במרכז של תהליכי הייצור המודרניים נמצאים ציוד בקרת אוטומציה שמחבר בין כל מיני רכיבים כמו חיישנים, בקרים ומנועים כדי לשמור על הרצף הרציף של שרשראות הייצור. גם הנתונים תומכים בכך – לפי מחקר של ARC Advisory משנת שעברה, במפעלים רבים דווח על ירידה של כ-40% בשגיאות בעת מעבר מעבודה ידנית למערכות אוטומטיות. לדוגמה, שמירה על טמפרטורה בתאי כימיה גדולים או שילוב פעולתם של זרועות רובוטיות בצורה חלקה – מערכות אלו מסוגלות לשמור על דיוק של עד אלפית המילימטר. והדברים נעשים חכמים יותר: כיום יצרנים מובילים מתחילים להטמיע כלים מבוססי בינה מלאכותית בתוך יחידות הבקרה שלהם, כך שהמפעלים יכולים לעבד מידע באופן מיידי ולשנות את פעילותם בזמן אמת, מבלי לחכות לניתוח חיצוני.
המסע של האוטומציה התעשייתית באמת התחיל בשנות ה-60 של המאה הקודמת, כשメリות האלקטרו-מכניות הישנות עשו לא יותר מאשר הדלקה וכיבוי של דברים. קדימה מהירה לשנות ה-90, וראינו שבקרים לוגיים מתוכנתים, או בקיצור PLCs, הפכו לנפוצים מאוד במפעלים לייצור מוצרים בודדים. שבלונות הקטנים האלה יכלו להתמודד עם כ-1,000 נקודות קלט/פלט בכל שניה. כיום, שבלונות חכמים מודרניים עברו דרך ארוכה. הם יכולים לתקשר עם האינטרנט התעשייתי של הדברים (IIoT) תוך עיבוד של 15 מיליון הוראות בשנייה, תוך שימוש ב-30% פחות חשמל בהשוואה לגירסאות הישנות שלהם. ואל נשכח גם מהמודולים לחישוב על השפה (Edge computing). ג'okers האלה מאפשרים למכונות לחשוב לעצמן ממש במקום, ומקטינים את התלות בשרתים עננים מרוחקים כמעט בחצי בפעולות קריטיות כמו ייצור שבבים, לפי דוח דלויט מהשנה שעברה.
מערכות מודרניות מבצעות שלוש פונקציות חיוניות:
גישה משולבת זו תומכת בשיעור זמינות של 99.95% בשרשראות ריתוך כלי רכב ושיעורי פגם מתחת ל-0.1% באריזת תרופות (מחקר McKinsey 2023 על מדד הייצור). ככל שמכשור בקרת התהליכים מתקדם, המערכות מבחןות באופן גובר את צרכי התיקון והתחזוקה שלהן, ומזהות כשלים במנועים עד 800 שעות פעילות לפני הכשל.
בחירת הבקר הנכון מחייבת בחינה של מספר גורמים. זמן תגובה הוא קריטי במיוחד ביישומים כמו פעולות איסוף והצבה במהירות גבוהה, שם הבדל של ±10 מילישנייה יכול להוות את כל ההבדל. גם דרישות הדיוק חשובות. בעבודות בתחום הסקמי-מוליכים, לדוגמה, נדרשים סבלנות מתחת למילימטר אחד. ואל תשכחו גם מהרחבה עתידית. מרבית המומחים ממליצים להשאיר כושר עודף של כ-30 עד 50 אחוז כדי לעמוד בדרישות הצמיחה העתידית של העסק. לפי נתוני תעשייה עדכניים משנת שעברה, יותר ממחצית מעצרות הייצור בסביבות ייצור ממותגות נובעות למעשה משימוש בבקרים שאינם תואמים את צרכיו של המכונה. זה מדגיש עד כמה חשוב להתאים את المواصفות הטכניות למציאות בשטח במטרה לשמור על תפעול חלק ללא הפסקות לא מתוכננות.
בקרים לוגיים מתוכנתים (PLCs) נמצאים כמעט בכל מקום שבו חשובות החלטות בהפרש מילישניות, למשל על שורות ייצור שצריכות להגיב תוך מספר מילישניות. הבקרים הללו מונעים התקלות במכונות סגירת בקבוקים המסוגלות להתמודד עם כ-400 בקבוקים לדקה, ומניתן mention גם למהלכי הלحام הרובוטיים המדויקים במיוחד שמגיעים בדיוק של 0.05 מ"מ בכל פעם. מה גורם להם להיות כל כך פופולריים? התכנות באמצעות לוגיקת סולם (ladder logic) שלהם מקלה מאוד על הגדרת רציפים שעובדים יחד, וכן על התקנת נעילות בטיחות חיוניות ברחבי הרציף התעשייתי. אנשי תעשייה מדגישים עובדה מעניינת מתוך הנתונים האחרונים של 'ספר הנחיות הבקרה', שמראה כי בהשוואה למערכות מחשב רגילות, PLCs מקטינים את זמן ההתקנה בכ-40% במפעלי ייצור של רכבים. יעילות מסוג זה מסבירה מדוע הם נשארים לבחירה המועדפת, למרות כל הטכנולוגיות החדשות והמודרניות שעולות על הenever.
מערכות בקרה מבוזרות (DCS) מתרשמות באמת בסביבות תעשייתיות שבהן כל דבר צריך לעבוד יחד לאורך כל המתקן. קחו למשל מתקני תרכובות נפט – מערכות אלו יכולות לשמור על טמפרטורות יציבות בתוך חצי מעלה צלזיוס, גם כשelles מנהלות יותר מ-5,000 נקודות קלט/פלט בכל המתקן. מערכות אלו משתמשות בשיטות בקרה מתקדמות כדי להתמודד עם תהליכים מורכבים כגון שבירת עירבוב קטליטית, תוך שמירה על זמינות כמעט מושלמת של כ-99.8% במהלך תקופות פעילות רציפות. הגרסאות העדכניות ביותר של DCS מגיעות עם תכונות תחזוקה חכמות שבעצם מנבאות כשלים בציוד לפני שהן מתרחשות. מפעלים המשתמשים במערכות מודרניות אלו מדווחים על כ-57% פחות עצירות לא מתוכננות בהשוואה להגדרות ישנות יותר, מה שמייצר הבדל גדול מאוד הן בבטיחות והן ביעילות ייצור.
בקרים אוטומטיים מתוכנתים משלבים את תכונות הבקרה המوثקות של PLCs קלאסיים עם הכוח החישובי הארי של מחשבים רגילים, מה שהופך אותם למצוינים ביצועים בעבודה עם משימות מורכבות. חישבו על שורות אריזה אדפטיביות שצריכות להתמודד עם יותר מ-15 סוגים שונים של מוצרים בו זמנית. מערכות אלו מסוגלות להריץ הן תכנות לוגיקת סולם והן שפות תכנות מתקדמות כמו C++. יכולת כפולה זו מאפשרת לייצרנים לחבר אותן למערכות חזות מכונה מתקדמות שזוכות פגמים במהירות מרשים של 120 תמונות לשנייה. מחקר מסוים משנת שעברה הראה כי כאשר חברות מיישמות טכנולוגיית PAC בתהליכי עיבוד המזון שלהן, הן צופות בשיפור של כ-22 אחוז ביעילות הכללית של הציוד, בזכות ניטור איכות בזמן אמת טוב יותר.
חברת כימיקלים מיוחדת אחת ראתה את מחזורי הייצור שלה מצטמצמים בקרוב שליש כאשר החליפה מערכות רеле ישנות במערכות PAC מודרניות שהגיעו עם מסדי נתונים מובנים של SQL ישר מהמפעל. שינוי זה הסיר 18 משימות tediously של הזנת נתונים ידנית ודאג שכל הדברים עמדו בדרישות החמורות של ה-FDA (סעיף 11 במיוחד) באמצעות רשומות דיגיטליות מאובטחות שלא ניתן לשנות לאחר מכן. בינתיים, במפעל פלדה המפעיל תהליכי גלוון ללא הפסקה, הצליחו מהנדסים לשמור על ריצה חלקה של התהליך ב-99.95% מהזמן, גם כשעיבדו נפחים עצומים יום אחרי יום. הם עשו זאת על ידי התקנת מערכות בקרה לגיבוי עם מודולי קלט/פלט מיוחדים שניתן להחליף תוך כדי ריצה, מבלי להפסיק את הייצור, מה שמרשים למדי בהתחשב בעובדה שהם מעבדים כ-1,200 טון כל יום.
אוטומציה יעילה מסתמכת על מערכות קלט/פלט (I/O) שמותקנות נכון ועל פרוטוקולי תקשורת עמידים שמבטיחים אינטראקציה חלקה בין חיישנים, ממירים ובקרים בסביבות דינמיות.
בעבודה עם מערכות תעשיתיות, על מעצבים לדעת את ההבדל בין התקנים בינריים שמפעילים או מכבים דברים, לבין אלה שפועלים בטווח משתנה ומטפלים בזרמי נתונים רציפים. קחו לדוגמה קלט/פלט דיסקרטי – הוא עוסק בעיקר בסיגנלי כן/לא פשוטים שמגיעים מרכיבים כמו מפסקים מגבילים או כפתורים. לעומת זאת, קלט/פלט אנלוגי עובד עם מדידות רציפות כמו קריאות של טמפרטורה או רמות לחץ לאורך זמן. הם דורשים דגימה מדויקת בהרבה כדי לשמור על האות האמיתי מבלי לאבד פרטים חשובים. מהנדסים ברובם ממליצים להשאיר כ-25 נקודות קלט/פלט נוספות בעיצוב המערכת. למה? משום שאף אחד לא יכול לצפות מראש אילו שינויים יופיעו בעתיד כשישובצו עדכונים בתהליכים או כשיהיה צורך להרחיב אותם.
הצבת armories של קלט/פלט ליד חדרי בקרה עוזרת לצמצם הפרעות חשמליות, אם כי תצורה זו לעתים קרובות גורמת להתקשרות עם כמות גדולה של חוטים ארוכים המתפשטים לכל עבר. כאשר יצרנים מתקינים מודולי קלט/פלט מפוזרים קרוב יותר לציוד האמיתי, הם יכולים לחסוך נפח עצום של כבלים. דיווחים מסוימים מציגים חיסכון בין 60 ל-80 אחוז במתקנים תעשייתיים גדולים. חברות רבות פונות כעת לתחנות קלט/פלט מרחוק בשדרוג IP67 שאפשר להתקין ישירות על מכונות ייצור. תצורות אלו מתאימות במיוחד לאיסוף נתונים בזמן אמת מהחיישנים גם כאשר התנאים בעבודה על הרצפה של המפעל הם קיצוניים.
אתרנט/IP מוביל התקנות מודרניות עם רוחב פס של 100 מגה-ביט לשנייה ותאימות טבעית לפלטפורמות IIoT. Modbus TCP נשאר בשימוש נרחב לצורך שילוב של התקנים ישנים ברשתות חדשות. הנחיות תעשייתיות מדגישות את הפרוטוקולים הללו בשל היכולת שלהם להתחבר בקלות למערכות עקיבה כמו SCADA ו-MES.
מפעלים רבים עובדים עם ציוד של ספקים שונים המתפרס על פני עשורים. ממירי פרוטוקול מחברים בין התקנים ישנים של RS-485/Modbus RTU לרשתות מבוססות אתרנט. מיפוי טופולוגיות fieldbus קיימות בשלב התכנון מונע 재-תצורה יקרה, כאשר OPC UA צוברת תנופה כפתרון המועדף לאיחוד סביבות רב-פרוטוקוליות.
כאשר מערכות IIoT מושבות יחד עם יכולות حوسبة קצה, הן מקטינות באופן משמעותי את עיכובים בנתונים – מחקר של מכון Ponemon מראה הקטנה של כ-70%. כלומר, מכונות יכולות לעבד מידע ממש באתר במקום לחכות לתשובות מהענן. ככל שהרשתות האלה מתרחבות ברחבי רצפות ייצור, מסגרות IIoT ניתנות להרחבה מטפלות בצמיחה ללא מאמץ, תוך כדי שימור בתוך גבולות תקינה כפי שנקבעו על ידי ארגוני תקנים כמו ISO במסגרת 55000. קחו לדוגמה את שכבת האינטרופרבייליות WoT. מבחנים בשדה במפעלי חכמה מראים שהיא מצליחה לחבר פרוטוקולים שונים בהצלחה בכ-98% מהמקרים, אם כי הגעה לאחוזים האחרונים דורשת לעיתים התאמה עדינה בהתאם לתנאי המפעל הספציפיים ולבעיות תאימות של ציוד ישן.
עיצובים מודולריים מאפשרים שדרוגי מערכת ב-30% מהירים יותר מארכיטקטורות קבועות, על סמך מדדי ייצור משנת 2024. טכנולוגיית צמד דיגיטלי מאפשרת לمهندסים לדמות הרחבות ייצור לפני שינויים פיזיים. ספקים מהרמה הראשונה מדווחים על עלות שדרוג נמוכה ב-40% כאשר משתמשים במערכות המורכבות מרכיבים ותומכות בשדרוגים הדרגתיים של IIoT.
פלטפורמות תכנות מודרניות מגיעות לאינטראקציה של 99% עם מערכות ישנות באמצעות דרייברים אוניברסליים לתקשורת – קריטי במפעלים עם ספקים מעורבים. חבילות תוכנה חדשות מתמזגות באופן טבעי עם HMI ו-MES, ומקצרות את זמן האינטגרציה ב-50% ביישומים בתעשיית הרכב (Ponemon 2023).
יצרנים בעלי חזון קדימה מוקדשים 25% מהميزמיות האוטומציה שלהם להתק infrastructure אגנוסטית של פרוטוקולים, תוך הכרה בכך שסטנדרטי תקשורת משתנים כל 3–5 שנים (Ponemon 2024). שכבה הבינאיפעיליות של WoT אפשרה השמה של התקנים ב-85% מהר יותר באמצעות סטנדרטיזציה סמנטית, מה שמוכיח את חשיבותה בהשגת תאימות לאחור בעת אימוץ חיישנים ומפעnels חדשים של IIoT.
ציוד בקרת אוטומציה מבצע ניטור תהליכים, קבלת החלטות והiegת מערכת, כדי להבטיח איכות ייצור ויעילות אופטימליות.
PLC-ים מתאימים במיוחד למשימות דיסקרטיות במהירות גבוהה, בעוד ש-DCS מתאים לתהליכים רציפים בקנה מידה גדול הדורשים התאמה על פני המתקן כולו.
הבטחת תאימות ואינטגרציה מונעת 재תצורה יקרה ומאפשרת אינטראקציה חלקה בין ציוד ממוני ספקים שונים.
אינטגרציה של IIoT משפרת את מהירות עיבוד הנתונים באתר, מקטינה עיכובים ומרחיבה מסגרות ניתןות להרחבה כדי לנהל צמיחה של הרשת.
כל הזכויותים © 2024 על ידי Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN