Inteligentne systemy sterowania maszynami

Komputerowe wspomaganie, pełna kontrola i regularna, częsta diagnostyka – to tylko ułamek z tego, co potrafią inteligentne systemy sterowania maszynami. Nowoczesne technologie – a w tym sztuczna inteligencja – będą wspierać personel zakładów produkcyjnych i wyręczać i zastępować niektórych pracowników. Dowiedz się, na czym polega inteligentne sterowanie fabryką i jakie korzyści są związane z wdrożeniem takiego rozwiązania.

Czym jest inteligentna fabryka?

Inteligentna fabryka jest fundamentem strategii “Przemysł 4.0”. Jej koncepcja obejmuje proces integracji:

• technicznych środków produkcji (np. parków maszynowych, linii produkcyjnych, infrastruktury przemysłowej środki transportu);
• systemów cyberfizycznych wspomagających procesy operacyjne i zarządcze.

Celem wprowadzanych zmian ma być: 

• uzyskanie pełnej autonomiczności operacji sterowania, monitorowania i kontroli produkcji w drodze bezpośredniej wymiany danych i komunikatów. Ma do nich dochodzić pomiędzy różnymi maszynami i robotami przemysłowymi;
• redukcja kosztów i przestojów technologicznych;
• większa elastyczność i adaptacyjność procesów produkcyjnych w dynamicznie zmieniającej się rzeczywistości.

By wprowadzić zmiany i osiągnąć zamierzone efekty, należy wdrożyć w zakładach produkcyjnych inteligentne systemy przemysłowe.

Czym są systemy wizyjne w automatyce?

Systemy wizyjne służą do zdobywania informacji o otoczeniu i określonych cechach przedmiotów – najczęściej np. o ich kształcie, kolorze, wymiarach czy stanie powierzchni. Jednak w odróżnieniu od ludzkiego oka nie męczą się one i są obiektywne. Systemy wizyjne wykorzystywane w zakładach produkcyjnych składają się z kamery wyposażonej w:

• matrycę światłoczułą, która zbiera ogromną liczbę danych na temat „widzianych” obiektów;
• układ elektroniczny z oprogramowaniem służącym do obróbki pozyskanych danych;
• komputer i sterowniki;
• oświetlenie.

Zastosowanie inteligentnego systemu wizyjnego w automatyce przekłada się na wydajniejszą produkcję i rentowność zakładu przemysłowego. Montaż nowoczesnych kamer obsługiwanych za pomocą specjalnego oprogramowanie umożliwia:

• wyeliminowanie wadliwych wyrobów oraz półwyrobów – zmniejsza to ryzyko reklamacji ze strony klientów;
• zmniejszenie ryzyka ludzkich błędów, co przekłada się na redukcję kosztów związanych z produkcją,
• śledzenie danych procesowych – dotyczących kształtów i wymiarów wyrobów. Nowoczesny system wizyjny może np. zrobić zdjęcia przedmiotom z odchyleniami od normy i wgrać te ujęcia do systemu, aby można było je analizować.

Sterowanie PLC – co to takiego?

Sterowanie to jest realizowane za pomocą sterowników PLC (ang. Programmable Logic Controller – Programowalny Sterownik Logiczny). Kontrolują one pracę maszyn dzięki zastosowaniu specjalnego układu mikroprocesorowego. Sterowniki PLC zastąpiły układy stycznikowo-przekaźnikowe, czego efektem było uproszczenie okablowania między stycznikami i przełącznikami. Obecnie wykorzystuje się je do sterowania m.in. urządzeniami wykorzystywanymi w zakładach przemysłowych – liniami produkcyjnymi czy oświetleniem. Sterowniki PLC – ze względu na swoją budowę – dzielą się na:

• kompaktowe (blokowe),
• modułowe małe,
• modułowe średnie,
• modułowe duże,
• rozproszone.

Sterowanie PLC pozwala na wykonywanie poleceń systemu operacyjnego, zbieranie pomiarów w czasie rzeczywistym i realizację programu użytkowników. Jego zadaniem jest również diagnostyka sprzętowa, programowa oraz transmitowanie danych.

Robotyka przemysłowa – przyszłość zakładów produkcyjnych

Roboty przemysłowe to już nie science fiction. To nowoczesne maszyny obowiązkowe w inteligentnych fabrykach. Mają one konstrukcję stałą lub mobilną, a swoją pracę wykonują w pełni automatycznie.

Ich najważniejszą cechą (która odróżnia je od zwykłych maszyn) jest programowalność. Dzięki temu mogą wykonywać powtarzalne sekwencje precyzyjnych czynności. Roboty przemysłowe są wielozadaniowe. Można je programować tak, aby wykonywały różne sekwencje ruchów. Mogą zajmować się montażem, malowaniem, spawaniem, obsługą maszyn, usuwaniem i polerowaniem materiałów oraz kontrolą jakości.

Technologia automatyzacji i robotyka przemysłowa otwierają nowe możliwości przed przedsiębiorcami i wiążą się ze znaczącymi korzyściami dla firm. Ich  wdrożenie powoduje:

• skrócenie czasu wytworzenia produktu,
• redukcję kosztów produkcji,
• podwyższenie jakości produktu końcowego i jego powtarzalność w stosunku do pierwowzoru.

Roboty nie są narażone na nieprzyjemne dolegliwości związane ze zbyt niską lub wysoką temperaturą czy promieniowaniem. Dlatego można wykorzystywać je także tam, gdzie nie może pracować człowiek. 

Poziom wyżej niż roboty – sztuczna inteligencja w sterowaniu maszynami 

Sztuczna inteligencja dla obserwatora z zewnątrz zachowuje się jak człowiek i ma zdolność uczenia się. Tworzą ją zaawansowane algorytmy potrafiące przetwarzać ogromne ilości danych. Dlatego sztuczna inteligencja ma szerokie zastosowanie w przemyśle. Może ona:

• wykrywać wzorce,
• na podstawie oceny stanu maszyn przewidywać ich awarie,
• dzięki analizie danych optymalizować procesy produkcyjne,
• podejmować optymalne decyzje dotyczące maszyn, aby obniżyć koszty produkcji i podwyższyć lub zachować jakość wyrobów.

Dzięki wykorzystaniu sztucznej inteligencji i robotów możliwa jest automatyzacja procesów produkcyjnych. Jej efektem może być większa wydajność całego zakładu, niższe koszty wytwarzania wyrobów oraz dokładność produkcji. 
 

Bezpieczeństwo maszyn i systemów – jak o nie zadbać w inteligentnej fabryce?

Ochrona pracownika i infrastruktury maszynowej, minimalizowanie ryzyka awarii i uszkodzenia sprzętów – odpowiadają za to systemy bezpieczeństwa maszyn. W inteligentnych fabrykach nie może zabraknąć układów sprawujących kontrolę nad urządzeniami. 

Systemy bezpieczeństwa w zakładach produkcyjnych to także wymóg prawny. Ich montaż i sposób działania regulują m.in. Dyrektywa Maszynowa Unii Europejskiej czy Międzynarodowa Norma ISO 12100. By zapewnić bezpieczeństwo maszynom, systemom i ludziom w zakładach produkcyjnych, wykorzystuje się czujniki elektromechaniczne, kurtyny świetlne oraz maty bezpieczeństwa.

Systemy SCADA – tłumacz języka maszyn na język ludzi

SCADA to system, który umożliwia usprawnienie procesu produkcyjnego i nadzoruje jego przebieg. Służy on do:

• zbieranie danych z maszyn i urządzeń pomiarowych w czasie rzeczywistym,
• tworzenia wizualizacji aktualnych danych lub danych historycznych,
• sterownia procesem produkcyjnym,
• archiwizowania danych z procesu produkcyjnego.

Za pomocą SCADA można monitorować procesy w zakładach przemysłowych w sposób lokalny lub zdalny. System ten przetwarza dane zbierane z maszyn w taki sposób, aby były one prezentowane użytkownikom jako zestawienia liczb czy wykresy.

Do czego służą technologie HMI (Human Machine Interface)?

Technologie HMI umożliwiają sprawną komunikację między urządzeniami i systemami a ludźmi (czyli np. operatorami maszyn). W przemyśle technologie HMI wykorzystuje się m.in. do:

• obsługi linii produkcyjnej,
• sterowania systemem HVAC w budynku hali produkcyjnej,
• wizualizacji drobnych procesów produkcyjnych.

Technologie Human Machine Interface bazują na interfejsach przemysłowych – o bogatej funkcjonalności. Panele HMI to najczęściej nowoczesne ekrany dotykowe – pojemnościowe lub rezystancyjne. Za ich pomocą operator może kontrolować przebieg procesu produkcji, jak i na niego wpływać. 

Systemy kontroli jakości w produkcji

Obecnie kontrola jakości jest realizowane w duchu Total Quality Management (TQM). Polega ona na doskonaleniu każdego aspektu działania zakładu, czego celem jest zadowolenie klienta.

Wdrożenie skutecznych procesów kontroli jakości pomaga zidentyfikować wady i wyeliminować je na wczesnym etapie procesu produkcyjnego. Oznacza to redukcję kosztów związanych ze składowaniem, złomowaniem lub naprawą wadliwych wyrobów. Efektywna kontrola jakości w produkcji jest dziś możliwa dzięki systemom IT dobranym pod kątem działalności zakładu.

Wydajne maszyny, działające na 100% swoich możliwości, to większe zyski dla zakładu produkcyjnego. Dziś dzięki współpracy robotów, sztucznej inteligencji czy systemów kontroli jakości można stworzyć inteligentną fabrykę – zautomatyzowaną i niegenerującą zbędnych kosztów.