W jaki sposób sztuczna inteligencja zmienia technologie produkcji mechanicznej?

Automatyzacja w produkcji

Połączenie mikroelektroniki, informatyki i automatyki przyspieszyło automatyzację produkcji w trzech głównych obszarach: technologii produkcji, poszczególnych procesów oraz kompletnych systemów produkcyjnych.

Automatyzacja technologii produkcji

Technologie komputerowe i sieciowe wspierają projektowanie wspomagane komputerowo (CAD), komputerowe planowanie procesów (CAPP), inżynierię wspomaganą komputerowo (CAE), produkcję wspomaganą komputerowo (CAM), zarządzanie danymi produktu (PDM), systemy informacji zarządczej (MIS) oraz planowanie zasobów przedsiębiorstwa (ERP). Wszystkie te systemy razem sprawiają, że tworzenie i przetwarzanie informacji dotyczących produkcji przebiega szybciej i wydajniej.

Automatyzacja procesów produkcyjnych

Układy scalone, sterowniki logiczne (PLC) oraz komputery służą do automatyzacji poszczególnych maszyn, linii produkcyjnych i kompletnych systemów. Nowe czujniki, badania nieniszczące, kontrole fizyczne i chemiczne, technologie obliczeniowe oraz mikroelektronika umożliwiają pomiar i monitorowanie w czasie rzeczywistym temperatury, ciśnienia, przemieszczenia, naprężeń, odkształceń, drgań i innych zmiennych procesowych. Ich integracja pozwala na elektroniczne i cyfrowe pomiary w trakcie procesu, skomputeryzowane testy, sterowanie procesem w pętli zamkniętej oraz sterowanie adaptacyjne.

Automatyzacja systemów produkcyjnych

Technologia CNC, roboty, zautomatyzowana obsługa i magazynowanie oraz zautomatyzowane komórki produkcyjne spowodowały przejście produkcji od pojedynczych maszyn do kompletnych systemów, od sztywnej do elastycznej automatyzacji oraz od prostych do złożonych architektur. Wynikająca z tego hierarchia obejmuje maszyny CNC, centra obróbcze (MC), elastyczne komórki produkcyjne (FMC), elastyczne systemy produkcyjne (FMS) oraz elastyczne linie produkcyjne (FML), które ostatecznie łączą się w komputerowo zintegrowane systemy produkcyjne (CIMS) i inteligentne systemy produkcyjne (IMS).

Technologie te zwiększają wydajność, jakość, elastyczność oraz zdolność dostosowywania się do różnorodności produktów. Ciągły rozwój sprawia, że produkcja staje się coraz bardziej inteligentna, połączona w sieć i zintegrowana.

Technologia komputerowa i elastyczna produkcja

Produkcja jest napędzana popytem rynkowym. Ponieważ klienci poszukują coraz bardziej zróżnicowanych i spersonalizowanych produktów, tradycyjna produkcja masowa staje się coraz mniej odpowiednia. Elastyczna produkcja została opracowana w celu zautomatyzowania wysokiej jakości i wydajnej produkcji wielu różnych produktów w małych i średnich partiach przy rozsądnych kosztach.

Produkcja mieszana, produkcja w małych i średnich partiach

Elastyczny system można szybko dostosować do różnych produktów, zaspokajając zróżnicowane zapotrzebowanie i jednocześnie ograniczając ilość odpadów związanych z produkcją jednego rodzaju produktu.

Większe wykorzystanie maszyn i niższe koszty

Automatyzacja pozwala na efektywne wykorzystanie maszyn i innych urządzeń oraz skraca nieproduktywny czas czynności pomocniczych, co przyczynia się do obniżenia kosztów produkcji.

Krótszy czas realizacji i mniejsze zapasy

Zautomatyzowane i zoptymalizowane procesy skracają cykle produkcyjne. Elastyczne planowanie pozwala zmniejszyć zapasy, uwolnić kapitał obrotowy i poprawić zdolność reagowania na zmiany rynkowe.

Większa automatyzacja i lepsze warunki pracy

Automatyzacja zmniejsza pracochłonność, zapewnia stałą jakość dzięki precyzyjnym i powtarzalnym operacjom, ogranicza konieczność ręcznej interwencji oraz zmniejsza ryzyko w miejscu pracy.

Integracja projektowania i produkcji

Technologie CAD/CAM, elastyczna produkcja, produkcja zintegrowana z komputerem, inżynieria równoległa (CE) oraz szybkie prototypowanie (RP) zacierają tradycyjne granice między projektowaniem a produkcją.

1. CAD/CAM

System CAD/CAM bezpośrednio łączy proces projektowania z produkcją. Inżynierowie tworzą i modyfikują produkty w środowisku wirtualnym, a uzyskane w ten sposób dane stanowią podstawę dla produkcji. Skraca to drogę od projektu do produkcji oraz ogranicza liczbę błędów i konieczność ponownej obróbki.

2. FMS i CIMS

Elastyczne i zintegrowane z komputerami systemy łączą obróbkę skrawaniem, kontrolę jakości, logistykę i montaż dzięki automatyzacji i technologiom informacyjnym. System FMS wykorzystuje roboty, maszyny CNC oraz powiązane urządzenia w celu zapewnienia elastycznej produkcji. System CIMS wykorzystuje technologie informacyjne i zarządzania w celu zintegrowania całego przedsiębiorstwa.

3. Inżynieria równoległa

Inżynieria równoległa pozwala zorganizować procesy projektowania, produkcji i testowania w taki sposób, aby prace przebiegały równolegle, a nie ściśle po kolei, co skraca czas opracowywania produktu i przyspiesza wprowadzenie go na rynek.

4. Szybkie prototypowanie

Szybkie prototypowanie polega na tworzeniu fizycznych modeli poprzez dodawanie materiału, co pozwala projektantom na szybką ocenę i testowanie koncepcji. Zaawansowane, nietradycyjne procesy, takie jak cięcie laserowe i obróbka elektrochemiczna, również zacierają granicę między konwencjonalną obróbką na zimno a obróbką termiczną. Kontrola jakości, logistyka i montaż są w coraz większym stopniu integrowane w jeden zautomatyzowany system informatyczny.

Obróbka ultraprecyzyjna i ultraszybka

Obróbka ultraprecyzyjna wkroczyła w skalę nanometrową, umożliwiając tworzenie precyzyjnych elementów optycznych, mikroelektromechanicznych układów (MEMS) oraz urządzeń półprzewodnikowych.

1. W dziedzinie obróbki precyzyjnej obserwuje się tendencję do stosowania źródeł energii o coraz krótszych długościach fal – od podczerwieni przez światło widzialne aż po promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie. Krótsze długości fal pozwalają uzyskać wyższą energię i zapewnić większą precyzję obróbki. Maszyny ultraprecyzyjne stają się również wielofunkcyjne i modułowe.
2. Zakres materiałów poszerzył się z metali o ceramikę, tworzywa sztuczne i szkło. Ceramika zapewnia odporność na zużycie i stabilność w wysokich temperaturach, natomiast tworzywa sztuczne i szkło znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach optyki i elektroniki.
3. Cięcie z bardzo dużą prędkością poprawia wydajność i jakość poprzez znaczne zwiększenie prędkości skrawania. W przypadku stopów aluminium prędkość cięcia przekroczyła 1 600 m/min, natomiast w przypadku żeliwa osiągnęła około 1 500 m/min. Metoda ta pozwala na lepszą obróbkę stopów i kompozytów trudnych w obróbce, ogranicza uszkodzenia termiczne i zużycie narzędzi oraz poprawia jakość powierzchni.

Zaawansowane modele produkcyjne

Zaawansowana produkcja łączy w sobie technologię, ludzi i organizację. Jej pełna wartość zależy od koordynacji tych trzech elementów oraz połączenia procesów produkcyjnych z technologiami informacyjnymi i nowoczesnym zarządzaniem.

1. Elastyczna produkcja, produkcja „just-in-time” oraz produkcja w systemie lean. Elastyczne systemy umożliwiają szybkie przełączanie się między produktami. Produkcja typu „just-in-time” (JIT) ogranicza nadmierne zapasy i marnotrawstwo, natomiast produkcja typu „lean” (LP) eliminuje marnotrawstwo poprzez ciągłe doskonalenie i optymalizację procesów.
2. Produkcja zwinna i inżynieria równoległa. Produkcja zwinna kładzie nacisk na szybką reakcję i innowacyjność. Inżynieria równoległa umożliwia jednoczesne prowadzenie prac projektowych, analitycznych, produkcyjnych i testowych, co skraca czas od powstania koncepcji do wprowadzenia produktu na rynek.
3. Rozproszona produkcja sieciowa (DNM). Internet i technologie informacyjne łączą zasoby produkcyjne w różnych lokalizacjach, umożliwiając wymianę informacji i współpracę, co zwiększa wydajność i elastyczność.

Wraz z postępem technologii informacyjnej i globalizacji modele produkcyjne te pomagają producentom utrzymać konkurencyjność dzięki wyższemu stopniowi automatyzacji, inteligencji i łączności.

Jak sztuczna inteligencja zmienia branżę produkcji mechanicznej

Sztuczna inteligencja poszerza ludzkie możliwości postrzegania i podejmowania decyzji oraz stanowi kluczowy czynnik umożliwiający rozwój inteligentnej produkcji. Inteligentna produkcja wykorzystuje zaawansowane technologie informacyjne i inteligentne systemy w celu automatyzacji, optymalizacji i usprawnienia procesu produkcyjnego.

1. Systemy eksperckie. Systemy planowania procesów mogą generować ścieżki obróbki na podstawie wymagań projektowych i dostępnych zasobów. Systemy projektowe wspierają inżynierów, dostarczając im zalecenia i rozwiązania. Systemy testowania, kontroli i diagnostyki monitorują urządzenia, wykrywają pojawiające się problemy oraz zapewniają stabilność procesu i jakość produktu.
2. Inteligentne modele CAD/CAM i robotyka. Zintegrowany system CAD/CAM zapewnia płynny przebieg procesu od etapu projektowania aż po produkcję. Inteligentne roboty wykonują skomplikowane operacje montażowe i zastępują ludzi w niebezpiecznych lub trudnych warunkach.

Uczenie głębokie, przetwarzanie języka naturalnego i rozpoznawanie obrazów znajdują obecnie zastosowanie w wielu obszarach – od projektowania produktów i planowania produkcji po kontrolę jakości i konserwację predykcyjną. Sztuczna inteligencja może zwiększyć wydajność i jakość, obniżyć koszty oraz zapotrzebowanie na siłę roboczą, a także sprawić, że produkcja będzie lepiej dostosowana do spersonalizowanego popytu. Dalszy rozwój sprawi, że inteligentne fabryki i inteligentna produkcja staną się coraz bardziej powszechne.