الأتمتة الصناعية: التاريخ والخصائص والأنواع - تقنية - 2026

و الأتمتة الصناعية هي التكنولوجيا التي تستخدمها أنظمة التحكم مثل أجهزة الكمبيوتر والروبوتات وتكنولوجيا المعلومات لتمكين التنفيذ الآلي للعمليات وأجهزة مختلفة في الصناعة، دون الحاجة لمشغلي الإنسان.

يسعى إلى استبدال عملية صنع القرار البشري وأنشطة الاستجابة اليدوية للأوامر باستخدام المعدات الآلية وأوامر البرمجة المنطقية.

المصدر: pixabay.com

في السابق ، كان الغرض من الأتمتة هو زيادة الإنتاجية ، نظرًا لأن الأنظمة الآلية يمكن أن تعمل 24 ساعة في اليوم ، وتقليل التكلفة المرتبطة بالمشغلين البشريين ، مثل الأجور والمزايا.

تم تحقيق هذه الأتمتة بوسائل مختلفة ، مثل الأجهزة الميكانيكية والهيدروليكية والهوائية والكهربائية والإلكترونية وأجهزة الكمبيوتر ، مجتمعة بشكل عام فيما بينها.

تشمل وحدات التحكم ذات الأغراض العامة للعمليات الصناعية: وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة ووحدات الإدخال / الإخراج المستقلة وأجهزة الكمبيوتر.

الوضع الراهن

في الآونة الأخيرة ، وجدت الأتمتة الصناعية قبولًا متزايدًا من قبل أنواع مختلفة من الصناعة ، نظرًا لفوائدها الهائلة في عملية التصنيع ، مثل زيادة الإنتاجية والجودة والمرونة والأمان بتكاليف منخفضة.

كما أن لها فوائد في التوفير في العمالة وتكاليف الكهرباء وتكاليف المواد ، فضلاً عن دقة أكبر في القياسات.

هناك اتجاه مهم يتمثل في زيادة استخدام رؤية الكمبيوتر لتوفير وظائف الفحص التلقائي. اتجاه آخر هو الزيادة المستمرة في استخدام الروبوتات.

أصبحت كفاءة استخدام الطاقة في العمليات الصناعية الآن واحدة من أعلى الأولويات.

على سبيل المثال ، تقدم شركات أشباه الموصلات تطبيقات ميكروكنترولر 8 بت ، الموجودة في المضخات ذات الأغراض العامة وأدوات التحكم في المحركات ، لتقليل استهلاك الطاقة وبالتالي زيادة الكفاءة.

يُظهر تقرير التنمية في العالم لعام 2018 الصادر عن البنك الدولي دليلاً على أنه بينما تحل الأتمتة الصناعية محل العمال ، فإن الابتكار يخلق صناعات ووظائف جديدة.

التاريخ

منذ نشأتها ، قطعت الأتمتة الصناعية خطوات كبيرة بين الأنشطة التي كانت تُجرى يدويًا في السابق.

ثورة صناعية

خلق إدخال المحركات الأولى والمحرك البخاري متطلبًا جديدًا لأنظمة التحكم الآلي ، مثل منظمات درجة الحرارة ومنظمات الضغط.

في عام 1771 تم اختراع أول مطحنة غزل آلية بالكامل تعمل بالطاقة الهيدروليكية. في عام 1785 تم تطوير مطحنة دقيق آلية ، لتصبح أول عملية صناعية مؤتمتة بالكامل.

فورد موتور

في عام 1913 ، قدمت شركة Ford Motor Company خط تجميع إنتاج السيارات والذي يعتبر أحد الأنواع الرائدة للأتمتة في صناعة التصنيع.

قبل ذلك ، تم بناء سيارة من قبل فريق من العمال المهرة وغير المهرة. حسنت أتمتة الإنتاج معدلات إنتاج فورد وزادت أرباحها.

كان خط التجميع والإنتاج الضخم للسيارات هو الأول من نوعه في العالم. خفضت وقت تجميع السيارة من 12 ساعة لكل سيارة إلى حوالي ساعة ونصف الساعة.

التقدم في القرن العشرين

أصبحت غرف التحكم شائعة في عشرينيات القرن الماضي.حتى أوائل الثلاثينيات ، كان التحكم في العمليات قيد التشغيل / الإيقاف.

بدأ تقديم أجهزة التحكم في الثلاثينيات ، مع القدرة على إجراء تغييرات محسوبة استجابة للانحرافات عن شخصية التحكم.

استخدمت غرف التحكم الأضواء ذات الرموز اللونية للإشارة إلى عمال المصنع لإجراء تغييرات معينة يدويًا.

خلال الثلاثينيات ، كانت اليابان رائدة في تطوير المكونات. تم تطوير أول محول دقيق ومرحلات حماية ومؤقت كهربائي عالي الدقة.

في عام 1945 ، بدأت اليابان برنامج إعادة الإعمار الصناعي. اعتمد البرنامج على تقنيات جديدة ، على عكس الأساليب القديمة التي استخدمها بقية العالم.

أصبحت اليابان رائدة العالم في الأتمتة الصناعية. تمكنت شركات السيارات مثل هوندا وتويوتا ونيسان من إنتاج العديد من السيارات عالية الجودة والموثوقة.

مميزات

الميكنة هي العملية اليدوية لمهمة ما باستخدام الآلات الآلية ، ولكن اعتمادًا على صنع القرار البشري.

تمثل الأتمتة خطوة إضافية للميكنة ، لأنها تستبدل المشاركة البشرية باستخدام أوامر البرمجة المنطقية والآلات القوية.

انخفاض تكاليف التشغيل

مع الأتمتة الصناعية ، يتم التخلص من تكاليف الإجازة والرعاية الصحية والمكافآت المرتبطة بالعامل البشري. وبالمثل ، لا يتطلب الأمر مزايا أخرى يتمتع بها الموظفون ، مثل تغطية المعاشات التقاعدية والمكافآت وما إلى ذلك.

على الرغم من أنه مرتبط بتكلفة أولية عالية ، إلا أنه يوفر الراتب الشهري للعمال ، مما يؤدي إلى توفير كبير للشركة.

تكلفة الصيانة المرتبطة بالمعدات المستخدمة في الأتمتة الصناعية أقل ، لأنها لا تميل إلى الانهيار. إذا فشلوا ، يجب على مهندسي تكنولوجيا المعلومات والصيانة فقط إصلاحه.

إنتاجية عالية

بينما تقوم العديد من الشركات بتوظيف المئات من الأشخاص التصنيعيين لتشغيل المصنع لمدة ثلاث نوبات لمدة أقصاها 24 ساعة ، إلا أنه لا يزال يتعين إغلاقه لقضاء العطلات والصيانة

تلبي الأتمتة الصناعية هدف الشركة ، مما يسمح لمصنع التصنيع بالعمل على مدار 24 ساعة في اليوم و 7 أيام في الأسبوع و 365 يومًا في السنة. يؤدي هذا إلى تحسن كبير في إنتاجية المنظمة.

جودة عالية

الأتمتة تسترضي الخطأ البشري. بالإضافة إلى ذلك ، لا تعاني الروبوتات من أي نوع من الإرهاق ، مما يؤدي إلى إنتاج منتجات ذات جودة موحدة ، وحتى تصنيعها في أوقات مختلفة.

مرونة عالية

إذا تمت إضافة مهمة جديدة على خط التجميع ، فسيلزم تدريب للمشغل البشري.

من ناحية أخرى ، يمكن برمجة الروبوتات للقيام بأي نوع من العمل. هذا يجعل عملية التصنيع أكثر مرونة.

دقة المعلومات العالية

تسمح لك البيانات الآلية التي تم جمعها بتحليل معلومات التصنيع الرئيسية ، بدقة كبيرة لهذه البيانات ، مما يقلل من تكلفة التجميع.

يتيح ذلك اتخاذ القرارات الصحيحة عند محاولة تحسين العمليات وتقليل الفاقد.

حماية عالية

يمكن للأتمتة الصناعية أن تجعل خط الإنتاج آمنًا للعمال من خلال استخدام الروبوتات للمناورة في المواقف الخطرة.

تكلفة أولية عالية

الاستثمار الأولي المرتبط بالتحول من خط إنتاج بشري إلى خط آلي مرتفع للغاية.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن تدريب الموظفين على تشغيل هذه المعدات الجديدة المتطورة ينطوي على تكاليف كبيرة.

أنواع

الأتمتة الثابتة

يتم استخدامه لتنفيذ عمليات متكررة وثابتة من أجل تحقيق معدلات إنتاج عالية.

توظيف فريق غرض خاص لأتمتة عمليات التسلسل الثابت أو عمليات التجميع. يتم تحديد تسلسل العمليات من خلال تكوين الجهاز.

يتم تضمين الأوامر المبرمجة في الآلات في شكل تروس وأسلاك وأجهزة أخرى لا يمكن تغييرها بسهولة من منتج إلى آخر.

يتميز هذا الشكل من الأتمتة باستثمار أولي مرتفع ومعدلات إنتاج عالية. لذلك ، فهي مناسبة للمنتجات التي يتم تصنيعها بكميات كبيرة.

أتمتة قابلة للبرمجة

إنه شكل من أشكال الأتمتة لتصنيع المنتجات على دفعات. يتم تصنيع المنتجات على دفعات تتراوح من عدة عشرات إلى عدة آلاف وحدة في وقت واحد.

لكل دفعة جديدة ، يجب إعادة برمجة معدات الإنتاج لتلائم النوع الجديد من المنتج. تتطلب إعادة البرمجة هذه وقتًا ، مع فترة زمنية غير منتجة يتبعها تشغيل إنتاج لكل دفعة.

تكون معدلات الإنتاج عمومًا أقل مما هي عليه في الأتمتة الثابتة ، لأن المعدات مصممة لتسهيل تغيير المنتج ، بدلاً من التخصص في المنتج.

ومن الأمثلة على نظام الأتمتة هذا الآلات التي يتم التحكم فيها رقميًا والروبوتات الصناعية ومصانع الصلب وما إلى ذلك.

أتمتة مرنة

مع هذا النظام ، يتم توفير معدات تحكم أوتوماتيكية ، والتي توفر مرونة كبيرة لإجراء تغييرات لكل منتج. إنه امتداد للأتمتة القابلة للبرمجة.

الجانب السلبي للأتمتة القابلة للبرمجة هو الوقت اللازم لإعادة برمجة معدات الإنتاج لكل دفعة جديدة من المنتج. هذا هو وقت الإنتاج الضائع ، وهو مكلف.

في الأتمتة المرنة ، تتم إعادة البرمجة بسرعة وتلقائية في محطة كمبيوتر ، دون الحاجة إلى استخدام معدات الإنتاج على هذا النحو.

يتم إجراء هذه التغييرات من خلال التعليمات المقدمة في شكل رموز من قبل المشغلين البشريين.

وبالتالي ، ليس من الضروري تجميع المنتجات في مجموعات. يمكن إنتاج مزيج من المنتجات المختلفة الواحدة تلو الأخرى.

التطبيقات

الصناعة 4.0

يرتبط ظهور الأتمتة الصناعية ارتباطًا مباشرًا بـ "الثورة الصناعية الرابعة" ، المعروفة باسم الصناعة 4.0. في الأصل من ألمانيا ، الصناعة 4.0 تشمل العديد من الأجهزة والمفاهيم والآلات.

تعمل الصناعة 4.0 مع إنترنت الأشياء الصناعي ، وهو عبارة عن تكامل مثالي للعديد من الكائنات المادية على الإنترنت ، من خلال تمثيل افتراضي ، ومع البرامج / الأجهزة للاتصال من أجل إضافة تحسينات على عمليات التصنيع.

من الممكن أن تكون قادرًا على إنشاء تصنيع أكثر ذكاءً وأمانًا وتقدماً باستخدام هذه التقنيات الجديدة. إنه يفتح منصة تصنيع أكثر موثوقية واتساقًا وفعالية من ذي قبل.

تغطي الصناعة 4.0 العديد من مجالات التصنيع وستواصل القيام بذلك مع مرور الوقت.

الروبوتات الصناعية

الروبوتات الصناعية هي فرع من الأتمتة الصناعية التي تساعد في عمليات التصنيع المختلفة ، مثل الآلات واللحام والطلاء والتجميع ومعالجة المواد.

تستخدم الروبوتات الصناعية أنظمة ميكانيكية وكهربائية وأنظمة برمجية مختلفة لتمكين الدقة والسرعة العالية ، التي تتجاوز بكثير أي أداء بشري.

تم إصلاح هذه الأنظمة وتحسينها لدرجة أن روبوتًا واحدًا يمكنه العمل لمدة 24 ساعة في اليوم مع القليل من الصيانة أو بدونها. في عام 1997 ، كان هناك 700000 روبوت صناعي قيد الاستخدام ، وارتفع العدد إلى 1.8 مليون في عام 2017.

وحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة

تتضمن الأتمتة الصناعية وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) في عملية التصنيع. هذه تستخدم نظام معالجة يسمح لك بتغيير عناصر التحكم في الإدخال والإخراج ، من خلال البرمجة البسيطة.

يمكن لـ PLC تلقي مجموعة متنوعة من المدخلات وإرجاع مجموعة متنوعة من المخرجات المنطقية. أجهزة الإدخال عبارة عن أجهزة استشعار وأجهزة الإخراج هي المحركات والصمامات وما إلى ذلك.

PLCs تشبه أجهزة الكمبيوتر. ومع ذلك ، في حين تم تحسين أجهزة الكمبيوتر لإجراء العمليات الحسابية ، تم تحسين PLCs لمهام التحكم واستخدامها في البيئات الصناعية.

تم إنشاؤها بطريقة تتطلب فقط معرفة البرمجة المنطقية الأساسية للتعامل مع الاهتزازات ودرجات الحرارة المرتفعة والرطوبة والضوضاء.

أكبر ميزة تقدمها PLCs هي مرونتها. يمكنهم تشغيل مجموعة من أنظمة التحكم المختلفة. فهي تجعل من غير الضروري إعادة أسلاك نظام لتغيير نظام التحكم. هذه المرونة تجعلها مربحة للأنظمة المعقدة والمتنوعة.

أمثلة

في صناعة السيارات ، كان يتم تركيب المكابس في المحرك يدويًا ، بمعدل خطأ يبلغ 1-1.6٪. حاليًا ، يتم تنفيذ هذه المهمة نفسها باستخدام جهاز آلي ، بمعدل خطأ 0.0001٪.

يتم استخدام الذكاء الاصطناعي (AI) مع الروبوتات لعمل العلامات التلقائية ، واستخدام الأسلحة الآلية كأدوات تطبيق تلقائية للملصقات ، والذكاء الاصطناعي للكشف عن المنتجات المراد تصنيفها.

الأتمتة في أودي

في مصنع أودي في ألمانيا ، عدد الروبوتات يساوي تقريباً 800 موظف. إنهم يقومون بمعظم الرفع الثقيل ، بالإضافة إلى اللحام الذي يحتمل أن يكون خطيرًا ، بالإضافة إلى الاختبارات المتكررة المملة.

من بين مزايا الأتمتة في Audi إنتاجية أعلى بكثير ومتطلبات أقل للعمال غير المهرة.

لا تهتم الروبوتات المستخدمة في أودي بالأعمال الخطرة التي كان يؤديها موظفون غير مدربين فحسب ، بل تجمع أيضًا ثروة من البيانات التي يمكن تحليلها واستخدامها لتحسين تشغيل المصنع.

ومع ذلك ، لا تزال هناك مهام لا تستطيع الروبوتات أداؤها والبشر مجهزون بشكل أفضل للتعامل معها.

من خلال تولي المهام الأكثر خطورة وتحسين كفاءة وإنتاجية تلك المهام ، يمكن أن تجتذب أودي المزيد من العمال ذوي المهارات العالية والمهارات لأداء المهام التي تركز على الإنسان.

خط إنتاج آلي

يتكون من سلسلة من محطات العمل المتصلة بواسطة نظام نقل لنقل الأجزاء بين المحطات.

إنه مثال على الأتمتة الثابتة ، حيث يتم إعداد هذه الخطوط بشكل عام لعمليات الإنتاج الطويلة.

تم تصميم كل محطة لأداء عملية معالجة محددة ، بحيث يتم تصنيع الجزء أو المنتج خطوة بخطوة ، مع تقدمه على طول الخط.

في عملية الخط العادية ، تتم معالجة جزء واحد في كل محطة ، لذلك تتم معالجة العديد من الأجزاء في وقت واحد ، مما ينتج عنه جزء مكتمل مع كل دورة من الخط.

يجب أن يتم ترتيب وتنسيق العمليات المختلفة التي تتم بشكل صحيح حتى يعمل الخط بكفاءة.

يتم التحكم في الخطوط الآلية الحديثة بواسطة وحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة. يمكن أن تؤدي أنواع وظائف التوقيت والتسلسل المطلوبة لعمليتك.

المراجع

1. تيري م.بري (2018). ما هي الأتمتة الصناعية؟ Sure Controls Inc. مأخوذة من: surecontrols.com.
2. ويكيبيديا ، الموسوعة المجانية (2018). التشغيل الآلي. مأخوذة من: en.wikipedia.org.
3. التكنولوجيا الكهربائية (2018). ما هي الأتمتة الصناعية - أنواع الأتمتة الصناعية. مأخوذة من: electrictechnology.org.
4. يونيترونيكس (2018). ما هي الأتمتة الصناعية؟ مأخوذة من: unitronicsplc.com.
5. موسوعة بريتانيكا (2018). تطبيقات الأتمتة والروبوتات. مأخوذة من: britannica.com.
6. آدم روبنسون (2014). الأتمتة الصناعية: تاريخ موجز لتطبيق التصنيع والحالة الحالية والمستقبلية. كراسيس. مأخوذة من: cerasis.com.
7. إيجل تكنولوجيز (2013). أتمتة المصنع ، مثال ألماني. مأخوذة من: eagletechnologies.com.