Automatyzacja produkcji - przewodnik

Wpisując w wyszukiwarkę google „automatyzacja produkcji” znajdziesz różne artykuły i usługi, mówiące o korzyściach i wyzwaniach związanych z tym tematem.

Tutaj trafiłeś na obszerny artykuł – przewodnik, w którym poruszamy nie tylko te kwestie, ale również przyjrzymy się bliżej:

• czym różni się automatyzacja produkcji od automatyki przemysłowej i robotyzacji
• jakie są rodzaje i poziomy automatyzacji
• ile kosztuje wdrożenie i kiedy się zwraca
• jakie technologie realnie wdrażają polskie zakłady
• jak wygląda wdrożenie krok po kroku
• jak automatyzacja zmienia role w firmie
• odpowiedzi na pytania, które najczęściej zadają zakłady produkcyjne.

Dla kierowników produkcji, dyrektorów czy specjalistów utrzymania ruchu, zrozumienie jak automatyzacja może wpłynąć na ich przedsiębiorstwo oraz codzienną pracę jest kluczowe dla podejmowania strategicznych decyzji.

Niezależnie od tego, czy jesteś doświadczonym dyrektorem produkcji rozważającym modernizację linii produkcyjnych, czy operatorem maszyn chcącym zrozumieć, jak automatyzacja wpłynie na Twoją codzienną pracę, ten artykuł dostarczy Ci cennych informacji i perspektyw na temat przyszłości produkcji przemysłowej.

Zapraszamy do lektury, która pomoże Ci lepiej zrozumieć i wykorzystać potencjał automatyzacji w Twojej firmie.

Czym jest automatyzacja produkcji?

Automatyzacja produkcji to proces wykorzystywania zaawansowanych technologii do kontroli i optymalizacji procesów produkcyjnych, minimalizując przy tym udział człowieka w rutynowych i powtarzalnych czynnościach. W swojej istocie, automatyzacja produkcji polega na zastąpieniu pracy ludzkiej maszynami, robotami i systemami informatycznymi, które mogą wykonywać zadania szybciej, dokładniej i bardziej niezawodnie.

Automatyzacja produkcji a automatyka przemysłowa i robotyzacja

Te trzy pojęcia bywają używane wymiennie, a oznaczają co innego.

Automatyka przemysłowa to dziedzina techniki. Zajmuje się urządzeniami i układami sterowania: sterownikami PLC, czujnikami, napędami i falownikami, panelami HMI, sieciami przemysłowymi, szafami sterowniczymi. Automatyka przemysłowa odpowiada na pytanie „czym i jak sterować”.

Automatyzacja produkcji to zastosowanie automatyki (razem z mechaniką, robotyką i IT) do konkretnego procesu w zakładzie — pakowania, paletyzacji, transportu międzyoperacyjnego, kontroli jakości. Pojęcie automatyzacji produkcji jest więc szersze.

Robotyzacja produkcji jest pojęciem najwęższym. To ta część automatyzacji, w której zadanie przejmuje robot przemysłowy lub cobot. Każda robotyzacja jest automatyzacją, ale nie każda automatyzacja wymaga robota — przenośnik, owijarka czy system wizyjny to również automatyzacja.

Warto o tym pamiętać, rozmawiając z dostawcami: firma od automatyki i integrator robotyzacji produkcji to nie zawsze ten sam zakres kompetencji.

Historia automatyzacji

Czas na chwilowy powrót do przeszłości. Koncepcja automatyzacji nie jest nowa, a jej korzenie sięgają rewolucji przemysłowej XVIII i XIX wieku, kiedy to maszyny parowe zaczęły zastępować pracę ręczną.  Jednak prawdziwy przełom nastąpił w XX wieku wraz z wprowadzeniem linii montażowych i programowalnych sterowników logicznych (PLC). W 1913 roku Henry Ford wprowadził linię montażową do produkcji samochodów, co prawdziwie zrewolucjonizowało proces produkcyjny.

Następnie w połowie XX wieku wynaleziono tranzystor w Bell Labs (1947), opracowano pierwsze numerycznie sterowane maszyny (1952), wprowadzono pierwszego robota przemysłowego Unimate 1900 w General Motors (1959) oraz wprowadzono w fabryce GM pierwszy Programowalny Sterownik Logiczny (PLC) przez firmę Modicon (1969).

W latach 70. XX wieku, wraz z rozwojem komputerów i mikroprocesorów, automatyzacja wkroczyła w nową erę. Pojawiły się pierwsze systemy CAD/CAM (Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing), które zrewolucjonizowały proces projektowania i produkcji.

Współczesna automatyzacja produkcji

Dzisiejsza automatyzacja produkcji coraz ściślej integruje z koncepcjami Przemysłu 4.0, takimi jak Internet Rzeczy (IoT), Big Data, sztuczna inteligencja (AI) i chmura obliczeniowa. Ta synergia prowadzi do powstania inteligentnych fabryk, gdzie wszystkie elementy procesu produkcyjnego są ze sobą połączone i komunikują się w czasie rzeczywistym.

Jednak zejdźmy nieco na ziemię. Dla wielu polskich zakładów inwestycje w tak zaawansowane technologie jak AI, czy Digital Twin są w tym momencie niepotrzebne. Byłby to przerost formy nad treścią. Wiele firm jest obecnie na etapie rozmyślania o zakupie robotów przemysłowych, czy innych urządzeń automatycznych.

Współcześnie obserwuję wzrost zainteresowania technologią robotyki przemysłowej, przede wszystkim dzięki zwiększeniu jej przystępności cenowej. Ponadto, są to rozwiązania elastyczne, a więc stosunkowo łatwo programowalne do nowych zadań. Zwiększa to ich użyteczność w zmieniającym się środowisku. Przykładami takich maszyn (oprócz klasycznych robotów przemysłowych) są roboty współpracujące (coboty) oraz wózki autonomiczne wyposażone w systemy wizyjne (AMR) lub bez systemów wizyjnych (AGV). W ostatnim czasie widać wzrost zainteresowania powyższymi technologiami.

Podobnie, jeśli chodzi o wykorzystanie danych pochodzących z czujników w technologii IoT dla przemysłu. Technologia ta pozwala, między innymi na precyzyjne przewidywanie awarii i optymalizację procesów konserwacji. To podejście redukuje nieplanowane przestoje i koszty utrzymania. Więcej o nowych technologiach oraz przyszłości automatyzacji produkcji przeczytasz w dalszej części artykułu.

Poziomy automatyzacji

Automatyzacja produkcji nie jest jednoznacznym wyborem między „zautomatyzowane” a „niezautomatyzowane”. Wyróżnię szereg poziomów automatyzacji:

Automatyzacja podstawowa obejmuje proste maszyny wykonujące pojedyncze, powtarzalne zadania. Przykładem mogą być maszyny do cięcia blachy, które automatycznie wykonują samo cięcie, natomiast operator musi ustawić blachę w odpowiednim miejscu.

Automatyzacja programowalna wykorzystuje PLC i roboty do wykonywania serii zadań, które można programować. W tym przypadku, oprócz automatycznego cięcia blachy pod konkretny wymiar, stół maszyny może zostać zaprogramowany, aby dokładnie podawać półprodukt. Eliminuje się możliwość błędu przy ustawianiu blachy pod cięcie oraz zwiększa bezpieczeństwo, ponieważ człowiek nie będzie miał bezpośredniego kontaktu z ostrzem maszyny.

Systemy zdolne do szybkiej adaptacji do zmian w produkcji bez znaczących przestojów nazwę mianem elastycznej automatyzacji. W moim przykładzie maszyna do cięcia będzie łatwa do przeprogramowania na inne wymiary, grubości czy materiały blachy.

Automatyzacją wysoko zintegrowaną nazwę całe linie produkcyjne, które są zautomatyzowane i zintegrowane z systemami zarządzania przedsiębiorstwem. W tym przypadku nie chodzi tylko o samo cięcie blachy, ale także procesy temu towarzyszące, jak podawanie i odbieranie blachy, późniejsza paletyzacja, utrzymanie ruchu maszyn, a nawet procesy operacyjne. Przekładanie blachy do i z maszyny wykonywane jest przez robota przemysłowego, który zostaje zintegrowany z maszyną do cięcia, na przykład dzięki różnego rodzaju czujnikom. Systemy te następnie automatycznie przekazują informacje o wytworzonym produkcie do systemu zarządzania przedsiębiorstwem. Wiele ręcznych i monotonnych czynności zostaje wyeliminowane.

Automatyzacja inteligentna wykorzystuje AI i uczenie maszynowe do ciągłej optymalizacji procesów i samodzielnego podejmowania decyzji. Póki co, wielu przedsiębiorstwom trudno myśleć o inwestycji w tak zaawansowane technologie, podczas, gdy często są na etapie zakupu bardziej zaawansowanych pojedynczych maszyn lub integracji między procesami. Jednak, gdy w przedsiębiorstwie rośnie ilość przetwarzanych i przechowywanych danych z roku na rok (i to bardzo cennych danych dla firmy), to warto chociaż poznać, w jaki sposób takie dane wykorzystasz.

Poziomy automatyzacji można modyfikować w zależności od procesu produkcyjnego. Nawet, jeżeli daleko Ci do inwestycji w IoT, czy nawet integrację maszy z SAP, to ustal, jakie poziomy automatyzacji może osiągnąć Twój zakład produkcyjny. Pozwoli to strategicznie zaplanować początek inwestycji i stopniowo zwiększyć zaawansowanie technologiczne.

Korzyści z automatyzacji procesu produkcyjnego

Automatyzacja produkcji niesie ze sobą szereg korzyści, które wpływają na konkurencyjność, a przede wszystkim rentowność przedsiębiorstwa. Dla kadry zarządzającej, zrozumienie tych korzyści jest kluczowe przy podejmowaniu decyzji o inwestycjach w konkretne rozwiązania. Dlatego zobacz, jakie korzyści odnotowały zakłady po wprowadzeniu robotyzacji. Przeczytasz o tym w raporcie Polskiego Instytutu Ekonomicznego z grudnia 2023 roku.

Czy większa robotyzacja zawsze oznacza wyższą produktywność?

Zanim zacznę wychwalać robotyzację, warto spojrzeć na wykres z raportu Polskiego Instytutu Ekonomicznego pt. Robotyzacja w Polsce w 2023 roku, który zestawia gęstość robotyzacji z produktywnością rozumianą jako wartość dodana na przepracowaną godzinę (EUR/h).

Czechy, Słowacja czy Słowenia wypadają w tym zestawieniu daleko za krajami o niższej gęstości robotyzacji, jak Francja czy Finlandia.

Znaczenie ma to, gdzie wdrażasz automatyzację. Korzyści pojawiają się wtedy, gdy trafi ona w procesy, które rzeczywiście zwiększą wolumen produkcji i zmniejszą koszt wytworzenia — a nie w te, które akurat najłatwiej zrobotyzować.

Mniejsza zależność od rynku pracy

Obserwuję w 2026 roku, rozmawiając z naszymi inżynierami, że prawdziwym wyzwaniem w zakładach produkcyjnych jest brak rąk do pracy. Jest to coraz większy problem, co potwierdzają dane. Według raportu Polskiego Instytutu Ekonomicznego pt. Konsekwencje zmian demograficznych dla podaży pracy w Polsce do 2035 roku zabraknie 400 000 pracowników w polskim przemyśle.

Automatyzacja produkcji jest odpowiedzią na to wyzwanie, ponieważ ogranicza konieczność zatrudnienia pracowników do monotonnych, fizycznych czynności.

Zwiększona produktywność

Zautomatyzowane systemy pracują szybciej i dłużej niż ludzie, bez zmęczenia. Regularnie poddaje się podzespoły pracom konserwacyjnym oraz wymianom części, jednak można to zaplanować na mniej obfity w zamówienia okres w roku. Automatyzacja skraca czas od zamówienia produktu do jego dostawy, dzięki czemu zyskujesz wartość dodaną dla klientów w stosunku do konkurencji.

Poprawa jakości

Maszyny wykonują powtarzalne zadania z wysoką precyzją, co ogranicza błędy jakościowe oraz zmniejsza ilość odpadów. To szczególnie istotne w branżach, gdzie jakość jest priorytetem. Takim przykładem jest motoryzacja, gdzie koncerny często wymagają i skrupulatnie sprawdzają – fizycznie oraz wirtualnie – czy dany produkt spełnia normy jakościowe.

Dzięki automatyzacji zyskujemy kontrolę nad każdym produktem, który jest wytwarzany w taki sam sposób, w blisko 100% procentach przypadków. Użycie systemów wizyjnych do kontroli jakości sprawia, że zyskujesz, niemożliwą dla ludzkiego oka, prędkość wykrywania wad w produktach.

Obniżenie kosztów produkcji

Mimo, że początkowa inwestycja może być wysoka to długoterminowo automatyzacja obniża koszty robocizny i może stosunkowo szybko się zwrócić. Za przykład niech posłuży nasza linia do repaletyzacji owoców i warzyw, która zwraca się w mniej niż rok. Przede wszystkim, dzięki obniżeniu kosztów produkcji. Dlatego, im dłużej czekasz z inwestycją, tym dłużej tracisz potencjalne oszczędności, liczone w dziesiątkach, a nawet setkach tysięcy złotych miesięcznie.

Zwiększenie bezpieczeństwa pracy

Wprowadzenie maszyn automatycznych podnosi poziom bezpieczeństwa w miejscu pracy. Roboty wykonują zadania w niebezpiecznych, szkodliwych dla zdrowia środowiskach, na przykład w kontakcie z substancjami chemicznymi. Maszyny przenoszą ciężkie przedmioty, a dla człowieka skutkuje to problemami zdrowotnymi. W powyższym przykładzie, z paletyzacją i depaletyzacją owoców oraz warzyw, pracownicy znajdując się na drabinie zdejmowali nawet 20-kilogramowe kartony z palety. Roboty zastąpiły tę czynność i poprawiły bezpieczeństwo w zakładzie. O tym, jak zapewnić bezpieczeństwo stanowisk zrobotyzowanych możesz przeczytać w artykule:

Jak zapewnić bezpieczeństwo stanowisk zrobotyzowanych?

Elastyczność produkcji

Zautomatyzowane linie można szybko przeprogramować do produkcji różnych wariantów produktu. Staje się to jeszcze bardziej przystępne w dobie rozwijających się technologii uczenia maszynowego, sztucznej inteligencji i systemów wizyjnych.

Lepsza kontrola i zarządzanie danymi

Systemy automatyzacji dostarczają szczegółowych danych o każdym etapie procesu produkcyjnego, jeśli są wyposażone w odpowiednie czujniki i systemy wizyjne. Analiza danych umożliwia także przewidywanie awarii i planowanie konserwacji, tym samym zapobiegając nieplanowanym przestojom. Wydaje się, że właśnie zarządzanie danymi będzie tzw. game changerem (czynnikiem zmieniającym zasady gry) w konkurencyjności zakładów produkcyjnych. Ciągła analiza danych pozwala na identyfikację wąskich gardeł, obszarów do poprawy, a technologia Digital Twin może znacząco wpłynąć na poprawę procesów produkcyjnych - o czym więcej w dalszej części artykułu.

Konkurencyjność na rynku

Automatyzacja daje możliwość szybszego dostosowania produkcji do nowych trendów i wymagań klientów. Poprawia też postrzeganie firmy jako innowacyjnej, co przydaje się nie tylko w kontaktach z klientami, ale i w rekrutacji.

Zrozumienie tych korzyści pomoże Ci w budowaniu biznesowego uzasadnienia dla inwestycji w automatyzację.

Ile kosztuje automatyzacja produkcji i kiedy się zwraca?

Koszt projektu automatyzacji zaczyna się od kilkuset tysięcy złotych za pojedyncze stanowisko zrobotyzowane i sięga kilkunastu milionów przy kompletnej linii zintegrowanej z systemami zakładu. Rozrzut jest tak duży, bo cena maszyn to nie wszystko.

Z czego składa się budżet projektu

• koncepcja, analiza procesu i projekt (mechanika, elektryka, automatyka, robotyka)
• roboty, maszyny i urządzenia wykonawcze
• chwytaki i oprzyrządowanie dedykowane pod Twój produkt
• konstrukcja mechaniczna: przenośniki, bufory, magazyny palet, wygrodzenia bezpieczeństwa
• szafy sterownicze, okablowanie, pneumatyka
• oprogramowanie PLC, HMI, systemy wizyjne
• integracja z ERP, MES lub WMS
• transport, montaż, uruchomienie i testy odbiorowe
• dokumentacja techniczna i ocena zgodności (oznakowanie CE)
• szkolenia operatorów i utrzymania ruchu
• pakiet części zamiennych i umowa serwisowa.

Jak policzyć zwrot z inwestycji

Najprostszy rachunek to nakład inwestycyjny podzielony przez roczne oszczędności, które przynosi automatyzacji. Do rocznej korzyści policz:

• koszt pracy zastąpionej przez system (z narzutami, nadgodzinami)
• koszt rotacji pracowników
• wzrost przepustowości przeliczony na marżę z dodatkowego wolumenu
• ograniczenie odpadu i reklamacji
• skrócenie przestojów
• niższe koszty wypadków i absencji przy pracach ciężkich.

Przy naszej linii do dekompletacji owoców i warzyw ten rachunek zamknął się poniżej 1,5 roku. Jak w praktyce wygląda kalkulacja na podobnych projekcie, pokazuję na przykładzie dekompletacji palet:

Koszty, o których łatwo zapomnieć

• koszty rotacji pracowników (według badania Politechniki Poznańskiej wynosi 30%-200% rocznego wynagrodzenia)
• przygotowanie posadzki, zasilania i sprężonego powietrza
• przebudowa logistyki wokół linii (miejsce na palety, bufory, wózki)
• okres rozruchu, w którym wydajność jeszcze nie jest docelowa
• utrzymanie ruchu i przeglądy zgodne z zaleceniami producentów
• części zamienne trzymane na stanie
• szkolenia pracowników.

Osobno warto rozważyć leasing, wynajem lub dofinansowanie — pozwalają rozłożyć nakład w czasie, zamiast blokować gotówkę w jednym roku.

Wyzwania związane z automatyzacją

Sześć wyzwań decyduje o tym, czy wdrożenie się uda: koszty początkowe, złożoność technologiczna, zmiany organizacyjne, kompetencje pracowników, niezawodność systemu i zarządzanie danymi. Część z nich znasz z innych projektów, część będzie nowa.

Możesz też skorzystać z naszego poradnika „Jak zarządzać wdrożeniem Automatyzacji Produkcji?", w którym omawiamy kilka kluczowych tematów, o które należy zadbać przed wdrożeniem. Nie jest to kompleksowy przewodnik zawierający wszystkie informacje, ale zwróci Twoją uwagę na kilka ważnych rzeczy.

Jakie są najważniejsze wyzwania związane z automatyzacją?

Wysokie koszty początkowe

Zaawansowane maszyny, roboty i systemy automatyzacji wymagają dużych nakładów finansowych. Uwzględniając nie tylko oprogramowanie, ale przede wszystkim fizyczne maszyny, koszt takich projektów wynosi od kilkuset tysięcy do kilkunastu milionów złotych. W związku z tym konieczne jest solidne uzasadnienie biznesowe. W artykule o wyborze integratora robotów przemysłowych przedstawiamy kolejne kroki wdrożenia automatyzacji, co również pozwoli Ci lepiej zrozumieć cały proces.

Złożoność technologiczna

Aby połączyć nowe technologie z istniejącymi maszynami, szczególnie tymi starej daty, należy się namęczyć. Szczególnie, gdy mamy do czynienia z zupełnie odmiennymi komponentami. Systemy zaprojektowane w taki sposób, aby spełniały wymagania wydajnościowe to jedna strona medalu, ale drugą stroną jest taki projekt, który uwzględnia rozbudowę w miarę rozwoju firmy. Zmniejszy to bowiem koszty dalszych inwestycji dla Twojego zakładu.

Bardzo ważne jest, abyś poznał technologie, które możesz wdrożyć zakładzie. Poszukaj na własną rękę, pytaj integratorów, a przede wszystkim inne zakłady. Automatyzacja to szereg technologii i maszyn, z których jedne będą nadawały się do Twoich procesów, a inne nie.

Teraz coś kluczowego. Poznaj własne procesy produkcyjne i usuń wąskie gardła tam, gdzie to możliwe. Zadbaj o to przed wdrożeniem automatyzacji. Odpowiedni integrator takich systemów zwróci uwagę na tę konieczność przed projektem.

Zmiany organizacyjne

Automatyzacja często wymaga zmiany istniejących procesów biznesowych, stąd ważne we wdrożeniu automatyzacji jest integralne podejście do procesów. Implementując spotkasz się także ze zjawiskiem przezwyciężania oporu pracowników wobec nowych technologii i zmian w organizacji. Jak istotna jest komunikacja wewnętrzna piszemy w osobnym artykule.

Komunikacja wewnętrzna przy wdrażaniu Automatyzacji Produkcji

Opór pracowników

Przy wdrożeniu spotkasz się ze zjawiskiem oporu wobec nowych technologii i zmian w organizacji. Najczęściej wynika on z braku informacji, a nie ze złej woli. O tym, jak istotna jest komunikacja wewnętrzna przy wdrażaniu automatyzacji produkcji, piszemy w osobnym artykule.

Wymagania dotyczące umiejętności

Częstym wyzwaniem jest brak wykwalifikowanych pracowników do obsługi i utrzymania zautomatyzowanych systemów. Potrzebne są szkolenia lub nawet rekrutacja talentów z odpowiednimi umiejętnościami. Bowiem wdrożenie automatyzacji to dla pracowników przejście od manualnych umiejętności do bardziej technicznych i analitycznych.

Problemy techniczne i niezawodność

Wzrost wydajności linii produkcyjnej brzmi świetnie, aż do momentu pierwszych przestojów. Skoro więcej produktu wytwarzamy w krótszym czasie to przestoje będą kosztowniejsze, a identyfikacja i rozwiązywanie problemów w złożonych systemach może być czasochłonne. Stąd istotne jest abyś zadbał o odpowiednio wyszkolony personel utrzymania ruchu, który sprawnie zareaguje w nagłych sytuacjach. Nie warto także oszczędzać na konserwacji maszyn, ale stosować się do zaleceń producentów.

Możesz opracować plan działania na wypadek awarii systemów. Zautomatyzuje to działanie pracowników utrzymania ruchu i przyspieszy naprawy.

Zarządzanie danymi

Jak poradzić sobie z ogromnymi ilościami danych generowanych przez zautomatyzowane systemy? Potrzeba w tym celu zaawansowanych narzędzi i umiejętności do analizy i interpretacji danych. Idąc dalej, zbieraj tylko istotne dane dla efektywności procesów produkcyjnych. Zbędne informacje wprowadzają niepotrzebny chaos.

Dane powinny być przesyłane i przechowywane w sposób bezpieczny. Mowa bowiem o bardzo wrażliwych dla przedsiębiorstwa informacjach.

Jak przygotować się na te wyzwania?

• Dokładnie przeanalizuj koszty i korzyści przed podjęciem decyzji o inwestycji.
• Opracuj długoterminową strategię automatyzacji, uwzględniającą etapowe wdrażanie.
• Inwestuj w rozwój kompetencji pracowników.
• Współpracuj z działami planowania produkcji, utrzymania ruchu, IT, HR i finansów oraz z operatorami.
• Monitoruj trendy technologiczne i regulacje prawne wpływające na automatyzację.

Wyzwań jest sporo, ale korzyści je przewyższają. Jeśli będziesz nimi świadomie zarządzać, automatyzacja przełoży się na stabilny rozwój zakładu.

Dla specjalistów utrzymania ruchu i operatorów maszyn, wymienione w tym rozdziale wyzwania oznaczają konieczność ciągłego podnoszenia kwalifikacji, adaptacji do nowych technologii i rozwijania umiejętności rozwiązywania problemów w zautomatyzowanych środowiskach.

Wyzwań jest wiele, jednak korzyści jakie przynosi automatyzacja przewyższają te wyzwania. Jeśli będziesz nimi skutecznie zarządzać, umożliwi Ci to czerpanie pełnymi garściami z automatyzacji i stabilny rozwój zakładu.

Technologie w automatyzacji produkcji

Niezależnie od branży i skali produkcji zakłady sięgają po podobne technologie: specjalistyczne maszyny do wytwarzania, maszyny pakujące, roboty przemysłowe i coboty, sterowniki PLC, systemy SCADA, czujniki IIoT, systemy transportu i magazynowania, systemy wizyjne oraz nadrzędne systemy zarządzania jak ERP, MES czy CMMS.

Jeżeli szukałeś kiedyś sposobu na zautomatyzowanie konkretnego procesu, prawdopodobnie w pewnym momencie poczułeś się zagubiony. Zautomatyzowane systemy produkcyjne są złożone i różnią się w zależności od procesu, rodzaju produktu, branży czy skali produkcji. Poniżej porządkuję je po kolei.

Roboty przemysłowe i coboty

Roboty przemysłowe programuje się do wykonywania powtarzalnych zadań, zwiększając precyzję w porównaniu z pracą ręczną. Popularne rodzaje to roboty przegubowe, delta, SCARA i kartezjańskie.

Roboty współpracujące (coboty) mogą pracować w otoczeniu człowieka bez wygrodzeń bezpieczeństwa. Jest to możliwe dzięki czujnikom wykrywającym człowieka wchodzącego w obszar roboczy urządzenia.

W naszym projekcie automatycznego pakowania i paletyzacji dla firmy produkującej folię stretch zastosowaliśmy 3 roboty wykonujące kolejne czynności: robot do formowania kartonów, robot do pakowania w kartony zbiorcze oraz robot do paletyzacji z wymiennym chwytakiem. Sprawdź, jak zautomatyzowaliśmy procesy od pobrania wytworzonych rolek z nawiniętym stretchem aż do owiniętej, gotowej do wysyłki palety.

Sterowniki PLC i systemy sterowania DCS

W sercu automatyki przemysłowej znajdują się dwa systemy sterowania: programowalne sterowniki logiczne (PLC) oraz rozproszone systemy sterowania (DCS). Choć bywają postrzegane jako konkurencyjne, każde z nich ma swoje zastosowania w zależności od specyfiki procesu.

W nowoczesnych zakładach coraz częściej obserwujemy zbieżność obu technologii. Systemy hybrydowe łączą szybkość PLC z możliwościami zarządzania procesami DCS. Możesz wykorzystać PLC do szybkiego sterowania maszynami i liniami produkcyjnymi, podczas gdy nadrzędny system DCS zarządza przepływem materiałów i optymalizacją całego procesu.

Dla specjalistów automatyki, umiejętność efektywnego wykorzystania i integracji obu tych technologii staje się kluczowa w projektowaniu wydajnych systemów produkcyjnych.

Kiedy potrzebna jest własna biblioteka komunikacji

Zdarza się, że do nawiązania komunikacji pomiędzy sterownikiem PLC, a systemem nadrzędnym (np. ERP) potrzeba zaawansowanej wiedzy i niedostępnych na rynku rozwiązań. Szczególnie, gdy potrzeby zakładu produkcji są szerokie. Taka sytuacja pojawiła się w integracji prasy do blachy z ERP dla Blachotrapez. Nasi automatycy stworzyli nową bibliotekę programistyczną, która pozwala sterownikowi PLC na przesyłanie aktualnego stanu maszyny oraz realizacji danego zlecenia do systemu ERP.

Systemy SCADA

System SCADA to zaawansowany system informatyczny służący do monitorowania i sterowania procesami technologicznymi. W kontekście automatyzacji produkcji, SCADA odgrywa ważną rolę w zbieraniu danych z różnych źródeł, ich wizualizacji i umożliwieniu szybkiego reagowania na zmiany w procesie produkcyjnym.

Dla pracowników utrzymania ruchu SCADA jest narzędziem do monitorowania stanu maszyn i szybkiej diagnostyki. Dla dyrektorów produkcji — źródłem danych analitycznych do optymalizacji procesów. Przykładowe wyzwania przy wdrożeniu takiego systemu opisaliśmy w realizacji SCADA dla oczyszczalni ścieków.

Maszyny pakujące

Pakowanie to najczęściej pierwszy proces, który zakłady biorą na warsztat — bo jest powtarzalne, pracochłonne i stoi na końcu linii, gdzie łatwiej je odciąć od reszty produkcji.

W praktyce maszyny pakujące rzadko pracują samodzielnie. W naszym projekcie dla producenta folii stretch pakowanie i paletyzacja tworzą jeden ciąg: formowanie kartonu, robot do pakowania rolek, zaklejarka kartonów i etykieciarka. Typowy zestaw urządzeń:

• formowanie i zaklejanie kartonów
• maszyny do pakowania zbiorczego oraz pakowania w folię termokurczliwą
• maszyny typu flow-pack i traysealery
• etykieciarki i systemy nanoszenia oznaczeń
• wagi kontrolne i detektory metalu

Dobór maszyny pakującej zależy przede wszystkim od opakowania, nie od samego produktu. Ten sam wyrób pakowany w karton klapowy i w tacę z folią wymaga dwóch zupełnie różnych urządzeń.

IIoT – Przemysłowy Internet Rzeczy

Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) polega na wykorzystaniu czujników, systemów wizyjnych i urządzeń do zbierania danych w czasie rzeczywistym z maszyn i procesów produkcyjnych, na przykład w celu predykcyjnego utrzymania ruchu lub śledzenie zużycia energii. Analiza dużego zbioru danych, który pochodzi z czujników IoT pozwala podejmować decyzje oparte na faktach.

Przykład śledzenia zużycia energii w zakładzie podała firma Foxconn Industrial Internet. System, wyposażony w czujniki IoT, zredukował konsumpcję energii w sumie o wartości 1.6 miliona dolarów rocznie – jak podaje organizacja GSMA we współpracy z Foxconn Industrial Internet.

Systemy transportu i magazynowania

Systemy transportu i magazynowania to przede wszystkim

• przenośniki (taśmowe, rolkowe, czy łańcuchowe)
• automatyczne wózki AGV i AMR
• systemy sortujące
• automatyczne systemy składowania i pobierania w magazynach (AS/RS).

Systemy zarządzania danymi

Kolejną technologią, z którą pewnie masz do czynienia, są systemy do zarządzania różnymi obszarami produkcji oraz do gromadzenia i analizy danych. Te platformy integrują wszystkie aspekty procesu produkcyjnego – od planowania, przez kontrolę jakości, aż po zarządzanie zasobami i logistykę. Przykłady systemów zarządzania procesami przedsiębiorstwa:

• Systemy realizacji produkcji (MES – Manufacturing Execution Systems)
• Systemy planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP)
• Systemy zarządzania magazynem (WMS)
• Zaawansowane systemy planowania i harmonogramowania (APS)
• System zarządzania utrzymaniem ruchu (CMMS)
• Systemy Big Data do przetwarzania dużych ilości danych (DBMS)

Systemy wizyjne i kontroli jakości

Systemy wizyjne wykorzystują kamery o wysokiej rozdzielczości i algorytmy przetwarzania obrazu, między innymi do błyskawicznej kontroli jakości produkowanych elementów. Dla operatorów oznacza to możliwość skupienia się na bardziej złożonych zadaniach, podczas gdy rutynowe kontrole wykonuje system.

Addytywne technologie produkcji

Druk 3D i inne, tak zwane technologie addytywne to obszar, który rozwija się dynamicznie. Te metody wsparcia produkcji otwierają nowe możliwości w zakresie prototypowania, produkcji małoseryjnej czy wytwarzania skomplikowanych geometrycznie części.

Implementacja technologii addytywnych pomoże Ci skrócić czas wprowadzania nowych produktów do produkcji oraz redukcję kosztów związanych z pojedynczym wytwarzaniem produktów dla testów.

Systemy zarządzania energią

Praca wielu energochłonnych maszyn przemysłowych na linii produkcyjnej skutkuje wysokimi kosztami zużycia energii. Systemy zarządzające przepływem energii (EMS) ograniczają nadmierne jej zużycie. One w połączeniu z alternatywnymi źródłami energii i systemami magazynowania potrafią wprowadzić oszczędności do zakładu.

Powyższe technologie, mniej lub bardziej, polskie zakłady rzeczywiście wdrażają. W dalszym rozdziale, zatytułowanym „Przyszłość automatyzacji w przemyśle”, przeczytasz o technologiach mogących namieszać w konkurencyjności zakładów produkcyjnych.

Zastosowania automatyzacji produkcji w różnych branżach

Dobór systemów automatyzacji zależy od branży, produktu i celu inwestycji. Te same roboty i sterowniki obsługują zupełnie inne wymagania procesowe.

Przemysł spożywczy

Liczy się bezpieczeństwo żywności, higiena i odporność urządzeń na warunki w strefach chłodniczych oraz elastyczność w pakowaniu wielu formatów. Typowe wdrożenia to zrobotyzowana paletyzacja i depaletyzacja, pakowanie w kartony zbiorcze i owijanie palet. Nasza linia do repaletyzacji owoców i warzyw jest przykładem właśnie z tej branży — zobacz, jak działa:

Motoryzacja

Nacisk na precyzyjne roboty montażowe, spawalnicze i systemy kontroli jakości, a także na pełną identyfikowalność części. To wciąż najbardziej zrobotyzowana branża w Polsce i na świecie — według IFR gęstość robotyzacji w polskim automotive wynosi 247 robotów na 10 tys. pracowników, przy 62 w pozostałych gałęziach przemysłu.

Tworzywa sztuczne i opakowania

Automatyzacja obsługuje wtryskarki lub maszyny nawijające folię stretch. Poza tym, głównie koniec linii: odbiór wyrobu z maszyny, formowanie i klejenie kartonów, pakowanie, etykietowanie, paletyzację i owijanie. Przykład z naszej działki:

Przemysł farmaceutyczny

Kluczowe są systemy zapewniające sterylność, śledzenie partii produkcyjnych i pełna dokumentacja procesu, wymagana przez regulatorów.

Przemysł metalowy

Podawanie i odbiór detali z maszyn (cięcie, gięcie, prasy), obsługa gniazd obróbczych oraz integracja maszyn z systemami zarządzania. Przykładem jest opisana wyżej integracja prasy do blachy z ERP w Blachotrapez.

Jeżeli dysponujesz ograniczonym budżetem, konieczne będzie wybranie inwestycji najkorzystniejszych w danym roku. Analiza będzie trafna pod warunkiem, że zidentyfikujesz obszary najbardziej wymagające rozwoju. Różne rozwiązania automatyzacji można łączyć i dostosowywać do specyfiki Twojej branży i procesów.

Jak wdrożyć automatyzację produkcji krok po kroku?

Wdrożenie automatyzacji produkcji przebiega w ośmiu krokach: zbudowanie zespołu, audyt procesów, wyznaczenie celów i KPI, wybór technologii i integratora, koncepcja z budżetem, przygotowanie infrastruktury, realizacja i szkolenia, a na koniec odbiór i optymalizacja. Poniżej rozpisuję każdy z nich.

A na naszym kanale YouTube PROSTER posłuchasz o kolejnych etapach – od wizji lokalnej po montaż i uruchomienie nowych maszyn. Zobacz na przykład, co może opóźnić montaż i uruchomienie automatyzacji:

Krok 1. Zespół projektowy

Powołaj dedykowany zespół ds. automatyzacji, łączący przedstawicieli różnych działów — zapewni to wielowymiarowe spojrzenie na transformację. W praktyce może to być zespół inżynierów produkcji, specjalistów IT, ekspertów od lean manufacturing i przedstawicieli HR, koordynowany przez doświadczonego kierownika projektu automatyzacji (zawsze powinien być jeden kierownik, odpowiedzialny za projekt).

Nieodpowiednie przygotowanie kadry to nie tylko strata pieniędzy, ale też utracona szansa na poprawę warunków pracy, jakości produktów i możliwości skalowania produkcji. Jak wynika z badania firmy Rockwell Automation, najważniejszym czynnikiem hamującym wdrażanie smart manufacturingu w automotive jest brak umiejętności zarządzania wdrażaniem technologii.

Krok 2. Audyt procesów i wąskie gardła

Rozpocznij od gruntownego audytu obecnych procesów produkcyjnych i zidentyfikuj obszary o niskiej efektywności. Firma produkująca sprzęt AGD może przeprowadzić szczegółową analizę czasu cyklu na różnych etapach montażu i wskazać procesy, które najbardziej skorzystałyby z automatyzacji.

Na tym etapie zbierz też kompletne dane wsadowe: wymiary i tolerancje produktu, wagi, wydajności godzinowe i liczbę wariantów produktu.

Krok 3. Cele i mierniki sukcesu

Jasno zdefiniuj oczekiwane korzyści i ustal mierzalne wskaźniki. Możesz wyznaczyć cel zwiększenia wydajności o X% i zmniejszenia ilości odpadów o Y%, a nawet zmierzyć satysfakcję pracowników z nowego środowiska pracy przy pomocy ankiet.

Typowe KPI dla projektu automatyzacji:

• wydajność procesu (szt./h) i przepustowość linii
• OEE (dostępność × wydajność × jakość
• udział braków i odpadu
• liczba i czas trwania przestojów
• koszt wytworzenia jednej sztuki.

Krok 4. Wybór technologii i integratora

Oceń dostępne rozwiązania nie tylko pod kątem obecnych potrzeb, ale też potencjału rozwoju i skalowalności. Firma z branży spożywczej może zdecydować się na elastyczny system zrobotyzowanej paletyzacji, który da się łatwo przeprogramować do obsługi wielu rozmiarów kartonów.

O co warto zapytać integratora robotów przemysłowych przed podpisaniem umowy:

• jakie realizacje o podobnym profilu ma za sobą
• czy wykonuje wszystkie prace nad automatyzacją czy zleca część podwykonawcom (co może powodować opóźnienia)
• jaki jest czas reakcji serwisu i dostępność części
• co obejmuje odbiór (FAT/SAT) i jakie wydajności są gwarantowane.

Krok 5. Koncepcja, budżet i harmonogram

Na tym etapie powstaje układ stanowiska lub linii, symulacja wydajności, lista maszyn oraz budżet z podziałem na etapy. Warto rozstrzygnąć tu, czy wdrażasz całość naraz, czy zaczynasz od pilotażu na jednym procesie.

Krok 6. Przygotowanie infrastruktury

To obszar, w którym kluczową rolę odgrywają działy IT i utrzymania ruchu. Modernizacja systemów IT często wymaga inwestycji w infrastrukturę sieciową i obliczeniową. Fabryka wdrażająca zaawansowany system IoT do monitorowania produkcji może potrzebować rozbudowy sieci Wi-Fi i inwestycji w edge computing, aby przetwarzać duże ilości danych w czasie rzeczywistym.

Zadbaj równolegle o posadzkę, zasilanie, sprężone powietrze i miejsce na bufory wokół linii.

Krok 7. Komunikacja, szkolenia i uruchomienie

Zarządzanie zmianą często decyduje o sukcesie projektu. Jasno i regularnie informuj pracowników o planach i celach automatyzacji — to buduje zrozumienie i akceptację. Praktycznym przykładem jest organizacja spotkań wewnętrznych, na których pracownicy mogą usłyszeć o zmianach i zadać pytania. Więcej na ten temat w artykule o komunikacji wewnętrznej przy wdrażaniu automatyzacji.

Zaplanuj szkolenia operatorów i utrzymania ruchu tak, aby kończyły się przed uruchomieniem linii, a nie po nim.

Krok 8. Odbiór, rozruch i optymalizacja

Po uruchomieniu przychodzi okres rozruchu, w którym wydajność dopiero dochodzi do wartości docelowych. Zbieraj wtedy dane, obserwuj OEE i przyczyny mikroprzestojów — najczęściej wynikają one nie z samego robota, lecz z jakości materiału wsadowego albo z odbioru produktu po procesie.

Aspekty prawne i compliance

Automatyzacja wpływa na wiele obszarów podlegających regulacjom, w tym bezpieczeństwo pracy i ochronę danych. Wdrażając zaawansowane systemy analizy danych produkcyjnych, upewnij się, że praktyki są zgodne z RODO i innymi regulacjami dotyczącymi prywatności. Po stronie maszyn liczy się ocena zgodności, dokumentacja i oznakowanie CE, a także bezpieczeństwo samych stanowisk zrobotyzowanych.

Skuteczne przygotowanie firmy do automatyzacji łączy więc aspekty technologiczne, organizacyjne i prawne. Tylko podchodząc do tego całościowo masz pewność, że proces będzie efektywny technologicznie, zgodny z wymogami prawnymi, a ludzie poczują się zaopiekowani.

Wpływ automatyzacji na role w przedsiębiorstwie

Automatyzacja produkcji zmienia strukturę zatrudnienia i role pracowników. Nadążaj za tą zmianą, aby efektywnie zarządzać zasobami ludzkimi w erze Przemysłu 4.0.

Od operatora maszyny do nadzorcy procesu

Tradycyjni operatorzy maszyn stają się nadzorcami procesów, skupiając się na monitorowaniu systemów, interpretacji danych i podejmowaniu decyzji.

To już się dzieje w polskich zakładach. W naszym projekcie automatyzacji końca linii produkującej folię stretch jeden operator nadzoruje 7 procesów: transport rolek stretchu, pakowanie ich do kartonu, formowanie i klejenie kartonów, etykietowanie, paletyzację i owijanie palet.

Nowe role techniczne

Rośnie znaczenie inżynierów automatyki, programistów PLC i operatorów robotów. W dużej fabryce samochodowej zespół inżynierów automatyki odpowiada za projektowanie i wdrażanie zintegrowanych systemów zrobotyzowanych na linii montażowej.

Kompetencje cyfrowe i wielozadaniowość

Umiejętności cyfrowe stają się ważne niemal w każdej roli związanej z produkcją. Od operatorów oczekuje się nie tylko sprawności manualnej, ale też swobody w obsłudze interfejsów panelu HMI.

Pracownicy łączą też wiedzę z różnych dziedzin. Technik utrzymania ruchu musi zdiagnozować i naprawić nie tylko problemy mechaniczne, ale także elektroniczne i programistyczne.

Kompetencje, na które rośnie popyt:

• diagnostyka urządzeń i aparatury kontrolno-pomiarowej,
• podstawy programowania PLC i robotów
• obsługa paneli HMI
• praca z systemami wizyjnymi
• analiza danych produkcyjnych i interpretacja wskaźników
• znajomość zasad bezpieczeństwa stanowisk zrobotyzowanych.

Co to oznacza dla działu HR

Zacznij pracować nad podnoszeniem kwalifikacji pracowników wcześniej. Firmy konkurują o specjalistów, więc tworzą atrakcyjne ścieżki kariery w zautomatyzowanym środowisku produkcyjnym — na przykład programy rotacyjne, pozwalające młodym inżynierom zdobyć doświadczenie w różnych obszarach automatyzacji.

Przyszłość automatyzacji w przemyśle

Nowe technologie warto śledzić nawet wtedy, gdy nie planujesz ich wdrażać w tym roku — bo w pewnym momencie któraś okaże się na tyle sprawdzona, że nada się w Twoim zakładzie. Poniżej sześć kierunków, które realnie mogą zmienić konkurencyjność zakładów produkcyjnych.

Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe

Autonomiczne systemy produkcyjne napędzane algorytmami AI mogą podejmować coraz bardziej złożone decyzje bez ingerencji człowieka. W motoryzacji systemy IIoT analizują dane z tysięcy czujników, aby przewidzieć awarie zanim nastąpią. Mając odpowiednią ilość danych, systemy AI będą mogły znajdować zależności między awariami i skuteczniej im przeciwdziałać. To jednak póki co rozważania w dużej mierze teoretyczne.

IoT i edge computing

Wszechobecna łączność sprawi, że każde urządzenie w fabryce będzie podłączone do sieci, generując i analizując ogromne ilości danych. Producent żywności może wykorzystać czujniki IoT do ciągłego monitorowania temperatury i wilgotności w całym łańcuchu produkcyjnym.

Edge computing przetwarza dane bliżej źródła ich powstania, co przyspiesza decyzje. W praktyce takie systemy analizują obraz z kamer inspekcyjnych w czasie rzeczywistym i natychmiast odrzucają wadliwe komponenty.

Robotyka nowej generacji

Roboty współpracujące i przemysłowe stają się powszechnym widokiem w fabrykach — w krajach rozwiniętych już tak jest, w Polsce jeszcze nadrabiamy. Roboty mobilne (AGV, AMR) w centrach logistycznych i mniejszych zakładach zaczynają dynamicznie optymalizować trasy transportu, reagując na zmiany w zamówieniach i priorytetach produkcyjnych.

Cyfrowy bliźniak (Digital Twin)

Digital Twin to wirtualna replika fizycznego obiektu lub procesu, która pozwala przeprowadzać symulacje i testy bez ingerencji w rzeczywisty system produkcyjny. Możesz na niej testować różne warianty ustawienia linii i optymalizować procesy, minimalizując przestoje.

Druk 3D w metalu

Technologie addytywne otwierają możliwości w prototypowaniu i personalizacji produkcji. Drukarki 3D pracujące na materiale metalowym już istnieją — umożliwiają wykonywanie skomplikowanych struktur i oszczędność materiału.

AR i VR w utrzymaniu ruchu i szkoleniach

Rozszerzona i wirtualna rzeczywistość mają szansę stać się standardowym narzędziem wspierającym diagnostykę i naprawy. Technik w elektrowni widzi na okularach AR wizualizację schematów i instrukcji naprawy turbiny. VR jest już używana w szkoleniach i projektowaniu — pracownicy uczą się w bezpiecznym środowisku, a inżynierowie testują produkty przed rozpoczęciem produkcji.

Podsumowanie – czy automatyzacja się opłaca?

Automatyzacja produkcji znajduje się w krytycznym punkcie swojego rozwoju. Przekształca ona nie tylko sposób, w jaki produkujemy dobra, ale także całe modele biznesowe.

Postawmy jednak najważniejsze pytanie dla zakładów produkcyjnych: Czy automatyzacja się opłaca?

Tak — automatyzacja produkcji się opłaca, ale nie każde wdrożenie kończy się sukcesem. Decyduje przygotowanie: dobór właściwego procesu, kompletne dane wsadowe i zarządzanie projektem.

Do rzeczy, o które musisz zadbać, należą:

• odpowiednia osoba do zarządzania projektem
• komunikacja wewnętrzna z pracownikami oraz komunikacja z wykonawcą
• zaplanowane szkolenia pracowników
• zaplanowane testy i uruchomienie systemu
• analiza mocnych i słabych stron procesów, które zamierzasz automatyzować.

Automatyzacja jest procesem, który wymaga czasu na przygotowanie — ale warto się w niego zaangażować. To wyzwanie nie tyle technologiczne, ile strategiczne. Jeżeli skutecznie wdrożysz systemy automatyzacji, inwestując równolegle w rozwój pracowników, będziesz w stanie nie tylko utrzymać się na rynku, ale i rosnąć.