גבוהה

אוטומציה מפעילה שגיאה הקשורה לבני אדם. בנוסף, לרובוטים אין כל סוג של תשישות, והתוצאה היא מוצרים באיכות אחידה, ואפילו מייצרים אותם במועדים שונים.

גמישות גבוהה

אם מתווספת משימה חדשה בפס הייצור, תידרש הדרכה למפעיל האנושי.

מצד שני, ניתן לתכנת רובוטים לביצוע כל סוג של עבודה. זה הופך את תהליך הייצור לגמיש יותר.

דיוק מידע גבוה

הנתונים האוטומטיים שנאספו מאפשרים לך לנתח מידע ייצור מפתח, בדיוק רב של נתונים אלה, תוך הפחתת עלות ההדרכה שלך.

זה מאפשר לקבל החלטות נכונות כשמנסים לשפר תהליכים ולצמצם בזבוז.

אבטחה גבוהה

אוטומציה תעשייתית יכולה להפוך את קו הייצור לבטוח לעובדים על ידי יישום רובוטים לתמרון מצבים מסוכנים.

עלות ראשונית גבוהה

ההשקעה הראשונית הקשורה במעבר מפס ייצור אנושי לאוטומטית היא גבוהה מאוד.

בנוסף, הכשרת עובדים להפעלת ציוד חדש ומתוחכם זה כרוכה בעלויות משמעותיות.

סוגים

אוטומציה קבועה

הוא משמש לביצוע פעולות חוזרות וקבועות בכדי להשיג שיעורי ייצור גבוהים.

להפעיל צוות למטרה מיוחדת לאוטומציה של תהליכי רצף קבוע או פעולות הרכבה. רצף הפעולות נקבע על ידי תצורת הציוד.

הפקודות המתוכנות כלולות במכונות בצורה של הילוכים, חיווט וחומרה אחרת שלא ניתן לשנות בקלות ממוצר למוצר.

צורה זו של אוטומציה מאופיינת בהשקעה ראשונית גבוהה ובשיעורי ייצור גבוהים. לכן הוא מתאים למוצרים המיוצרים בנפחים גדולים.

אוטומציה ניתנת לתכנות

זוהי סוג של אוטומציה לייצור מוצרים באצוות. המוצרים מיוצרים באצוות הנעות בין כמה עשרות לכמה אלפי יחידות בכל פעם.

עבור כל אצווה חדשה, יש לתכנת מחדש את ציוד הייצור כך שיתאים לסוג המוצר החדש. תכנות מחדש זו דורשת זמן, עם פרק זמן שאינו יצרני ואחריו ריצת ייצור עבור כל אצווה.

שיעורי הייצור בדרך כלל נמוכים בהשוואה לאוטומציה קבועה, מכיוון שהציוד נועד להקל על החלפת מוצרים, במקום להתמחות במוצרים.

דוגמאות למערכת אוטומציה זו הן מכונות בשליטה מספרית, רובוטים תעשייתיים, טחנות פלדה וכו '.

אוטומציה גמישה

באמצעות מערכת זו מצויד ציוד בקרה אוטומטי המספק גמישות רבה לבצע שינויים עבור כל מוצר. זוהי הרחבה של אוטומציה הניתנת לתכנות.

החיסרון לאוטומציה הניתנת לתכנות הוא הזמן הנדרש לתכנת ציוד ייצור מחדש עבור כל אצווה חדשה של מוצר. זהו זמן ייצור אבוד, וזה יקר.

באוטומציה גמישה, התכנות מחדש מתבצעות במהירות ובאופן אוטומטי במסוף מחשבים, ללא צורך להשתמש בציוד הייצור ככזה.

שינויים אלה נעשים על ידי הוראות שניתנות בצורה של קודים על ידי מפעילי אנוש.

כתוצאה מכך אין צורך לקבץ את המוצרים בקבוצות. ניתן לייצר תערובת של מוצרים שונים בזה אחר זה.

יישומים

ענף 4.0

עליית האוטומציה התעשייתית קשורה ישירות ל"מהפכה התעשייתית הרביעית ", הידועה יותר בשם תעשיה 4.0. תעשייה 4.0, במקור מגרמניה, כוללת מכשירים, מושגים ומכונות רבים.

תעשיה 4.0 עובדת עם האינטרנט התעשייתי של הדברים, שהוא שילוב מושלם של חפצים פיזיים שונים באינטרנט, באמצעות ייצוג וירטואלי, ועם תוכנה / חומרה לחיבור על מנת להוסיף שיפורים בתהליכי הייצור.

היכולת ליצור ייצור חכם יותר, בטוח יותר ומתקדם יותר אפשרי עם הטכנולוגיות החדשות הללו. זה פותח פלטפורמת ייצור אמינה יותר, עקבית ויעילה מבעבר.

תעשיה 4.0 מכסה תחומי ייצור רבים ותמשיך לעשות זאת ככל שיעבור הזמן.

רובוטיקה תעשייתית

רובוטיקה תעשייתית היא ענף של אוטומציה תעשייתית המסייע בתהליכי ייצור שונים, כגון עיבוד שבבי, ריתוך, צביעה, הרכבה וטיפול בחומרים.

רובוטים תעשייתיים משתמשים במערכות מכניות, חשמל ותוכנות שונות בכדי לאפשר דיוק ומהירות גבוהה, הרבה מעבר לכל ביצוע אנושי.

מערכות אלו עברו שיפוצים ושופרו עד כדי כך שרובוט יחיד יכול לרוץ 24 שעות ביממה ללא תחזוקה מועטה או ללא. בשנת 1997 היו 700,000 רובוטים תעשייתיים בשימוש, המספר עלה ל -1.8 מיליון בשנת 2017.

בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות

אוטומציה תעשייתית משלבת בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (PLC) בתהליך הייצור. אלה משתמשים במערכת עיבוד המאפשרת לך לשנות את בקרות הכניסה והפלט, באמצעות תכנות פשוט.

PLC יכול לקבל מגוון תשומות ולהחזיר מגוון פלטים לוגיים. התקני הקלט הם חיישנים והתקני הפלט הם מנועים, שסתומים וכו '.

PLCs דומים למחשבים. עם זאת, בעוד מחשבים מותאמים לחישובים, PLCs מותאמים למשימות בקרה ושימוש בסביבות תעשייתיות.

הם בנויים בצורה כזו שרק ידע בסיסי בנושא תכנות מבוסס לוגיקה נדרש כדי להתמודד עם רעידות, טמפרטורות גבוהות, לחות ורעש.

היתרון הגדול ביותר שקיימים בקרים מציעים הוא הגמישות שלהם. הם יכולים להפעיל מגוון מערכות בקרה שונות. הם גורמים למיותר לחווט מחדש של מערכת לשינוי מערכת הבקרה. גמישות זו הופכת אותם לרווחיים עבור מערכות מורכבות ומגוונות.

דוגמאות

בענף הרכב, התקנת בוכנות במנוע הייתה נעשית באופן ידני, עם שיעור שגיאה של 1-1.6%. נכון לעכשיו אותה משימה מבוצעת במכונה אוטומטית עם שיעור שגיאה של 0.0001%.

אינטליגנציה מלאכותית (AI) משמשת לרובוטיקה לייצור תיוג אוטומטי, באמצעות זרועות רובוטיות כיישומי תוויות אוטומטיות, ו- AI לאיתור המוצרים שיש לתייג אותם.

אוטומציה באאודי

במפעל אאודי בגרמניה מספר הרובוטים כמעט שווה ל 800 עובדים. הם מבצעים את רוב ההרמה הכבדה, כמו גם ריתוך שעלול להיות מסוכן, כמו גם בדיקות חוזרות ונשנות.

בין היתרונות של אוטומציה באאודי הם פרודוקטיביות גבוהה בהרבה ודרישה נמוכה יותר לעובדים לא מיומנים.

הרובוטים שמשתמשים באאודי לא רק דואגים לעבודות המסוכנות שבוצעו בעבר על ידי עובדים לא מיומנים, אלא גם אוספים שפע של נתונים שניתן לנתח ולהשתמש בהם כדי לשפר את פעולת המפעל.

עם זאת, עדיין קיימות משימות שרובוטים אינם יכולים לבצע ובני אדם מצוידים טוב יותר להתמודד איתן.

על ידי ביצוע המשימות המסוכנות ביותר ושיפור היעילות והפרודוקטיביות של אותן משימות, אאודי יכולה למשוך עובדים מיומנים ומיומנים יותר לביצוע משימות ממוקדות אנוש.

קו ייצור אוטומטי

זה מורכב מסדרת תחנות עבודה המחוברות באמצעות מערכת העברה להעברת חלקים בין התחנות.

זו דוגמה לאוטומציה קבועה, מכיוון שקווים אלה מוגדרים בדרך כלל לריצות ייצור ארוכות.

כל תחנה מיועדת לבצע פעולת עיבוד ספציפית, כך שהחלק או המוצר מיוצרים צעד אחר צעד, כשהוא מתקדם לאורך הקו.

בפעולת קו רגילה מעובד חלק אחד בכל תחנה, ולכן חלקים רבים מעובדים בו זמנית, ומייצרים חלק מוגמר עם כל מחזור של הקו.

יש לרצף ולתאם את הפעולות השונות שמתבצעות ומתואמות כדי שהקו יפעל ביעילות.

קווים אוטומטיים מודרניים נשלטים על ידי בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות. אלה יכולים לבצע את סוגי פונקציות התזמון והרצף הנדרשות להפעלה שלך.

הפניות

1. טרי מ. בריי (2018). מהי אוטומציה תעשייתית? Sure Controls Inc. נלקח מ: surecontrols.com.
2. ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית (2018). אוטומציה. נלקח מ: en.wikipedia.org.
3. טכנולוגיית חשמל (2018). מהו אוטומציה תעשייתית - סוגי אוטומציה תעשייתית. לקוח מ: electrictechnology.org.
4. יוניטרוניקס (2018). מהי אוטומציה תעשייתית? נלקח מ: unitronicsplc.com.
5. אנציקלופדיה בריטניקה (2018). יישומים של אוטומציה ורובוטיקה. נלקח מ: britannica.com.
6. אדם רובינסון (2014). אוטומציה תעשייתית: היסטוריה קצרה של יישום ייצור והמצב הנוכחי ותחזיות העתיד. Cerasis. נלקח מ: cerasis.com.
7. Eagle Technologies (2013). אוטומציה במפעל, דוגמה גרמנית. נלקח מ: eagletechnologies.com.