Примеры программируемой автоматизации: Исчерпывающее руководство по современному производству

Что такое программируемая автоматизация? Программируемая автоматизация - это тип системы автоматизации, в которой производственное оборудование управляется компьютерной программой, которую можно переписать под разные задачи и разные продукты. В отличие от стационарной автоматизации, она позволяет производить большое количество продукции с минимальным вмешательством человека, что делает ее незаменимой в современном производстве.

В данном руководстве рассматриваются тонкости этой программируемой системы автоматизации, приводятся примеры промышленной автоматизации и примеры программируемой автоматизации, которые помогут производителям перейти к более гибкой и эффективной производственной среде.

Понимание программируемой автоматизации в современных промышленных условиях

По сути, программируемая автоматизация - это особый тип программируемых систем автоматизации, в которых производственное оборудование спроектировано таким образом, чтобы изменять порядок операций в соответствии с различными дизайнами продукции. Логика машины не “жестко встроена” в ее физические компоненты; вместо этого она управляется компьютерной программой системы управления - набором закодированных инструкций, которые могут быть переписаны и перезагружены.

В современной промышленности это означает разницу между станком, который может закрутить только определенный болт в конкретную дверь автомобиля, и роботизированной рукой, которую можно перепрограммировать на выполнение различных задач, таких как сварка, покраска или сборка различных деталей, в течение нескольких минут. Наиболее примечательной особенностью этой программируемой системы автоматизации является ее пригодность для серийного производства. После завершения производства “продукта А” система останавливается, загружается новая программа, можно поменять физические инструменты (этот процесс называется переналадкой), и начинается производство “продукта Б”.

Такое “разделение” логики управления и механического оборудования позволяет производителям реагировать на изменения рынка, не прибегая к дорогостоящему строительству новых сборочных линий для каждого незначительного изменения стиля продукции. Она представляет собой нечто среднее между ручным трудом и высокоскоростной, негибкой “фиксированной” автоматизацией, характерной для традиционной автомобильной промышленности.

Фиксированная автоматизация против программируемой и гибкой: Ключевые различия

Для того чтобы полностью понять преимущества программируемой автоматизации, важно сравнить ее с другими различными типами автоматизации: Стационарной и Гибкой автоматизацией. Эти виды автоматизации используются для различных целей в зависимости от объема производства и разнообразия выпускаемых изделий.

Совет эксперта: Выбор подходящего типа системы автоматизации зависит от количества партий и частоты переналадки.

Стационарная автоматизация идеально подходит для непрерывного производства, где требуется высокая производительность для одного продукта в течение длительного времени. Однако при изменении конструкции изделия автоматизированные машины, как правило, устаревают.

Программируемая автоматизация допускает разнообразие. Этот пример программируемой автоматизации показывает, что, хотя оборудование должно быть остановлено на время перепрограммирования и переналадки между партиями, оно обеспечивает необходимую гибкость для отраслей, где дизайн продукции часто меняется.

Гибкая автоматизация является продолжением программируемой автоматизации. Она позволяет производить различные виды продукции на одной линии в одно и то же время при минимальном вмешательстве человека, хотя обычно предполагает гораздо более сложную инфраструктуру и меньшее количество ручного труда.

Примеры из реального мира: Станки с ЧПУ, роботы и ПЛК

Три столпа систем промышленной автоматизации - станки с ЧПУ, промышленная робототехника и программируемые логические контроллеры (ПЛК) - наилучшим образом отражают практическую реализацию программируемых технологий. Эти системы позволяют заводам переключаться между различными задачами с минимальной физической перестройкой.

1. ЧПУ Обработка: Точность по требованию

Основа субтрактивного производства. Один из примеров программируемой автоматизации - аэрокосмический цех, который с помощью программного обеспечения переключается с лопаток турбин на охлаждающие отверстия.

• Аэрокосмические цеха: Рассмотрим предприятие, производящее компоненты для коммерческих самолетов. Утром 5-осевой фрезерный станок с ЧПУ может быть запрограммирован на вырезание сложной лопатки турбины из цельного блока инконеля. Во второй половине дня оператор загружает другой G-код Напильник, и тот же станок начинает сверлить точные отверстия для охлаждения в титановом лонжероне крыла.
• Производство медицинского оборудования: Программируемая автоматизация позволяет изготавливать продукцию с учетом индивидуальных особенностей пациента. Станки с ЧПУ способны сканировать 3D-изображение костной структуры пациента и автоматически создавать программу для фрезерования индивидуального ортопедического имплантата. Такое малосерийное производство с высокой степенью точности возможно только благодаря тому, что логика работы станка хранится не в физических кулачках или шестеренках, а в программном обеспечении.

2. Промышленные роботы: Многозадачные рабочие лошадки

Современные роботы работают как автоматические сборочные машины, обнаруживая шасси в автомобильной промышленности, чтобы настроить траекторию сварки без ошибок человека.

• Сборка автомобилей по смешанным моделям: На современной линии сборки автомобилей роботам часто приходится работать на одном конвейере с разными моделями автомобилей (например, с седаном, за которым сразу следует внедорожник). Поступающее шасси обнаруживается роботом с помощью программирование с учетом видения, Вызывается соответствующая программа “Путь сварки” и регулируется вылет и давление.
• Бытовая электроника Упаковка: В центре по продаже электроники роботизированная рука может провести первую половину смены, занимаясь комплектацией - выбирая смартфон, зарядное устройство и пару наушников для укладки в коробку. Когда акция заканчивается, робот перепрограммируется через программное обеспечение для автономного моделирования для укладки тяжелых ящиков с ноутбуками на транспортные паллеты. Физически робот остается прежним, меняется только его “поведенческий сценарий”.

3. ПЛК: Логический центр заводского цеха

При автоматизации складов и текстильного производства ПЛК являются "мозгом", объединяющим сбор данных с физическим движением.

• Текстильное производство и крафтовые пивоварни: В текстильной промышленности ПЛК управляют сложными узорами ткацких станков, а на пивоваренных заводах они автоматически изменяют скорость конвейера и время работы форсунок в зависимости от объема бутылок.
• Автоматизация склада: ПЛК управляют сложной логикой автоматизированных систем хранения и поиска (ASRS). В мире автоматизации складов инженеры могут включать новые координаты в код ПЛК, чтобы масштабировать объект без длительных простоев.

Сравнение реальных программируемых приложений

Чтобы еще больше прояснить место этих примеров, в следующей таблице приведены общие программируемые триггеры для каждого из них:

Используя эти три технологии, производители уходят от “жестких” производственных линий прошлого и переходят к модульному, программно-ориентированному будущему, где завод может адаптироваться к рынку в режиме реального времени.

Оптимизация серийного производства с помощью программируемого управления последовательностью операций

Оптимизация серийного производства - главная экономическая причина программируемой автоматизации. В таких отраслях, как фармацевтика, производство продуктов питания и напитков, швейная промышленность, продукция производится дискретными группами или “партиями”. Программируемое управление последовательностью действий автоматизирует переходные процессы, обеспечивая возможность применения одного примера программируемой автоматизации для различных рецептов.

Сложность перехода на новый режим работы

В традиционных установках переключение с партии “Клубничный йогурт” на партию “Греческий йогурт” может потребовать нескольких часов ручной регулировки и очистки клапанов. Программируемое управление последовательностью действий автоматизирует эти переходы.

• Автоматизированная уборка на месте (CIP): Программируемые системы способны выполнять точный цикл очистки, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение между партиями.
• Управление рецептами: Цифровые “рецепты”, хранящиеся в системе, позволяют мгновенно регулировать температуру, скорость смешивания и соотношение ингредиентов.

Программируемая автоматизация позволяет производителям получать прибыль от выпуска небольших партий продукции за счет сокращения времени, необходимого для замены изделий (время наладки). Это приводит к снижению расходов на складские запасы и сокращению времени вывода на рынок новых продуктов.

Анализ затрат и выгод: Расчет окупаемости инвестиций и затрат на простои

Программируемая автоматизация - это крупные капитальные вложения. Чтобы оправдать их, производители должны рассчитать рентабельность инвестиций (ROI), обратив внимание на экономию затрат, сокращение ручного труда и повышение эффективности.

Сайт ROI Формула

Приобретения включают:

1. Экономия труда: Исключение ручных операторов при выполнении повторяющихся задач.
2. Увеличение Пропускная способность: Машины работают 24 часа в сутки 7 дней в неделю при минимальном вмешательстве человека.
3. Качество продукции: Улучшенный контроль качества значительно снижает количество “брака” и повторных работ.
4. Гибкость Значение: Возможность заключать различные контракты без приобретения нового оборудования.

Скрытые расходы: Время простоя

Хотя программируемая автоматизация эффективна, она также сложна. Незапланированные простои-когда система выходит из строя из-за неисправного датчика или скачка напряжения - может стоить крупным производителям тысячи долларов в минуту.

• Запланированное время простоя: Перепрограммирование и смена инструментов.
• Незапланированные простои: Отказ оборудования.

Чтобы добиться максимальной окупаемости инвестиций, производители должны расставить приоритеты надёжность системы. Это достигается за счет использования компонентов промышленного класса, таких как стабилизированные источники питания и долговечные концевые выключатели, рассчитанные на миллионы циклов в жестких условиях эксплуатации.

За пределами G-кода: Интеграция искусственного интеллекта и совместной робототехники

Будущее производственного процесса за тем, чтобы сделать системы “умнее” с помощью искусственного интеллекта. Мы движемся к адаптивной автоматизации, когда программируемая система автоматизации может учиться на основе окружающей среды, чтобы уменьшить количество человеческих ошибок и повысить экономию средств.

1. ИИ и Машинное зрение: Роботизированная рука с искусственным интеллектом может обнаруживать произвольно ориентированные объекты на конвейерной ленте и изменять их захват в режиме реального времени, не требуя вмешательства человека для выравнивания.
2. Коллаборативные роботы (Cobots): Они предназначены для работы с людьми, используя упрощенные программные интерфейсы, которые позволяют малым и средним предприятиям внедрять автоматизацию без опыта программирования высокого уровня.

Стратегическое внедрение: Переход от ручного управления к программируемому

Переход от ручной системы к программируемой требует разработки дорожной карты, направленной на сокращение вмешательства человека при одновременном повышении качества продукции.

Составление карты производственного процесса для автоматизации

Решение о переходе от цеха с ручным управлением к программируемому оборудованию не может быть принято в одиночку. Оно предполагает тщательный аудит того, что вы делаете сейчас, чтобы убедиться, что автоматизация приносит реальную отдачу. Неудачи большинства производителей связаны не с тем, что они приобрели не того робота, а с тем, что они упустили из виду “фундамент”, то есть ключевые компоненты, которые передают данные на логические контроллеры.

При составлении схемы рабочего процесса необходимо определить “Сладкое пятно”: задачи, которые отличаются высокой степенью смешивания (много вариаций), но средним объемом. Это те места, где ручной труд слишком медленный, а стационарная автоматизация слишком негибкая. Однако, составив карту этих процессов, вы быстро обнаружите, что программируемая система надежна лишь настолько, насколько надежно ее самое слабое звено. Роботизированная рука стоимостью $50 000 практически бесполезна, если она питается от ненадежного источника питания или активируется некачественным датчиком, который перестает работать через несколько тысяч циклов.

Поиск источников финансирования: Преимущество OMCH

Самая важная задача на этапе стратегического картирования - получить надежные элементы, обеспечивающие долгосрочную стабильность. Именно на этом этапе ОМЧ, мировой лидер в производстве компонентов для промышленной автоматизации с 1986, Мы можем стать ключевым партнером в вашем переходе. OMCH предлагает “органы чувств” и “нервную систему”, необходимые вашим программируемым машинам, с более чем 38 лет опыта и присутствие в более 100 стран.

• Создание надежного Инфраструктура: По мере выявления узких мест вам понадобится разнообразный набор компонентов для преодоления разрыва между программной логикой и физическим исполнением. В OMCH есть широкий ассортимент продукции из 3 000+ наименований состоящий из высокоточных датчики приближения, фотоэлектрические выключатели и энкодеры. Эти компоненты обеспечивают обратную связь в реальном времени, необходимую для ЧПУ и ПЛК для внесения изменений в доли секунды.
• Обеспечение Чистая энергия для логических плат: Программируемые контроллеры чувствительны к колебаниям мощности. Разнообразие импульсные источники питания и Питание AC-DC DIN-рейка Предложение OMCH гарантирует, что ваши “мозги” (ПЛК) будут питаться чистой энергией, устраняя дорогостоящие логические ошибки и “глюки”, которые поражают системы низкого класса.
• Глобальный авторитет и сертификация: Для того чтобы выстроить рабочий процесс по международным стандартам, необходимо иметь элементы, способные пройти любой аудит. Продукты OMCH поддерживаются с помощью ISO9001, Сертификаты CE, RoHS и CCC, Это означает, что ваша автоматическая линия будет соответствовать международным стандартам безопасности и производительности.
• Минимизация незапланированных простоев: Конечным продуктом картирования является увеличение времени безотказной работы. OMCH имеет 72 000+ клиентов по всему миру и 7 специализированных производственных линий, Мы не просто продаем запчасти, мы предлагаем страховочную сетку. У нас есть Гарантия 1 год и Оперативное реагирование 24/7 поддержка, а это значит, что в случае необходимости замены какого-либо компонента ваше производство не будет задерживаться неделями, что напрямую снизит рентабельность инвестиций.

Когда на этапе внедрения вы сочетаете высококачественные детали от авторитетного производителя, такого как OMCH, вы будете уверены, что “гибкость”, которую обещает программируемая автоматизация, подкреплена “надежностью”, которая прослужит десятилетия.

Будущее вашего предприятия с помощью масштабируемых решений автоматизации

Последним этапом перехода к программируемой автоматизации является обеспечение масштабируемость. По-настоящему современное предприятие использует модульные конструкции, чтобы адаптироваться к рынку промышленной автоматизации по мере его развития.

1. Выбор модульных компонентов: При выборе аппаратной основы остановитесь на модульных конструкциях. Использование стандартизированных датчиков и силовых модулей позволяет менять, модернизировать или расширять линии без необходимости переделки всего электрошкафа.
2. Переход к IIoT: Подготовка к будущему относится к подготовке Промышленный интернет вещей (IIoT). Современные программируемые системы позволяют датчикам не только активировать то или иное действие, но и предоставлять информацию о собственном здоровье. Основные источники данных, используемые в прогнозируемое обслуживание это высококачественные энкодеры и датчики, которые позволят вам заменить деталь до того, как она выйдет из строя и приведет к остановке линии.
3. Инвестиции в таланты и партнерство: Программируемая автоматика требует сотрудников, разбирающихся в программном обеспечении (G-код или лестничная логика) и аппаратном обеспечении. Наличие поставщика с поддержкой по всему миру и огромными запасами означает, что у вашей команды всегда будут средства для творчества и развития.

Заключение

Будущее автоматизации - за программируемыми системами, которые способствуют переходу от негибкого производства прошлого к гипергибкому производству будущего. Поняв эти примеры промышленной автоматизации и подкрепив их фундаментом из надежных компонентов, вы сможете построить производственную линию, которая будет столь же устойчивой, сколь и универсальной. Будь то автомобильная или пищевая промышленность, путь к успеху лежит через баланс между интеллектуальным программированием и надежностью деталей, обеспечивающих движение.

Готовы ли вы модернизировать свое производство? Свяжитесь с экспертами OMCH сегодня чтобы найти высокоточные компоненты, которые стабилизируют ваш путь к программируемой автоматизации.