ما هي الأتمتة الصناعية؟ الأنواع، وعملية التنفيذ، والفوائد الأساسية

تعريف الأتمتة الصناعية: النطاق والمبادئ الرئيسية

تتضمن الأتمتة الصناعية تطبيق أنظمة التحكم والآلات والبرمجيات وتقنيات المعلومات الأخرى لإدارة عمليات التصنيع والإنتاج الصناعي. والهدف من ذلك هو الحد من المشغلين البشريين وتعزيز كفاءة الإنتاج وجودة المنتج وموثوقية النظام وتقليل تكلفة ومخاطر الإنتاج.

تطورت الأتمتة في الصناعة من المكننة البسيطة إلى أنظمة أكثر تعقيداً ومتكاملة رقمياً، بما في ذلك نظام الأتمتة الصناعية وحلول الأتمتة التي تشغل المصانع الحديثة. وهي بمثابة العمود الفقري لتكنولوجيا الأتمتة الصناعية وعمليات التصنيع الذكية.

ثلاثة عناصر أساسية للأتمتة:

1. نظام التحكم: أجهزة مثل PLC (وحدة التحكم المنطقي القابلة للبرمجة) و DCS (نظام التحكم الموزع). وهي بمثابة “العقل المدبر” لنظام الأتمتة، حيث تقوم بتنفيذ منطق وتعليمات محددة مسبقاً.
2. الاستشعار والتغذية المرتدة: تراقب المستشعرات المعلمات المادية (درجة الحرارة والضغط والموضع) في الوقت الفعلي. يتم تغذية هذه البيانات إلى نظام التحكم لتحقيق التحكم في الحلقة المغلقة.
3. التشغيل: الآليات المسؤولة عن تحويل أوامر نظام التحكم إلى إجراءات فيزيائية، مثل المحركات والصمامات والروبوتات. إنها “أطراف” نظام الأتمتة.

ما هي الأتمتة الصناعية؟ إنها ليست مجرد استبدال العمالة البشرية؛ فهي دقيقة وسريعة ومستقرة - وهي ميزات لا يمكن للعمال البشريين مضاهاتها. فهي تُمكِّن المصانع من العمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، مما يضمن أن كل دفعة إنتاج تفي بمعايير عالية من الجودة المتسقة. مع دخولنا إلى الصناعة 4.0، تُعد الأتمتة عنصراً أساسياً في التحول الرقمي للصناعات، مما يوفر للشركات ميزة تنافسية في السوق العالمية.

الأنواع الأربعة الأساسية للأتمتة الصناعية

الأتمتة في الصناعات ليست تقنية واحدة. فهناك أربعة أنواع أساسية تعتمد على حجم دفعات الإنتاج وتعقيد المنتج ومتطلبات المرونة. تحتاج الشركات إلى اختيار النوع المناسب حسب الحالة.

1. الأتمتة الثابتة

• الخصائص: مصممة للإنتاج بكميات كبيرة مع نوع منتج واحد وعمليات ثابتة. يُعرف هذا أيضًا باسم الأتمتة الثابتة. وبمجرد تركيبها، تكون التغييرات مكلفة للغاية.
• التطبيقات: تجميع السيارات، وتصنيع قطع الغيار على نطاق واسع، والإنتاج المستمر في قطاعات مثل البتروكيماويات. وغالبًا ما ينطوي ذلك على خط تجميع ثابت.
• المزايا: معدلات إنتاج عالية للغاية وتكاليف منخفضة للوحدة.

2. الأتمتة القابلة للبرمجة

• الخصائص: مناسبة للإنتاج على دفعات، والتي تتطلب تغيير المنتج بين الدفعات. يمكن إعادة برمجة الأنظمة (مثل ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسب الآلي وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة) لتنفيذ مهام وتسلسلات مختلفة من العمليات.
• التطبيقات: معالجة دفعات الأجزاء، وتجميع الإلكترونيات، وتعبئة الدفعات في الأغذية والمشروبات.
• المزايا: توفر بعض المرونة؛ فعالة من حيث التكلفة لأحجام الإنتاج المتوسطة.

3. الأتمتة المرنة

• الخصائص: إصدار متقدم من الأتمتة القابلة للبرمجة، مما يتيح إجراء تغييرات سريعة بين المنتجات المختلفة دون إيقاف الماكينات أو إجراء تعديلات كبيرة في الأجهزة. وتُعرف أيضاً باسم الأتمتة اللينة. وهي تستخدم روبوتات متعددة الوظائف وأنظمة تحكم أكثر تطوراً.
• التطبيقات: صناعة الطيران والفضاء وتصنيع الإلكترونيات الاستهلاكية المخصصة.
• المزايا: مرونة وقدرة عالية جدًا على التكيف، مما يسمح بالاستجابة السريعة لتغيرات السوق.

4. الأتمتة المتكاملة

• الخصائص: يتم الربط بين الأنظمة الفرعية للمصنع بالكامل (نظم إدارة التصنيع وتخطيط موارد المؤسسات وجميع أنظمة التحكم) من خلال شبكة. وهذا يحقق التكامل الكامل لتدفق المعلومات وتدفق التحكم. هذا هو الهدف الرئيسي للصناعة 4.0.
• التطبيقات: المصانع الذكية، والمستودعات غير المزودة بالموظفين، وإدارة سلسلة التوريد المعقدة.
• المزايا: تصل كفاءة الإنتاج واستخدام الموارد وسرعة اتخاذ القرار إلى أعلى مستوى.

توفر أومتش الدعم الكامل للأتمتة المتكاملة

تتطلب الأتمتة المتكاملة عالية المستوى تنسيق وموثوقية مكونات النظام على كل المستويات. ولكون أومتش شركة تصنيع متكاملة للأتمتة الصناعية والمنتجات الكهربائية ذات الجهد المنخفض، فإنها تتمتع بميزة توفير مجموعة واسعة من مكونات وحلول الأتمتة. وبغض النظر عن نوع الأتمتة التي يحتاجها العميل، سواء كانت عناصر الاستشعار منخفضة المستوى ومرحلات التحكم متوسطة المستوى، أو إمدادات الطاقة اللازمة ومنتجات توزيع الجهد المنخفض (مثل قواطع الدوائر والموصلات) التي تجعل النظام مستقرًا، يمكن لشركة أومتش تقديم خدمات الاختيار والشراء من مكان واحد. وهذا يضمن التوافق والأداء العالي للمكونات.

الأجهزة الأساسية: المستشعرات والمشغلات والتحكم

تتمثل الطريقة الأكثر وضوحًا لشرح كيفية عمل الأتمتة الصناعية في شكلها الهرمي التقليدي "هرم الأتمتة". يقسم هذا النموذج وظائف الأنظمة المعقدة إلى ثلاثة مستويات أساسية.

التسلسل الهرمي الكلاسيكي للأتمتة ثلاثي المستويات

1. مستوى المشرف:
   • الدور: في أعلى الهرم، يتعامل مع تصور العملية والحصول على البيانات (SCADA) وإعداد المعلمات. وعادةً ما يدير أنظمة تحكم متعددة.
   • المعدات: أجهزة كمبيوتر شخصية صناعية (مثبتة على لوحة أو على حامل)، تعمل بأنظمة تشغيل قياسية مع برامج محددة للتحكم في العمليات الصناعية.
   • التواصل: إيثرنت صناعية (شبكة LAN جيجابت أو WLAN)، لنقل البيانات بسرعة عالية.
2. مستوى التحكم:
   • الدور: “عقل” النظام الذي يقوم بتنفيذ برامج التشغيل الآلي في الوقت الفعلي.
   • المعدات: وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) أو أنظمة التحكم الموزعة (DCS). تتمتع وحدات التحكم المنطقي القابلة للبرمجة القابلة للبرمجة (PLCs) بقدرة حوسبة في الوقت الحقيقي وتتفاعل مع أجهزة إدخال/إخراج متعددة.
   • التواصل: بروتوكولات ناقل المجال (مثل CAN أو Profinet) أو بروتوكولات لاسلكية محددة.
3. المستوى الميداني:
   • الدور: يتفاعل مباشرةً مع البيئة المادية، ويقوم بإجراء القياسات والإجراءات.
   • المعدات: المستشعرات (درجة الحرارة، والضغط، والقرب، والكهروضوئية) والمشغلات (المحركات، والملفات اللولبية، والأسطوانات الهيدروليكية/الهوائية، والمفاتيح).
   • التواصل: يتواصل مع PLC من خلال ناقل ميداني أو وصلات من نقطة إلى نقطة للتشخيص والتحكم.

ميزة أومتش: الأتمتة ومكونات الطاقة

يعتمد أداء وموثوقية أي نظام أتمتة قوي على جودة المكونات المستخدمة في كل مستوى.

شركة Omch هي شركة مصنعة شاملة وهذه هي قيمتها الأساسية. لدينا خط إنتاج يعالج متطلبات مستوى التحكم (المرحلات المختلفة والعدادات) ومتطلبات المستوى الميداني (أجهزة الاستشعار والمفاتيح والمكونات الهوائية). والأهم من ذلك، نحن نقدم أيضًا المنتجات الكهربائية اللازمة ذات الجهد المنخفض (مثل إمدادات الطاقة بالتبديل، وقواطع الدوائر الهوائية (ACB)، وقواطع الدوائر المصغرة (MCB)، والموصلات) لتزويد النظام بأكمله بالطاقة بأمان. هذا التوريد أحادي المصدر يجعل إدارة سلسلة التوريد للعميل سهلة للغاية. كما أنه يوفر توافقًا سلسًا وموثوقية لمعدات الأتمتة والبنية التحتية الكهربائية.

المزايا الأساسية: الكفاءة والجودة والعائد على الاستثمار

الاستثمار في الأتمتة الصناعية هو قرار استراتيجي. وتنعكس قيمته في عدة أبعاد رئيسية:

1. إنتاجية وإنتاجية أعلى

• تشغيل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع: لا تحتاج الآلات إلى الراحة؛ حيث يمكنها العمل على مدار الساعة، مما يزيد من إجمالي الإنتاج بشكل كبير.
• تقليل وقت الدورة الزمنية: تقلل الأتمتة من زمن الدورة، مما يعزز قدرات الإنتاج الضخم.

2. تحسين الجودة والاتساق

• القضاء على الأخطاء البشرية: توفر الماكينات إمكانية تكرار عالية للغاية، مما يقلل من معدلات الخطأ إلى ما يقرب من الصفر. وهذا يضمن أن كل منتج يفي بالمعايير الدقيقة.
• مراقبة الجودة في الوقت الحقيقي: تكتشف المستشعرات وأنظمة رؤية الماكينة العيوب في الوقت الفعلي، وتوقف العملية أو تصححها فور حدوث خطأ.

3. تحسين السلامة وظروف العمل

• يتم إبعاد العمال عن المهام عالية الخطورة أو الخطرة أو الشاقة. على سبيل المثال، تقوم الروبوتات بمهام اللحام أو الرفع الثقيل أو التعامل مع المواد السامة، مما يقلل بشكل كبير من معدل الحوادث.

4. تخفيض التكلفة وعائد استثمار أسرع

على الرغم من أن الاستثمار المبدئي مرتفع، إلا أن وفورات التكلفة طويلة الأجل الناتجة عن الأتمتة كبيرة:

• انخفاض تكاليف التشغيل: تقليل الاعتماد على العمالة المباشرة؛ التحكم الدقيق في استهلاك الطاقة والمواد الخام.
• تقليل النفايات: تؤدي الدقة العالية إلى تقليل الخردة ومخلفات المواد.
• عائد الاستثمار المعجّل: يؤدي ارتفاع الإنتاج وانخفاض تكاليف الوحدة إلى تقصير فترة استرداد الاستثمار.

خيار موثوق به لتحسين عائد الاستثمار

تُعد الموثوقية والكفاءة التشغيلية على المدى الطويل من الأمور المهمة عند تحديد العائد على الاستثمار في الأتمتة. تمتلك Omch قاعدة عملاء تزيد عن 72,000 عميل في جميع أنحاء العالم وأكثر من 3000 وحدة تخزين. لدينا شهادات دولية على منتجاتنا بما في ذلك شهادات CCC و CE و RoHS و ISO9001. تضمن جودة الأتمتة الصناعية والمنتجات الكهربائية ذات الجهد المنخفض من أومتش التشغيل المستقر للأنظمة بمرور الوقت، مما يقلل من وقت التوقف عن العمل. وهذا يزيد بشكل مباشر من إنتاجية العملاء واستخدام الطاقة وبالتالي تسريع العائد على الاستثمار.

أتمتة العمليات الصناعية خطوة بخطوة

يعد التنفيذ الناجح للأتمتة مشروعًا منهجيًا، وعادةً ما ينقسم إلى أتمتة العمليات الصناعية هذه:

1. دراسة الجدوى وتحليل المتطلبات

• الغرض: تحديد العمليات التي يمكن أتمتتها. وضع أهداف واضحة للأداء (مؤشرات الأداء الرئيسية) والميزانية.
• الأنشطة: تحليل العمليات الحالية، وتحديد الاختناقات، وإجراء التقييم المالي (تحليل العائد على الاستثمار).

2. تصميم النظام ومواصفاته

• الغرض: تحديد نوع الأتمتة وبنية النظام والمكونات المطلوبة.
• الأنشطة: اختر منصة التحكم (PLC أو نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (DCS)، وصمم منطق التحكم، وارسم مخططات الدوائر والتخطيطات.

3. شراء المكونات ودمجها

• الغرض: شراء جميع الأجهزة والبرمجيات. بدء التركيب والتكامل.
• الأنشطة: شراء الحساسات والمشغلات ومعدات التحكم وأنظمة التوزيع الكهربائية. تنفيذ التركيبات الميكانيكية والأسلاك الكهربائية.

تبسيط عملية الشراء وتسريع عملية التكامل

عادةً ما ترتبط مرحلة شراء المكونات وتكاملها بمشاكل التوافق بين العلامات التجارية والتأخير في سلسلة التوريد. شركة Omch هي شركة مصنعة كاملة للأتمتة الصناعية والمنتجات الكهربائية ذات الجهد المنخفض، وتوفر حلاً متكاملاً بدءاً من توزيع الطاقة (MCB، ATSE) والتحكم (المرحلات والمفاتيح الكهربائية). لدينا أكثر من 3000 وحدة SKU و7 خطوط إنتاج تقدم منتجاتنا بسرعة. وعلاوة على ذلك، لدينا 86 فرعًا في الصين وشبكة موزعين في أكثر من 70 دولة/منطقة توفر التسليم السريع والدعم الفني المحلي. وهذا يجعل سلسلة التوريد للعميل سهلة للغاية ويسرّع تنفيذ المشروع.

4. البرمجة والتصحيح

• الغرض: ترجمة منطق التحكم إلى كود برمجي. إجراء الاختبار الوظيفي في الموقع.
• الأنشطة: كتابة برامج PLC، وتهيئة واجهات HMI/SCADA، وإجراء اختبارات التحقق من المدخلات/المخرجات (I/O) واختبارات السلامة.

5. التشغيل والتحسين

• الغرض: إدخال النظام في مرحلة الإنتاج الكامل. قم بضبطه باستمرار لتحقيق الأداء الأمثل.
• الأنشطة: تدريب المشغلين، وتقديم الوثائق، والمراقبة المستمرة للبيانات، وتحسين الأداء.

التطبيقات تكنولوجيا الأتمتة الصناعية

انتشرت تكنولوجيا الأتمتة الصناعية في جميع الصناعات التحويلية والعمليات تقريباً. وفيما يلي بعض الأمثلة الرئيسية:

1. تصنيع السيارات

• التطبيق: استخدام واسع النطاق للأتمتة الثابتة والروبوتات الصناعية. تتعامل الروبوتات مع اللحام عالي الدقة والطلاء والتجميع المعقد.
• القيمة: يضمن صلابة ثابتة للهيكل وجودة الطلاء؛ ويقلل بشكل كبير من دورات الإنتاج.

2. المأكولات والمشروبات

• التطبيق: يستخدم الأتمتة القابلة للبرمجة والأتمتة المرنة للتعبئة والتغليف والفرز وفحص الجودة بسرعة عالية.
• القيمة: ضمان نظافة المنتج وإمكانية تتبع الدُفعات؛ استخدام الرؤية الآلية للكشف عن العيوب.

3. اللوجستيات والتخزين

• التطبيق: المركبات الموجهة الآلية (AGVs) والمركبات الموجهة الآلية (AGVs) والحافلات المكوكية وأجهزة الفرز عالية السرعة. يندرج هذا تحت الأتمتة المتكاملة.
• القيمة: الاستخدام الأمثل لمساحة المستودعات؛ مما يتيح إجراء العمليات على مدار الساعة وطوال أيام الأسبوع بدون موظفين أو بأقل عدد من الموظفين، مما يزيد من سرعة معالجة الطلبات.

4. الصناعات التحويلية

• التطبيق: تستخدم صناعات مثل النفط والكيماويات والطاقة في المقام الأول نظام التحكم الموزع والأتمتة الثابتة للتحكم المستمر في درجة الحرارة والضغط والتدفق.
• القيمة: يضمن سلامة الإنتاج وزيادة كفاءة الطاقة إلى أقصى حد ممكن.

مواجهة التحديات الرئيسية: التكامل والأمن السيبراني

يجب على الشركات معالجة التحديات الرئيسية أثناء تنفيذ الأتمتة:

1. تعقيد تكامل النظام

• التحدّي: عادةً ما تكون هناك صوامع معلوماتية بين تكنولوجيا التشغيل (OT) ونظم تكنولوجيا المعلومات المؤسسية (IT). ويصعب دمج البرمجيات والأجهزة التي يوفرها بائعون آخرون.
• الحل: اعتماد بروتوكولات اتصال موحدة (مثل OPC UA). اختيار الموردين الذين يمكنهم توفير مجموعة كاملة من الحلول.

تبسيط التكامل، وضمان التوافقية

Omch هي شركة تصنيع شاملة ولديها قوة خاصة في حل مشكلات التكامل. منتجاتنا من الأتمتة والمنتجات الكهربائية ذات الجهد المنخفض متوافقة وموحدة. وهذا يوفر بشكل كبير العمل المعقد الذي يتعين على العملاء القيام به لمطابقة ودمج الأنظمة الفرعية المختلفة (الطاقة والتوزيع والتحكم). نحن نركز على التغطية الكاملة/متعددة الفئات/متعددة المواصفات لضمان عدم وقوع عملائنا في فخ توافق المشتريات متعددة العلامات التجارية.

2. مخاطر الأمن السيبراني

• التحدّي: تفتح الصناعة 4.0 أنظمة التكنولوجيا التشغيلية على الإنترنت، وهي عرضة للهجمات الإلكترونية، مما يعرض سلامة الإنتاج للخطر.
• الحل: الالتزام بمعايير الأمن الصناعي مثل IEC 62443. تثبيت تجزئة الشبكة وجدران الحماية الصناعية. إجراء عمليات تدقيق أمني متكررة.

3. ثغرات المهارات

• التحدّي: تتطلب الأتمتة فنيين على درجة عالية من المهارة مع معرفة متعددة التخصصات (الميكانيكية والكهربائية والبرمجة وتحليل البيانات). هذه المواهب نادرة.
• الحل: الاستثمار في إعادة تدريب الموظفين ورفع مستوى مهاراتهم. تكوين علاقات دعم فني طويلة الأجل مع الموردين. تهدف الاستجابة السريعة على مدار الساعة وطوال أيام الأسبوع والدعم الكامل للعمليات (من اختيار المنتج إلى دعم الحلول) الذي تقدمه أومتش إلى استكمال متطلبات الدعم الفني للعملاء.

التوقعات المستقبلية: الصناعة 4.0 وما بعدها

مستقبل الأتمتة الصناعية هو الذكاء والاستقلالية. وستركز الاتجاهات المستقبلية على هذه التقنيات الأساسية:

1. الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي (AI/ML): سيتحول الذكاء الاصطناعي إلى التحكم واتخاذ القرار بدلاً من تحليل البيانات. سيحقق التحكم الذاتي التكيف والجدولة الذكية والصيانة التنبؤية الأكثر دقة. ستكون الأنظمة ذاتية التحسين.
2. التوأم الرقمي: من خلال تطوير نسخة رقمية مثالية من الأشياء المادية في البيئة الافتراضية، يمكن للشركات نمذجة وتجربة وتبسيط خط الإنتاج بالكامل قبل التنفيذ. وهذا يوفر الكثير من المخاطر والتكلفة.
3. حوسبة الحافة: يتم تقريب معالجة البيانات من أنظمة التحكم في أرضية المصنع، مع التحكم في الوقت الحقيقي في الوقت الحقيقي المنخفض للغاية واتخاذ القرارات. وهذا أمر ضروري لأنظمة الأتمتة عالية الأداء.
4. التعاون بين الإنسان والروبوت (HRC): ستصبح الروبوتات الآلية هي القاعدة. فهي تعمل في بيئة آمنة مع العمال البشر، مع مرونة إدراكية بشرية وقوة ودقة الآلة.

تنتقل الأتمتة في الصناعات من مفهوم الآلات التي تؤدي مهام محددة مسبقاً إلى مفهوم الأنظمة التي تتعلم وتحسن نفسها بنفسها. وهذا يعني أن عناصر الأتمتة المستقبلية لا يجب أن تكون موثوقة فحسب، بل يجب أن تكون قابلة للاتصال بشكل كبير وقادرة على معالجة البيانات، حتى تكون قادرة على دعم رؤية الصناعة 5.0.