Как искусственный интеллект преобразует технологии механического производства?

Автоматизация в производстве

Слияние микроэлектроники, компьютерных технологий и автоматизации ускорило процесс автоматизации производства в трёх основных областях: технологиях производства, отдельных технологических процессах и комплексных производственных системах.

Автоматизация производственных технологий

Компьютерные и сетевые технологии обеспечивают поддержку автоматизированного проектирования (CAD), компьютерное планирование технологических процессов (CAPP), компьютерное проектирование (CAE), компьютеризированное производство (CAM), управление данными о продукции (PDM), информационные системы управления (MIS) и планирование ресурсов предприятия (ERP). В совокупности эти системы делают создание и обработку производственной информации более быстрой и эффективной.

Автоматизация производственных процессов

Интегральные схемы, программируемые логические контроллеры (ПЛК) и компьютеры обеспечивают автоматизацию отдельных станков, производственных линий и целых систем. Новые датчики, методы неразрушающего контроля, физические и химические испытания, вычислительная техника и микроэлектроника позволяют измерять и отслеживать в режиме реального времени температуру, давление, смещение, напряжение, деформацию, вибрацию и другие технологические параметры. Их интеграция обеспечивает возможность проведения электронных и цифровых измерений в процессе производства, компьютеризированных испытаний, управления технологическими процессами по замкнутому циклу и адаптивного управления.

Автоматизация производственных систем

Технология CNC, роботы, автоматизированные системы погрузочно-разгрузочных работ и хранения, а также автоматизированные ячейки позволили перейти от производства на отдельных станках к созданию комплексных систем, от жесткой к гибкой автоматизации и от простых к сложным архитектурам. В результате сформировалась следующая иерархия: станки CNC, обрабатывающие центры (MC), гибкие производственные ячейки (FMC), гибкие производственные системы (FMS) и гибкие производственные линии (FML), которые в конечном итоге объединяются в компьютеризированные интегрированные производственные системы (CIMS) и интеллектуальные производственные системы (IMS).

Эти технологии позволяют повысить производительность, качество, гибкость и способность оперативно реагировать на разнообразие продукции. Благодаря постоянному развитию производственные процессы становятся более интеллектуальными, сетевыми и интегрированными.

Компьютерные технологии и гибкое производство

Производство определяется рыночным спросом. Поскольку потребители стремятся к более разнообразной и персонализированной продукции, традиционное массовое производство становится все менее подходящим. Гибкое производство было разработано для автоматизации высококачественного и эффективного выпуска различных видов продукции небольшими и средними партиями по разумной цене.

Производство разнообразной продукции мелкими и средними партиями

Гибкая система позволяет быстро настраивать оборудование для производства различных видов продукции, что позволяет удовлетворять разнообразный спрос и одновременно сокращать отходы, связанные с производством одной конкретной продукции.

Повышение коэффициента загрузки оборудования и снижение затрат

Автоматизация позволяет эффективно использовать машины и другое оборудование, сокращает непроизводительное вспомогательное время и тем самым снижает себестоимость продукции.

Сокращение сроков выполнения заказов и снижение запасов

Автоматизация и оптимизация процессов сокращают производственные циклы. Гибкое планирование позволяет сократить запасы, высвободить оборотный капитал и повысить оперативность реагирования на рыночные изменения.

Более высокая степень автоматизации и улучшение условий труда

Автоматизация снижает трудоемкость, обеспечивает стабильное качество за счет точных и повторяемых операций, сокращает количество ручных вмешательств и снижает риски на рабочем месте.

Интеграция проектирования и производства

Технологии CAD/CAM, гибкое производство, компьютеризированное производство, параллельное проектирование (CE) и быстрое прототипирование (RP) стирают традиционную границу между проектированием и производством.

1. CAD/CAM

Система CAD/CAM напрямую связывает проектирование с производством. Инженеры разрабатывают и дорабатывают продукты в виртуальной среде, а полученные данные служат ориентиром для производства. Это сокращает путь от проектирования до производства и снижает количество ошибок и переделок.

2. FMS и CIMS

Гибкие и компьютеризированные системы объединяют процессы механической обработки, контроля качества, логистики и сборки с помощью средств автоматизации и информационных технологий. Гибкая производственная система (FMS) использует роботов, станки CNC и сопутствующее оборудование для организации гибкого производства. Компьютеризированная система управления производством (CIMS) применяет информационные и управленческие технологии для интеграции всего предприятия.

3. Параллельное проектирование

Конкурентное проектирование позволяет организовать процессы проектирования, производства и испытаний таким образом, чтобы работы велись параллельно, а не строго последовательно, что сокращает сроки разработки продукта и ускоряет его вывод на рынок.

4. Быстрое прототипирование

Быстрое прототипирование позволяет создавать физические модели путем наслоения материала, что дает возможность конструкторам быстро оценивать и тестировать концепцию. Передовые нетрадиционные технологии, такие как лазерная резка и электрохимическая обработка, также стирают границы между традиционной холодной и термической обработкой. Контроль качества, логистика и сборка всё чаще интегрируются в единую автоматизированную информационную систему.

Сверхточная и сверхвысокоскоростная обработка

Сверхточная обработка вышла на нанометровый уровень, что позволило создавать высокоточную оптику, микроэлектромеханические системы (МЭМС) и полупроводниковые устройства.

1. В области прецизионной обработки наблюдается переход к источникам энергии с более короткими длинами волн — от инфракрасного излучения к видимому свету, а затем к ультрафиолету и рентгеновскому излучению. Более короткие длины волн позволяют обеспечить более высокую энергию и более точную обработку. Кроме того, сверхточные станки становятся многофункциональными и модульными.
2. Спектр используемых материалов расширился: теперь в него входят не только металлы, но и керамика, пластмассы и стекло. Керамика обеспечивает износостойкость и термостойкость, а пластмассы и стекло находят широкое применение в оптике и электронике.
3. Сверхвысокоскоростная резка повышает эффективность и качество за счет значительного увеличения скорости резания. Скорость резания алюминиевых сплавов превысила 1 600 м/мин, а чугуна — достигла примерно 1 500 м/мин. Данный подход позволяет улучшить обработку труднообрабатываемых сплавов и композитных материалов, снизить термические повреждения и износ инструмента, а также повысить качество поверхности.

Передовые производственные модели

Передовое производство объединяет технологии, людей и организационную структуру. Его полная ценность зависит от согласованности всех этих трех компонентов и интеграции производственных процессов с информационными технологиями и современными методами управления.

1. Гибкое производство, производство по принципу «точно в срок» и бережливое производство. Гибкие системы позволяют быстро переключаться между различными видами продукции. Производство по системе «точно в срок» (JIT) сокращает избыточные запасы и отходы, а «бережливое производство» (LP) устраняет отходы за счет постоянного совершенствования и оптимизации процессов.
2. Гибкое производство и параллельное проектирование. Гибкое производство делает акцент на оперативном реагировании и инновациях. Параллельное проектирование позволяет одновременно осуществлять проектирование, анализ, производство и испытания, сокращая время от разработки концепции до вывода продукта на рынок.
3. Распределенное сетевое производство (DNM). Интернет и информационные технологии объединяют производственные ресурсы, расположенные в разных местах, для обмена информацией и совместной работы, что позволяет повысить эффективность и гибкость.

В условиях развития информационных технологий и глобализации эти производственные модели помогают производителям сохранять конкурентоспособность за счет повышения уровня автоматизации, интеллектуальных решений и возможностей подключения.

Как искусственный интеллект меняет сферу машиностроения

Искусственный интеллект расширяет возможности человека в области восприятия и принятия решений и является одним из основных факторов, способствующих развитию интеллектуального производства. Интеллектуальное производство предполагает применение передовых информационных технологий и интеллектуальных систем для автоматизации, оптимизации и совершенствования производственных процессов.

1. Экспертные системы. Системы технологического планирования могут формировать маршруты обработки на основе проектных требований и имеющихся ресурсов. Системы проектирования помогают инженерам, предлагая рекомендации и решения. Системы тестирования, контроля и диагностики осуществляют мониторинг оборудования, выявляют возникающие проблемы и обеспечивают стабильность технологического процесса и качество продукции.
2. Интеллектуальные системы CAD/CAM и робототехника. Интегрированная система CAD/CAM обеспечивает непрерывный процесс от проектирования до производства. Интеллектуальные роботы выполняют сложные сборочные операции и заменяют людей в опасных или суровых условиях.

Глубокое обучение, обработка естественного языка и распознавание изображений в настоящее время находят применение во всех сферах — от проектирования продукции и планирования производства до контроля качества и профилактического технического обслуживания. Искусственный интеллект способен повысить производительность и качество, снизить затраты и потребность в рабочей силе, а также сделать производство более гибким в удовлетворении индивидуальных потребностей. Дальнейшее развитие этой области приведет к тому, что «умные» заводы и интеллектуальное производство станут все более распространенными.