Автоматизация производства

В условиях современного рынка предприятиям необходимы инновационные инструменты для автоматизации производства, позволяющие решить задачи повышения гибкости, эффективности и конкурентоспособности за счет оптимизации процессов, сокращения затрат и улучшения качества продукции.

Автоматизации производственных процессов — это способ повышения эффективности с помощью внедрения машин, роботизированных решений и современных информационных технологий. Он позволяет минимизировать участие человека в выполнении операций и управлении процессами с целью снижения затрат на и сокращения влияния человеческого фактора.

Благодаря компьютеризации и развитию технологий, автоматизация может охватывать все уровни производства, включая планирование, управление, разработку продукта, технологические, производственные и поддерживающие процессы. За счет интеграции цифровых технологий по всей цепочке создания ценности, повышается управляемость и прогнозируемость всех процессов, скорость и точность обработки информации, достигается существенное сокращение производственного цикла, снижается себестоимость продукции, обеспечивается значительно более высокий уровень производительности труда.

На данный момент автоматизированные технологии находят применение во всех сферах производственной деятельности:

• Технологические процессы. С помощью комплексных программно-аппаратных решений можно в режиме реального времени проводить мониторинг технологических операций и управлять работой оборудования, обеспечивая безопасность и точность процессов.
• Оперативное управление. Системы позволяют контролировать выполнение производственных задач и сроки производства, своевременно обеспечивать рабочие места материальными ресурсами.
• Обслуживание оборудования. Благодаря современным решениям можно точно диагностировать состояние оборудования, прогнозировать неисправности, сокращать количество инцидентов и простоев.
• Планирование. Интеллектуальные системы обеспечивают повышение эффективности управления цепочкой поставок, оптимизацию производственных процессов, сокращение затрат и своевременное выполнение заказов.
• Проектирование. Автоматизированные инструменты дают возможность выявлять проблемы в конструкции до создания физического прототипа, находить оптимальные параметры технологических процессов и проверять надежность изделий при разных режимах эксплуатации.
• Контроля качества продукции. С помощью машинного зрения можно отслеживать параметры и характеристики изделий на каждом этапе изготовления, на ранних стадиях выявлять дефекты и несоответствия.

Автоматизация позволяет предприятиям производить продукцию быстрее, с более высоким качеством и с меньшими затратами, поэтому начинает играть все более значимую роль во всех отраслях промышленности, включая машиностроение и автомобилестроение, металлообработку, пищевую, химическую и фармацевтическую промышленность. Автоматизированные решения могут адаптироваться под особенности отраслей, специфику непрерывных, дискретных и смешанных производств, позволяя выпускать качественную продукцию с минимальной себестоимостью, оперативно изготавливать нестандартные изделия по запросу заказчиков, обеспечивать высокую адаптивность производства к внешним и внутренним изменениям.

Построение автоматизированных производственных комплексов основывается на соблюдении определенных принципов:

• Комплексная интеграция. Новые технологии должны интегрироваться общую информационную среду, при этом необходимо обеспечить горизонтальную и вертикальную интеграцию систем автоматизации на различных уровнях внутри предприятия, а также их взаимодействие с внешней средой — поставщиками, заказчиками, логистическими операторами.
• Согласованность. Все действия, выполняемые в автоматическом режиме, должны быть согласованы друг с другом в рамках одного процесса и синхронизированы со смежными операциями, чтобы каждый этап производства осуществлялся вовремя и без ошибок.
• Гибкость. Любые элементы системы должны быстро перенастраиваться под новые условия и задачи без остановки всего производства: переключаться на изготовление разных видов изделий и адаптироваться к изменению объемов выпуска без потери экономической эффективности, продолжать нормально функционировать при отказе отдельных технологических элементов и т. д.
• Независимость. Автоматизированные процессы и операции должны выполняться корректно, в соответствии с установленными требованиями и без участия человека. Необходимость контроля со стороны оператора должна быть сведена к минимуму.
• Завершенность. Автоматизация должна охватывать всю производственную цепочку, обеспечивая непрерывное протекание процессов без необходимости участия человека на промежуточных этапах.

Внедрения автоматизированных решений направлено на достижение следующих целей:

• Сокращение затрат. Автоматизированные решения применяются на производстве для сокращения расходов на оплату труда, рационального использования материальных ресурсов, снижения вероятности дефектов и брака, уменьшения издержек и производственных потерь.
• Повышение управляемости. Системы обеспечивают прозрачность производственных процессов и позволяют осуществлять управление производством в режиме реального времени.
• Повышение безопасности. Использование автоматики дает возможность отстранить человека от выполнения тяжелых и опасных операций, за счет чего снижается риск травм и заболеваний, а также способствует сокращению риска аварий.

На заводах используются различные виды автоматизации процессов производства, каждый из которых подходит для определенных задач:

• Фиксированная предполагает внедрение оборудования, которое характеризуется высокой степенью специализации и предназначается для выполнения одного и того же набора операций в неизменной последовательности. Такие системы используются в массовом производстве для выпуска одного вида изделий или ограниченного ассортимента продукции.
• Программируемая подразумевает использование оборудования, которое настраивается на выполнение различных задач с помощью определенного набора команд. Она подходит для серийных производств, на которых требуется регулярно менять настройки оборудования для выпуска новых партий продукции.
• Гибкая предполагает использование компьютеризированных систем управления и технологичного оборудования, которые обеспечивают возможность быстрой переналадки для выпуска различных типов продукции. Этот тип подходит для производств, требующих высокой производственной гибкости и быстрого реагирования на изменения рынка.

Автоматизированные производственные комплексы могут состоять из множества элементов:

• Машины с числовым программным управлением (NC) — это оборудование, которое программируется на определенные операции и обеспечивает высокую точность обработки материалов.
• Промышленные роботы и роботизированные комплексы могут не только работать по заданным программам, но и взаимодействовать с другими роботами и оборудованием, а также корректировать свои действия, получая информацию с различных датчиков.
• Датчики и контроллеры, которые собирают информацию текущем состоянии оборудования и технологических процессов, обрабатывают информацию и отправляют команды исполнительным механизмам.
• Информационные технологии — это различные системы, позволяющие решать задачи автоматизации на операционном уровне и поддерживать принятие решений на всех уровнях планирования и управления. К ним относятся системы ERP, PLM, CAD, CAM, CAE, APS, MES и другое программное обеспечение.

В зависимости от степени оснащения производства современными технологиями, можно выделить следующие уровни автоматизации:

1. Нулевой. Главные особенности нулевого уровня — использование ручного труда и минимальное техническое оснащение. К его признакам относятся наличие простых механизированных станков, ручное управление всеми операциями, от подачи материалов до контроля качества, низкая производительность и высокая зависимость от квалификации персонала. Нулевой уровень типичен для производств с нестандартными процессами, где внедрение автоматизации нецелесообразно или экономически невыгодно.
2. Частичная. Следующий уровень предполагает замену ручного труда автоматизированным в рамках отдельной операции, при этом человек продолжает выполнять функции управления оборудованием.
3. Комплексная. На третьем уровне автоматизация охватывает весь цикл обработки в рамках отдельного участка, производственной линии или цеха, при этом оборудование последовательно выполняет все действия без участия человека, но оператор задает параметры его работы и осуществляет контроль.
4. Полная. Наивысший уровень автоматизации, при котором в автономном режиме выполняется полный цикл производственных операций, а также автоматизируются управленческие функции, включая планирование и управление оборудованием.

В чем заключаются основные плюсы автоматизации этапов производства:

• Повышение производительности. Автоматизированные решения снижают долю ручного труда, способствуют организации бесперебойного производства, оптимизации последовательности операций и сокращению производственного цикла.
• Повышение качества. Автоматизированное оборудование обеспечивает более стабильное качество изделий, а современные технологии мониторинга и управления производством позволяют быстро обнаруживать первопричины дефектов при их возникновении.
• Повышение эффективности. Автоматизация дает возможность рационально использовать производственные ресурсы — материальные, трудовые и временные, благодаря чему повышается общая эффективность.
• Повышение конкурентоспособности. Возможность быстро реагировать на потребности рынка, своевременно удовлетворять спрос и производить качественную продукцию с низкой себестоимостью обеспечивают предприятию конкурентные преимущества.

Автоматизация производственных предприятий проводится поэтапно:

1. Определение целей. На первом этапе выявляются ключевые проблемы, оценивается потенциал нововведений и определяются конкретные цели, которые должны быть достигнуты в результате внедрения: повышение производительности, снижение брака, экономия ресурсов и т. д.
2. Разработка стратегии. Проводится детальный анализ текущих процессов для выявления узких мест, неэффективных участков и областей, где автоматизация принесет наибольшую пользу, осуществляется выбор автоматизированных решений, рассчитывается бюджет проекта, разрабатывается план мероприятий по внедрению.
3. Проектирование. Создаются проектная документация и инструкции по использованию систем автоматизации производства, фиксируются схемы установки и параметры оборудования, программное обеспечение адаптируется под специфику конкретного предприятия.
4. Внедрение и интеграция. Запуск проекта проводится сначала в тестовом режиме для отработки новых процессов без влияния на основное производство, устранения возможных проблем и обучения персонала работе с новыми системами. Затем проводится опытная эксплуатация на ограниченном участке и последовательное внедрение согласно плану.
5. Мониторинг. Осуществляется постоянный мониторинг работы систем и их влияния на производственные показатели. Обеспечивается техническая поддержка пользователей, при необходимости вносятся корректировки.

Adeptik APS — система на основе технологий искусственного интеллекта и методов современной математики, предназначенная для автоматизации производственного планирования. Ключевые возможности системы:

• автоматизированный расчет производственных планов и расписаний с применением многокритериальной оптимизации;
• точное определение потребностей в ресурсах, обеспечивающее возможность минимизации запасов;
• моделирование «что, если» для оценки разных сценариев и выбора наилучшего варианта плана;
• возможность корректировки планов в режиме реального времени для обеспечения гибкости и адаптивности производственной системы.

Система Adeptik APS успешно используется на предприятиях различных отраслей:

• Компании, занимающейся изготовлением строительных материалов, за счет автоматизации планирования удалось сократить на 12% потери от перепроизводства и снизить на 8% материальные запасы, а также объединить в единый бизнес-процесс производство, продажи и закупки.
• Производителю жгутов и проводов система обеспечила увеличение скорости выпуска продукции на 30% и рост производительности на 20%, а также значительное снижение количества отклонений от выполнения оперативного плана.
• Предприятию по производству электроники система помогла повысить эффективность использования мощностей, обеспечив загрузку ~75% на горизонте в год, устранить ситуации с нехваткой ресурсов и обеспечить своевременное выполнение заказов клиентов.