بررسی عمیق اتوماسیون صنعتی، تاریخچه، مزایا و چالش ها
اتوماسیون صنعتی، قلب تپندهی صنایع مدرن است. جایی که دقت ماشینها با خلاقیت انسانی در هم میآمیزد تا بهرهوری را به اوج و هزینهها را به حداقل برساند. این حوزه نه تنها فرآیندهای تولید را سریعتر، هوشمندتر و ایمنتر میکند، بلکه دروازهای به سوی آیندهای پایدار است.
از خطوط مونتاژ خودکار گرفته تا سیستمهای رباتیک پیشرفته، اتوماسیون داستان تحول صنعت را روایت میکند؛ داستانی که هر روز با شتاب بیشتری نوشته میشود. اتوماسیون صنعتی، یکی از بزرگترین دستاوردهای بشر در عصر فناوری و یک فلسفهی تحولآفرین است.
این مفهوم که ریشههایش به انقلاب صنعتی بازمیگردد، اکنون با ظهور هوش مصنوعی، اینترنت اشیا (IoT) و رباتیک پیشرفته، به نقطهای رسیده که دیگر نه تنها یک راهکار که ضرورتی اجتنابناپذیر برای بقا و رقابت در دنیای پرشتاب امروز به شمار میرود.
با بررسی بیشتر این فناوری نوین همراه من باشید.
اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون صنعتی به استفاده از سیستمهای کنترلی مانند رایانهها، روباتها و فناوریهای اطلاعاتی برای مدیریت و راهاندازی فرآیندها و ماشینآلات مختلف در یک صنعت اشاره دارد. منظور از اتوماسیون، اتوماتیک کردن روند اجرای کارها به کمک برخی تجهیزات ویژه است.
با اجرای اتوماسیون در یک کارخانه، سیستم های کنترل الکترونیکی جایگزین مداخلات انسانی میشوند. هدف از اتوماسیون کم کردن دخالت انسان در کارهای تکراری یا خطرناک محیط صنعتی است. استفاده از این فناوری سرعت و دقت تولید را افزایش می دهد. کاهش هزینهها و افزایش ایمنی از دیگر نتایج اتوماسیون است.
اتوماسیون صنعتی گامی فراتر از مکانیزاسیون است. این تکنولوژی صنایع را قادر می سازد عملکرد بهتری داشته باشند، خطاهای انسانی را کاهش دهند و هزینه های نیروی کار را به حداقل برسانند. تحول دیجیتال صنایع در راستای پیشرفت همین فناوری شکل گرفته است. به نظر شما صنعتی وجود دارد که بتواند به راحتی از این مزایا عبور کند؟
تاریخچه اتوماسیون صنعتی
آغاز تاریخچه اتوماسیون صنعتی به اواخر قرن 18 میلادی بر می گردد. در این دوره زمانی صنایع مختلف ماشین آلات را جایگزین کارگران کردند. استفاده از ماشین آلات در صنایع، افزایش کارایی و بهره وری را به همراه داشت. در ادامه به بررسی برخی از نقاط عطف کلیدی در تاریخچه این صنعت می پردازیم.
قرن هفده تا هجده میلادی
انقلاب صنعتی با اختراع موتور بخار و موتورهای احتراق داخلی همراه بود. در این دوره زمانی آسیاب بخار جایگزین آسیابهای آبی و بادی شد. در سال 1785، الیور ایوانز یک آسیاب خودکار را توسعه داد که اولین فرآیند صنعتی کاملاً خودکار و بدون دخالت انسان بود.
اوایل قرن بیستم
در این دوره زمانی ماشین بخار جای خود را به ماشین های الکتریکی داد. جنگ جهانی اول پیشرفتهایی در فناوری به وجود آورد که نقش موثری در پیشرفت اتوماسیون صنعتی داشت. در این برهه زمانی توسعه و رشد تصاعدی ماشینهای صنعتی را شاهد بودیم.
سال 1947 میلادی
در این سال فورد یک بخش اتوماسیون برای کمک به مونتاژ خودرو ایجاد کرد. اصطلاح “اتوماسیون” از این زمان محبوبیت پیدا کرد. این کلمه از “automaton” گرفته شده است که به یک ماشین خودکار اشاره دارد.
اواسط قرن بیستم
در این سال ها اتوماسیون صنعتی به جای استفاده از سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک اولیه، با ربات های مدرن تکامل یافت. هدف از این توسعه تکنولوژی، افزایش تولید و کاهش هزینه های نیروی کار بود.
اواخر قرن بیستم
روباتهای صنعتی با قابلیتهای محاسباتی و کیفیت بالا وارد صنعت شدند. در این سال ها آزادی عمل ربات ها بیشتر و استفاده از سیستمهای بینایی رایجتر شد. با این حال، هنوز به مداخله انسانی برای عملکرد مناسب نیاز بود. این سیستم ها برای تولیدکنندگان بزرگ و دوره های طولانی تولید مناسب بود.
قرن بیست و یکم
در این قرن اتوماسیون به پیشرفت خود ادامه داد و ماشین ها هوشمندتر و توانمندتر شدند. در این قرن بسیاری از شرکتها به ویژه در صنعت خودروسازی فرآیند تولید خود را خودکار کردند. با ادامه پیشرفت فناوری، اتوماسیون صنعتی پیچیدهتر و کاربرد آن بیشتر خواهد شد.
اتوماسیون صنعتی در سال 2023
منظور از اتوماسیون استفاده از سیستم های پیشرفته مانند کامپیوتر و ربات و انجام فرآیندها با حداقل دخالت انسان است. در حال حاضر این تکنولوژی به بخش جدانشدنی تولید مدرن تبدیل شده است. خودکارسازی فرآیندها را بهینه ، ضایعات را کم و بهره وری را بهبود می بخشد.
در سال 2023، اتوماسیون صنعتی همچنان در حال تکامل و گسترش در صنایع مختلف است. تکامل این تکنولوژی در صنایع با اجرای برخی روندها و تحولات در حال انجام است. در ادامه تحولات این تکنولوژی را از نظر خواهیم گذراند.
پوشش خلاهای مهارتی
یکی از چالش های اصلی صنایع، کمبود نیروی کار ماهر است. یکی از راه های غلبه بر این چالش، اتوماسیون یا خودکارسازی فرآیندها است. اتوماسیون علاوه بر جبران کمبود نیروی کار ماهر، بهره وری و کارایی صنایع را افزایش می دهد.
هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین
هوش مصنوعی و یادگیری ماشین نقش پررنگی در سیستم های اتوماسیون صنعتی جدید دارند. این فناوری ها ماشین را قادر می سازند با تحلیل داده های مختلف فرآیند تولید، عملکرد خود را در طول زمان بهبود ببخشد.
اینترنت اشیا صنعتی (IIoT)
ادغام دستگاه های صنعتی با اینترنت اشیا، مسیر توسعه کارخانه های هوشمند را هموار می کند. در یک کارخانه هوشمند ماشین ها، سیستم ها و فرآیندهای مختلف با هم ارتباط برقرار می کنند. تبادل داده بین بخش های مختلف سیستم، امکان پایش و کنترل سیستم از راه دور را فراهم می کند.
ضرورت اتوماسیون صنعتی چیست؟
صنایع جدید و صنایعی که به تازگی در حال تاسیس هستند، به صورت پیش فرض بر پایه اتوماسیون صنعتی بنا می شوند. اما جالب است بدانید اغلب صنایع قدیمی نیز به این تکنولوژی علاقه مند شده اند. رفع چالش هایی از جمله کمبود نیروی انسانی ماهر و ضایعات زیاد مواد اولیه از جمله دلایل اقبال صنایع به استفاده از این تکنولوژی است.
مهاجرت به اتوماسیون و خودکارسازی فرآیندها مزایای زیادی برای صنایع دارد. اما باید پذیرفت صنایع ناگزیر به استفاده از این تکنولوژی هستند. در ادامه به بررسی دلایل ضرورت اتوماسیون صنعتی خواهیم پرداخت.
افزایش بهره وری
اتوماسیون سرعت و کارایی فرآیندهای تولید را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. در نتیجه افزایش سرعت، کالاهای بیشتری در زمان کمتر تولید می شوند. از سوی دیگر اتوماسیون وابستگی صنایع به نیروی انسانی را کم می کند.
سیستم های خودکار به صورت شبانه روزی کار می کنند، ظرفیت تولید را افزایش داده و زمان خرابی را کاهش می دهند. افزایش بهره وری سیستم منجر به کاهش هزینه های تولید، سود بیشتر و رقابت بهتر در بازار می شود.
بهبود کیفیت محصول
سیستمهای خودکار فرآیندها را با دقت بیشتری نسبت به نیروی انسانی انجام می دهند. دقت بیشتر در تولید، کیفیت محصول را افزایش و ایرادات احتمالی محصول را کاهش می دهد. ارتقا کیفیت محصول منجر به افزایش رضایت مشتری و شهرت بهتر کسب و کار می شود.
کاهش هزینه
اتوماسیون صنعتی نقش پرررنگی در کاهش هزینه های تولید دارد. با استفاده از این تکنولوژی به نیروی کار کمتری نیاز خواهید داشت. تعداد کمتر نیروی انسانی و انجام فرآیندهای خطرناک توسط سیستم خودکار، هزینه بیمه را به میزان چشمگیری کاهش می دهد.
علاوه بر این کاهش ضایعات و استفاده کارآمدتر از منابع، دیگر پیامدهای استفاده از اتوماسیون است. بدیهی است کاهش مواد اولیه مصرفی و تعداد نیروی کار سبب کاهش هزینه های تولید می شود.
تصمیم گیری مبتنی بر داده
سیستم های هوشمند توانایی جمع آوری و تحلیل داده های فرآیند تولید را دارند. نتیجه تحلیل داده ها بینش عمیق سیستم نسبت به فرآیندها است. این بینش عمیق در راستای بهینه سازی عملیات، شناسایی تنگناها و پیش بینی نیازهای تعمیر و نگهداری کارگشاست.
به بیان دیگر سیستم های پیشرفته امروزی قادرند در هر لحظه متناسب با شرایط جاری تصمیمات متفاوتی اتخاذ کنند. این قابلیت سبب حفظ کیفیت محصولات و کاهش ضایعات می شود.
مزایای اتوماسیون صنعتی زیست محیطی
آلودگی های زیست محیطی یکی از چالش های جدی عصر حاضر است. افزایش حجم تولید گازهای گلخانه ای صنایع، منجر به تغییرات آب و هوایی عظیمی شده است که هر روز ابعاد نگران کننده تری از آن ها نمایان می شود. راهکار اصلی برون رفت از شرایط فعلی یا حداقل پیشگیری از وخیم تر شدن اوضاع، کاهش حجم گازهای گلخانه ای است.
از سوی دیگر آلودگی هوای شهرهای صنعتی یک چالش جدی به ویژه در زمستان هاست. اتوماسیون صنعتی با استفاده کارآمدتر از منابع انرژی و در نتیجه کاهش آلودگی های زیست محیطی، نقش موثری در حفاظت از محیط زیست ایفا می کند.
کاربردهای اتوماسیون صنعتی
حوزه نفوذ این تکنولوژی بسیار وسیع است و به جرات می توان گفت در آینده نزدیک تمام بخش های صنعت و تولید را در بر می گیرد. مزایای اتوماسیون سبب استفاده از آن به ویژه در صنایع سنگین شده است. در ادامه به بیان مثال هایی از کاربرد این تکنولوژی خواهیم پرداخت.
ساخت و تولید
فرآیندهای ساخت و تولید مراحل متعددی دارند. ضمن اینکه قطعات در تیراژ بالا با فرآیندهای تکراری تولید می شوند. تکراری بودن فرآیندها به معنای وجود پتانسیل استفاده از اتوماسیون در اجرای آن ها است. سامانه های اتوماسیون قادرند خطوط مونتاژ، جابجایی مواد، کنترل کیفیت و فرآیندهای بسته بندی را به صورت اتوماتیک کنترل کنند.
استفاده از اتوماسیون صنعتی در صنایع ساخت و تولید، بهبود کیفیت و افزایش تولید را به همراه دارد. دستگاه های CNC نمونه ای از کاربرد اتوماسیون در ساخت و تولید است. کافی است قطعه خام و نقشه تولید نهایی را به دستگاه بدهید. در زمانی کوتاه و با دقت بسیار بالا قطعه مورد نظر آماده می شود.
خودروسازی
در صنایع خودروسازی فرآیندهایی مانند جوشکاری، رنگ آمیزی و مونتاژ با اتوماسیون صنعتی انجام می شود. افزایش بهره وری و کاهش خطا مهمترین دلایل اتوماسیون در صنعت خودروسازی است. رشد تکنولوژی در بخش هایی مانند رباتیک و … به توسعه اتوماسیون در خودروسازی کمک کرده است.
اتوماسیون صنعتی در داروسازی
در تولید دارو، کنترل کیفیت کالا از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. دلیل این امر کاملا واضح است، داروها با جان انسان سر و کار دارند. صنایع داروسازی برای اطمینان از دقت و انطباق با مقررات سختگیرانه موجود از اتوماسیون بهره می برند.
از سوی دیگر حفظ سلامت داروها ضروری است. برای نیل به این هدف کاهش دخالت انسان در فرآیند تولید داروها ضروری است. فرآیندهای تولید و بسته بندی داروها به کمک اتوماسیون و به شکل خودکار انجام می شود.
صنایع تولید غذا و نوشیدنی
عدم دخالت انسان در فرآیند تولید مواد غذایی و نوشیدنی از جمله الزامات بهداشتی است که باید رعایت شود. تنها راه کاهش دخالت انسان در تولید، استفاده از اتوماسیون صنعتی است. بخش های مختلفی شامل تولید، بسته بندی و کنترل کیفیت در صنایع تولید غذا و نوشیدنی به کمک اتوماسیون انجام می شود.
نفت، گاز و پتروشیمی
حساسیت بسیار بالای صنایع نفت و گاز سبب مهاجرت سریع این صنایع به سمت اتوماسیون شده است. اغلب فرآیندهای این صنایع حساسیت و ملاحظات ویژه ای دارند. در نظر گرفتن همزمان تمام شرایط لازم توسط نیروی انسانی غیر ممکن است. به عنوان یک مثال ساده، ثابت نگه داشتن فشار گاز در لوله بدون استفاده از اتوماسیون صنعتی غیر ممکن است.
سیستم های اتوماسیون قادر به کنترل و پایش بخش های مختلف صنایع نفت و گاز شامل حفاری، استخراج، پالایش و نظارت بر خطوط لوله هستند. از سوی دیگر فشار بالا و آلودگی های محیطی این صنایع سلامت نیروی انسانی را با خطر مواجه می کند. در این شرایط استفاده از قابلیت های اتوماسیون صنعتی بهترین گزینه است.
معرفی برندها و تولید کنندگان
تا کنون به بیان مزایا و ضرورت استفاده از اتوماسیون در صنایع مختلف پرداختیم. همچنین برخی چالش های پیش روی این صنعت را از نظر گذراندیم. گسترش تقاضا و نیازهای صنایع مختلف سبب شده شرکت های زیادی به حوزه تولید تجهیزات اتوماسیون صنعتی وارد شوند. از جمله شناخته شده ترین برندهای این محصولات می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- آلن بردلی
- کمپانی ABB
- زیمنس
- اشنایدر
- میتسوبیشی
- و …
فروشگاه زیمنس کالا با رسالت عرضه مستقیم تجهیزات اتوماسیون و فشار ضعیف زیمنس آغاز به کار کرده است. در ادامه به معرفی تجهیزات اتوماسیون صنعتی زیمنس خواهیم پرداخت.
اتوماسیون صنعتی زیمنس
زیمنس یک شرکت بین المللی است که راه حل های مختلف اتوماسیون را برای صنایع مختلف ارائه می دهد. سیستمهای اتوماسیون زیمنس نیازهای رو به رشد ماشینها و کارخانههای مدرن در بخشهای مختلف را برآورده می کنند.
به جرات می توان گفت بخش عمده ای از تاریخ اتوماسیون به تاریخچه سیماتیک زیمنس گره خورده است. خانواده SIMATIC شامل همه کنترل کننده های صنعتی پیشرفته و HMI زیمنس است. سیستم های اتوماسیون شامل بخش های مختلفی می شوند. برخی از تجهیزات اتوماسیون صنعتی زیمنس عبارتند از:
کنترل کننده صنعتی یا PLC
پی ال سی زیمنس با تنوع بسیار بالا همه کاربردهای اتوماسیون صنعتی را پوشش می دهد. بسته به پیچیدگی فرآیندها، حجم برنامه و قدرت پردازش مورد نیاز انواع مختلفی از این کنترل کننده های صنعتی قابل استفاده هستند. از جمله رایج ترین PLC های زیمنس در بازار ایران می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مینی پی ال سی لوگو 8 زیمنس برای اتوماسیون فرآیندهای منفرد
- پی ال سی S7-1200 برای اتوماسیون کارخانه های کوچک و کاربردهای ساده
- پی ال سی S7-1500 با طراحی مدرن و قابلیت پشتیبانی از تکنولوژی های جدید
- پی ال سی S7-300 برای استفاده در صنایع با سطح پیچیدگی متوسط
- پی ال سی S7-400 جهت استفاده در صنایع پیچیده و بزرگ
هر کدام از خانواده های پی ال سی زیمنس دارای تنوع بالایی هستند و متناسب با نیازهای پروژه قابلیت توسعه دارند.
رابط انسان و ماشین (HMI)
این تجهیزات همانطور که از نامشان پیداست، رابط کاربر و سیستم اتوماسیون هستند. اتصال این رابط ها به سیستم، اپراتورها را قادر می سازد بر روند اجرای فرآیندها نظارت و کنترل داشته باشد. HMI زیمنس انواع مختلفی دارد و متناسب با نیاز کاربردهای مختلف انتخاب می شود.
پشتیبانی از پروتکل های ارتباطی استاندارد متنوع از جمله پروفی نت و پروفی باس امکان استفاده از HMI زیمنس در کنار محصولات سایر برندها را نیز فراهم می کند.
نرم افزار TIA PORTAL
تیا پورتال زیمنس یا پورتال یکپارچه اتوماسیون، یک پلتفرم جامع نرم افزاری برای مهندسی و برنامه نویسی سیستم های اتوماسیون صنعتی است. این پرتال قابلیت های متنوعی از جمله عملکردهای تشخیصی و شبیه سازی دادهها را فراهم کرده است. هدف از توسعه این سامانه، کارآمدتر شدن فرآیند طراحی، تست و استقرار پروژههای اتوماسیون است.
تیاپرتال یک راه حل جامع مهندسی اتوماسیون است که قابلیت هایی همچون برنامه نویسی PLC، طراحی HMI و کنترل حرکت را تجمیع کرده است.
راه اندازی موتور الکتریکی
موتورهای الکتریکی از جمله پرکاربردترین تجهیزات صنعتی هستند. براساس نتایج مطالعات کمپانی ABB بیش از 70 درصد برق صنایع توسط موتورها مصرف می شود. این موضوع تعداد زیاد موتورها و اهمیت کنترل آن ها در اتوماسیون صنعتی را نشان می دهد.
شروع به کار موتورها با دو چالش اساسی همراه است. چالش اول جریان هجومی بزرگی است که در لحظه راه اندازی از مدار کشیده می شود. چالش دوم تکانه های مکانیکی شدید ناشی از شروع به کار ناگهانی موتور است. انواع مختلفی از روش های راه اندازی موتور سه فاز برای غلبه بر این چالش ها پیشنهاد شده است.
در کابردهایی که موتور پس از راه اندازی با سرعت ثابت به کار ادامه می دهد، استفاده از سافت استارتر بهترین پیشنهاد است. سافت استارتر زیمنس در سری های متنوع برای کاربردهای مختلف عرضه می شود. از جمله نمونه های موجود در بازار ایران می توان به موارد زیر اشاره کرد:
سافت استارترها در قالب اتوماسیون صنعتی با پی ال سی و سایر تجهیزات ارتباط برقرار می کنند و راه اندازی نرم و ایمن موتور را تضمین می کنند.
کنترل موتور الکتریکی
اگر علاوه بر رفع چالش های راه اندازی، نیاز به کنترل عملکرد و تغییر سرعت موتور نیز دارید، استفاده از درایو فرکانس متغیر تنها راهکار است.
درایو زیمنس با کنترل فرکانس و سایر پارامترهای عملیاتی موتور، کنترل جامعی روی عملکرد موتور دارد. از گذشته خانواده درایو میکرومستر زیمنس در صنایع مختلف به کار می رفت. نیازهای روزافزون صنایع و بهبود محصولات زیمنس را برآن داشت تا نسل جدید این محصولات را در قالب خانواده درایو سینامیکس به بازار عرضه کند.
جمع بندی
آینده پیش روی اتوماسیون صنعتی کاملا روشن است. این تکنولوژی با سرعت زیاد در حال توسعه است و صنایع بیشتری را پوشش می دهد. مزایای این تکنولوژی اتوماسیون را به یک ضرورت برای اغلب صنایع تبدیل کرده است. از سوی دیگر توسعه تکنولوژی های جدید مانند هوش مصنوعی سرعت پیشرفت اتوماسیون را بیشتر کرده است.
برای درک کامل پتانسیل اتوماسیون صنعتی، پرداختن به چالشهای پیش روی صنعت، مانند هزینههای اولیه بالا، شکافهای مهارتی، و نگرانیهای امنیت سایبری ضروری است. با غلبه بر این موانع، اتوماسیون صنعتی می تواند به تغییر روش تولید کالا و تحول آینده تولید ادامه دهد.
