ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม: ประวัติลักษณะประเภทและการใช้งาน

ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ผ่านระบบควบคุมเช่นคอมพิวเตอร์หุ่นยนต์และเทคโนโลยีสารสนเทศเพื่อให้การทำงานอัตโนมัติของเครื่องจักรและกระบวนการต่าง ๆ ในอุตสาหกรรมโดยไม่ต้องใช้ผู้ปฏิบัติงาน

มันพยายามที่จะแทนที่การตัดสินใจของมนุษย์และกิจกรรมตอบสนองคำสั่งด้วยตนเองด้วยการใช้อุปกรณ์ยานยนต์และคำสั่งการเขียนโปรแกรมเชิงตรรกะ

ก่อนหน้านี้วัตถุประสงค์ของระบบอัตโนมัติคือเพื่อเพิ่มผลผลิตเนื่องจากระบบอัตโนมัติสามารถทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมงและลดต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับผู้ปฏิบัติงานมนุษย์เช่นเงินเดือนและผลประโยชน์

ระบบอัตโนมัตินี้เกิดขึ้นได้หลายวิธีเช่นอุปกรณ์เครื่องกล, ไฮดรอลิก, นิวเมติก, ไฟฟ้า, อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์โดยทั่วไปแล้วรวมเข้าด้วยกัน

ในบรรดาตัวควบคุมวัตถุประสงค์ทั่วไปสำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรม ได้แก่ : ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้โมดูล I / O อิสระและคอมพิวเตอร์

สถานการณ์ปัจจุบัน

เมื่อเร็ว ๆ นี้ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมพบว่ามีการยอมรับเพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมประเภทต่าง ๆ เนื่องจากมีประโยชน์มากมายในกระบวนการผลิตเช่นการเพิ่มผลผลิตคุณภาพความยืดหยุ่นและความปลอดภัยในราคาที่ต่ำ

นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการประหยัดแรงงานค่าไฟฟ้าและค่าวัสดุรวมถึงความแม่นยำในการวัด

แนวโน้มที่สำคัญคือการใช้วิสัยทัศน์ประดิษฐ์มากขึ้นเพื่อให้ฟังก์ชั่นการตรวจสอบอัตโนมัติ แนวโน้มก็คือการใช้หุ่นยนต์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานในกระบวนการอุตสาหกรรมได้กลายเป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุด

ตัวอย่างเช่น บริษัท เซมิคอนดักเตอร์นำเสนอแอปพลิเคชันไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตซึ่งพบในการควบคุมมอเตอร์และปั๊มทั่วไปเพื่อลดการใช้พลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพ

รายงานการพัฒนาโลกของธนาคารโลกปี 2561 แสดงหลักฐานว่าแม้ว่าระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมจะแทนที่คนงาน แต่นวัตกรรมก็สร้างอุตสาหกรรมและงานใหม่ ๆ

ประวัติศาสตร์

นับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้นระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมได้สร้างความก้าวหน้าอย่างมากในบรรดากิจกรรมที่เคยทำด้วยตนเองมาก่อน

การปฏิวัติอุตสาหกรรม

การแนะนำเครื่องยนต์แรกและเครื่องยนต์ไอน้ำได้สร้างข้อกำหนดใหม่สำหรับระบบควบคุมอัตโนมัติเช่นตัวควบคุมอุณหภูมิและตัวควบคุมความดัน

ในปี ค.ศ. 1771 เครื่องปั่นแบบหมุนอัตโนมัติเครื่องแรกได้ถูกคิดค้นขึ้นโดยใช้พลังงานไฮดรอลิก ในปี 1785 โรงโม่แป้งอัตโนมัติได้รับการพัฒนากลายเป็นกระบวนการอุตสาหกรรมอัตโนมัติเต็มรูปแบบครั้งแรก

ฟอร์ดมอเตอร์

ในปี 1913 บริษัท ฟอร์ดมอเตอร์ได้เปิดตัวสายการประกอบสำหรับการผลิตรถยนต์ซึ่งถือเป็นหนึ่งในระบบอัตโนมัติที่บุกเบิกในอุตสาหกรรมการผลิต

ก่อนหน้านั้นรถยนต์ถูกสร้างขึ้นโดยทีมงานที่มีทักษะและไม่มีฝีมือ ระบบอัตโนมัติของการผลิตปรับปรุงอัตราการผลิตของฟอร์ดและเพิ่มผลกำไร

สายการประกอบและการผลิตรถยนต์จำนวนมากเป็นรายแรกของโลก ลดเวลาการประกอบของรถจาก 12 ชั่วโมงต่อคันเป็นประมาณหนึ่งชั่วโมงครึ่ง

ความก้าวหน้าในศตวรรษที่ 20

ห้องควบคุมกลายเป็นเรื่องธรรมดาในปี ค.ศ. 1920 จนถึงต้นทศวรรษที่ 1930 การควบคุมกระบวนการเปิด / ปิดเพียงอย่างเดียว

ในช่วงทศวรรษที่ 1930 ผู้ควบคุมเริ่มได้รับการแนะนำด้วยความสามารถในการเปลี่ยนแปลงการคำนวณเพื่อตอบสนองต่อการเบี่ยงเบนจากรูปการควบคุม

ห้องควบคุมใช้ไฟสีรหัสเพื่อส่งสัญญาณไปยังพนักงานโรงงานเพื่อทำการเปลี่ยนแปลงบางอย่างด้วยตนเอง

ในช่วงทศวรรษที่ 1930 ญี่ปุ่นเป็นผู้นำในการพัฒนาส่วนประกอบ ไมโครสวิตช์แรกรีเลย์ป้องกันและตัวจับเวลาไฟฟ้าความแม่นยำสูงได้รับการพัฒนา

ในปี 1945 ญี่ปุ่นได้เริ่มโครงการฟื้นฟูอุตสาหกรรม โปรแกรมนี้ใช้เทคโนโลยีใหม่ซึ่งแตกต่างจากวิธีโบราณที่คนทั่วโลกใช้

ญี่ปุ่นกลายเป็นผู้นำระดับโลกในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม บริษัท รถยนต์เช่นฮอนด้าโตโยต้าและนิสสันสามารถผลิตรถยนต์ที่มีคุณภาพและเชื่อถือได้จำนวนมาก

คุณสมบัติ

การใช้เครื่องจักรกลเป็นการดำเนินการด้วยตนเองของงานโดยใช้เครื่องจักรกล แต่ขึ้นอยู่กับการตัดสินใจของมนุษย์

ระบบอัตโนมัติแสดงให้เห็นถึงขั้นตอนเพิ่มเติมในการใช้เครื่องจักรกลเพราะมันจะแทนที่การมีส่วนร่วมของมนุษย์ด้วยการใช้คำสั่งการเขียนโปรแกรมเชิงตรรกะและเครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพ

ลดต้นทุนการดำเนินงาน

ด้วยระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมค่าใช้จ่ายในวันหยุดพักผ่อนการดูแลทางการแพทย์และโบนัสที่เกี่ยวข้องกับคนงานจะถูกกำจัด ในทำนองเดียวกันมันไม่ต้องการผลประโยชน์อื่น ๆ ที่พนักงานมีเช่นความคุ้มครองเงินบำนาญโบนัส ฯลฯ

แม้ว่าจะเกี่ยวข้องกับค่าใช้จ่ายเริ่มต้นที่สูง แต่ก็ช่วยประหยัดเงินเดือนของคนงานซึ่งนำไปสู่การประหยัดอย่างมากสำหรับ บริษัท

ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมนั้นต่ำกว่าเพราะโดยปกติจะไม่แตกหัก หากล้มเหลวเฉพาะคอมพิวเตอร์และวิศวกรซ่อมบำรุงเท่านั้นที่ควรซ่อมแซม

ผลผลิตสูง

ในขณะที่หลาย ๆ บริษัท จ้างคนผลิตหลายร้อยคนเพื่อทำงานโรงงานสามกะเป็นเวลาสูงสุด 24 ชั่วโมง แต่ก็ยังต้องปิดตัวเพื่อวันหยุดและการบำรุงรักษา

ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมเป็นไปตามวัตถุประสงค์ของ บริษัท ทำให้โรงงานผลิตสามารถทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมง 7 วันต่อสัปดาห์และ 365 วันต่อปี สิ่งนี้นำมาซึ่งการปรับปรุงที่สำคัญในการเพิ่มผลผลิตขององค์กร

คุณภาพสูง

ระบบอัตโนมัติแจ้งข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์ นอกจากนี้หุ่นยนต์ไม่มีความอ่อนล้าใด ๆ ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพสม่ำเสมอแม้จะผลิตในเวลาที่ต่างกัน

มีความยืดหยุ่นสูง

หากมีการเพิ่มงานใหม่ลงในสายการประกอบจะต้องมีผู้ปฏิบัติงานมนุษย์ของการฝึกอบรม

ในอีกทางหนึ่งหุ่นยนต์สามารถตั้งโปรแกรมให้ทำงานประเภทใดก็ได้ ทำให้กระบวนการผลิตมีความยืดหยุ่นมากขึ้น

ความแม่นยำสูงของข้อมูล

การรวบรวมข้อมูลอัตโนมัติช่วยให้การวิเคราะห์ข้อมูลการผลิตที่สำคัญมีความแม่นยำสูงของข้อมูลเหล่านี้ลดค่าใช้จ่ายในการรวบรวม

สิ่งนี้ช่วยให้สามารถตัดสินใจได้อย่างถูกต้องเมื่อพยายามปรับปรุงกระบวนการและลดของเสีย

ความปลอดภัยสูง

ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมสามารถทำให้สายการผลิตปลอดภัยสำหรับคนงานโดยปรับใช้หุ่นยนต์เพื่อจัดทำสถานการณ์อันตราย

ค่าใช้จ่ายเริ่มต้นสูง

การลงทุนครั้งแรกที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงจากสายการผลิตของมนุษย์เป็นอัตโนมัติหนึ่งสูงมาก

นอกจากนี้การฝึกอบรมพนักงานเพื่อจัดการอุปกรณ์ใหม่ที่ซับซ้อนนี้เกี่ยวข้องกับค่าใช้จ่ายที่สำคัญ

ชนิด

ระบบอัตโนมัติคงที่

มันถูกใช้เพื่อดำเนินการซ้ำและการดำเนินการคงที่เพื่อให้ได้อัตราการผลิตสูง

มันใช้อุปกรณ์วัตถุประสงค์เฉพาะเพื่อทำให้กระบวนการลำดับคงที่หรือการดำเนินการประกอบโดยอัตโนมัติ ลำดับการดำเนินการถูกกำหนดโดยการกำหนดค่าของอุปกรณ์

คำสั่งที่ตั้งโปรแกรมไว้นั้นมีอยู่ในเครื่องในรูปแบบของเกียร์สายไฟและฮาร์ดแวร์อื่น ๆ ที่ไม่สามารถเปลี่ยนจากผลิตภัณฑ์หนึ่งไปสู่อีกผลิตภัณฑ์หนึ่งได้อย่างง่ายดาย

รูปแบบของระบบอัตโนมัตินี้โดดเด่นด้วยการลงทุนเริ่มต้นสูงและอัตราการผลิตสูง ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ผลิตในปริมาณมาก

โปรแกรมอัตโนมัติ

มันเป็นรูปแบบของระบบอัตโนมัติสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์เป็นชุด ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตในชุดที่ช่วงจากหลายโหลหลายพันหน่วยในเวลา

สำหรับชุดใหม่แต่ละชุดอุปกรณ์การผลิตจะต้องทำการจำลองโปรแกรมใหม่เพื่อปรับให้เข้ากับผลิตภัณฑ์ชนิดใหม่ การเขียนโปรแกรมซ้ำนี้ต้องใช้เวลาโดยมีช่วงเวลาที่ไม่มีประสิทธิภาพตามด้วยการดำเนินการผลิตสำหรับแต่ละล็อต

โดยทั่วไปอัตราการผลิตจะต่ำกว่าในระบบอัตโนมัติคงที่เนื่องจากอุปกรณ์ถูกออกแบบมาเพื่ออำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนแปลงผลิตภัณฑ์แทนที่จะมีความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านของผลิตภัณฑ์

ตัวอย่างของระบบอัตโนมัตินี้คือเครื่องจักรที่ควบคุมตัวเลขหุ่นยนต์อุตสาหกรรมโรงงานเหล็ก ฯลฯ

ระบบอัตโนมัติที่ยืดหยุ่น

ด้วยระบบนี้จะมีอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติให้ซึ่งมีความยืดหยุ่นอย่างมากในการเปลี่ยนแปลงสำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์ มันเป็นส่วนเสริมของระบบอัตโนมัติที่ตั้งโปรแกรมได้

ข้อเสียของการทำงานอัตโนมัติแบบตั้งโปรแกรมได้คือเวลาที่ใช้ในการสร้างโปรแกรมใหม่สำหรับอุปกรณ์การผลิตสำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่แต่ละชุด นี่คือการสูญเสียเวลาในการผลิตซึ่งมีราคาแพง

ในระบบอัตโนมัติที่ยืดหยุ่นการเขียนโปรแกรมซ้ำจะทำได้อย่างรวดเร็วและอัตโนมัติในเครื่องคอมพิวเตอร์โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์การผลิตเช่นนั้น

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำผ่านคำแนะนำที่ให้ในรูปแบบของรหัสโดยผู้ปฏิบัติงานมนุษย์

ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องจัดกลุ่มผลิตภัณฑ์เป็นชุด มันสามารถผลิตส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันหลังจากที่อื่น

การใช้งาน

อุตสาหกรรม 4.0

การเพิ่มขึ้นของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับ "การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สี่" ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในชื่อ Industry 4.0 มีพื้นเพมาจากประเทศเยอรมนี Industry 4.0 ครอบคลุมอุปกรณ์แนวคิดและเครื่องจักรจำนวนมาก

Industry 4.0 ทำงานร่วมกับ Internet อุตสาหกรรมของสิ่งต่าง ๆ ซึ่งเป็นการรวมที่สมบูรณ์แบบของวัตถุทางกายภาพต่างๆบนอินเทอร์เน็ตผ่านการเป็นตัวแทนเสมือนและซอฟต์แวร์ / ฮาร์ดแวร์เพื่อเชื่อมต่อเพื่อเพิ่มการปรับปรุงในกระบวนการผลิต

ความสามารถในการสร้างการผลิตที่ชาญฉลาดปลอดภัยและล้ำหน้ายิ่งขึ้นเป็นไปได้ด้วยเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ มันเปิดแพลตฟอร์มการผลิตที่น่าเชื่อถือสอดคล้องและมีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ก่อน

Industry 4.0 ครอบคลุมการผลิตหลายด้านและจะดำเนินต่อไปเมื่อเวลาผ่านไป

หุ่นยนต์อุตสาหกรรม

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมเป็นสาขาหนึ่งของระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมที่ช่วยในกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันเช่นการตัดเฉือนการเชื่อมการทาสีการประกอบและการจัดการวัสดุ

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมใช้ระบบเครื่องกลไฟฟ้าและซอฟต์แวร์ต่าง ๆ เพื่อให้มีความแม่นยำและความเร็วสูงซึ่งเกินกว่าประสิทธิภาพของมนุษย์

ระบบเหล่านี้ได้รับการแก้ไขและปรับปรุงจนถึงจุดที่หุ่นยนต์ตัวเดียวสามารถทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมงโดยไม่มีการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย ในปี 1997 มีหุ่นยนต์อุตสาหกรรมใช้งานอยู่ 700, 000 ตัวจำนวนเพิ่มขึ้นเป็น 1.8 ล้านในปี 2560

ตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้

ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมประกอบด้วยโปรแกรมควบคุมตรรกะที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC) ในกระบวนการผลิต สิ่งเหล่านี้ใช้ระบบการประมวลผลที่ช่วยให้การควบคุมอินพุตและเอาต์พุตแตกต่างกันผ่านการตั้งโปรแกรมอย่างง่าย

PLC สามารถรับอินพุตที่หลากหลายและส่งคืนเอาต์พุตตรรกะที่หลากหลายได้ อุปกรณ์อินพุตเป็นเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ส่งออก ได้แก่ มอเตอร์วาล์ว ฯลฯ

PLC นั้นคล้ายกับคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตามในขณะที่คอมพิวเตอร์ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการคำนวณ PLC จะได้รับการปรับให้เหมาะกับงานควบคุมและใช้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม

พวกเขาสร้างขึ้นในลักษณะที่มีเพียงความรู้พื้นฐานของการเขียนโปรแกรมตามตรรกะเป็นสิ่งจำเป็นในการจัดการกับการสั่นสะเทือนอุณหภูมิสูงความชื้นและเสียง

ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของ PLC คือความยืดหยุ่น พวกเขาสามารถใช้งานระบบควบคุมต่าง ๆ ได้ พวกเขาทำให้ไม่จำเป็นต้องติดตั้งระบบใหม่เพื่อเปลี่ยนระบบควบคุม ความยืดหยุ่นนี้ทำให้พวกเขามีกำไรสำหรับระบบที่ซับซ้อนและหลากหลาย

ตัวอย่าง

ในอุตสาหกรรมยานยนต์การติดตั้งลูกสูบในเครื่องยนต์ดำเนินการด้วยตนเองโดยมีอัตราความผิดพลาด 1-1.6% ขณะนี้งานเดียวกันนี้ทำด้วยเครื่องจักรอัตโนมัติมีอัตราความผิดพลาด 0.0001%

ปัญญาประดิษฐ์ (AI) ใช้กับหุ่นยนต์เพื่อทำฉลากอัตโนมัติโดยใช้แขนหุ่นยนต์เป็นตัวติดฉลากอัตโนมัติและ AI เพื่อตรวจจับผลิตภัณฑ์ที่จะติดฉลาก

ระบบอัตโนมัติที่ออดี้

ที่โรงงานออดี้ในเยอรมนีจำนวนหุ่นยนต์เกือบเท่ากับพนักงาน 800 คน พวกเขาทำงานหนักเป็นส่วนใหญ่เช่นเดียวกับรอยเชื่อมที่อาจเป็นอันตรายเช่นเดียวกับการทดสอบซ้ำ ๆ อย่างน่าเบื่อ

ประโยชน์ที่ได้รับจากระบบอัตโนมัติของ Audi คือประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและความต้องการแรงงานลดลงโดยไม่ต้องฝึกอบรม

หุ่นยนต์ที่ใช้ที่ออดี้ไม่เพียง แต่รับผิดชอบงานอันตรายที่พนักงานไม่เคยฝึกมาก่อนเท่านั้น แต่ยังรวบรวมข้อมูลจำนวนมากที่สามารถวิเคราะห์และใช้เพื่อปรับปรุงการทำงานของโรงงาน

อย่างไรก็ตามยังมีงานที่หุ่นยนต์ไม่สามารถทำได้และมนุษย์ก็พร้อมที่จะรับมือได้ดีขึ้น

ด้วยการรับภาระงานที่อันตรายที่สุดและปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิผลของงานเหล่านั้นออดี้สามารถดึงดูดคนงานที่ได้รับการฝึกอบรมมาอย่างดีและมีความเชี่ยวชาญเป็นพิเศษในการทำงานที่มุ่งเน้นไปที่มนุษย์

สายการผลิตอัตโนมัติ

ประกอบด้วยชุดของสถานีงานที่เชื่อมต่อโดยระบบการถ่ายโอนเพื่อย้ายชิ้นส่วนระหว่างสถานี

มันเป็นตัวอย่างของระบบอัตโนมัติคงที่เนื่องจากบรรทัดเหล่านี้มักจะมีการกำหนดค่าสำหรับการผลิตที่ยาวนาน

แต่ละสถานีได้รับการออกแบบมาเพื่อดำเนินการการประมวลผลเฉพาะเพื่อให้ชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์ทำทีละขั้นตอนในขณะที่มันเคลื่อนที่ไปตามสาย

ในการดำเนินงานตามปกติของเส้นชิ้นส่วนจะถูกประมวลผลในแต่ละสถานีเพื่อให้ชิ้นส่วนจำนวนมากถูกประมวลผลพร้อมกันเพื่อสร้างชิ้นส่วนสำเร็จรูปพร้อมกับแต่ละรอบของบรรทัด

การดำเนินการต่างๆที่เกิดขึ้นจะต้องมีการจัดลำดับและประสานงานอย่างเหมาะสมเพื่อให้สายการทำงานมีประสิทธิภาพ

บรรทัดอัตโนมัติที่ทันสมัยจะถูกควบคุมโดยตัวควบคุมตรรกะโปรแกรมได้ พวกเขาสามารถดำเนินการประเภทของเวลาและฟังก์ชั่นการเรียงลำดับที่จำเป็นสำหรับการดำเนินงานของพวกเขา