Решение проблемы человеческого фактора в промышленной автоматизации с использованием технологий автоматической идентификации

Татаринов М.В. –

д-р техн. наук, главный научный сотрудник

Научно-производственного центра «Интелком»

Одним из аспектов, связанных с решением проблем человеческого фактора в промышленной автоматизации, является автоматизация ввода данных в систему. Какая бы ни была совершенная автоматизированная система - ее преимущества сводятся на нет, если данные в нее вводятся вручную. Достоверность и актуальность данных - камень преткновения всех автоматизированных систем. Если данные о производственном процессе вводятся в конце недели или даже в конце смены учетчицей, то ни о какой их достоверности и актуальности говорить не приходится. В идеале автоматизированная система сама должна уметь получать необходимые данные в процессе производства без участия человека.

На сегодняшний день наиболее надежным и эффективным способом автоматизированного ввода данных в автоматизированную систему является использование технологии автоматической идентификации на основе применения машиночитаемых меток - это может быть штриховое кодирование, радиочастотная идентификация и т.п. При объединении возможностей технологии автоматической идентификации с системами управления ресурсами, PLM и PDM-системами, системами управления производством автоматическая идентификация позволит решать широкий круг задач. Ее роль в автоматизации производства трудно переоценить. Технология автоматической идентификации позволит осуществлять ввод таких данных, как учет выпускаемых деталей и изделий без непосредственного участия человека. Но при взаимодействии с системами автоматизации редства автоматической идентификации способны решать гораздо более широкий круг задач, чем автоматизация процессов учета промаркированных деталей. Это и процесс сборки изделия для сборочного цеха, пооперационный учет, автоматический выбор последовательности производственной операции и параметров обработки данной заготовки по ее уникальному идентификатору, контроль загрузки станков и оборудования, автоматизация задач внутризаводского складского учёта, автоматизация процессов планирования ресурсов, внутрицеховой и межцеховой контроль за движением заготовок, деталей и материалов, многие другие задачи.

В условиях современной экономики повышение производительности, конкурентоспособности в основном сводится к совершенствованию организации управления предприятием путем автоматизации процессов производства, оптимизации использования финансовых, материальных и трудовых ресурсов, материальных и нематериальных активов. При этом конечной целью затрат на автоматизацию является повышение конкурентоспособности и увеличение прибыли за счет сбыта выпускаемой продукции. Применение технологий автоматической идентификации позволяет автоматизировать сбор данных и их обработку, что дает возможность в реальном режиме времени оперативно осуществлять анализ, оценку и контроль эффективности результатов производственно-хозяйственной и финансовой деятельности предприятия и его подразделений. При таком подходе от автоматизации отдельных процессов учета можно перейти к автоматизации планирования, оценке эффективности взаимодействия отдельных подразделений предприятия, предприятий, входящих в состав корпораций и отрасли в целом. Благодаря внедрению технологии идентификации становится возможным отслеживать изделие на всех этапах его жизненного цикла, оптимизировать послепродажное обслуживание, обеспечить информационную поддержку контрактам жизненного цикла.

Автоматическая идентификация, в основе которой лежит идея идентификации объектов, имеющих уникальную маркировку, может применяться для управления производственным процессом, а также для планирования ресурсов предприятия. Промаркированные объекты могут успешно идентифицироваться как в замкнутых системах (одно предприятие), так и в открытых системах, когда объект может идентифицироваться независимыми структурами, например грузоотправителем, грузополучателем, перевозчиком, таможенными органами, органами государственного контроля и т.д. При этом в открытых системах необходимо соблюдение ряда дополнительных условий – каждый участник такой системы должен иметь возможность идентифицировать объект в любой момент и получить актуальную информацию о нем (наименование объекта, конструкторскую и эксплуатационно-техническую документацию, реквизиты производителя, контракт, технические характеристики, логистическую информацию, такую как наименование грузоотправителя, номер партии и т.д.). Эта информация должна быть доступна всем участникам системы, то есть должна храниться на общедоступных серверах, обеспечивающих безопасный оперативный доступ к информации при считывании маркировки объекта. При этом в зависимости от прав доступа участник системы должен иметь возможность не только получать необходимую информацию об объекте, но и вносить в систему новые данные об объекте, например, ремонт, замена деталей, изменение конфигурации и состава объекта и т.п. Открытые системы автоматической идентификации должны разрабатываться и внедряться в соответствии с отраслевыми, общероссийскими и международными стандартами.

Только при таких условиях:

Эксплуатация систем автоматической идентификации сопровождается воздействиями на маркировку неблагоприятных условий окружающей среды, поэтому маркировка должна обладать высокой прочностью, инертностью к агрессивным средам, повышенной термостойкостью и т.д., обеспечивая считываемость уникального идентификатора на протяжении всего жизненного цикла изделия, который для многих объектов исчисляется десятилетиями. Наиболее распространенными технологиями маркировки, удовлетворяющими данным условиям, являются DPM (Direct Part Marking) – прямая маркировка деталей штриховыми кодами на основе стандарта Data Matrix – международный стандарт ISO/IES16022 и RFID – радиочастотная идентификация (Radio Frequency IDentification) – множество международных стандартов описывающих различные области применения RFID.

При использовании штриховых кодов одним из параметров, влияющих на качество маркировки, является размер наносимого символа штрихового кода (линейной или двумерной символики). Этот параметр обычно определяется объемом кодируемых данных, размером модуля (элемента) линейного или двумерного кода и качеством поверхности детали, на которую он наносится. Решение о том, какую информацию и в каком объеме необходимо закодировать, обычно определяет производитель. С помощью прямой маркировки деталей на многих предприятиях в настоящее время осуществляется контроль качества в процессе производства, автоматизация отдельных операций, пооперационный учет и отслеживание деталей в течение всего их жизненного цикла. Для обеспечения эффективной работы с метками прямого нанесения и совместимости внедряемых систем идентификации следует использовать международный стандарт ИСО/МЭК ТО 24720 "Информационные технологии. Автоматическая идентификация и сбор данных. Руководство по прямой маркировке предметов" (ISO/IEC TR 24720 "Information technology — Automatic identification and data capture techniques — Guidelines for direct part marking (DPM)") и отечественные стандарты ГОСТ РВ 0099–002–2012, ГОСТ РВ 0099–003–2012, ГОСТ РВ 0099–004–2012, в которых описаны методы маркировки, порядок подготовки поверхности к нанесению маркировки, рекомендации по ее размещению, использованию защитных покрытий и другие параметры, которые влияют на качество наносимой маркировки.

В случае использования радиочастотной идентификации, наиболее важными характеристиками, которые играют ключевую роль при выборе конкретной системы радиочастотной идентификации для внедрения на производстве, являются протокол радиоинтерфейса и рабочие частоты. Требования к радиоинтерфейсу и протоколу связи систем радиочастотной идентификации, работающих в различных международных диапазонах частот, устанавливаются в стандартах ИСО/МЭК 18000 и национальных стандартах РФ (ГОСТ Р), которые основаны на международных стандартах. Внедрение радиочастотной идентификации на предприятии машиностроительного комплекса усложняется тем, что работать приходится в основном с металлами, которые обладают способностью отражать свободно распространяющиеся электромагнитные волны, экранируя их распространение. Радиочастотные метки, работающие на низких частотах, имеют более высокую проникающую способность, и могут быть считаны, находясь за слоем металла или внутри него. Поэтому в промышленных условиях традиционно используются радиочастотные метки и считыватели с рабочей частотой ниже 135 кГц. Именно для этого диапазона частот выбор промышленных радиочастотных меток и считывателей особенно широк.

Среди недостатков систем с рабочим диапазоном ниже 135 кГц:

Системы RFID широко применяются в автомобильной, авиационной, нефтедобывающей, железнодорожной отраслях, при решении логистических задач на внутрироссийских и международных транспортных узлах. По данным компании Soreon Research период окупаемости таких систем в среднем составляет не более одного года, а прибыль в течение трех лет с момента внедрения системы может составлять более 350%.

В автомобильной промышленности для автоматизации логистических процессов наиболее успешно применяются именно системы радиочастотной идентификации (RFID). Увеличение интереса к данной технологии и рост числа применений наметился и в России. Так, по данным официального сайта Государственной корпорации "Российская корпорация нанотехнологий" (РОСНАНО), планируется реализация проекта по созданию высокотехнологичного предприятия по производству радиочастотных меток, позволяющих заменить традиционные штриховые коды. Кроме того, анонсирован проект по созданию отечественного производства сверхбольших интегральных схем на основе наноэлектронной технологии с проектными нормами 90 нанометров. Конечными продуктами проекта станут российские чипы для смарт-карт, используемых в электронных загранпаспортах, водительских удостоверениях и свидетельствах о регистрации транспортных средств, банковских и социальных картах, SIMкартах для мобильных телефонов, и чипы для RFID меток (радиочастотных меток).

Научно-производственный центр «Интелком» на сегодняшний день единственный в Россий разработчик и производитель отечественных DPM-сканеров приступил в 2014 г. к разработке универсального автономного мобильного сканера, способного считывать как штриховые коды, так и радиочастотные метки.

Сегодня российские разработчики приступили к разработке систем автоматизации производства на основе машиночитаемых меток и устройствам считывания. На данный момент Научно-производственный центр «Интелком» единственный отечественный производитель сканеров по считыванию меток прямого нанесения, входящих в аппаратно-программный комплекс по информационной поддержке жизненного цикла изделия на основе технологий и средств автоматической идентификации. За рубежом такие системы разработаны и давно используются предприятиями, но для российского производителя такой подход к управлению производственными и постпроизводственными процессами достаточно нов и малоизучен. К тому же, в связи с санкциями именно отечественные разработки такого плана в скором времени будут востребованы на рынке.