للمبتدئين .. ما تعريف الأتمتة؟ وما تطبيقاتها في قطاع التصنيع؟

إن الأتمتة هي تطبيق الآلات للمهام التي كان يؤديها البشر في السابق. على الرغم من أن مصطلح الميكنة غالباً ما يستخدم للإشارة إلى الاستبدال البسيط للعمالة البشرية بالآلات، فإن الأتمتة تعني عموماً دمج الآلات في نظام الحكم الذاتي. لقد أحدثت الأتمتة ثورة في تلك المجالات التي تم تقديمها فيها، ونادراً ما يوجد جانب من جوانب الحياة الحديثة لم يتأثر بها.

تمت صياغة مصطلح الأتمتة في صناعة السيارات حوالي عام 1946 لوصف الاستخدام المتزايد للأجهزة وأجهزة التحكم الأوتوماتيكية في خطوط الإنتاج الآلية. ويُنسب أصل الكلمة إلى "دي إس هاردر"، وهو مدير هندسي في شركة فورد موتور في ذلك الوقت.

ويمكن تعريف الأتمتة عموماً على أنها تقنية معنية بتنفيذ عملية عن طريق أوامر مبرمجة جنبًا إلى جنب مع التحكم التلقائي في التغذية الراجعة لضمان التنفيذ السليم للتعليمات. إن النظام الناتج قادر على العمل دون تدخل بشري.

وأصبح تطوير هذه التكنولوجيا يعتمد بشكل متزايد على استخدام أجهزة الكمبيوتر والتقنيات ذات الصلة بالكمبيوتر. وبالتالي، أصبحت الأنظمة الآلية معقدة بشكل متزايد. تمثل الأنظمة المتقدمة مستوى من القدرة والأداء يفوق في نواحٍ كثيرة قدرات البشر على إنجاز نفس الأنشطة.

وتتطلب جميع عمليات الأتمتة دون استثناء ثلاثة عناصر بناء أساسية؛ وهي مصدر طاقة لأداء بعض الإجراءات، وضوابط التغذية الراجعة، وبرمجة الآلة.

مصدر الطاقة

- تُصمَّم الأنظمة الآلية لإنجاز بعض الإجراءات المفيدة، وهذا الإجراء يتطلب طاقة. هناك العديد من مصادر الطاقة المتاحة، ولكن الكهرباء هي الأكثر استخداماً في الأنظمة الآلية اليوم.

- الطاقة الكهربائية هي الأكثر تنوعاً  لأنه يمكن توليدها بسهولة من مصادر أخرى مثل الوقود الأحفوري، والطاقة الكهرومائية، والطاقة الشمسية، والنووية.

- كما يمكن تحويلها بسهولة إلى أنواع أخرى من الطاقة مثل (الميكانيكية، الهيدروليكية، والهوائية) لأداء عمل مفيد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تخزين الطاقة الكهربائية في بطاريات طويلة العمر وعالية الأداء.

ضوابط التغذية الراجعة

- تستخدم ضوابط التغذية الراجعة على نطاق واسع في الأنظمة الآلية الحديثة. ويتكون نظام التحكم في التغذية الراجعة من خمسة مكونات أساسية وهي المدخلات، العملية الخاضعة للتحكم، المخرجات، وعناصر الاستشعار، وأجهزة التحكم والتشغيل.

- والمدخلات في أي نظام هي القيمة المرجعية، أو نقطة الضبط، التي يُقاس على أساسها مخرجات النظام.

- إذا نظرنا إلى نظام التدفئة كمثال، يكون المُدخَل هو إعداد درجة الحرارة المطلوبة للغرفة، في حين أن العملية، التي يتم التحكم فيها، هي السخان.

- بينما يكون المخرج أو الناتج هو متغير العملية التي يتم قياسها ومقارنتها بالمدخلات؛ في المثال أعلاه، الناتج هو درجة حرارة الغرفة.

- في حين أن عناصر الاستشعار هي أجهزة القياس المستخدمة في حلقة التغذية الراجعة لمراقبة قيمة متغير الإخراج.

- في مثال نظام التدفئة، يتم إنجاز هذه الوظيفة عادةً باستخدام شريط ثنائي المعدن  لقياس درجة حرارة الغرفة.

- هناك أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار المستخدمة في أنظمة التحكم في التغذية الراجعة للأتمتة.

- إن الغرض من جهاز التحكم وأجهزة التشغيل في نظام التغذية الراجعة هو مقارنة قيمة المخرجات المَقِيسَة مع قيمة المدخلات المرجعية وتقليل الفرق بينهما.

برمجة الآلة

- تحدد التعليمات المبرمجة مجموعة الإجراءات التي يتعين على النظام تنفيذها تلقائياً.

- ويحدد البرنامج ما يجب أن يفعله النظام الآلي وكيف يجب أن تعمل مكوناته المختلفة من أجل تحقيق النتيجة المرجوة.

- ترتبط أوامر البرمجة بالتحكم في التغذية الراجعة في النظام الآلي. في الواقع، إن الغرض من حلقة التغذية الراجعة هو التحقق من تنفيذ الخطوة المبرمجة.

- على سبيل المثال، في وحدة تحكم الروبوت، قد يحدد البرنامج أن الذراع يجب أن تنتقل إلى موضع معين، ويتم استخدام نظام التحكم في التغذية الراجعة للتحقق من أن الحركة تمت بشكل صحيح.

تطبيقات الأتمتة في قطاع التصنيع

- يعد التصنيع أحد أهم مجالات تطبيق تكنولوجيا الأتمتة. بالنسبة للعديد من الأشخاص، تعني الأتمتة أتمتة التصنيع.

- وهناك 3 أنواع رئيسية للأتمتة في قطاع التصنيع وهي: الأتمتة الثابتة، الأتمتة القابلة لإعادة البرمجة، والأتمتة المرنة.

- تشير الأتمتة الثابتة، المعروفة أيضاً باسم "الأتمتة الصلبة"، إلى منشأة إنتاج مؤتمتة، يتم فيها تحديد تسلسل عمليات المعالجة بواسطة تكوين المعدات.

- في الواقع، يتم تضمين الأوامر المبرمجة في الآلات في شكل كاميرات وتروس وأسلاك وأجهزة أخرى لا يمكن تغييرها بسهولة من نمط منتج إلى آخر.

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

- وتتضمن أمثلة الأتمتة الثابتة خطوط نقل الآلات الموجودة في صناعة السيارات، وآلات التجميع الآلي، وبعض الأنشطة الكيميائية.

- بينما تستخدم الأتمتة القابلة للبرمجة لإنتاج المنتجات على دفعات. يتم تصنيع المنتجات في دفعات تتراوح من عدة عشرات إلى عدة آلاف وحدة في وقت واحد.

- ولكل دفعة جديدة، يجب إعادة برمجة معدات الإنتاج وتغييرها لتلائم نمط المنتج الجديد.

- وتستغرق عملية إعادة البرمجة والتغيير هذه وقتاً لإنجازها، وهناك فترة زمنية يتوقف فيها الإنتاج لحين إعادة ضبط الآلات على البرنامج الجديد.

- إن معدلات الإنتاج في الأتمتة القابلة للبرمجة أقل عموماً من الأتمتة الثابتة، لأن المعدات مصممة لتسهيل تغيير المنتج بدلاً من تخصص المنتج.

- والأتمتة المرنة هي امتداد للأتمتة القابلة للبرمجة. إن العيب الرئيسي في الأتمتة القابلة للبرمجة هو الوقت اللازم لإعادة البرمجة وتغيير معدات الإنتاج لكل دفعة من المنتج الجديد، وهو وقت إنتاج ضائع ومكلف.

- في الأتمتة المرنة، يكون تنوع المنتجات محدوداً بدرجة كافية بحيث يمكن إجراء تغيير المعدات بسرعة كبيرة وتلقائياً.

- تتم إعادة برمجة المعدات بأتمتة مرنة خارج خطوط الإنتاج؛ أي أن البرمجة تتم في محطة كمبيوتر دون استخدام معدات الإنتاج نفسها.

- بناء على هذا، ليست هناك حاجة لتجميع المنتجات المتطابقة في مجموعات؛ بدلاً من ذلك، يمكن إنتاج مزيج من المنتجات المختلفة واحداً تلو الآخر.

- بالإضافة إلى تطبيقات التصنيع لتكنولوجيا الأتمتة، هناك إنجازات كبيرة في مجالات أخرى مثل الاتصالات، والنقل، وصناعات الخدمات، والمنتجات الاستهلاكية.

المصدر: موسوعة بريتانيكا