Автоматизация металлообработки: технологии увеличения производительности и сокращения затрат

СОДЕРЖАНИЕ

Металлообрабатывающая промышленность является одной из ключевых отраслей современной российской экономики, обеспечивающая выпуск различных деталей, конструкций, механизмов из металлов, их сплавов для множества сфер народного хозяйства, а именно:

машиностроение,
авиация,
строительство,
автомобилестроение,
энергетика,
сельское хозяйство,
пищевая промышленность,
химическая промышленность

и многих других.

В основе производственных процессов этой отрасли множество различных технологий, среди которых наиболее известны такие типы обработки металлов, как:

механическая,
термическая,
химическая.

Указанные технологии позволяет создавать изделия с заданной точностью, установленными физическими, химическими характеристиками.

Преимущества автоматизации процессов металлообработки

Особое внимание в современной металлообрабатывающей промышленности уделяется инновациям. Технологии металлообработки постоянно совершенствуется, в том числе за счет внедрения АСУ ТП. Автоматизация металлообрабатывающих процессов дает промышленным предприятиям ряд существенных преимуществ, а именно:

повышение производительности,
уменьшение издержек,
улучшение качества продукции,
снижение негативного воздействия на окружающую среду.

Использование современных роботизированных систем, станков ЧПУ позволяет минимизировать влияние человеческого фактора на производственный процесс, обеспечивая точность обработки и повторяемость операций. Это сокращает количество брака и уменьшает затраты на повторную переработку деталей. Кроме того, АСУ повышают скорость проектирования, создания деталей, обработки, что особенно важно при массовом производстве. Внедрение устройств мониторинга и управления позволяет оперативно отслеживать загрузку оборудования, уменьшая простои отдельных единиц. Как итог этого - предприятия получают конкурентные преимущества за счёт повышения эффективности выпуска и снижения эксплуатационных расходов.

Внедрение АСУ в металлообработке позволяет существенно ускорить производственные процессы. В условиях дефицита рабочей силы уменьшение количества персонала, непосредственно необходимого для выпуска продукции, также оказывает положительный эффект на экономические показатели предприятий, а зачастую решает проблему нехватки квалифицированных кадров.

Автоматизация производственных процессов позволяет значительно повысить коэффициент использования материалов за счет точного расчета, минимизации отходов при раскрое и обработке. Роботизированные системы и программное обеспечение, в том числе с использованием технологий искусственного интеллекта, эффективно управляют процессами загрузки оборудования, снижая потребление сырья, энергоресурсов.

ООО «КУБТРОНИКС» внедрило ряд АСУ на различных предприятиях, с кратким описанием которых вы можете ознакомиться на странице «Наши проекты».

Технологии и решения для автоматизации металлообрабатывающего производства

В настоящее время эффективно применяются следующие цифровые технологии автоматизации металлообрабатывающего производства:

CAD/CAM-программы,
MES, SCADA-системы управления производством и предприятием,
Интеллектуальные системы планирования и управления ресурсами (ERP),
Программируемые логические контроллеры,
Станки с числовым программным управлением (ЧПУ, CNC),
Промышленный интернет вещей (IIoT), облачные технологии,
Роботизированные комплексы,
Гибкие производственные системы (FMS),
Автоматизированные конвейерные, транспортные системы,
Цифровые двойники (Digital Twin),
Аддитивные технологии, включая 3D-печать металлом,
Автоматизированные системы контроля качества – машинное зрение (AI & Machine Vision),
Технологии искусственного интеллекта.

Рассмотрим подробнее некоторые из этих технологий, связанные с ними преимущества.

Использование CAD/CAM-программ обеспечивает интеграцию этапов проектирования детали, её непосредственное изготовление. CAD (Computer-Aided Design) позволяет проектировать точные 3D-модели изделий, проводить прочностные расчёты, оптимизировать конструкции. В дополнение к этому CAM (Computer-Aided Manufacturing) преобразует эти цифровые модели в управляющие программы для станков с ЧПУ. Использование этих технологий сокращается время подготовки, уменьшается риск ошибок, повышается точность и повторяемость обработки исходной заготовки. Современные CAD/CAM-программы поддерживают моделирование технологического процесса. Такой подход позволяет заранее выявить возможные коллизии производственного процесса, оптимизировать траектории металлообрабатывающего инструмента. Даже такое незначительное изменение траектории существенно снижает износ станка, уменьшает расход материалов. Интеграция этих технологий с системами управления производством (MES, ERP), промышленным интернетом вещей (IIoT) обеспечивает единый контроль над производственными процессами предприятия.
Системы управления производством, предприятием, такие как MES (Manufacturing Execution Systems) и SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), являются элементами комплексного контроля для выполнения задач оптимизации технологических процессов. MES выполняют функции:
        - отслеживание производственных заданий в реальном времени,
        - управление ресурсами,
        - анализ качества продукции,
        - сбор данных для повышения эффективности.
SCADA в дополнение к указанным функциям обеспечивают:
        - дистанционный контроль, управление оборудованием,
        - отображение (графическое представление) параметров работы станков, инженерных систем,
        - регистрацию полученных данных,
        - подготовку периодических отчетов.
Указанный перечень функций позволяет дежурному персоналу предприятия оперативно реагировать на возникающие неисправности и отказы.

Программы планирования и управления ресурсами (ERP) интегрируют данные о:
        - производственных процессах,
        - материальных ресурсах,
        - логистике,
        - финансах,
        - кадрах,
что позволяет решать задачи оптимизации загрузки оборудования, снижения производственных издержек, уменьшения простоев как отдельных станков, так всего производства в целом. ERP-программы контролируют цепочки поставок, автоматизируют закупки, позволяют в реальном времени отслеживать выполнение заказов или плана выпуска. Совместное внедрение систем: ERP, MES, SCADA, программируемых логических контроллеров (PLC) - позволяет создать единую цифровую экосистему предприятия, повышая эффективность и оперативность принятия управленческих решений.

ООО «КУБТРОНИКС» внедряет программируемые логические контроллеры во всех отраслях промышленности. Ознакомиться с нашими услугами можно на странице «Программирование контроллеров». В металлообрабатывающей промышленности ПЛК используются, в том числе нами, для управления:
        - станками,
        - прессами,
        - конвейерами,
        - роботизированными комплексами,
        - складским оборудованием,
        - производственными участками.
  Благодаря интеграции ПЛК с датчиками, сервоприводами, системами ЧПУ, они обеспечивают точное позиционирование инструментов, контроль температуры, давления, других технологических параметров. Использование PLC также способствует быстрой переналадке оборудования под разные типы выпускаемой продукции. Автоматизированные конвейерные, транспортные линии обеспечивают бесперебойное перемещение заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий между различными участками предприятия. Это также снижает зависимость от ручного труда, минимизирует вероятность ошибок. Конвейеры, транспортёры могут быть интегрированы с роботизированными комплексами, станками с ЧПУ, автоматизируя загрузку, выгрузку деталей, транспортировку между рабочими зонами и складскими помещениями. Современные АСУ могут работать по принципу "just-in-time" (точно в срок), гарантируя синхронизацию производственных процессов между различными участками предприятия.

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ, CNC) являются основой автоматизированного металлообрабатывающего производства. Эти станки работают по алгоритмам, позволяя выполнять сложные операции, такие как токарная, фрезерная, сверлильная, шлифовальная, электроэрозионная обработка металлов. Современные ЧПУ-системы интегрируются с CAD/CAM-программами, IIoT-технологиями для мониторинга состояния оборудования в реальном времени. Это делает ЧПУ-станки неотъемлемой частью современных «умных» производств.

Роботизированные комплексы, промышленные роботы, коллаборативные роботы, различные манипуляторы выполняют широкий спектр задач перемещения, включая: загрузку, выгрузку заготовок, сварку, резку, сверление, шлифовку, сборку, контроль качества деталей, заменяя на опасных производственных участках людей. Как следствие, их применение минимизирует влияние человека на техпроцесс. Современные роботизированные системы интегрируются с ЧПУ-станками, CAD/CAM-программами, промышленным интернетом вещей (IIoT), обеспечивая синхронную работу всех элементов производства.

Гибкие производственные системы (FMS) объединяют станки с числовым программным управлением (ЧПУ), роботизированные манипуляторы, транспортные системы, программное обеспечение для управления производственными процессами. Они позволяют быстро перенастраивать оборудование под изготовление различных изделий, исключая длительные остановки для переналадки. Важное преимущество FMS заключается в их способности работать в режиме многосерийного производства без снижения рентабельности.

Технология цифровых двойников (Digital Twin) в металлообрабатывающем производстве позволяет создавать виртуальную копию оборудования, станков, производственных процессов для их моделирования, анализа, итоговой оптимизации. Цифровой двойник использует данные, собранные другими цифровыми системами с датчиков, позволяет составлять прогноз эксплуатации оборудования. С его помощью возможно тестирование новых техпроцессов без риска отказа для реального производства.

3D-печать металлом как часть аддитивной технологии становится неотъемлемой частью автоматизации металлообрабатывающего производства. Она позволяет создавать сложные детали с высокой точностью, при этом обеспечивает минимальный уровень отходов материалов. Использование методов селективного лазерного плавления (SLM), электронно-лучевого сплавления (EBM) позволяет изготавливать металлические изделия со сложной внутренней геометрией, которую невозможно получить традиционными способами обработки. Использование 3D-печати совместно с цифровыми АСУ упрощает процесс проектирования, производства, контроля качества, сокращает время на разработку и запуск новых изделий в производство.

Стоимость внедрения систем автоматизации в металлообрабатывающей промышленности

Цена внедрения цифровых систем в металлообрабатывающей промышленности зависит от нескольких ключевых факторов, а именно от стоимости:

аппаратных средств,
базового программного обеспечения,
трудоемкости разработки прикладного ПО,
интеграции новых технологий,
затрат на монтаж, пуско-наладочные работы,
обучения персонала,
гарантийного, постгарантийного сопровождения.

Первоначальные инвестиции могут быть значительными, однако они окупаются за экономически обоснованный временной промежуток за счет:

повышения производительности,
снижения затрат на ручной труд,
уменьшения количества брака.

При принятии решения о необходимости автоматизации или роботизации отдельных производственных участков или оборудования важным этапом является выбор уровня автоматизации и роботизации. Глубина определяется от:

объемов производства,
унификации выпускаемой продукции,
специфики производства,
производственных мощностей,
имеющихся технологий,
нюансов конкретного производства.

При дальнейшем планировании затрат на содержание АСУ учитываются затраты на:

обслуживание,
последующую модернизацию,
итоговую утилизацию.

Проект автоматизации должен содержать технико-экономическое обоснование применяемых технологий, технических решений.

Для получения ТКП с ценой на систему автоматизации металлообрабатывающего производства целесообразно заполнить опросный лист .

Если остались вопросы - обращайтесь.

Для связи с нами используйте:

номер телефона +7 988 240-24-06
адрес электронной почты info@kubtronix.ru