В цехе «умного» завода в дельте реки Янцзы некогда переполненные рабочие исчезли, уступив место точным сварочным движениям роботизированных манипуляторов, гибкой обработке материалов роботами AGV и экранам ПЛК, отображающим данные в центральной диспетчерской. Эта производственная линия, выпускающая 5000 двигателей для электромобилей в день, требует всего трех техников для контроля: яркий микрокосм того, как технологии промышленной автоматизации преобразуют производственный ландшафт. Промышленная автоматизация — не новая концепция, но в последние годы, благодаря совокупному воздействию ПЛК (программируемых логических контроллеров), робототехники и Интернета вещей, она эволюционирует от «автоматизации с помощью одного устройства» к «интеллектуальному взаимодействию всего процесса», становясь критически важным фактором для компаний в снижении затрат, повышении эффективности и решении задач промышленной трансформации. I. От «полуавтоматизации» к «заводам без освещения»: тройной скачок в технологической итерации. Оглядываясь назад, можно сказать, что развитие промышленной автоматизации прошло три этапа. Ранний этап «полуавтоматизации» характеризовался автоматизацией оборудования, состоящего из отдельных станков, например, механического штамповочного оборудования в 1990-х годах. Простое релейное управление позволяло автоматизировать отдельный процесс, но ручное вмешательство между процессами все еще требовалось. Опытный инженер компании по производству бытовой техники вспоминал: «В те времена для работы на штамповочном станке требовалось два рабочих: один подавал материал, а другой его собирал. Они повторяли одни и те же действия тысячи раз в день, что приводило к высокому уровню травматизма на рабочем месте». Второй этап — «автоматизация процессов», отмеченный широким внедрением технологии ПЛК. После 2000 года ПЛК, благодаря своей программируемости и высокой стабильности, стали «нервным центром» производственной линии. Пример завода по производству автозапчастей показывает, что после внедрения системы управления ПЛК частота ошибок сборки на линии по сборке коробок передач снизилась с 3% до 0,1%, а эффективность производства увеличилась на 40%. На этом этапе производственная линия достигла автоматической межпроцессной связи, но все еще полагалась на ручную настройку параметров и устранение неполадок. Сегодня промышленная автоматизация вступила в стадию «интеллектуального сотрудничества». В «заводе без освещения» на предприятии по производству электроники ПЛК глубоко интегрированы с промышленными роботами, системами визуального контроля и MES (системой управления производством): когда система визуального контроля обнаруживает дефект в компоненте, сигнал в режиме реального времени передается на ПЛК. ПЛК немедленно дает указание роботизированной руке остановить захват и одновременно загружает данные в MES, которая автоматически планирует резервные материалы. Такое всестороннее сотрудничество повышает общую эффективность оборудования (OEE) завода до 92%, что почти на 30 процентных пунктов выше, чем при традиционной модели. II. «Сложение, вычитание, умножение и деление» внедрения технологий: видимые преимущества для компаний. Ценность промышленной автоматизации в конечном итоге заключается в конкретных показателях «снижение затрат, повышение качества и увеличение эффективности». Пример трансформации завода тяжелого машиностроения весьма показателен: Сокращение трудозатрат и повышение эффективности: в сварочном цехе были внедрены шесть сварочных роботов в сочетании с системой управления ПЛК для достижения точного управления траекторией. Первоначальная смена из 20 человек была сокращена до 3 человек (ответственных за надзор и составление графика), а суточная производственная мощность увеличилась с 80 до 120 единиц. Улучшение качества и сокращение отходов: благодаря интеграции ПЛК и системы визуального контроля, точность размеров деталей была скорректирована с ±0,1 мм до ±0,03 мм, а процент брака снизился с 5% до 0,8%, что позволило сэкономить более 2 миллионов юаней на затратах на сырье в год. Гибкое производство: ранее смена моделей продукции требовала 2-часового простоя для регулировки оборудования; теперь, благодаря удаленному вызову предварительно заданных параметров через программу ПЛК, время переналадки сократилось до 10 минут, что удовлетворяет потребности в мелкосерийном производстве и выпуске множества видов продукции. Преимущества автоматизации могут получить не только крупные, но и малые и средние предприятия. Владелец завода по производству скобяных изделий в провинции Чжэцзян подсчитал, что инвестиции в размере 150 000 юаней в внедрение автоматической сборочной машины с ПЛК-управлением позволили заменить трех рабочих (с общей ежемесячной зарплатой в 12 000 юаней). Затраты окупились менее чем за 14 месяцев, а качество продукции значительно улучшилось, что позволило успешно выйти на рынок товаров премиум-класса.
III. Слабые стороны и преимущества: как устранить препятствия на пути внедрения автоматизации?
Несмотря на многообещающие перспективы, трансформация промышленной автоматизации по-прежнему сталкивается с многочисленными практическими проблемами. Опрос показывает, что 70% малых и средних предприятий считают, что основным препятствием являются высокие первоначальные инвестиции, за которыми следует нехватка технического персонала.
Что касается финансирования, поэтапная трансформация стала прагматичным вариантом. Стоит поучиться у мебельной фабрики в Гуандуне: сначала автоматизируют узкие места в производственных процессах (например, шлифовку) с помощью шлифовальных машин с ПЛК-управлением для достижения стабильной силы шлифовки, а затем, оценив результаты, постепенно расширяют их до процессов покраски и сборки, избегая таким образом чрезмерных единовременных инвестиций. Кроме того, государственные субсидии на технологическую трансформацию и политика финансового лизинга также могут снизить финансовое давление на компании. Нехватка технических специалистов требует сочетания внутренних и внешних решений. С одной стороны, компании могут сотрудничать с профессиональными училищами для подготовки специалистов в области программирования ПЛК, обслуживания роботов и других смежных областях. С другой стороны, модульное и графическое программное обеспечение для программирования (например, Siemens TIA Portal) снижает порог вхождения в эксплуатацию, позволяя обычным электрикам выполнять базовое программирование и отладку после краткосрочного обучения. Следующий этап промышленной автоматизации — это ее глубокая интеграция с искусственным интеллектом и цифровыми двойниками. В цехе цифровых двойников автомобильного производителя данные в реальном времени с физической производственной линии передаются на виртуальную платформу через ПЛК. Инженеры могут моделировать отказы оборудования и тестировать новые параметры производства в виртуальной среде, а затем внедрять оптимальное решение в физическое оборудование, достигая таким образом «моделирования до начала производства» и сокращая цикл опытного производства новых продуктов на 40%. Внедрение алгоритмов искусственного интеллекта позволяет системам автоматизации обучаться самостоятельно. После интеграции системы ПЛК предприятия пищевой промышленности с системой машинного зрения удалось автоматически определять различия в цвете и размере партий сырья и корректировать температуру и время выпечки в режиме реального времени, преодолевая тем самым ограничения подхода «один размер подходит всем» в традиционной автоматизации. От ревущих роботизированных манипуляторов в цеху до динамичных потоков данных в диспетчерской, технологии промышленной автоматизации незаметно продвигают обрабатывающую промышленность от «производства» к «умному производству». Для компаний автоматизация — это не вопрос выбора, а важнейший вопрос: как неуклонно развиваться в соответствии со своими потребностями. В конце концов, в эпоху, когда эффективность имеет ключевое значение, те, кто внедряет автоматизацию на раннем этапе, получат конкурентное преимущество в волне промышленной модернизации.
