اتوماسیون صنعتی

به طور خلاصه اتوماسیون صنعتی به هر سیستم کنترلی گفته می‌شود که جایگزین انسان شده و مدیریت فرایندهای مختلفی را در یک صنعت برعهده می‌گیرد. شاید تصور کنید که این تعریف مکانیزاسیون صنعتی است! اما باید بدانید که این مرحله در حوزه صنعتی‌سازی فراتر از مکانیزاسیون به‌حساب می‌آید. سایت لاین حرکت به‌عنوان مرجع تخصصی اتوماسیون‌های صنعتی با کمک متخصصین و مهندسین حوزه صنعت، سرفصل‌هایی را در خصوص این مفهوم به شما آموزش می‌دهد. پس با ما همراه باشید.

اتوماسیون صنعتی یا Industrial Automation چیست؟

اگر امروزه استفاده از این سیستم را در صنایع مختلف دیده‌اید و یا کاربردهای گوناگونی از آن را شنیده‌اید، لازم است بدانید که ابتدا آمریکا در طول جنگ جهانی دوم، تنها برای توسعه ماشین‌ها و قطعات CNC در صنعت هوافضا از آن استفاده می‌کرد. این ماشین‌ها با اینکه به کمک سیستم‌های محاسباتی صنعتی کار می‌کردند اما همچنان به نیروی انسانی نیاز داشتند تا اینکه این سیستم‌ها در دهه 1950 به طور کامل خودکار شدند.

در اوایل، هدف از اتوماسیون کردن صنعت این بود که سیستم‌ها بتوانند به طور خودکار و 24 ساعت شبانه‌روز کار کنند و بهره‌وری خط تولید و صنعت را افزایش دهند. در ادامه اهداف دیگری نیز به این سیستم اضافه شد. هزینه‌های مرتبط با اپراتورها و نیروهای انسانی، مانند هزینه‌های دستمزد، پاداش، اضافه‌کاری، بیمه و مزایا برای کارفرما زیاد بود. برای اینکه این هزینه‌ها کاهش یابد و کیفیت و بهره‌وری هدف اصلی قرار بگیرد، تمرکز بر روی اتوماسیون شدن صنعت بیشتر و بیشتر شد.

برای مثال با اتوماسیون شدن صنعت خودروسازی، انعطاف‌پذیری در فرایند تولید این صنعت افزایش یافت. بدین صورت که در فرایند طراحی و تولید موتور خودرو به‌صورت دستی، احتمال و میزان خطا به 1 الی 2 درصد می‌رسید. اما با ورود اتوماسیون به چرخه تولید، این میزان خطا به 0.00001 درصد کاهش یافت که مهم‌ترین دلیل این افت خطا را کاهش عملکرد و دخالت انسان در فرایندهای صنعتی می‌دانند.

اگر در آخر این بخش بخواهیم پاسخ جامع و کاملی به سؤال اتوماسیون صنعتی چیست بدهیم، باید بگوییم؛ به استفاده انسان‌ها از سیستم‌های کنترلی یا هدایت‌شونده مانند کامپیوترها یا ربات‌ها در صنعت، با دسترسی به دانش و فناوری اطلاعات (IT) برای مدیریت ماشین‌آلات و فرایندهای مختلف گفته می‌شود.

چرا استفاده از اتوماسیون در صنعت مهم است؟

معمولاً سیستم‌های اتوماسیون در کارخانه‌ها از فرایندهای بازخورد (Feedback) و برنامه‌های حساسی تشکیل شده‌اند که به طور خودکار و بر اساس داده‌هایی که از قبل به آنها داده شده است، شرایط عملیاتی را تنظیم و اجرا می‌کنند. در سال‌های اخیر به دلیل پیشرفت تکنولوژی به‌ویژه ظهور اینترنت صنعتی اشیا (IIoT)، این سیستم شاهد پیشرفت چشمگیری بوده است.

منشأ ورود این سیستم‌ها به صنعت و خط تولید، ظهور کامپیوترها در فضای صنعتی بود. این ورود تنها به دلیل راه‌اندازی تولید نبود. بلکه برای بسیاری از کارخانه‌ها و تولید‌کنندگان این امکان را فراهم می‌کرد که از انجام تکراری‌ترین و پر زحمت‌ترین کارها توسط انسان جلوگیری کنند و بازدهی خطوط تولید خود را نسبت به هر زمان دیگری افزایش دهند. این مورد از مهم‌ترین دلایل مهم بودن اتوماسیون صنعتی به‌حساب می‌آید.

هرچند ظهور سیستم‌های اتوماسیون موجب کاهش نیروی انسانی و به دنبال آن از بین رفتن برخی مشاغل در تولید و صنعت شد، اما از جهات دیگر باعث افزایش اقتصاد، دانش و ظهور مشاغل جدید نیز شد. از جمله برنامه‌نویسان صنعتی و مشاغل مرتبط با برنامه‌ریزی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی نمونه‌هایی از تأثیرات ظهور این تکنولوژی در جهان به‌حساب می‌آید.

چه کسانی از سیستم‌های اتوماسیون استفاده می‌کنند؟

همان‌طور که گفتیم این جنبش از جنگ جهانی دوم آغاز شد و در دهه‌های بعد سیستم‌های کاملاً خودکار پدید آمدند. در دهه 1980 نیز ژاپن برای تولید خودرو و محصولات الکترونیکی خود، به طور کامل از این سیستم استفاده کرد. نکته مهم این است که این سیستم‌ها برای مناطقی به وجود آمدند که نیروی کار غیرماهر نسبتاً ارزان بود و فرایندهای تولید به تمرکز بیشتری نیاز داشت.

به همین ترتیب بود که تولیدکنندگان دیگر مانند کارخانه‌های تولید مواد اولیه، کاغذ، فلزات و غیره نیز به این سیستم اعتماد کردند. با ظهور و پیشرفت هوش مصنوعی، تولیدکنندگان جدید نیز این فرصت را خواهند داشت که از سیستم‌ها و ربات‌های صنعتی استفاده کنند و مزیت‌های استفاده از این سیستم را به سطح جدیدی برسانند.

در زیر گزارش و آمارهای جالبی را از سیستم‌های اتوماسیون در سال 2017 (که هرچند قدیمی هستند!) را مشاهده می‌کنید. این آمار را به نمایش گذاشتیم تا دلیل اهمیت این سیستم‌ها را به‌خوبی بدانیم. (منبع گزارش: stlouisfed.org)

طبق آخرین گزارش 27 ژانویه 2021 از سایت ifr.org، متوسط تراکم ربات‌های صنعتی در تولید، با ثبت 133 واحد در هر 10 هزار کارمند به رکورد جهانی جدیدی رسید. همچنین نصب سالانه ربات‌های صنعتی در طی ده سال گذشته (از 2010 تا 2020) نیز بیش از 3 برابر شده است.

مزایا و معایب اتوماسیون‌های صنعتی:

این سیستم‌های مدرن و مکانیزه نسبت به سیستم‌های قدیمی و سنتی مزایای بسیاری دارند. در این بخش مهم‌ترین و اصلی‌ترین مزایایی که باعث محبوبیت این اتوماسیون‌ها در صنعت کشورهای مختلف شده است را نام می‌بریم.

1. کیفیت بهتر و خطای کمتر:

اولین و مهم‌ترین مزیت این سیستم‌ها که به همین دلیل نیز در صنعت به کار گرفته شدند، کاهش خطا در مقایسه با اپراتورهای انسانی است. دقتی که این سیستم‌ها دارند منجر به تولید و ارائه محصولات باکیفیت‌تر در صنعت می‌شود.

2. توان بالا و افزایش بازدهی:

همان‌طور که می‌دانیم ربات‌ها قادر هستند 24 ساعت از شبانه‌روز و 7 روز هفته، بدون توقف و استراحت کار کنند؛ بنابراین با کارکردن در زمان‌های اضافی باعث افزایش تولید می‌شوند. همچنین به‌راحتی می‌توانند سریع‌تر از اپراتورهای انسانی کارها و وظایف را انجام دهند.

3. کاهش هزینه‌ها:

استفاده از سیستم‌های صنعتی و ربات‌های برنامه‌ریزی شده، به‌راحتی می‌توان هزینه‌ها را کاهش داد. در واقع پس از اینکه هزینه اولیه بابت ربات را پرداخت کنید، تنها هزینه‌های نگهداری و تأمین انرژی موردنیاز در حین کار باقی می‌ماند. اگر با گذشت زمان این هزینه‌ها را با هزینه‌های اپراتورهای انسانی مقایسه کنید، متوجه خواهید شد که حقوق و مزایای اپراتورهای انسانی خیلی بیشتر از هزینه اتوماسیون و رباتیزه کردن است.

4. حفظ تولید در داخل:

یکی دیگر از مزایای اتوماسیون صنعتی که کمتر دیده می‌شود، فراهم‌کردن خط تولید کارآمدتر و در نتیجه کاهش زمان تولید محصول است. در بعضی موارد به‌جای استفاده از نیروهای خارجی یا به‌اصطلاح برون‌سپاری کردن نیروها، می‌توان با استفاده از ربات‌ها تولید محصولات را در داخل حفظ کرد.

5. ایمنی بهتر:

از بزرگ‌ترین مزایای استفاده از تجهیزات اتوماسیون صنعتی، بهبود ایمنی اپراتور است. زیرا انجام کارهایی از قبیل کار با مواد شیمیایی خطرناک، بلندکردن اجسام سنگین و همچنین کارکردن در شرایط نامناسب، برای اپراتورهای انسانی خطرناک بوده و می‌باشد. با انجام این کارها توسط ربات‌ها و سایر سیستم‌های اتوماسیون، اپراتورهای انسانی ایمن‌تر هستند.

6. هزینه اولیه بالا:

تنها عیب اتوماسیون کردن صنایع این است که سرمایه‌گذاری بالایی می‌خواهد. برای تبدیل کردن خط تولید انسانی به خط تولید خودکار، باید هزینه اولیه بسیار زیادی پرداخت شود. در کنار این سرمایه‌گذاری اولیه، هزینه‌هایی را هم باید در آموزش اپراتورها برای استفاده از این سیستم‌های خودکار و پیشرفته در نظر گرفته شود.

انواع خدمات اتوماسیون صنعتی:

امروز این سیستم‌های خودکار در صنایع بسیاری و برای کاربردهای بی‌شماری به کار گرفته می‌شوند. به‌طورکلی این سیستم‌ها در صنعت تولید دارای دو فرایند پیوسته و گسسته هستند. فرایندهای پیوسته مانند پالایشی و پتروشیمی که غالباً به‌صورت شبانه‌روزی انجام می‌شوند. در این فرایند محصول نهایی عمدتاً به شکل مایع، گاز یا پودر است.

اما فرایندهای گسسته مانند خودرویی و الکتریکی که از چندین تنظیم و تغییر با هدف تولید تعدادی اقلام به‌صورت مجزا انجام می‌شوند. اگر زمان تولید بسیار مهم باشد، این روش پیشنهاد نمی‌شود.

انواع سیستم‌های اتوماسیون:

از نظر سطح پیچیدگی سیستم‌ها و نحوه تعامل انسان‌ها با یک سیستم خودکار، می‌توان آنها را به سه دسته ثابت، قابل برنامه‌ریزی و انعطاف‌پذیر تقسیم‌بندی کرد.

1- سیستم‌های اتوماسیون ثابت یا سخت:

این دسته از اتوماسیون‌ها همان‌طور که از اسم آن‌ها مشخص است، دارای کمترین انعطاف‌پذیری می‌باشند. به همین دلیل به اتوماسیون‌های سخت معروف هستند و بیشترین کاربرد را برای تولید با حجم بالا دارند. از این دسته از اتوماسیون‌ها اغلب برای بهبود نرخ و بهره‌وری تولید، با اجرای کارهای تکراری استفاده می‌شود. برای این دسته از اتوماسیون‌های صنعتی می‌توان خطوط مونتاژ در صنعت خودرو را مثال زد.

2- سیستم‌های اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی:

این دسته از اتوماسیون‌ها همان‌طور که از اسم آن‌ها مشخص است، دارای کمترین انعطاف‌پذیری می‌باشند. به همین دلیل به اتوماسیون‌های سخت معروف هستند و بیشترین کاربرد را برای تولید با حجم بالا دارند. از این دسته از اتوماسیون‌ها اغلب برای بهبود نرخ و بهره‌وری تولید، با اجرای کارهای تکراری استفاده می‌شود. برای این دسته از اتوماسیون‌های صنعتی می‌توان خطوط مونتاژ در صنعت خودرو را مثال زد.

3- سیستم‌های اتوماسیون انعطاف‌پذیر یا نرم:

این دسته از سیستم‌ها برخلاف سیستم‌های ثابت که به اتوماسیون سخت لقب گرفته بودند، به اتوماسیون نرم معروف هستند. از طرفی این دسته مشابه اتوماسیون‌های قابل برنامه‌ریزی می‌باشند. زیرا قابلیت انعطاف‌پذیری برای تغییر محصول را دارند. اما سیستم‌های انعطاف‌پذیر با ازبین‌بردن زمان موردنیاز برای پیکربندی مجدد تجهیزات، از اهمیت و ارزش بیشتری در مقایسه با سایر دسته‌ها برخوردارند. از نمونه‌این اتوماسیون‌ها می‌توان به دستگاه‌ها و قطعات CNC اشاره کرد.

تجهیزات اتوماسیون صنعتی:

هر وسیله‌ای که در فرایند انجام خودکار کارها، به طور جزئی یا کامل به سیستم‌های اتوماسیون کمک می‌کند، تجهیزات اتوماسیون گفته می‌شود. این تجهیزات ممکن است توسط انسان‌ها کنترل و نظارت شوند یا بدون دخالت انسان‌ها و با برنامه‌نویسی داده‌ها، کاملاً خودکار باشند. از این تجهیزات می‌توان ربات‌های صنعتی را مثال زد که به شدت در صنایع مختلف استفاده می‌شود.

ممکن است سیستم‌های اتوماسیون ماهیتی پیچیده با تعداد زیادی دستگاه باشند که این دستگاه‌ها به طور هم‌زمان و اتوماتیک کار می‌کنند. اگر بخواهیم سلسله‌مراتب یک سیستم اتوماسیون را توصیف کنیم، شکل زیر می‌تواند سطوح مختلف یک سیستم اتوماسیون را به‌خوبی نشان دهد.

1. سطح اول یا به‌اصطلاح سطح میدانی:

شامل سنسورها و محرک‌ها می‌باشند که پایین‌ترین سطح را در سلسه‌مراتب اتوماسیون تشکیل می‌دهند. وظیفه اصلی این دستگاه‌ها انتقال داده‌ها به سطح بالایی خود جهت نظارت، تجزیه و تحلیل می‌باشد. وظیفه دیگر آنها کنترل پارامتر فرایندها توسط محرک‌هاست. سنسورها هم وظیفه تبدیل پارامترهایی مانند دما، فشار و جریان به سیگنال‌های الکتریکی را دارند.

2. سطح دوم، سطح کنترل:

این سطح با استفاده از دستگاه‌هایی مانند ماشین‌آلات PLC و CNC، پارامترهای فرایند را که از سطح پایین (سطح اول) وارد شده‌اند، کنترل، برنامه‌ریزی و هدایت می‌کنند. ماشین‌های PLC کنترل‌کننده‌های منطقی و قوی صنعتی هستند که قابل برنامه‌ریزی اند.

3. سطح سوم، سطح نظارت و کنترل تولید:

همان‌طور که از اسم این سطح مشخص است، سیستم‌های نظارتی، کنترلی و مداخلاتی در این سطح قرار دارند. عملکردهایی از قبیل نظارت بر پارامترها، تعیین اهداف تولید و تنظیم دستگاه‌ها در این سطح انجام می‌شوند.

4. سطح چهارم، سطح اطلاعات و داده‌ها:

آخرین و بالاترین سطح یک اتوماسیون صنعتی که وظیفه مدیریت کل سیستم را برعهده دارد. این سطح علاوه بر برنامه‌ریزی تولید، به تجزیه و تحلیل مشتری و بازار نیز می‌پردازد. اطلاعاتی که از یک سطح به سطح دیگر منتقل می‌شوند، توسط شبکه‌های ارتباطی انجام می‌شود. این شبکه‌ها توسط سیستم‌های ارتباطی که در این سطح (سطح چهارم) قرار دارند، کنترل و مدیریت می‌شوند.

اگر بخواهیم یک نتیجه‌گیری کلی از این سلسله‌مراتب داشته باشیم، باید بگوییم که جریان اطلاعات از سطح بالابه‌پایین و بالعکس وجود دارد. همانند تصویر بالا، اگر این جریان را به‌صورت یک هرم در نظر بگیریم، بیشترین اطلاعات در رأس هرم و کمترین اطلاعات در کف هرم قرار دارد.

امیدواریم در این مقاله اطلاعات کامل و مفیدی را در اختیارتان گذاشته باشیم. هرگونه سؤال، نظر یا پیشنهادی در خصوص این موضوع جذاب داشتید، می‌توانید از طریق فرم زیر با ما در میان بگذارید و دیدگاه خود را ثبت نمایید.