Автоматизация производства

Расскажем, что такое АТПП. Типы, уровни и системы автоматизации производства. Их преимущества и 5 этапов автоматизации производственных процессов

Автоматизация производственных процессов: этапы и преимущества

При увеличении объёмов производства нужно выполнять больше действий, проводить больше проверок и работать с большим количеством данных. Усложняется управление, растёт вероятность ошибок и задержек.

Автоматизация ускоряет процессы, обеспечивает стабильное качество продукции, а также повышает безопасность работы персонала. В этой статье рассказываем, что такое автоматизация производства, чем отличаются её виды и как внедрить технологии в свои процессы.

Что такое автоматизация производства

В промышленности используют аббревиатуру АТПП — автоматизация технических процессов и производств. Она охватывает сами операции и структуру управления, которая обеспечивает слаженную работу оборудования и повышает общую эффективность.

Например, на заводе по выпуску автомобилей промышленные роботы собирают кузовы машин. Они сваривают металлические элементы, устанавливают двери, окрашивают детали. Компьютерная система проверяет качество лакокрасочного покрытия, после чего роботы полируют автомобили. Человек не тратит время на рутинные действия, не выполняет тяжёлую работу, а только контролирует действия машин.

Современные принципы автоматизации

Автоматизация производственных процессов строится на нескольких принципах. Они помогают организовать эффективную работу с минимальным вмешательством человека.

— Комплексная интеграция

Роботизированные комплексы, компьютеры, датчики, программы объединяются в единую систему. К ней можно быстро подключить любую новую технику.

— Согласованность и гибкость

Действия системы должны быть согласованы: каждый робот и программа знают, что ему делать. Если возникнет потребность, их можно адаптировать под выпуск других товаров.

— Независимое выполнение

Машины выполняют задачи сами, а персонал в основном наблюдает за их работой, контролирует качество. Это снижает влияние человеческого фактора на результат, освобождает людей от рутины.

— Завершённость

Процесс происходит в рамках одного комплекса. Например, одно и то же оборудование обрабатывает несколько типов сырья.

— Стандартизация и минимум дополнительной работы

Технические средства и процессы работают по единым стандартам. После запуска не приходится тратить много времени на доработки или ремонт, всё уже подготовлено для производства товаров.

Цели автоматизации

Внедрение автоматизации ускоряет выпуск товаров, упрощает его, помогает справляться с рутинными задачами быстрее. В итоге продуктивность компании растёт.

Среди основных целей использования программ и машин можно выделить такие.

Сократить издержки

Автоматизированное производство помогает предприятию тратить меньше денег: «умные» системы сами следят за количеством материалов, их движением на складе. Уменьшается число ошибок при закупках сырья, потерь, недостач.

Если оборудование выполняет несколько задач, предприятие снижает расходы на обслуживание техники. В итоге оно экономит на сырье, хранении материалов, устранении неполадок.

Увеличить доходы

Предприятие может увеличить объёмы выпуска товаров высокого качества в единицу времени. Например, автоматическая линия по выпуску хлеба печёт больше буханок за сутки, чем это мог бы сделать пекарь вручную. У компании появляется возможность продавать продукцию более крупными партиями и увеличивать выручку.

Не вредить экологии

Системы автоматизации производства положительно влияют на окружающую среду. Например, оборудование само по себе отключается в режиме простоя, то есть расходует меньше электричества. Также с помощью автоматических мер контроля качества предприятия сокращают количество брака и отходов.

Повысить безопасность технологических процессов

Теперь опасные задачи выполняет техника, а не человек. В металлургической или машиностроительной промышленности робот-манипулятор загружает тяжёлые металлические заготовки для термической обработки. Это снижает риск несчастных случаев, травм.

Виды автоматизации

Вид автоматизации производства зависит от его задач, объёмов и требований к продукции.

— Фиксированная

Завод или линия изначально спроектированы для выпуска товаров определённого типа. Станки, роботы, конвейеры настроены так, чтобы делать одну и ту же операцию без изменений.

Этот способ подойдёт, когда требуется быстро производить, например, определённую модель автомобиля, батарейки или стандартные детали. Но если нужно что-то изменить в продукте или начать выпускать другую продукцию, перенастроить такую линию сложно.

— Гибкая

Это комплекс, который можно быстро переналадить под выпуск разных товаров. В таких производствах используются универсальные станки с числовым программным управлением, роботы, системы управления производственными процессами. Оператор может изменить программу или внести настройки — тогда линия начинает делать другой продукт или выполнять новую задачу.

Гибкая автоматизация подходит для выпуска небольших партий или часто меняющихся товаров в электронике, текстильной, пищевой промышленности и т. д.

Стоимость одной детали обычно выше, чем при массовом выпуске на жёстких линиях.

— Программируемая

Главный элемент комплекса — программируемый логический контроллер или ПЛК. Это промышленный компьютер, который управляет роботами, станками, транспортёрами. Оператор вводит нужный для задачи набор инструкций, а машины начинают их выполнять. Если нужно изменить продукт, достаточно включить другую программу, а также немного перенастроить технику.

Этот вид автоматизации процессов производства использует предприятие, которое выпускает товары на заказ. Такие системы легко переключаются между разными заданиями, но это требует времени на программирование и наладку.

Типы автоматизации

Чтобы облегчить ручной труд, используют разные виды техники и программ — от простых станков до сложных компьютерных систем.

Одно предприятие может применять несколько типов автоматизации производства. Это зависит от его задач, масштабов, специализации. Например, в небольших компаниях могут использовать только станки с числовым программным управлением.

В более крупных обычно сочетают несколько типов. Станки работают вместе с промышленными роботами. Программы проектируют детали, планируют объём выпуска, а также ведут учёт выпуска продукции.

Машины с числовым программным управлением (NC)

Это устройства, которые работают по заранее заданной программе. Они выполняют операции с высокой точностью. Человеку нужно настроить оборудование, запустить программу, а затем следить за качеством готовых деталей.

Рабочий может контролировать действия нескольких станков. Машину легко перенастроить на другой продукт — достаточно просто изменить программу.

Роботы

Таких помощников ставят на участках с опасными условиями, а также там, где необходима точность работы. Роботы выполняют разные задачи: сварку, сортировку, упаковку, сборку товаров.

Некоторыми из них управляет оператор: человек задаёт команды и следит за работой. Есть и полностью автоматические устройства. Они выполняют задания по программе без постоянного вмешательства человека. Если нужно что-то изменить или внести поправки, тогда подключается специалист.

На каждом производственном предприятии есть склад. Здесь хранят, сортируют, отправляю готовую продукцию покупателям. Управлять складами можно с помощью умных роботов от Яндекс Роботикс. Они берут на себя рутинные задачи: проводят инвентаризацию, сортируют товары, перемещают их между зонами хранения.

Например, пикер — интеллектуальный помощник для сортировки и комплектации товаров. Такой робот самостоятельно собирает их, размещает их по нужным ячейкам, сортирует, готовит к передаче оператору. Это особенно полезно в периоды большой нагрузки или при недостатке персонала на складе.

Другое устройство — паллетайзер — укладывает коробки, мешки, бутылки на поддоны. Он справляется с тяжёлой и однообразной работой без ошибок. Паллетайзер используют в различных отраслях: от пищевой промышленности до строительных холдингов. Решение позволяет ускорить отгрузку, а также снизить физическую нагрузку на сотрудников.

Информационные технологии

Это использование компьютеров и программного обеспечения (ПО) для работы с данными. Основная задача IT-технологий как средств автоматизации производства — не физическое перемещение или обработка материалов, а «умственная» деятельность: сбор, хранение, анализ, передача информации.

IT-решения предприятия выполняют широкий круг функций:

• Управляют складскими запасами, ведут учёт материалов.

• Планируют потребность в готовой продукции.

• Распределяют производственные задачи.

• Ведут учёт ремонтов.

• Отслеживают выполнение заказов.

• Помогают оформить отгрузку и проконтролировать доставку товаров.

Пример IT-решения — система управления роботами Yandex RMS. Она распределяет задания между устройствами, следит за маршрутами и загрузкой каждого, помогает выполнять заказы. Yandex RMS интегрируется в IT-структуру предприятия, подходит для масштабируемых решений.

Применение систем автоматизированного проектирования

При выпуске высокоточной и сложной продукции большую роль играют специальные программные комплексы, известные как системы автоматизированного проектирования — САПР.

Они включают в себя разные виды программ:

CAD (computer-aided design)
Помогает разрабатывать чертежи и 3D-модели будущих изделий. С её помощью компания может наглядно представить конечный продукт до начала его выпуска.
CAM (computer-aided manufacturing)
Управляет выпуском деталей на основе 3D-модели, созданной в CAD. Позволяет минимизировать человеческий фактор, снижает вероятность ошибок при обработке материалов.
CAE (computer-aided engineering)
Проводит инженерный анализ. С помощью программы можно проверить прочность, надёжность, устойчивость, а также поведение модели до выпуска опытного образца. Это экономит ресурсы и позволяет заранее предусмотреть сложности.

С помощью САПР инженеры могут быстро создавать новые детали, тестировать работу сложных механизмов. Программные комплексы позволяют легко вносить изменения в готовые образцы. Также можно повторно использовать уже созданные элементы в других проектах.

Гибкие производственные системы (FMS)

Эти комплексы объединяют оборудование и программы так, что всё производство легко наладить под разные задачи. FMS позволяют быстро переходить от изготовления одного продукта к другому, менять порядок операций в зависимости от поступающих заказов. Если нужно, система сама перестраивает рабочий процесс под новые требования или нестандартные ситуации.

Когда на линии случается сбой или выходит из строя отдельный станок, FMS обычно продолжают действовать за счёт распределения заданий между остальными машинами. Это помогает избегать долгих остановок и снижает потери от простоев.

Этот подход особенно полезен там, где выпускаемые товары часто меняются или сразу приходится выполнять заказы для разных клиентов. С FMS производство становится более гибким и устойчивым.

Системы компьютерного интегрирования (CIM)

CIM объединяет все этапы работы предприятия — от создания изделия до его продажи — в одну цифровую систему. Здесь автоматизировано не только само производство: программы управляют складом, поставками, финансами, качеством.

Все данные собраны в единой базе, а разные отделы могут мгновенно получать нужную информацию друг о друге. Например, менеджеры по продажам могут узнать, на каком этапе изготовление заказа или сколько готовой продукции передано на склад.

Когда всё предприятие работает в такой системе, человеческих ошибок становится меньше, а процессы идут практически без задержек.

Уровни автоматизации

Автоматизация производства в России набирает обороты — крупные заводы и фабрики стремятся автоматизировать большинство процессов. Например, на линиях по выпуску электроники автоматически выполняется почти каждый этап: роботы монтируют микросхемы, а для проверки качества используют решения на основе компьютерного зрения. Люди здесь контролируют работу оборудования и программ, обслуживают механизмы.

Но уровень автоматизации до сих пор различается в зависимости от размера предприятия и отрасли. На небольших фабриках и сегодня используют отдельные станки с NC, а многие операции по-прежнему выполняются вручную.

Есть четыре основных уровня автоматизации. Они показывают, насколько активно предприятие пользуется программами и техническими средствами.

— Нулевая

На производстве нет сложных станков, компьютерных программ, роботов. Сотрудники всё делают вручную. Обычно так бывает, если внедрять интеллектуальные устройства невыгодно или ручной труд просто нужен — например, в творчестве или уникальных ремёслах. Фактически в промышленности такой уровень встречается очень редко.

Он характерен, например, для таких бизнесов:

• ручной сборки сувениров или изделий народного промысла

• мини-пекарен, где хлеб месят, формуют и выпекают вручную

• мастерских по пошиву костюмов на заказ

— Частичная

Оцифровывают отдельные операции, а часть работы делают люди. Например, на заводе могут использовать фрезерный станок с числовым управлением: оператор запускает программу, отслеживает процесс, а саму обработку детали выполняет машина.

Примеры частичной автоматизации производства — это:

• Сборочный конвейер, где транспортёр двигает заготовки. Сотрудники закручивают винты, тестируют и проверяют качество

• Автоматическая линия упаковки, где робот заворачивает товар, а работник укладывает его в коробки

— Комплексная

На этом уровне автоматизируют целый участок, цех или линию. Машины и ПО работают почти полностью самостоятельно. Человек вмешивается только для наладки, контроля или устранения неполадок.

Примеры:

• Линия по розливу напитков: бутылки автоматически самостоятельно подаются, в них заливается жидкость. Бутылки закрываются и маркируются без участия персонала

• Автомобильный завод, где сварочные и покрасочные цеха полностью работают с помощью робототехники

• Линия по выпуску микросхем: роботы наносят материалы, собирают детали, проверяют качество

Полная

Все задачи — от запуска до проверки качества — делают машины и ПО без помощи людей. Они планируют объём производства, выполняют операции и оценивают результат. Полностью автоматическая линия по производству открывашек для бутылок представила австрийская WITTMANN Group.

Всё работает так: робот сам кладёт нужные детали и плёнку в форму для литья. Дальше машина автоматически заливает первую часть изделия из пластика. Затем форма поворачивается, в неё заливается второй материал. Готовые открывалки выкладываются на ленту, откуда их забирают для упаковки. Весь процесс происходит без участия людей — от начала и до конца работают только техника и программы.

В реальности полная автоматизация производства встречается редко. Чаще используют смешанные решения, где часть процессов делает техника, а часть остаётся за людьми.

Преимущества автоматизации

Основные преимущества автоматизации производства:

Растёт производительность
Машины не устают, не нуждаются в перерывах.
Снижаются расходы
Предприятия тратят меньше сырья и времени на выпуск товаров, снижается количество брака.
Повышается безопасность сотрудников
Тяжёлая и рискованная работа переходит к технике.
Легче менять товарную линейку
Оборудование можно перенастроить для выпуска новых видов товаров.
Проще контролировать процессы
Руководству легко отслеживать этапы производства и быстро реагировать на изменения.

5 этапов автоматизации

Переход на работу с автоматическими системами требует времени и включает ряд шагов. Вот основные этапы автоматизации производства:

Этап 1. Определение целей

Сначала руководители компании решает, с какой целью нужно внедрить технологии. Например, хотят быстрее выпускать товары, уменьшить ошибки, сделать производство дешевле или начать производить что-то новое. Нужно заранее понять, какой результат нужен.

Этап 2. Разработка стратегии

Стратегию вырабатывают поэтапно:

• Сначала смотрят, как сейчас всё устроено на предприятии

• Ищут слабые места в производстве — где бывают задержки, ошибки или лишние траты

• Решают, что необходимо автоматизировать в первую очередь.

• Разрабатывается план по внедрению автоматизированных систем

Затем можно переходить к следующему этапу.

Этап 3. Выбор оборудования

Выбирают машины, станки, датчики, контроллеры, конвейеры. Ещё нужны программы, которые будут помогать управлять процессом.

Предприятие может внедрить автоматизированную производственную линию или технологии в отдельный процесс. Например, если раньше рабочий вручную собирал детали в один продукт, теперь эту задачу можно поручить роботу-сборщику, который соединяет детали между собой. Если нужно следить за температурой или давлением, устанавливают автоматические датчики, а их показатели сразу появляются на компьютере сотрудника.

Этап 4. Проектирование

Разработчики создают подробный проект: рисуют схемы, распределяют аппаратные и программные средства, указывают, какие действия будут выполняться автоматически. В проекте отражают:

• перечень техники, программ

• контрольные точки — критически важные этапы проекта

• схему расстановки новых линий, станков, конвейеров

• ответственных сотрудников, которые будут следить за внедрением

Этап 5. Поиск подрядчика

На этом этапе нанимают частных специалистов или обращаются к фирме, которая устанавливает оборудование, программы, тестирует их работу, обучает сотрудников. Надёжный подрядчик — тот, кто выполняет обещанное в срок, не подводит. Он знает своё дело, помогает выбрать технику и ПО, отвечает за результат, быстро реагирует на сбои и всегда на связи.

Специалисты производственной компании:

Пишут подробное техническое задание.
Составляют список фирм-подрядчиков, анализируют их опыт на похожих проектах, смотрят портфолио, читают отзывы.
Сравнивают коммерческие предложения по цене, срокам, деталям.
Обсуждают план внедрения, договариваются о программе обучения для сотрудников.
Определяют, кто будет обслуживать оборудование, отвечать за ремонт, как быстро подрядчик должен реагировать на сбои.
Изучают способы защиты техники и программного обеспечения: антивирусы, резервные копии, аварийное отключение.
Согласовывают условия договора: сроки, ответственность сторон, оплату, гарантии.

Возможности Яндекс Роботикс

Сырьё, запчасти, готовые товары хранятся на складе компании. Здесь много рутинной работы: нужно перевозить коробки, пересчитывать остатки, находить нужный товар или материалы среди сотен стеллажей. Упростить и ускорить процессы помогают роботы от Яндекс Роботикс.

Они берут трудоёмкие задачи на себя. Например, пикер — роботизированная рука — помогает собирать заказы. Она поднимает отдельные товары и перекладывает их с места на место — в ящики, на конвейер, в посылки для отправки. Искусственный интеллект помогает пикеру определять форму и размер каждого предмета, чтобы брать его аккуратно, без ошибок.

Для подсчёта товаров используют другой тип устройств — инвентаризатор. Он проезжает вдоль стеллажей, сканирует штрихкоды и QR-коды на паллетах. Инвентаризатор отправляет данные в учётную программу — больше не нужно тратить часы на ручной пересчёт.

Яндекс RMS координирует работу всех складских роботов. Она отправляет задания, следит за маршрутами, показывает, где находятся товары, где свободен путь для перевозки. Если на складе работает сразу несколько десятков или сотен цифровых помощников, система помогает им не сталкиваться. Яндекс RMS совместима с оборудованием в том числе от сторонних вендоров.

Если склад получает много заказов, роботы без трудностей справляются с пиковыми нагрузками. Они работают без перерывов, не ошибаются с количеством или расположением товаров.

Использовать роботов Яндекс Роботикс можно на небольших и крупных складах и производствах. Они возьмут на себя рутину, снизят расходы и помогут компании расти без сбоев. Команда Яндекс Роботикс подберёт решение под ваши задачи — от первой консультации до полной настройки системы управления роботами.

Хотите узнать, как наши решения могут помочь вам оптимизировать складские процессы?

Оставьте заявку, и мы свяжемся с вами для проведения индивидуальной консультации.

robotics@yandex-team.ru

Россия, г. Москва, ул. Лобачевского, 130Г, 119501. Центр робототехники Яндекс

Политика в отношении пользовательских данных