Core Insights: Автоматизация производства и автоматизация процессов

Введение: Почему "автоматизация" не является универсальным термином

В современной промышленности автоматизация и, в более широком смысле, промышленная автоматизация рассматривается как путь к эффективности и точность. Хотя это и правильно, критическая стратегическая ошибка - рассматривать "автоматизацию" как единую, монолитную концепцию. Это универсальный ярлык для широкого спектра решений по автоматизации без учета Автоматизация завода (FA) иАвтоматизация процессов (PA) это две разные дисциплины, просто два основных вида автоматизации.

Эти два столпа современного производства не только различаются по применению, но и происходят из различные специфические потребности, различные основополагающие системы и принципы контроля, а также различные системы измерений. Разница не просто семантическая, она фидуциарная. Неправильный выбор автоматики философия означает нерациональное распределение капитала, системная неэффективность, несоответствие технологий и целей, а также отсутствие согласованности целей.

Мы изучим эти два понятия и их основные компоненты, определив систему определений для описания каждого из них. К концу этого анализа вы сможете понять основы производства, определив не только места их различия и пересечения, но и важность этих различий для ваших систем.

Что такое автоматизация производства (АП)? Мир дискретного производства

По своей сути, автоматизация производства это мир вещи. Это область дискретного производства, основное направление систем автоматизации производства.. Все внимание сосредоточено на производство поддающихся количественной оценке, отдельно, и материальные предметы-Единицы, которые можно посчитать, подержать в руках и сложить в коробку. Рассмотрим дверь автомобиля, логическую плату смартфона, медицинский шприц или кроссовки. Каждый из этих элементов представляет собой отдельную "деталь", которая, пройдя последовательность операций, отправляется на следующий этап производственного процесса, чтобы преобразиться.

Автоматизация заводакоторый превосходит большой объемповторяющиеся задачи с минимальное вмешательство человека, скорость, повторяемость и точность, выходит на первый план. Стремление к повышению эффективности производства приводит к возникновению ключевых вопросов:

• Сколько единиц продукции мы можем произвести за час (производительность)?
• Каждый ли блок функционально идентичен предыдущему (согласованность)?
• Роботизированная рука размещает микрочип с допуском 10 микрон (точность)?

Система FA состоит из серии операций, выполняемых машинами в среде, определенной высокоскоростные параметры для выполнения определенных задач. Каждый компонент функционально идентичен, и система определяется "движением" и "положением", причем сборочные линии или более широкая производственная линия в состав которых входят остальные. Компонент захватывается, перемещается, позиционируется, сваривается, прикручивается, размещается или проверяется, и цикл этих специфических функций повторяется, тысячи раз день. Объективная ценность заключается в высокоскоростной идентичной репликации.

Что такое автоматизация процессов (PA)? Мир непрерывного производства

Если FA - это мир "вещи", то Автоматизация процессов это домен вещей.

Это мир технологического производства (также известного как непрерывное производство) или, в некоторых случаях, серийного производства. В центре внимания не счетные единицы, а аморфный "материал", который смешивается, нагревается, охлаждается, находится под давлением или подвергается химическим изменениям.. Выход не подсчитывается, он измеряется объемом, весом, расходом. Подумайте о бензине из химическая обработка, краска, фармацевтикапорошки, городская вода, или производство энергии.

Основные цели Автоматизация процессов это стабильность, безопасность и неизменное качестводля обеспечения операционной эффективности. Центральными вопросами являются:

• Температура в корпусе реактора составляет ровно 400°C (стабильность)?
• Находятся ли скорость потока и давление в этом трубопроводе в пределах безопасной эксплуатации (безопасность)?
• Идентичен ли химический состав этой партии предыдущей (консистенция)?

Среда ПА представляет собой высококонтролируемую систему преобразований, в которой входные данные преобразуются в массовый выходной сигнал. Вся система часто рассматривается как единый, крупный, взаимосвязанный процесс. Основной задачей является поддержание идеального состояния равновесия, часто с минимальным участием человека из-за масштабов и потенциальных опасностей, что также снижает риск несчастных случаев на производстве. Отклонение температуры или давления на 1% может привести в лучшем случае к расточительству, а в худшем - к катастрофе. Значение в безупречное, стабильное преобразование сырьяв готовый сыпучий продукт.

Основные различия: Сравнение с глазу на глаз

Для полного понимания разрыва необходимо оценить философию, сопоставленную на одной плоскости. Различия в философиях на уровне производственного цеха и нервного центра являются основополагающими.

Выход продукции: Дискретные части против непрерывного потока

На сайте автоматизация производстваЭто самое интуитивное различие. В автоматизации производства, на выходе получается готовый, дискретный продукт. При терминальном производстве производственная линия заканчивается SKU (Stock Keeping Unit). На него можно нанести серийный номер. Машина, ноутбук, коробка хлопьев. Процесс определяется последовательные действия, воздействующие на деталь.

На сайте автоматизация процессов, на выходе получается продукт, но он недифференцирован. Вы заканчиваете производственную линию рецептом или формулой. Выходные данные поступают в резервуар, бункер или трубопровод. Вы измеряете его в галлонах или кубических метрах. Процесс определяется непрерывными условиями, действующими на поток.

Ближе всего к дискретным единицам PA подходит "серийное" производство (распространены в фармацевтике и специальной химии), где за один раз создается определенное количество материала. Даже здесь философия управления заключается в управлении процессом (температура, время смешивания) партии, а не сборки ее частей.

Системы управления: ПЛК и робототехника в сравнении с DCS и SCADA

Именно здесь и проявляются различия в технологии автоматизации становятся более техническими по своей сути. Мозги" операций в этих системах и бизнес-процессы, которые они поддерживают, построены для решения принципиально разных задач.

В случае с Автоматизация завода, это ПЛК и Робототехника которые берут верх.

• ДляПЛК (Программируемые логические контроллеры): "ПЛК - это основа высокоскоростной последовательной логики. Эти промышленные контроллеры представляют собой прочные промышленные компьютеры, предназначенные для принятия решений по принципу "да/нет" или "если - то" за миллисекунды. Его логика последовательна: "Деталь на месте? Да. Активировать пневматический зажим. Зажим надежно закреплен? Да. Включить сварочный аппарат. Сварка завершена? Да. Отпустите зажим. Этот тип функциональности создан для высокоскоростного ввода-вывода (Input/Output), который требуется датчикам, переключателям и исполнительным механизмам". "
• Для робототехники: Для этого используются роботизированные системы со специализированными контроллерами движения, которые управляют сложными многоосевыми движениями роботизированной руки для выполнения задач, связанных с подбором, размещением, сваркой или покраской.

В случае с Автоматизация процессов, это DCS (DistributedСистема управления), который автоматизирует процессы.

• DCS: Распределенная система управления служит системой управления всем процессом. Она может быть построена не для миллисекундного реагирования, а для массивной, общесистемной надежности. Она обрабатывает аналоговые массивные одновременные данные, поступающие от датчиков температуры, давления и расхода, обеспечивая тысячи контуров обратной связи. Система управления, часто являющаяся частью более совершенных систем управления, использует сложные алгоритмы для поддержания равновесия путем выполнения сложных каскадных контуров управления, иллюстрирующих управление "включено/выключено"; например, "откройте этот клапан 32.5%, чтобы поддерживать температуру на уровне 90.1°C". Система разработана с учетом избыточности и общесистемной видимости, обеспечивая работу всей установки как единого, стабильного целого.
• SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition): Часто используемая для сбора и визуализации данных, SCADA часто используется в качестве общего HMI (человеко-машинного интерфейса), который позволяет контроллерам, часто через центральные приборные панели или мобильные планшеты, наблюдать и контролировать весь процесс, который часто распределен по большой территории.

Контролируемые переменные: Положение и скорость в зависимости от температуры и давления

Это различие объясняется тем, как управляются различные системы.

Автоматизация заводафокусируется на движении и на дискретных переменных (часто представленных цифровыми измерениями).

• Переменными являются положение (деталь здесь?), наличие (коробка заполнена?) и количество (сколько единиц прошло?).
• Управление может быть скоростным (Как быстро движется конвейер?), последовательным (Каков следующий шаг?) и двоичным (Двигатель включен или выключен?).
• Мир определен по событиям.

Автоматизация процессовфокусируется на физических состояниях, а на аналог переменные.

• Переменными являются температура (насколько горяч реактор?), давление (каково PSI в трубе?), расход (сколько галлонов в минуту?), уровень (насколько полон резервуар?) и pH (какова кислотность?).
• Управление может быть модулирующим (открыть клапан 20%), пропорциональным (плавно увеличить нагрев) и поддерживающим (поддерживать постоянное давление).
• Мир определен по условиям.

Типичные отрасли: Автомобильная и сборочная промышленность по сравнению с нефтегазовой

То, где вы найдете эти системы в природе, делает различие кристально ясным.

Мышцы, стоящие за мозгом: Ключевые компоненты, выполняющие команды

Система управления, будь то ПЛК или DCSЭто "мозг". Он принимает решения и отдает приказы.. Но мозг без тела, без "мышц", инертен. Настоящая работа по автоматизации заключается не в принятии решения, а в его физическом исполнении.

Именно здесь находятся компоненты- приводы, клапаны, захватыВ ход идут гидравлические системы. Они являются осязаемым интерфейсом между цифровой командой и физическим миром.. В PAЭта "мышца" часто большой, модулирующий регулирующий клапан, сидит на трубе и медленно регулирует ее отверстие на несколько процентов, чтобы регулировать поток. Он рассчитан на высокое давление, опасные среды и точное аналоговое управление.

Но вв высокоскоростном, высокоцикличном миреАвтоматизация заводаНо требования гораздо более динамичны. "Мускулы" здесь должны быть быстрый, надежный и мощный, готовый безотказно выполнять миллионы циклов. Для этого нужна рабочая лошадка другого типа.

Рабочая лошадка FA: почему пневматические компоненты необходимы

На сайте HЭБАЙ, мы понимаем, что автоматизация производства (FA) основывается на одной главной истине - Каждая секунда на счету. Будь то зажим, позиционирование, сортировка или переносСовременное производство требует выполнения миллионов точных, повторяющихся действий каждый день. Пневматические компоненты это рабочие лошадки, которые делают этот ритм возможным. Время отклика быстрее, чем у большинства электромеханических систем, и возможность выдерживают миллионы циклов (типичный срок службы 3-10 миллионов)Наши цилиндры и клапаны обеспечивают точность и долговечность каждого движения. даже в жестких высокочастотных условиях.

Наш сайт пневматические цилиндры и клапанные системы созданы для того, чтобы выдерживать темпы современной автоматизации. Разработанный с Защита IP65-IP68Они обеспечивают плавное, эффективное движение с минимальной вибрацией и шумом - идеальное решение для применения в Электроника, автомобилестроение, пищевая промышленность и упаковка. С pОбработка под рециркуляцию и уплотнения премиум-классаОни Сократите время простоя, увеличьте срок службы оборудования и обеспечьте бесперебойную работу автоматизированных систем..

А поскольку эффективность - это больше, чем просто скорость, мы разработали наши Устройства FRL (фильтр-регулятор-смазка) для обеспечения чистой, стабильной и энергоэффективной воздушной энергии. С 0.1-1.0 МПа регулирование, Фильтрация 25-40 мкм, и Пропускная способность 500-4000 л/мин, наш FRL системы защищают каждый привод и клапана вниз по потоку, что исключает перепады давления, загрязнение масла и нестабильное движение. Для интеграторов FA это означает более надежная линия, Меньше перерывов в обслуживании, и оптимизированное время цикла - именно то, что требуется каждой умной фабрике.

Когда границы размываются: понимание современных гибридных систем

Несмотря на различия, FA и PA часто используются вместе на современных объектах, представляя собой "гибридные" системы. В зависимости от уровня автоматизации, вы можете увидеть элементы фиксированного, программируемая автоматизация, или гибкая автоматизация все в одном предприятии. В действительности используются системы автоматизации производства и автоматизации процессов.

Еда и напиткиособенно йогурт, и фармацевтика распространенные примеры.

• В Front-End (PA), Йогуртные заводы автоматизируют процессы предварительной пастеризации "йогурта" (смешивают молоко, йогуртные культуры и фрукты) и хранят смесь в огромных пастеризационных и температурных хранилищах. Это Автоматизация процессов, скорее всего, работает по заданным параметрам DCS. Контроль и автоматизация Температура, продолжительность смешивания и скорость потока являются критическими переменными.
• Back-End (FA), упаковочная линия, это Автоматизация завода. Йогурт подается на высокоскоростной наполнитель. Пустые стаканчики индексируются (с помощью ПЛК), наполняются, запечатываются, укупориваются и упаковываются (пневматика, исполнительные механизмы) под контролем сложных роботизированных систем.

Инженер, работающий на объекте, должен знать обе системы. Интеграция говорит автоматизация процессов (DCS, стабильность) в одном и автоматизация производства (ПЛК, скорость, пневматика) в другой.

Как выбрать: Дискретная или технологическая операция?

Для того чтобы выберите маршрут автоматизацииДля начала необходимо определить ключевую задачу. При анализе производственных процессов на новой или существующей производственной линии вот ключевые вопросы и лучшие практики, на которые необходимо ответить. Это поможет вам найти подходящийавтоматизация производства решения или системы автоматизации процессов.

1. Я создаю "вещи" или "предметы"?
   1. Вещи: Различные, поддающиеся подсчету предметы. -> Вы находитесь в царстве Автоматизация завода.
   2. Вещи: Большое количество материала, которое измеряется. -> Вы находитесь в царстве Автоматизация процессов.
2. Моя главная цель - скорость и пропускная способность, или стабильность и безопасность?
   1. Скорость/Пропускная способность: "Единицы в час" - это ваша ключевая метрика. -> Автоматизация завода.
   2. Стабильность/безопасность: "Поддержание заданных значений" - это ваша ключевая метрика. -> Автоматизация процессов.
3. Являются ли моими ключевыми переменными положение и последовательность, или температура и расход?
   1. Позиция/последовательность: "На месте ли деталь?" "Активирован ли переключатель?" -> Автоматизация завода.
   2. Температура/поток: "Каково давление?" "Каков уровень?" -> Автоматизация процессов.

Эти ответы не только обеспечит правильную философию автоматизации, но и начнет определять системы управления (ПЛК против. DCS) и, самое важное, решение по компонентам системы (Пневматика в сравнении с регулирующими клапанами)что вам потребуется для достижения успеха.

Заключение: Автоматизация, точность и правильный партнер

Вначале мы утверждали, что "автоматизация" не является единым понятием. Мы видели, что Автоматизация завода и Автоматизация процессов на самом деле это две разные дисциплины, родившиеся из разных философий и выполняемые с помощью разных инструментов.

Автоматизация завода это мир дискретных "вещей", высокоскоростной серии операций, измеряемых миллисекундами и микрометрами и управляемых ПЛК. Автоматизация процессовэто мир непрерывных "вещей", стабильный и контролируемый процесс, измеряемый в градусах и галлонах и управляемый ДКС.

В конечном итоге стратегия автоматизации, часто разработанная для того, чтобы оптимизировать или заменитьчеловеческий трудСильна только самая слабая сторона. Некачественные компоненты могут нарушить контроль качества и привести к увеличению времени простоя. Самая блестящая логика управления от ПЛК бесполезна, если физический компонент, выполняющий команду, слишком медленный, слишком слабый или слишком ненадежный.

Для тех, кто работает в мире дискретного производства - мире Автоматизация завода-Успех определяется этим переводом логики в мгновенное, мощное и повторяющееся движение. Это мир, который работает на точность, скорость и надежность, позволяя работникам переключиться с повторяющихся задач на руководящие роли, достигая максимальной производительности при минимум усилий. Это мир, который работает на воздухе. Как эксперты в области пневматических компонентов которые составляют основные "мышцы" FA, мы понимаем этот мир досконально. Мы не просто поставляем детали, мы поставляем скорость, надежность и мощность что превращает логику автоматизации в готовый продукт.