تاريخ الأتمتة الصناعية وخصائصها وأنواعها وتطبيقاتها

ال الأتمتة الصناعية هي التكنولوجيا المستخدمة ، من خلال أنظمة التحكم مثل أجهزة الكمبيوتر والروبوتات وتقنيات المعلومات ، للسماح بالتشغيل التلقائي لمختلف الآلات والعمليات في صناعة ما ، دون الحاجة للمشغلين البشريين.

يسعى إلى استبدال عملية صنع القرار للبشر والأنشطة اليدوية للاستجابة للأوامر باستخدام المعدات الآلية وأوامر البرمجة المنطقية.

في السابق ، كان الغرض من الأتمتة هو زيادة الإنتاجية ، نظرًا لأن الأنظمة الآلية يمكن أن تعمل 24 ساعة في اليوم ، وتخفيض التكلفة المرتبطة بالمشغلين البشر ، مثل الرواتب والمزايا..

لقد تم تحقيق هذه الأتمتة بوسائل متعددة ، مثل الأجهزة الميكانيكية والهيدروليكية والهوائية والكهربائية والإلكترونية وأجهزة الكمبيوتر ، مجتمعة بشكل عام مع بعضها البعض.

من بين أدوات التحكم في الأغراض العامة للعمليات الصناعية: وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ، وحدات الإدخال / الإخراج المستقلة وأجهزة الكمبيوتر.

مؤشر

• 1 الوضع الحالي
• 2 التاريخ
  • 2.1 الثورة الصناعية
  • 2.2 فورد موتور
  • 2.3 التقدم في القرن العشرين
• 3 خصائص
  • 3.1 انخفاض تكاليف التشغيل
  • 3.2 إنتاجية عالية
  • 3.3 جودة عالية
  • 3.4 مرونة عالية
  • 3.5 دقة عالية من المعلومات
  • 3.6 اجراءات امنية مشددة
  • 3.7 التكلفة الأولية العالية
• 4 أنواع
  • 4.1 الأتمتة الثابتة
  • 4.2 التشغيل الآلي للبرمجة
  • 4.3 الأتمتة المرنة
• 5 تطبيقات
  • 5.1 الصناعة 4.0
  • 5.2 الروبوتات الصناعية
  • 5.3 وحدات تحكم المنطق القابلة للبرمجة
• 6 أمثلة
  • 6.1 أتمتة في أودي
  • 6.2 خط الانتاج الآلي
• 7 المراجع

الوضع الحالي

في الآونة الأخيرة ، وجد الأتمتة الصناعية قبولًا متزايدًا من قبل أنواع مختلفة من الصناعة ، نظرًا لفوائدها الهائلة في عملية التصنيع ، مثل زيادة الإنتاجية والجودة والمرونة والسلامة بتكاليف منخفضة..

كما أن لديها فوائد في توفير العمالة ، وتكاليف الكهرباء وتكاليف المواد ، وكذلك دقة أكبر في القياسات.

هناك اتجاه مهم يتمثل في زيادة استخدام الرؤية الاصطناعية لتوفير وظائف الفحص التلقائي. الاتجاه الآخر هو الزيادة المستمرة في استخدام الروبوتات.

أصبحت كفاءة الطاقة في العمليات الصناعية الآن واحدة من أعلى الأولويات.

على سبيل المثال ، تقدم شركات أشباه الموصلات تطبيقات متحكم 8 بت ، موجودة في أدوات التحكم في المحركات والمضخات للأغراض العامة ، لتقليل استهلاك الطاقة وبالتالي زيادة الكفاءة.

يظهر تقرير التنمية في العالم لعام 2018 الصادر عن البنك الدولي أدلة على أنه على الرغم من أن الأتمتة الصناعية تحل محل العمال ، فإن الابتكار يخلق صناعات ووظائف جديدة.

تاريخ

منذ نشأتها ، حققت الأتمتة الصناعية تطورات كبيرة بين الأنشطة التي تم تنفيذها سابقًا يدويًا.

ثورة صناعية

خلقت مقدمة المحركات الأولى والمحرك البخاري مطلبًا جديدًا لأنظمة التحكم الآلي ، مثل منظمات درجة الحرارة ومنظمات الضغط.

في عام 1771 تم اختراع أول مطحنة دورانية مؤتمتة بالكامل ، تعمل بالطاقة الهيدروليكية. في 1785 تم تطوير مطحنة أوتوماتيكية ، لتصبح أول عملية صناعية مؤتمتة بالكامل.

فورد موتور

في عام 1913 ، قدمت شركة فورد موتور خط تجميع لإنتاج السيارات والذي يعتبر أحد الأنواع الرائدة في الأتمتة في صناعة التصنيع.

قبل ذلك ، تم بناء سيارة من قبل فريق من العمال المهرة وغير المهرة. تحسنت أتمتة الإنتاج معدلات إنتاج فورد وزيادة الأرباح.

كان خط التجميع والإنتاج الضخم للسيارات هو الأول من نوعه في جميع أنحاء العالم. تقليل وقت تجميع السيارة من 12 ساعة لكل سيارة إلى حوالي ساعة ونصف.

التقدم في القرن العشرين

أصبحت غرف التحكم شائعة في العشرينات من القرن العشرين ، وحتى أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ، كانت التحكم في العملية متوقفة فقط.

في الثلاثينيات من القرن العشرين ، بدأ إدخال وحدات التحكم ، مع القدرة على إجراء تغييرات محسوبة استجابةً للانحرافات عن رقم التحكم.

استخدمت غرف التحكم أضواء ملونة مشفرة لإرسال إشارات إلى عمال المصانع لإجراء بعض التغييرات يدويًا.

خلال ثلاثينيات القرن العشرين ، كانت اليابان رائدة في تطوير المكونات. تم تطوير أول التبديل الجزئي ومرحلات الحماية وجهاز توقيت كهربائي عالي الدقة.

في عام 1945 ، بدأت اليابان برنامج إعادة الإعمار الصناعي. استند البرنامج إلى تقنيات جديدة ، على عكس الأساليب القديمة التي استخدمها بقية العالم.

أصبحت اليابان رائدة على مستوى العالم في الأتمتة الصناعية. يمكن لشركات السيارات مثل هوندا وتويوتا ونيسان إنتاج العديد من السيارات الموثوقة وعالية الجودة.

ملامح

المكننة هي التشغيل اليدوي لمهمة باستخدام الآلية الآلية ، ولكن اعتمادا على اتخاذ القرارات البشرية.

يمثل التنفيذ التلقائي خطوة إضافية نحو الميكنة ، لأنه يحل محل المشاركة البشرية باستخدام أوامر البرمجة المنطقية والآلات القوية.

انخفاض تكاليف التشغيل

مع الأتمتة الصناعية ، يتم التخلص من تكاليف الإجازات والرعاية الطبية والمكافآت المرتبطة بالعامل البشري. وبالمثل ، لا يتطلب الأمر مزايا أخرى يتمتع بها الموظفون ، مثل تغطية المعاشات التقاعدية والمكافآت وما إلى ذلك..

على الرغم من أن ذلك يرتبط بتكلفة أولية مرتفعة ، إلا أنه يوفر الراتب الشهري للعمال ، مما يؤدي إلى توفير كبير للشركة..

تكلفة الصيانة المرتبطة بالمعدات المستخدمة في التشغيل الآلي الصناعي أقل ، لأنها لا تتعطل عادة. إذا فشلوا ، يجب على مهندسي الكمبيوتر والصيانة فقط إصلاحه.

إنتاجية عالية

في حين أن العديد من الشركات تقوم بتوظيف المئات من العاملين في الصناعة لتشغيل المصنع ثلاث نوبات لمدة أقصاها 24 ساعة ، إلا أنه لا يزال يتعين إغلاقه بسبب العطلات والصيانة.

تلبي الأتمتة الصناعية هدف الشركة ، مما يسمح لمصنع التصنيع بالعمل لمدة 24 ساعة في اليوم و 7 أيام في الأسبوع و 365 يومًا في السنة. هذا يجلب تحسنا كبيرا في إنتاجية المنظمة.

جودة عالية

الأتمتة يسترضي الخطأ المتعلق بالإنسان. بالإضافة إلى ذلك ، لا تملك الروبوتات أي نوع من الإرهاق ، مما ينتج عنه منتجات ذات جودة موحدة ، وحتى التصنيع في أوقات مختلفة.

مرونة عالية

إذا تمت إضافة مهمة جديدة إلى خط التجميع ، فستكون مطلوبة للمشغل البشري للتدريب.

من ناحية أخرى ، يمكن برمجة الروبوتات للقيام بأي نوع من العمل. هذا يجعل عملية التصنيع أكثر مرونة.

دقة عالية من المعلومات

البيانات الآلية التي تم جمعها تسمح بتحليل معلومات التصنيع الرئيسية ، بدقة كبيرة من هذه البيانات ، مما يقلل من تكلفة التجميع.

هذا يسمح باتخاذ القرارات الصحيحة عند محاولة تحسين العمليات وتقليل الفاقد.

اجراءات امنية مشددة

يمكن أن تجعل الأتمتة الصناعية خط الإنتاج آمنًا للعمال عن طريق نشر الروبوتات للمناورة في المواقف الخطرة.

التكلفة الأولية العالية

الاستثمار الأولي المرتبط بالتغيير من خط إنتاج بشري إلى خط إنتاج تلقائي مرتفع للغاية.

بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب تدريب الموظفين على التعامل مع هذه المعدات الجديدة المتطورة تكاليف باهظة.

نوع

الأتمتة الثابتة

يتم استخدامه لتنفيذ العمليات المتكررة والثابتة من أجل تحقيق معدلات إنتاج عالية.

يستخدم جهاز غرض محدد لأتمتة عمليات التسلسل الثابت أو عمليات التجميع. يتم تحديد تسلسل العمليات من خلال تكوين الجهاز.

وترد الأوامر المبرمجة في الآلات في شكل التروس والأسلاك وغيرها من الأجهزة التي لا يمكن تغييرها بسهولة من منتج إلى آخر.

يتميز هذا النوع من الأتمتة باستثمارات أولية مرتفعة ومعدلات إنتاج عالية. لذلك ، فهي مناسبة للمنتجات المصنوعة بكميات كبيرة.

التشغيل الآلي للبرمجة

إنه شكل من أشكال الأتمتة لتصنيع المنتجات على دفعات. يتم تصنيع المنتجات على دفعات تتراوح بين عدة عشرات إلى عدة آلاف من الوحدات في وقت واحد.

لكل دفعة جديدة ، يجب إعادة برمجة معدات الإنتاج لتكييفها مع نوع المنتج الجديد. تتطلب عملية إعادة البرمجة هذه الوقت ، بعد فترة زمنية غير منتجة يتبعها عملية إنتاج لكل دفعة.

تكون معدلات الإنتاج أقل بشكل عام من التشغيل الآلي الثابت ، لأن الجهاز مصمم لتسهيل تغيير المنتج ، بدلاً من الحصول على تخصص للمنتج.

من أمثلة نظام التشغيل الآلي هذا آلات يتم التحكم بها رقميًا ، والروبوتات الصناعية ، ومصانع الصلب ، إلخ..

أتمتة مرنة

مع هذا النظام ، يتم توفير معدات التحكم الآلي ، والتي توفر مرونة كبيرة لإجراء التغييرات لكل منتج. بل هو امتداد للأتمتة للبرمجة.

عيب الأتمتة القابلة للبرمجة هو الوقت اللازم لإعادة برمجة معدات الإنتاج لكل دفعة جديدة من المنتج. هذا ضاع وقت الإنتاج ، وهو مكلف.

في الأتمتة المرنة ، تتم إعادة البرمجة بسرعة وتلقائية في محطة الكمبيوتر ، دون الحاجة إلى استخدام معدات الإنتاج على هذا النحو.

يتم إجراء هذه التغييرات من خلال التعليمات المقدمة في شكل رموز من قبل المشغلين البشريين.

وبالتالي ، ليس من الضروري تجميع المنتجات على دفعات. يمكن أن تنتج مزيجا من المنتجات المختلفة ، واحدة تلو الأخرى.

تطبيقات

الصناعة 4.0

يرتبط ظهور الأتمتة الصناعية ارتباطًا مباشرًا بـ "الثورة الصناعية الرابعة" ، والتي تعرف باسم Industry 4.0. في الأصل من ألمانيا ، يغطي Industry 4.0 العديد من الأجهزة والمفاهيم والآلات.

تعمل Industry 4.0 مع Internet of Things الصناعية ، وهو التكامل المثالي للعديد من الكائنات المادية على الإنترنت ، من خلال التمثيل الافتراضي ، مع البرامج / الأجهزة للاتصال من أجل إضافة تحسينات في عمليات التصنيع.

القدرة على إنشاء صناعة أكثر ذكاءً وأكثر أمانًا وأكثر تقدمًا ممكنة بفضل هذه التقنيات الجديدة. فتح منصة تصنيع أكثر موثوقية ، متسقة وفعالة من ذي قبل.

تغطي الصناعة 4.0 العديد من مجالات التصنيع وستستمر في ذلك مع مرور الوقت.

الروبوتات الصناعية

الروبوتات الصناعية هي فرع من الأتمتة الصناعية التي تساعد في عمليات التصنيع المختلفة ، مثل الآلات واللحام والطلاء وتجميع ومناولة المواد.

تستخدم الروبوتات الصناعية أنظمة ميكانيكية وكهربائية وبرمجيات مختلفة للسماح بالدقة والسرعة العالية ، والتي تتجاوز بكثير أي أداء بشري.

تمت مراجعة هذه الأنظمة وتحسينها إلى درجة أن الروبوت الواحد يمكن أن يعمل 24 ساعة في اليوم مع صيانة قليلة أو معدومة. في عام 1997 كان هناك 700000 روبوت صناعي قيد الاستخدام ، ارتفع العدد إلى 1.8 مليون في عام 2017.

وحدات تحكم منطق قابلة للبرمجة

تتضمن الأتمتة الصناعية وحدات تحكم منطق قابلة للبرمجة (PLC) في عملية التصنيع. يستخدم هؤلاء نظام معالجة يسمح بتغيير عناصر التحكم في المدخلات والمخرجات ، عن طريق برمجة بسيطة.

يمكن لـ PLC تلقي مجموعة متنوعة من المدخلات وإرجاع مجموعة متنوعة من مخرجات المنطق. أجهزة الإدخال عبارة عن أجهزة استشعار وأجهزة الإخراج هي محركات وصمامات وما إلى ذلك..

PLCs تشبه أجهزة الكمبيوتر. ومع ذلك ، في حين تم تحسين أجهزة الكمبيوتر لإجراء العمليات الحسابية ، يتم تحسين PLCs لمهام التحكم واستخدامها في البيئات الصناعية.

تم تصميمها بطريقة تحتاج فقط إلى معرفة أساسية بالبرمجة القائمة على المنطق للتعامل مع الاهتزازات ودرجات الحرارة المرتفعة والرطوبة والضوضاء.

أكبر ميزة تقدمها PLCs هي مرونتها. يمكنهم تشغيل مجموعة من أنظمة التحكم المختلفة. أنها تجعل من غير الضروري تجديد أسلاك نظام لتغيير نظام التحكم. هذه المرونة تجعلها مربحة للأنظمة المعقدة والمتنوعة.

أمثلة

في صناعة السيارات ، تم تركيب المكابس في المحرك يدويًا ، بمعدل خطأ قدره 1-1.6٪. حاليًا ، تتم هذه المهمة نفسها باستخدام جهاز آلي ، حيث يبلغ معدل الخطأ 0.0001٪.

يتم استخدام الذكاء الاصطناعي (AI) مع الروبوتات لإنشاء علامات تلقائية ، واستخدام أذرع آلية كأداة لتطبيق الملصقات الأوتوماتيكية ، و AI لاكتشاف المنتجات المراد تصنيفها.

أتمتة في أودي

في مصنع أودي في ألمانيا ، يساوي عدد الروبوتات 800 موظف تقريبًا. إنهم يقومون بمعظم العمل الشاق ، وكذلك اللحامات الخطرة المحتملة ، وكذلك الاختبارات المتكررة المملة.

من بين مزايا الأتمتة في Audi إنتاجية أعلى ومتطلبات أقل للعمال دون تدريب.

الروبوتات المستخدمة في أودي ليست مسؤولة فقط عن العمل الخطير الذي قام به الموظفون غير المدربين من قبل ، بل تجمع أيضًا كمية كبيرة من البيانات التي يمكن تحليلها واستخدامها لتحسين تشغيل المصنع.

ومع ذلك ، لا تزال هناك مهام لا تستطيع الروبوتات القيام بها والبشر أكثر استعدادًا للتعامل معها.

من خلال الاضطلاع بالمهام الأكثر خطورة وتحسين كفاءة وإنتاجية هذه المهام ، يمكن لـ Audi جذب المزيد من العاملين المدربين تدريباً عالياً والمتخصصين لأداء المهام التي تركز على الإنسان.

خط الانتاج الآلي

يتكون من سلسلة من محطات العمل المتصلة بنظام النقل لنقل الأجزاء بين المحطات.

إنه مثال للأتمتة الثابتة ، حيث يتم تكوين هذه الخطوط عادةً لعمليات الإنتاج الطويلة.

تم تصميم كل محطة لإجراء عملية معالجة محددة ، بحيث يتم تصنيع القطعة أو المنتج خطوة بخطوة ، حيث تتحرك على طول الخط.

في التشغيل العادي للخط ، تتم معالجة قطعة في كل محطة ، بحيث تتم معالجة العديد من القطع في وقت واحد ، وتنتج قطعة نهائية مع كل دورة من الخط.

يجب أن تكون العمليات المختلفة التي تحدث متسلسلة ومنسقة بشكل صحيح حتى يعمل الخط بكفاءة.

يتم التحكم في الخطوط الآلية الحديثة بواسطة وحدات تحكم منطق قابلة للبرمجة. يمكن أن تؤدي هذه الأنواع من وظائف توقيت وتسلسل المطلوبة لتشغيلها.

مراجع

1. تيري م. بري (2018). ما هو الأتمتة الصناعية؟ المؤكد شركة الضوابط مأخوذة من: surecontrols.com.
2. ويكيبيديا ، الموسوعة المجانية (2018). التنفيذ. مأخوذة من: en.wikipedia.org.
3. التكنولوجيا الكهربائية (2018). ما هو الأتمتة الصناعية | أنواع الأتمتة الصناعية. مأخوذة من: electricaltechnology.org.
4. يونترونيكس (2018). ما هو الأتمتة الصناعية؟ مأخوذة من: unitronicsplc.com.
5. موسوعة بريتانيكا (2018). تطبيقات الأتمتة والروبوتات. مأخوذة من: britannica.com.
6. آدم روبنسون (2014). الأتمتة الصناعية: تاريخ موجز لتطبيق التصنيع والحالة الراهنة والتوقعات المستقبلية. Cerasis. مأخوذة من: cerasis.com.
7. النسر تكنولوجيز (2013). أتمتة المصنع ، على سبيل المثال الألمانية. مأخوذة من: eagletechnologies.com.