Что такое промышленная автоматизация? Виды, процесс внедрения и основные преимущества

Определение промышленной автоматизации: Область применения и основные принципы

Промышленная автоматизация - это применение систем управления, машин, программного обеспечения и других информационных технологий для управления производственными процессами и промышленным производством. Цель автоматизации - сократить количество людей-операторов и повысить эффективность производства, качество продукции, надежность системы, а также минимизировать затраты и риски производства.

Автоматизация в промышленности прошла путь от простой механизации до более сложных, цифровых интегрированных систем, включая системы промышленной автоматизации и решения по автоматизации, которые обеспечивают работу современных заводов. Она служит основой технологии промышленной автоматизации и интеллектуальных производственных процессов.

Три основных элемента автоматизации:

1. Система управления: Устройства типа ПЛК (программируемый логический контроллер) и DCS (распределенная система управления). Они являются “мозгом” системы автоматизации, выполняя заданную логику и инструкции.
2. Чувствительность и обратная связь: Датчики контролируют физические параметры (температуру, давление, положение) в режиме реального времени. Эти данные передаются в систему управления для достижения замкнутого цикла регулирования.
3. Приведение в действие: Механизмы, отвечающие за преобразование команд системы управления в физические действия, такие как двигатели, клапаны и роботы. Они являются “конечностями” системы автоматизации.

Что такое промышленная автоматизация? Это не просто замена человеческого труда; это точность, скорость и стабильность, которые не могут сравниться с человеческим трудом. Она позволяет заводам работать в режиме 24/7, обеспечивая соответствие каждой партии продукции высоким стандартам качества. По мере того как мы входим в Индустрию 4.0, автоматизация занимает центральное место в цифровой трансформации отраслей, обеспечивая предприятиям конкурентное преимущество на мировом рынке.

4 основных типа промышленной автоматизации

Автоматизация в промышленности - это не одна технология. Существует четыре основных типа, зависящих от размера производственных партий, сложности продукции и требований к гибкости. Компаниям необходимо выбрать подходящий тип в зависимости от ситуации.

1. Фиксированная автоматизация

• Характеристики: Предназначены для крупносерийного производства с одним типом продукции и фиксированными процессами. Это также известно как жесткая автоматизация. После установки изменения очень дорогостоящи.
• Приложения: Сборка автомобилей, крупномасштабное производство деталей, непрерывное производство в таких отраслях, как нефтехимия. Часто для этого используется статичная сборочная линия.
• Преимущества: Чрезвычайно высокая производительность и низкая себестоимость единицы продукции.

2. Программируемая автоматизация

• Характеристики: Подходит для серийного производства, требующего переналадки продукции между партиями. Системы (например, станки с ЧПУ, ПЛК) могут быть перепрограммированы для выполнения различных задач и последовательностей операций.
• Приложения: Пакетная обработка деталей, сборка электроники, пакетная фасовка в пищевой промышленности и производстве напитков.
• Преимущества: Обеспечивает определенную гибкость; экономически эффективен при средних объемах производства.

3. Гибкая автоматизация

• Характеристики: Усовершенствованная версия программируемой автоматизации, позволяющая быстро переходить от одного продукта к другому без остановки оборудования или серьезных изменений в аппаратной части. Ее также называют мягкой автоматизацией. В ней используются многофункциональные роботы и более сложные системы управления.
• Приложения: Аэрокосмическая промышленность, производство бытовой электроники по индивидуальным заказам.
• Преимущества: Очень высокая гибкость и адаптивность, позволяющая быстро реагировать на изменения рынка.

4. Интегрированная автоматизация

• Характеристики: Все подсистемы завода (MES, ERP и все системы управления) объединены в единую сеть. Таким образом достигается полная интеграция информационных потоков и потоков управления. Это и есть главная цель Индустрии 4.0.
• Приложения: Умные фабрики, неукомплектованные склады, сложное управление цепочками поставок.
• Преимущества: Эффективность производства, использование ресурсов и скорость принятия решений достигают наивысшего уровня.

Omch обеспечивает полную поддержку интегрированной автоматизации

Интегрированная автоматизация высокого уровня требует координации и надежности компонентов системы на каждом уровне. Компания Omch, являясь комплексным производителем средств промышленной автоматизации и низковольтной электротехники, имеет преимущество в предоставлении широкого спектра компонентов и решений для автоматизации. Независимо от того, какой тип автоматизации требуется заказчику, будь то чувствительные элементы нижнего уровня и управляющие реле среднего уровня, или необходимые источники питания и низковольтные распределительные устройства (такие как автоматические выключатели и контакторы), обеспечивающие стабильность системы, Omch может предложить услуги по подбору и закупке в режиме "одного окна". Это гарантирует совместимость и высокую производительность компонентов.

Основные аппаратные средства: Датчики, приводы и управление

Наиболее наглядным методом объяснения работы промышленной автоматизации является ее традиционная иерархическая форма - пирамида автоматизации. Эта модель делит функции сложных систем на три основных уровня.

Классическая трехуровневая иерархия автоматизации

1. Уровень супервайзера:
   • Роль: На вершине пирамиды он управляет визуализацией процесса, сбором данных (SCADA) и настройкой параметров. Как правило, он управляет несколькими системами управления.
   • Оборудование: Промышленные ПК (панельные или стоечные), работающие под управлением стандартных операционных систем со специальным программным обеспечением для управления промышленными процессами.
   • Коммуникация: Industrial Ethernet (Gigabit LAN или WLAN), для высокоскоростной передачи данных.
2. Уровень управления:
   • Роль: “Мозг” системы, выполняющий программы автоматизации в режиме реального времени.
   • Оборудование: Программируемые логические контроллеры (ПЛК) или распределенные системы управления (РСУ). ПЛК обладают вычислительными возможностями в режиме реального времени и взаимодействуют с многочисленными устройствами ввода/вывода.
   • Коммуникация: Протоколы полевой шины (например, CAN, Profinet) или специальные беспроводные протоколы.
3. Полевой уровень:
   • Роль: Непосредственно взаимодействует с физической средой, выполняя измерения и действия.
   • Оборудование: Датчики (температуры, давления, приближения, фотоэлектрические) и приводы (двигатели, соленоиды, гидравлические/пневматические цилиндры, переключатели).
   • Коммуникация: Связь с ПЛК через полевую шину или соединения "точка-точка" для диагностики и управления.

Преимущество Omch: Автоматизация и силовые компоненты

Производительность и надежность любой мощной системы автоматизации зависит от качества компонентов, используемых на каждом уровне.

Omch - компания, которая является комплексным производителем, и это ее основная ценность. У нас есть линейка продукции, которая удовлетворяет как требованиям уровня управления (различные реле, счетчики), так и требованиям полевого уровня (датчики, переключатели, пневматические компоненты). Более того, мы также предлагаем необходимые низковольтные электрические изделия (такие как импульсные источники питания, воздушные автоматические выключатели (ACB), миниатюрные автоматические выключатели (MCB) и контакторы) для безопасного включения всей системы. Такая поставка из одного источника значительно упрощает управление цепочкой поставок заказчика. Это также обеспечивает бесперебойную совместимость и надежность оборудования автоматизации и электрической инфраструктуры.

Основные преимущества: Эффективность, качество и окупаемость инвестиций

Инвестиции в промышленную автоматизацию - это стратегическое решение. Его ценность отражается в нескольких ключевых измерениях:

1. Более высокая производительность и пропускная способность

• Работает круглосуточно и без выходных: Машинам не нужен отдых, они могут работать круглосуточно, значительно увеличивая общую производительность.
• Сокращение времени цикла: Автоматизация сокращает время цикла, повышая возможности массового производства.

2. Повышение качества и согласованности

• Устранение человеческих ошибок: Станки обладают чрезвычайно высокой повторяемостью, что позволяет свести погрешности практически к нулю. Это гарантирует точное соответствие каждого изделия стандартам.
• Контроль качества в режиме реального времени: Датчики и системы машинного зрения обнаруживают дефекты в режиме реального времени, немедленно останавливая или корректируя процесс при возникновении ошибки.

3. Повышение безопасности и улучшение условий труда

• Работники отстраняются от выполнения рискованных, опасных или утомительных задач. Например, роботы выполняют сварку, подъем тяжестей или работу с токсичными материалами, что значительно снижает уровень несчастных случаев.

4. Сокращение расходов и быстрая окупаемость инвестиций

Хотя первоначальные инвестиции высоки, долгосрочная экономия средств за счет автоматизации существенна:

• Снижение эксплуатационных расходов: Снижение зависимости от прямого труда; точный контроль потребления энергии и сырья.
• Сокращение отходов: Высокая точность позволяет сократить количество брака и отходов материалов.
• Ускоренная окупаемость инвестиций: Повышение производительности и снижение удельных затрат сокращают срок окупаемости инвестиций.

Надежный выбор для оптимизации рентабельности инвестиций

Долгосрочная надежность и эффективность работы важны при определении окупаемости инвестиций (ROI) в автоматизацию. Клиентская база Omch насчитывает более 72 000 человек по всему миру и более 3000 SKU. Наша продукция имеет международные сертификаты, включая CCC, CE, RoHS и ISO9001. Качество промышленной автоматизации и низковольтной электротехнической продукции Omch гарантирует стабильную работу систем в течение долгого времени, что сводит к минимуму время простоя. Это напрямую повышает производительность и энергопотребление, тем самым ускоряя окупаемость инвестиций.

Пошаговая автоматизация промышленного процесса

Успешное внедрение автоматизации - это систематический проект, который обычно подразделяется на следующие виды автоматизации промышленных процессов:

1. Технико-экономическое обоснование и анализ требований

• Цель: Определите, какие процессы можно автоматизировать. Установите четкие цели эффективности (KPI) и бюджет.
• Деятельность: Анализировать существующие процессы, выявлять узкие места и проводить финансовую оценку (анализ рентабельности инвестиций).

2. Проектирование и спецификация системы

• Цель: Определите тип автоматизации, архитектуру системы и необходимые компоненты.
• Деятельность: Выберите платформу управления (ПЛК или DCS), разработайте логику управления и нарисуйте принципиальные и компоновочные схемы.

3. Закупка и интеграция компонентов

• Цель: Приобретите все оборудование и программное обеспечение. Начните установку и интеграцию.
• Деятельность: Закупка датчиков, исполнительных механизмов, контрольного оборудования и систем электрораспределения. Выполните механическую установку и электропроводку.

Упрощение закупок, ускорение интеграции

Этап закупки и интеграции компонентов обычно связан с проблемами межбрендовой совместимости и задержками в цепочке поставок. Omch является полным производителем промышленной автоматизации и низковольтной электротехнической продукции, предоставляя универсальное решение, начиная с распределения питания (MCB, ATSE) и управления (реле, переключатели). У нас более 3000 наименований продукции и 7 производственных линий, которые обеспечивают быструю доставку. Кроме того, у нас 86 филиалов в Китае и дистрибьюторская сеть в более чем 70 странах/регионах, которые обеспечивают быструю доставку и локализованную техническую поддержку. Это значительно упрощает цепочку поставок для заказчика и ускоряет реализацию проекта.

4. Программирование и отладка

• Цель: Перевод логики управления в программный код. Выполнение функционального тестирования на месте.
• Деятельность: Написание программ ПЛК, настройка интерфейсов HMI/SCADA, проверка входов/выходов (I/O) и тесты на безопасность.

5. Ввод в эксплуатацию и оптимизация

• Цель: Запустите систему в производство. Постоянно настраивайте ее для достижения оптимальной производительности.
• Деятельность: Обучение операторов, предоставление документации, постоянный мониторинг данных и оптимизация производительности.

Приложения Технология промышленной автоматизации

Технология промышленной автоматизации распространилась практически на все отрасли производства и технологические процессы. Вот несколько ключевых примеров:

1. Автомобильное производство

• Применение: Широкое использование стационарной автоматики и промышленных роботов. Роботы выполняют высокоточную сварку, покраску и сложную сборку.
• Ценность: Обеспечивает постоянную жесткость кузова и качество покраски; значительно сокращает производственные циклы.

2. Еда и напитки

• Применение: Использует программируемую автоматику и гибкую автоматику для высокоскоростной фасовки, упаковки, сортировки и контроля качества.
• Ценность: Обеспечивает гигиену продукции и прослеживаемость партий; использует машинное зрение для обнаружения дефектов.

3. Логистика и складирование

• Применение: Автоматизированные управляемые транспортные средства (AGV), челноки и высокоскоростные сортировщики. Это относится к категории комплексной автоматизации.
• Ценность: Оптимизация использования складских площадей; возможность круглосуточной работы без персонала или с минимальным количеством персонала, что повышает скорость обработки заказов.

4. Перерабатывающая промышленность

• Применение: В таких отраслях, как нефтяная, химическая и энергетическая, в основном используются системы DCS и стационарная автоматика для непрерывного контроля температуры, давления и расхода.
• Ценность: Обеспечивает безопасность производства и максимальную энергоэффективность.

Преодоление ключевых вызовов: Интеграция и кибербезопасность

При внедрении автоматизации компаниям необходимо решить основные проблемы:

1. Сложность системной интеграции

• Вызов: Между операционными технологиями (OT) и корпоративными информационными технологиями (IT) традиционно существует информационная изоляция. Программное и аппаратное обеспечение, поставляемое другими поставщиками, трудно интегрировать.
• Решение: Применяйте стандартизированные протоколы связи (например, OPC UA). Выбирайте поставщиков, которые могут предоставить полный спектр решений.

Упрощение интеграции, гарантия совместимости

Omch является комплексным производителем и обладает особыми преимуществами в решении вопросов интеграции. Наши продукты для автоматизации и низковольтные электротехнические изделия совместимы и стандартизированы. Это позволяет значительно сократить объем работ, которые приходится выполнять заказчикам для согласования и интеграции различных подсистем (питания, распределения, управления). Мы ориентируемся на полный охват / мульти-категорию / мульти-спецификацию, чтобы наши клиенты не попали в ловушку совместимости при закупках у разных брендов.

2. Риски кибербезопасности

• Вызов: Индустрия 4.0 открывает доступ ОТ-системам в интернет, и они становятся подвержены кибератакам, что ставит под угрозу безопасность производства.
• Решение: Соблюдайте промышленные стандарты безопасности, такие как IEC 62443. Установите сегментацию сети и промышленные брандмауэры. Проводите частые аудиты безопасности.

3. Пробелы в навыках

• Вызов: Для автоматизации требуются высококвалифицированные технические специалисты с междисциплинарными знаниями (механика, электрика, программирование, анализ данных). Таких специалистов не хватает.
• Решение: Инвестируйте в переподготовку и повышение квалификации сотрудников. Формировать долгосрочные отношения с поставщиками по технической поддержке. Быстрое реагирование 24/7 и полная поддержка процесса (от выбора продукта до поддержки решения), предлагаемые Omch, призваны дополнить требования клиентов к технической поддержке.

Перспективы на будущее: Индустрия 4.0 и далее

Будущее промышленной автоматизации - это интеллект и автономность. Будущие тенденции будут сосредоточены на этих основных технологиях:

1. Искусственный интеллект и машинное обучение (AI/ML): Вместо анализа данных ИИ перейдет к управлению и принятию решений. Это позволит добиться самоадаптивного управления, интеллектуального планирования и более точного предиктивного обслуживания. Системы будут самооптимизироваться.
2. Цифровой близнец: Благодаря созданию идеальной цифровой копии физических объектов в виртуальной среде предприятия могут моделировать, экспериментировать и оптимизировать всю производственную линию до ее внедрения. Это позволяет сэкономить много рисков и средств.
3. Пограничные вычисления: Обработка данных приближается к системам управления на заводе, обеспечивая управление и принятие решений в реальном времени со сверхмалой задержкой. Это необходимо для высокопроизводительных систем автоматизации.
4. Сотрудничество человека и робота (HRC): Коботы станут нормой. Они будут работать в безопасной среде с людьми, с человеческой когнитивной гибкостью и машинной силой и точностью.

Автоматизация в промышленности движется от концепции машин, выполняющих заранее определенные задачи, к концепции систем, которые обучаются и оптимизируются самостоятельно. Это означает, что будущие элементы автоматизации должны быть не только надежными, но и хорошо соединяемыми и способными обрабатывать данные, чтобы поддерживать видение Индустрии 5.0.