Автоматизация производства: что это, ее плюсы и минусы

Что такое автоматизация производства

Автоматизация производства – это процесс внедрения технологий, машин, роботов, программного обеспечения и других инструментов для выполнения производственных операций, которые заменяют или минимизируют ручной труд в производственных процессах. Ее основная цель – повысить эффективность, точность, скорость и качество производства, а также снизить издержки и производственные риски.

Пример автоматизации производства – загрузка приспособлений-спутников роботом на станок

Автоматизация производства предполагает внедрение специального оборудования , робототехники, программного обеспечения и систем управления, позволяющих повысить эффективность, производительность и качество продукции.

Очень важно, что автоматизация производства – это не только внедрение механизмов и электроники к ним. Она также включает в себя использование программного обеспечения для управления производственными процессами. Такие системы, как ERP ( Enterprise Resource Planning – планирование и управление предприятием), MES ( Manufacturing Execution Systems – производственная исполнительная система), SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition – диспетчерское управление производственными процессами) помогают предприятиям контролировать и управлять всеми аспектами производства, от закупки сырья до доставки готовой продукции. Это позволяет не только повысить эффективность, но и улучшить качество продукции за счет более точного контроля и анализа данных.

Все это – ключевой элемент современного промышленного развития.

Для чего производству требуется автоматизация

Автоматизация производства решает многие проблемы, с которыми сталкиваются современные предприятия и открывает новые возможности для развития. Основные причины, для чего она нужна промышленному производству, следующие.

1. Повышение производительности. Такие системы способны работать круглосуточно без перерывов на отдых, что значительно повышает производительность. Машины и работы могут выполнять задачи быстрее и точнее, чем человек, позволяющий производить больше продукции за меньшее время.
2. Снижение издержек. Автоматизация помогает сократить затраты на рабочую силу, поскольку многие задачи выполняются машинами. Происходит оптимизация использования ресурсов (энергия, материалы), что уменьшает себестоимость продукции. Также способствует значительному уменьшению количества брака и отходов, так как минимизирует человеческие ошибки.
3. Улучшение качества продукции. Автоматизированные системы обеспечивают высокую точность и повторяемость сделок, что приводит к улучшению качества продукции. Машины способны выполнять задачи с минимальными отклонениями, что снижает количество брака. Использование точного оборудования позволяет придерживаться строгих стандартов производства.
4. Повышение безопасности. Автоматизация помогает снизить риск травм и несчастных случаев на производстве. Опасные и трудные работы выполняются машинами. Также уменьшается риск профессиональных болезней.

Автоматический загрузчик деталей значительно уменьшает время присутствия человека в опасной зоне станка

5. Гибкость и адаптивность. Современные автоматизированные системы могут быть перенастроены для выполнения разных задач. Это позволяет предприятиям быстро адаптироваться к изменениям на рынке и производить продукцию в соответствии с текущими потребностями. Этот аспект не может быть использован в автоматах массового производства.

Гибкая система, которая может быть быстро перенастроена на изготовление другой продукции

6. Масштабируемость производства. Автоматизированные системы просто адаптируются к увеличению размеров производства. Это достигается добавлением параллельных линий или, в некоторых случаях, увеличением производительности существующих средств. Производство становится более гибким и способным быстро реагировать на потребности рынка.
7. Улучшение управления и контроля. Системы автоматизации позволяют собирать данные о производственных процессах в режиме реального времени. Это помогает управлять процессом на уровне начальника цеха. Эти данные можно использовать для анализа, оптимизации процессов и принятия стратегических решений высшим руководством предприятия.
8. Экологическая стойкость. Автоматизация производства может способствовать повышению экологической устойчивости. Современные системы часто более энергоэффективны и могут снизить количество отходов и выбросов. Это особенно важно в условиях все большего и большего усиления экологических норм.

Следует заметить, что в большинстве случаев невозможно указать, что автоматизация привела к улучшению одного из показателей (например качества деталей). Внедряющее ее предприятие в той или иной степени получает почти все преимущества, описанные выше.

Виды автоматизации производства

Автоматизация производства может быть классифицирована по разным критериям, таким как уровень сложности, степень участия человека и область применения. Основные ее виды включают следующие позиции.

Например, в таблице отделены цветом те ячейки, которые соответствуют автоматизация при внедрении станка с ЧПУ на предприятии с универсальными механообрабатывающими станками.

Уровни автоматизации процессов производства

Как мы уже видели из предыдущей таблицы, автоматизация производства может быть классифицирована по уровню.

1. Частичная это только отдельные этапы производственного процесса автоматизированы, а остальные выполняются людьми.
2. Комплексный охват всех основных производственных процессов, но при этом некоторые вспомогательные операции (например, обслуживание оборудования или упаковка готовой продукции) выполняются людьми.

Пример комплексной автоматизации производства

3. Полное это когда весь производственный процесс, от начала до конца, выполняется автоматизированными системами без участия человека. В этом случае к традиционным промышленным роботам, станкам с ЧПУ, накопителям, штабелерам прилагаются другие системы поддержания жизнедеятельности, например общая система стружкоуборки , контроль периметра опасной зоны и другие.

Принципы

Как и при любом изменении технологических процессов в производстве автоматизация должна производиться системно с соблюдением ряда принципов.

1. Согласованность. Все шаги в автоматизированном процессе должны быть скоординированы, а также с предыдущими и последующими действиями. При любой несогласованности возникают сбои , влияющие на другие процессы.
2. Интеграция. Автоматизируемый процесс необходимо встраивать в единую среду предприятия, при этом на разных уровнях интеграция имеет свои особенности.
3. Гибкость. Этот принцип предполагает возможность оптимизации или быстрой замены какого-либо элемента без нарушения общего процесса. Гибкость необходима для эффективного использования имеющихся ресурсов и перестройки работы под изменяющиеся задачи без больших затрат.
4. Независимость. Каждый процесс может протекать самостоятельно, без внешнего участия человека и при минимальном контроле персонала.

Плюсы и минусы автоматизации на производстве

Мы уже отмечали выше преимущества автоматизации производства, когда указывали для чего она вообще нужна. Если сжато, то они включают в себя:

• Увеличение производительности – машины работают быстрее и непрерывнее.
• Улучшение качества – такие системы сокращают количество брака.
• Уменьшение затрат – сокращаются затраты на оплату труда и ресурсы.
• Безопасность – снижение риска травмирования работников.
• Гибкость – возможность быстрой адаптации к изменениям рынка.

Несмотря на многочисленные преимущества, автоматизация производства имеет свои недостатки, которые могут стать серьезными вызовами для предприятий.

1. Высокие начальные затраты . Внедрение автоматизации требует значительных инвестиций в оборудование, программное обеспечение, инфраструктуру и обучение персонала. Для малых и средних предприятий это может быть тяжело, особенно на начальных этапах.
2. Сложность интеграции Существующие производственные процессы могут быть несовместимы с новыми автоматизированными системами, что требует дополнительных усилий.
3. Необходимость квалифицированного персонала Для обслуживания и управления автоматизированными системами требуются высококвалифицированные специалисты.
4. Утрата "человеческого фактора" . Автоматизация уменьшает роль человека в производстве, что может привести к потере творческого подхода и интуиции, которые важны для решения нестандартных задач или работы научно-исследовательского предприятия.
5. Сокращение рабочих мест низкой квалификации . Автоматизация заменяет низкоквалифицированных работников, что требует повышения квалификации к наладчикам или инженерам нижнего звена.
6. Зависимость от программного обеспечения и технологий Автоматизированные системы зависят от программного обеспечения, которое может иметь сбои , вирусы или кибератаки .
7. Ограниченная гибкость . Те системы, которые вначале строились по принципу жесткой автоматизации, не могут быть готовы к быстрому изменению продукции или процессов.

Примеры автоматизации процессов производства

Вспоминая примеры таких современных производств, в первую очередь появляется завод Tesla во Фримонте , Калифорния. И хотя в итоге завод не смог добиться абсолютной полной автоматизации, все равно ее уровень достигает более 90%. Работы KUKA и Fanuc используются для сварки и сборки кузовов. Станки с ЧПУ используются для обработки металлических панелей, что обеспечивает высокую точность. В результате время уборки кузова сократилось на 30-40%. А также повысилась прочность сварных швов и качество продукции.

Промышленная автоматизация на заводе Tesla, Fremont

Автоматизация на металлургических предприятиях – ключевой фактор повышения эффективности, качества продукции и конкурентоспособности. Есть инженерные консалтинговые компании, специализирующиеся на помощи по ее внедрению на металлургических предприятиях. Одна из них – Unitechnik (Германия). В ведущей общей концепции они подбирают и проектируют многоярусные склады, транспортные системы, технологию контроля и системы управления предприятием.

Автоматизация на металлургических предприятиях

Выводы

Автоматизация производства является мощным инструментом, трансформирующим традиционные производственные процессы, делая их более эффективными, точными и конкурентоспособными. Она охватывает широкий спектр технологий, включая станки с ЧПУ, промышленные работы и интегрированные системы управления. В целом это является ключевым элементом современного промышленного развития.

В то же время, внедрение автоматизации на предприятии требует тщательного планирования, инвестиций и подготовки персонала.