Как автоматизировать производственные процессы: цифровые платформы и технологии

С развитием мышления, люди постоянно работали над улучшением своей жизни. Ручной труд постепенно заменили машинным – поля вместо крестьян с лошадьми теперь обрабатывают люди на комбайнах, а пешие путешественники добираются к пункту назначения на поездах, автомобилях и самолетах. Роль человека не уменьшилась, наоборот, труд стал более эффективным за счет использования автоматики.

Развитие технологий коснулось и производства – основной масштаб рутинной работы на крупных заводах теперь выполняют машины. Это сокращает время и затраты человеческих ресурсов, люди превратились в контролеров – задают настройки и следят за качеством продукции, будь это новый автомобиль, сошедший с конвейера или коробка конфет. Автоматизация технологических процессов производства коротко обозначается как АТПП и стоит подробнее разобрать это понятие.

Основные понятия

Автоматизация производственных процессов (АТПП) – использование специальных инструментов, позволяющих минимизировать участие линейных рабочих в производстве. На промышленных предприятиях устанавливают датчики, сенсоры и контроллеры, на электронно-вычислительных машинах – выводные устройства.

Еще АТПП представляет собой комплекс из систем, способных охватывать разные направления – от проектирования до контроля производства. Это позволяет быстрее развиваться предприятию за счет экономии времени и повышения эффективности.

Чтобы изменения положительно сказались на работе, руководству предприятия стоит проанализировать весь процесс, выбирая участки для оптимизации. Изучить каждый этап, уровень проведения и найти слабые стороны, где будет удобнее экспериментировать.

Автоматизация процессов – применение на практике новых технологий в самом производстве, еще цифровая трансформация, как переход с классических практик более к современным, масштабным образом, изменившим порядок операций. Трансформация проходит не линейно, скорее напоминая непрерывную эволюцию с постоянным внедрением на предприятиях нововведений.

Цифровое производство – термин, используется уже 10 лет и за прошедшее время значение существенно изменилось. Сначала обозначал предприятие, активно использующее ПО для автоматизации на разных этапах. Акцент стоял на ПО, способное ускорить и существенно упростить разработку, настройку параметров и последующую эксплуатацию рабочих программ управления станками. Включая программы, контролирующие конвейерную сборку и иные процессы.

Сейчас значение термина расширилось – цифровое производство не просто обозначает применение современных технологий, помогающих увеличить выработку, но и создание полноценного цифрового «двойника». К примеру, перед обработкой железной заготовки на металлозаводе, ИИ создает виртуальную копию и проводить через все этапы. Показывая на экране все сложности, нюансы и издержки, с которыми предстоит еще столкнуться в реальности, не потратив еще ни рубля денег. Вот так «рисуются» заготовки для конвейерной сборки и на заводе, выпускающем множество деталей разной сложности.

Цифровые двойники – многоуровневые макеты производственных и технологических процессов и отдельных операций, задействующих разные аспекты – оборудование, материалы, сотрудников, сервисные службы. Функционирование таких моделей с организацией непрерывного процесса требует затрат разнородных данных, вот почему современное значение цифрового производства обозначает существенные развития технологий.

Цели и принципы

Ключевые цели, что достигаются с помощью внедрения автоматизации процессов в промышленности и иных сферах:

Цель	Параметры
Снижение затрат	Новые технологии для производства позволят сэкономить на издержках по зарплате, энергопотреблении, покрытии расходов на брак. Производственные процессы будут оптимизированы, снизится и уровень выработки отходов
Улучшение производительности	Станет возможным организация круглосуточного процесса, без перерывов на сон, обед и выходные при сохранении исходного качества продукции.
Повышение качества	Автоматические системы работают по заданным ранее параметрам, воспроизводят неограниченное количество раз идентичные процессы с минимальными ошибками
Гибкое управление	Возможность вносить изменения в производственные линии, вводить новые разработки и менять задачи, эффективно управляя процессом в зависимости от спроса

 

Кроме целей, автоматизация несет и принципы:

Наименование	Значение
Интеграция	Системы ИИ легко интегрировать с иными управленческими и информационными системами на предприятии, создавая общую информационную среду, которой легко управлять
Гибкость настроек и масштабируемость	Системы легко адаптируются под любые изменения производственного процесса, позволяя внедрять новые функции быстро
Надежность	Ключевой аспект – повышение надежности с минимизацией аварий и технических сбоев, что гарантирует безопасность персонала
Эффективность управления данными	Автоматизация позволяет собирать, хранить, обрабатывать и анализировать большие пласты данных в цифровом пространстве

Автоматизация снижает затраты, делая производственный процесс гибким, способным приспособиться к изменениям рынка. Это полезно крупным заводам и мелким предприятиям, а еще – требуя минимум усилий, позволяет быстро и эффективно работать, выполняя большой объем заказов с одинаково высоким качеством продукции.

Как цифровые платформы повлияют на мир

Эпоха развития цифровых технологий уже наступила, это ознаменовано повышением инвестиций на создание механизмов, функционирующих на базе ИИ:

1. Согласно выводам McKinsey, в недалеком 2030 году примерно 400 млн. жителей планеты – это 14% рабочей силы утратят свои места, их заменят роботы и специальные программы.
2. 53% сотрудников уверены, что вскоре автоматизация сможет заменить их или нивелирует рабочие функции в последующие 10 лет. На примере гребцов, которых заменили двигатели на судах. Лишь 28% думают иначе.
3. 77% сотрудников ощущают необходимость ближайшее время увеличить свою квалификацию, обучаясь новым навыкам, возможно, сменить профессию вследствие развития роботизации.
4. 80% мужчин из-за цифровых технологий вынуждены освоить новые навыки и 74% женщин.
5. 34% взрослых людей, работающих без высшего и средне – специального образования не хотят узнавать больше о цифровых технологиях.
6. 69% людей, молодежи и средних лет (18 – 34 года) оценивают влияние активно развивающейся цифровизации на мировой рынок как положительное. С ними согласны 59% людей старшего возраста 35 – 54 лет и 50% – кому больше 55 лет.

Ключом понимания трансформации служит концепция – «цифровой трансформации», как начало автоматизации процессов.

Преимущества цифровых платформ

Постоянное использование концепции дает существенную выгоду для руководителей предприятий разных сфер и рынка в целом:

• рост производительности вследствие автоматизации ряда процессов;
• возможность провести эксперименты без реальных объектов, с их виртуальными копиями;
• удаленный контроль за каждым этапом процесса;
• снижение процента бракованной продукции;
• улучшение и поддержка высокого качества заготовок;
• снижение издержек;
• гибкие настройки с возможностью применить нововведения;
• увеличение точности на каждом этапе производства, что обеспечивает высокое (95-100%) совпадение между ожиданиями и результатом.

Автоматизация процессов на заводе или месторождении, запущенном «с нуля», снижает издержки минимум на 10%. Ведь перед установкой нового оборудования или использования новых материалов, можно экспериментировать с «двойниками» аналогичных параметров, созданными ИИ. Причем, эксперименты бесплатные, когда реальные проверки стоят дорого.

Какие технологии сейчас используют цифровое производство

Главный из примеров автоматизации – цифровое моделирование как отдельной детали, так и строительство завода. Математическая модель, созданная с идеальной точностью, показывает реальные процессы на экране, давая возможность заранее прикинуть все издержки и степень эффективности запланированных ранее изменений.

Трехмерное моделирование востребовано в промышленности – обеспечивает высокую точность, позволяя сэкономить на разработке моделей. Компьютерная графика успешно заменила длительные предварительные согласования по бумажным планам, толстые папки с документами, где детально описаны будущие изделия. На экране видны все этапы создания проекта, легко внести любые изменения и посмотреть результат.

Управление жизненным циклом изделия – набирающая популярность технология, где жизненный цикл объекта начинается с создания (моделирования) и завершается утилизацией. Со стороны доступно наблюдение за всем процессом, как элемент станка, что позволяет проводить ремонт или замену вовремя – любые изменения будут выявлены быстро. Это позволит станку работать постоянно, не затрачивая время на проверку и ремонт деталей.

«Интернет вещей» технология подразумевает подключение устройства к сети с передачей данных самостоятельно. А еще выгрузка информации, поступающей в систему от других объектов. Используется в промышленности и быту, как система – «Умный дом», где через приложение хозяин может следить за бытовыми приборами в своем доме на расстоянии. Включать чайник, активизировать робот – пылесос или набрать себе ванну, отрегулировав температуру. Суть технологии – снижение роли оператора – человека. В промышленности, когда в 1 котле наблюдается повышение давления, контроллер А автоматически перекроет нагнетание пара, контроллер Б – переведет мощность на запасной, 2 котел, вовремя предотвращая возникновения аварийной ситуации. Автоматика сработает эффективнее человека за пультом, последний может не среагировать вовремя.

Сферы применения новых технологий

«Умные» технологии влияют на концепцию производства, процесс становится быстрым, эффективным и требует меньших затрат. Сейчас нововведения коснулись многих сфер жизни.

Медицина

Здоровье бесценно и сегодня есть незаменимые технологии вроде объемного 3D моделирования с 3D печатью позволяют применять индивидуальный подход к пациентам. Распечатываемые предметы полностью соответствуют анатомии человека, например, импланты – заменители поврежденных костей и целых суставов. Врачи сканируют область вмешательства, затем соединив полученные данные с результатами компьютерной томографии, моделируют и печатают имплант нужных параметров. После проверки объекта на правильность геометрии, далее происходит подготовка виртуальной интерпретации операции с имплантированием детали в 3D модель тела пациента. Бионические протезы успешно заменяют потерянные руки и ноги, давая возможность сохранить подвижность для людей и животных. Врачи печатают 3D ортезы, эластичные шины и лангеты для фиксации конечностей. Это удобнее и комфортнее гипса.

Новые технологии востребованы в стоматологии, еще челюстно-лицевой восстанавливающей хирургии, позволяя точно спланировать процесс лечения, распечатывая по проектам временные коронки и настоящие челюстные фрагменты под параметры пациента:

• 3D скан делается с челюсти человека, далее совмещается с результатами от компьютерной томографии. Так специалист узнает, где разместить имплант, ориентируясь по качеству кости и пр.
• Определяется форма, общая величина детали, а также требуемый угол последующей установки.
• В принтере по данным распечатывается шаблон, минимизирующий риск допуска врачебной ошибки.
• Будет распечатана или обрабатывается временная коронка, чтобы у пациента смогли без осложнений зажить мягкие ткани в период восстановления.

3D печать популярна в ортодонтии при создании элайнеров – устройств исправления прикуса, заменившим неудобные брекеты. Элайнеры после установки почти невидимы и отлично работают, мягко корректируя расположение зубов.

Печать органов – на принтере было распечатано целое ухо, ведутся исследования по созданию клеток мышц, части печени и фрагменты кожи. Впоследствии, технологии позволят быстро заменять поврежденные участки кожи, ткани и целые органы.

Ювелирное дело

Цифровые технологии повсеместно применяются для выпуска ювелирных изделий, аксессуаров и бижутерии. Трехмерное моделирование помогает создавать цифровой макет изделия с 100% точностью, распечатать прототип, чтобы мастер подержал в руках и смог доработать уже оригинальное изделие.

Дальше печатается / фрезеруется модель из выжигаемого воска/фотополимера, потом заливается гипсом, чтобы создать литьевую форму и выплавляется при заливке. Так металл заполняет форму и может повторить форму будущего изделия.

Существуют 3D принтеры, печатающие драгметаллы, но стоимость материала высокая, что мешает повсеместно применять это.

Инженерное производство

Уже известно, как автоматизировать производство с помощью 3D сканированием и моделированием с трехмерной печатью. Новый тренд – автоматизация части станков и промышленных роботов. 3D сканирование помогает контролировать качество выпускаемых деталей, а 3D печать с автоматизированными станками – в производственных цехах.

Существуют принтеры, способные распечатывать объемные формы внушительных размеров до нескольких метров диаметром. В будущем инженеры смогут воспроизводить автоматически целые механизмы.

Автомобильная отрасль

Создание 3D моделей CAD и прототипов. Симбиоз развивается, выйдя за пределы конструкторских бюро в производство. Масштабная роботизация идет с автомобилестроения, где армия роботов под контролем людей собирает автомобили на заводах. Готовы примеры кузовов и рам, напечатанных в 3D принтере. Элементы тюнинга тоже – декоративные детали, спойлеры, молдинги и колесные колпаки. Функциональные детали и элементы оформления также радуют качеством, с распечаткой справляется бытовой принтер.

3D сканирование эффективно в ремонте, позволяя точно проанализировать состояние автомобиля и выявить неполадки как отклонения в конструкции кузова, создавая модели для распечатывания деталей на замену.

Строительство

3D печать используется в строительстве по всему миру. Технология популярна при проектировании зданий, эффективны промышленные сканеры и программы, а также создании объектов. Строительные принтеры распечатывают модульные блоки и целые бетонные здания. Например, в России пионером 3D строительной печати является компания Спецавиа, успевшая возвести несколько объектов с этим методом.

С 3D печатью легко создавать необычные объекты, недоступные при серийном строительстве вручную, притом, материалы используются классические – бетонные смеси с армированием.

Макетирование и архитектура

Уже давно археологи собирают макеты не из вырезанных и склеенных вручную деталей. Более востребован софт и специальные устройства, работающие гораздо быстрее и с большей точностью. 3D принтеры распечатывают части или макеты полностью по созданным ранее планам. Малейшие элементы хорошо заметны на конструкции, словно здание уже построено, а стоимость макетов куда ниже.

Есть технологии цветной печати из гипса, бумаги и мультиматериального пластика, позволяющего настроить степень прозрачности объекта.

Образование

В школах недавно появился новый предмет – технология, где ребята изучают основы цифрового производства, включая 3D печать и методы сканирования, создание объемных 3D моделей. В студенческих технологических центрах как FabLab в Массачусетском технологическом университете студенты и молодые преподаватели изучают достижения техники, разрабатывают новые проекты и заказывают прототипы. В Москве работают FabLab, он же МИСиС, созданный вместе с MIT, в Санкт – Петербурге таких два. Образовательные учреждения подробно изучают достижения в 3D технологии. Сеть ЦМИТов будет расти, став неотъемлемой частью программы образования.

Быт и обслуживание

С 3D печатью легко создавать мелкие бытовые предметы, например, запчасти на смену сломанных, фурнитуру для мебели. Распечатать игрушку ребенку с нуля, придав изделию уникальности в редакторе на компьютере. Готовая игрушка окажется куда дешевле по себестоимости, чем покупная и куда интереснее ребенку, ведь тот поучаствует в создании и будет уверен в уникальности вещи.

Распечатка предметов интерьера как статуи, полочки и небольшие шарики, создание портретов себя и близких в цвете – уже доступные функции.

Кулинария

Существует несколько популярных и выпускаемых повсеместно пищевых принтеров. Они распечатывают конфеты в любой форме из особого материала. Кроме расходников, мало отличаются от простых аппаратов по распечатке 3D. Есть и специализированные вроде Choc Creator – печатает плоские картины шоколадом и объемные объекты. Foodini – блюда из свежих продуктов как фиш-н-чипс или пищевые динозаврики. Принтер есть для блинов, выпускает оладьи и блинчики по заданной форме.

Вывод

Цифровые технологии и платформы давно существуют, активно внедряясь в промышленность и повседневную жизнь. Используются в медицине, строительстве, научных изысканиях, архитектуре и на бытовом уровне. Так ИИ помогает не только улучшать производительность на предприятиях, еще существенно упрощает жизнь, все ближе приближая человечество к тому будущему, о котором ранее могли узнавать только по фильмам жанра научная фантастика.

Цифровые технологии открывают перед производственными предприятиями огромные возможности для автоматизации процессов, повышения эффективности и снижения издержек. Инновационные платформы позволяют не только оптимизировать текущую деятельность, но и готовить бизнес к вызовам будущего, обеспечивая его устойчивый рост и конкурентоспособность.

Компания “Синаптик” специализируется на разработке заказного программного обеспечения, которое идеально адаптируется под нужды вашего бизнеса. Мы обеспечиваем полный цикл разработки: от глубокого анализа бизнес-процессов до внедрения, обучения персонала и поддержки. Узнайте, как цифровизация может изменить ваше предприятие, — свяжитесь с нами для консультации уже сегодня!