فرآیند طراحی مهندسی در حوزه اتوماسیون صنعتی بر ایجاد سیستم‌هایی متمرکز است که بهره‌وری، دقت، قابلیت اطمینان و ایمنی در محیط‌های صنعتی را بهبود می‌بخشند. در ادامه، مراحل طراحی مهندسی در اتوماسیون صنعتی شرح داده شده است:
هنگام استفاده از نرم‌افزارهای پیشرفته طراحی مانند Siemens NX، Teamcenter، Simcenter و سایر ابزارهای موجود در پورتفوی Siemens Xcelerator، فرآیند طراحی مهندسی مراحل سنتی را با قابلیت‌های قدرتمند نرم‌افزاری ترکیب می‌کند و بهره‌وری، دقت و همکاری را بهبود می‌بخشد. این مجموعه کامل و یکپارچه برای طراحی محصول، مهندسی و تولید، ابزارهای متنوعی برای CAD، CAM، CAE، PLM، شبیه‌سازی و طراحی الکتریکی/الکترونیکی (E/E) ارائه می‌دهد. در این زمینه، فرآیند طراحی مهندسی شامل مراحل کلیدی زیر است:
۱. تحلیل نیازها و تعریف مسئله
- اهداف اتوماسیون را به وضوح مشخص کنید؛ مانند افزایش تولید، بهبود دقت، کاهش زمان خرابی یا ارتقای ایمنی.
- محدوده اتوماسیون را تعیین کنید، از جمله فرآیندها یا وظایفی که قرار است خودکار شوند.
- ورودی‌های ذینفعان را جمع‌آوری کنید تا الزامات عملیاتی، محدودیت‌های قانونی و محدودیت‌های سیستم موجود را درک کنید.
۲. طراحی معماری سیستم
- یک معماری مفهومی برای سیستم اتوماسیون ایجاد کنید که شامل سخت‌افزار، نرم‌افزار و اجزای شبکه باشد.
- چارچوب مناسب برای اتوماسیون (مانند PLC، SCADA، DCS یا سیستم‌های مبتنی بر IoT) را انتخاب کنید.
- پروتکل‌های ارتباطی مانند Modbus ، PROFINET، OPC UA را برای اطمینان از جریان داده‌ی روان بین دستگاه‌ها و سیستم‌ها به کار ببرید.
۳. انتخاب و یکپارچه‌سازی اجزا
- سنسورها، محرک‌ها، کنترل‌کننده‌ها و سایر سخت‌افزارها را بر اساس نیازهای برنامه انتخاب کنید.
- از ابزارهای شبیه‌سازی برای بررسی سازگاری و عملکرد اجزای انتخاب‌شده استفاده کنید.
- طراحی ادغام دستگاه‌های میدانی با سیستم‌های کنترل مرکزی را انجام دهید، با در نظر گرفتن نیازهای توان، تنظیم سیگنال‌ها و عوامل محیطی.
۴. توسعه منطق کنترل
- الگوریتم‌ها و منطق کنترلی را با استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی مانند Ladder Logic، Structured Text یا Function Block Diagrams طراحی کنید.
- رابط‌های انسان-ماشین (HMI) را برای نظارت و کنترل آسان سیستم توسط اپراتورها توسعه دهید.
- از ابزارهای شبیه‌سازی برای بررسی عملکرد منطق کنترل قبل از پیاده‌سازی استفاده کنید.
۵. شبیه‌سازی و اعتبارسنجی سیستم
- از فناوری Digital Twin ( دوقلوی دیجیتال ) برای شبیه‌سازی کامل سیستم اتوماسیون در یک محیط مجازی استفاده کنید.
- رفتار سیستم را تحت شرایط مختلف عملیاتی، از جمله عملکرد عادی، سناریوهای اضافه‌بار و شرایط خطا، ارزیابی کنید.
- معیارهایی مانند زمان چرخه، مصرف انرژی و نرخ خطا را بهینه‌سازی کنید.
۶. پیاده‌سازی و تست
- سیستم اتوماسیون را در محل نصب و با ماشین‌آلات و فرآیندهای موجود یکپارچه کنید.
- تست‌های دقیق، شامل تست عملکرد، تست بار و تست ایمنی را برای اطمینان از قابلیت اطمینان انجام دهید.
- دستگاه‌ها را کالیبره کرده و تنظیمات سیستم را بر اساس بازخوردهای عملیاتی تنظیم کنید.
۷. نظارت بر داده‌ها و تحلیل
- راهکارهای IIoT ( اینترنت اشیاء صنعتی) را برای نظارت و جمع‌آوری داده‌های بلادرنگ به کار ببرید.
- از پلتفرم‌های تحلیلی برای شناسایی روندها، پیش‌بینی نیازهای تعمیر و نگهداری و بهینه‌سازی عملیات استفاده کنید.
- مدل‌های یادگیری ماشین را برای کنترل پیشرفته فرآیند و شناسایی ناهنجاری‌ها پیاده‌سازی کنید.
۸. ایمنی و تطابق
- سیستم‌هایی با قابلیت‌های ایمنی بالا و افزونگی طراحی کنید تا شرایط اضطراری به‌خوبی مدیریت شوند.
- اطمینان حاصل کنید که سیستم با استانداردهای صنعتی (مانند IEC 61508، ISO 13849) برای ایمنی عملکرد مطابقت دارد.
- اپراتورها و تکنسین‌ها را در مورد عملکرد ایمن سیستم و روش‌های اضطراری آموزش دهید.
۹. نگهداری و ارتقا
- یک برنامه نگهداری شامل استراتژی‌های نگهداری پیشگیرانه و پیش‌بینانه تهیه کنید.
- از نرم‌افزارهای اتوماسیون برای زمان‌بندی و نظارت بر وظایف نگهداری استفاده کنید.
- سیستم‌ها را به‌گونه‌ای طراحی کنید که بدون ایجاد اختلال عمده، امکان مقیاس‌پذیری و ارتقا در آینده وجود داشته باشد.
نقش ابزارهای پیشرفته در طراحی مهندسی
ابزارهای نرم‌افزاری مانند Siemens NX، Simcenter و Teamcenter نقش کلیدی در خودکارسازی فرآیند طراحی مهندسی ایفا می‌کنند. این ابزارها شامل:
- CAD/CAE برای سخت‌افزار اتوماسیون: طراحی محفظه‌ها، براکت‌ها یا اجزای ماشینی سفارشی.
- شبیه‌سازی و دوقلوی دیجیتال : تست سیستم‌های اتوماسیون به‌صورت مجازی قبل از پیاده‌سازی فیزیکی.
- PLM برای همکاری: تضمین همکاری روان بین تیم‌های مهندسی، خرید و عملیات.
- یکپارچگی با پلتفرم‌های صنعتی: سازگاری با Siemens TIA Portal یا Rockwell Automation Studio 5000 برای برنامه‌ریزی و پیاده‌سازی آسان.
فرآیند طراحی مهندسی در اتوماسیون صنعتی بر کارایی، تطبیق‌پذیری و ایمنی تأکید دارد و با بهره‌گیری از جدیدترین فناوری‌ها، پاسخگوی نیازهای در حال تغییر صنعت است.
در طول این فرآیند، پورتفوی Siemens Xcelerator همکاری بین اعضای تیم و یکپارچگی با سایر ابزارها و پلتفرم‌های نرم‌افزاری را تسهیل می‌کند و تضمین می‌کند که داده‌ها در مراحل مختلف توسعه محصول به‌صورت روان جریان داشته باشند. این رویکرد جامع امکان یک فرآیند طراحی مهندسی کارآمدتر و مؤثرتر، از مفهوم تا تولید را فراهم می‌کند.
