اتوماسیون صنعتی فرآیندهای تولید دستی را از طریق استفاده از سیستم‌های کنترل، حسگرها و نرم‌افزارها به گردش‌کارهایی بسیار کارآمد و قابل تکرار تبدیل می‌کند. این فناوری وظایف پرزحمت را کاهش داده، خطای انسانی را به حداقل می‌رساند و سرعت تولید را افزایش می‌دهد. با جایگزینی حرکات تکراری انسان با ماشین‌آلات خودکار، تولیدکنندگان به کیفیت یکنواخت‌تری در محصولات دست می‌یابند. این تحول صنایع مختلفی از خودروسازی تا داروسازی را دگرگون کرده است.
ریشه‌های اتوماسیون صنعتی به اواخر قرن ۱۸ با اختراع دستگاه‌های ریسندگی مانند “جنی” و “فریم آبی” بازمی‌گردد. با گسترش نیروی بخار و برق در قرن ۱۹ و اوایل قرن ۲۰، کارخانه‌ها شروع به استفاده از سیستم‌های پنوماتیک و هیدرولیک برای کنترل‌های ابتدایی کردند. اختراع ترانزیستور در سال ۱۹۴۷ زمینه‌ساز کنترل‌های الکترونیکی شد و در دهه ۱۹۷۰، کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) به ستون فقرات اتوماسیون تبدیل شدند.
معماری اتوماسیون مدرن شامل چهار لایه است: دستگاه‌های میدانی، سیستم‌های کنترل، شبکه‌های نظارتی و ادغام در سطح سازمانی. دستگاه‌های میدانی شامل حسگرهایی هستند که دما، فشار، جریان و سطح را اندازه‌گیری می‌کنند، به‌همراه محرک‌هایی که موتورها، شیرها و ربات‌ها را به حرکت درمی‌آورند. سیستم‌های کنترل—به‌ویژه PLCها و سیستم‌های کنترل توزیع‌شده (DCS)—ورودی‌ها را پردازش کرده، منطق را اجرا می‌کنند و فرمان‌ها را به دستگاه‌های میدانی صادر می‌نمایند. در لایه بالاتر، پلتفرم‌های SCADA و MES نمایش داده‌ها، ثبت اطلاعات و زمان‌بندی تولید را فراهم می‌کنند.
کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی رایانه‌های صنعتی مقاومی هستند که با منطق نردبانی یا نمودارهای بلوکی برنامه‌ریزی می‌شوند. آن‌ها ورودی‌ها را اسکن کرده، منطق بولی را ارزیابی می‌کنند و خروجی‌ها را در چرخه‌های قطعی به‌روزرسانی می‌نمایند تا پاسخ در زمان واقعی تضمین شود. پیکربندی‌های افزونه و ماژول‌های قابل تعویض در حالت فعال، تحمل خطا و زمان کارکرد را افزایش می‌دهند. PLCها با رابط‌های کاربری انسانی (HMI) ارتباط برقرار می‌کنند و به اپراتورها اجازه می‌دهند متغیرهای سیستم را نظارت کرده و در زمان تعمیرات، اتوماسیون را لغو کنند.
سیستم‌های کنترل و جمع‌آوری داده‌های نظارتی (SCADA) نظارت و کنترل مرکزی را در چندین سایت فراهم می‌کنند. آن‌ها از پروتکل‌های ارتباطی مانند Modbus، PROFIBUS و Ethernet/IP برای جمع‌آوری داده‌های زمان واقعی استفاده می‌کنند. داشبوردهای SCADA هشدارها، روندها و شاخص‌های کلیدی عملکرد را نمایش می‌دهند و تصمیم‌گیری سریع را ممکن می‌سازند. ادغام با سیستم‌های برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP) تولید را با زنجیره تأمین و اهداف کسب‌وکار هماهنگ می‌کند.
ربات‌های صنعتی نقش مهمی در اتوماسیون دارند و حرکات دقیق و پرسرعت را اجرا می‌کنند. بازوهای مفصلی، ربات‌های دلتا و سیستم‌های SCARA وظایفی مانند جوشکاری، رنگ‌زنی، مونتاژ و جابه‌جایی را انجام می‌دهند. ربات‌های مشارکتی—کوبات‌ها—فضای کاری را با انسان‌ها به‌صورت ایمن به اشتراک می‌گذارند و انعطاف‌پذیری را در تولید دسته‌های کوچک افزایش می‌دهند. سیستم‌های بینایی پیشرفته و حسگرهای نیرو به ربات‌ها اجازه می‌دهند با تغییرات و تلورانس‌های دقیق سازگار شوند.
کنترل حرکت موقعیت‌گیری دقیق محورهای مکانیکی را از طریق موتورهای سروو و پله‌ای هدایت می‌کند. حلقه‌های بازخورد شامل انکودرها و رزولورها دقت را تا سطح میکرومتر حفظ می‌کنند. کنترل‌کننده‌های موتور یکپارچه از اتصال به شبکه‌های فیلدباس پشتیبانی می‌کنند و معماری شبکه را ساده می‌سازند. این سیستم‌ها پایه ماشین‌کاری CNC، وسایل نقلیه هدایت‌شونده خودکار (AGV) و خطوط بسته‌بندی هستند.
نگهداری پیش‌بینی‌گر از داده‌های حسگر، پایش وضعیت و تحلیل‌ها برای پیش‌بینی خرابی تجهیزات استفاده می‌کند. امضاهای ارتعاشی، تصویربرداری حرارتی و تحلیل روان‌کارها مدل‌های یادگیری ماشین را تغذیه می‌کنند که علائم اولیه فرسایش را شناسایی می‌کنند. مداخلات زمان‌بندی‌شده از توقف‌های برنامه‌ریزی‌نشده جلوگیری کرده و عمر دارایی را افزایش می‌دهند. شرکت‌ها گزارش داده‌اند که با استفاده از این تکنیک‌ها تا ۳۰ درصد در هزینه‌های نگهداری صرفه‌جویی کرده‌اند.
ایمنی در محیط‌های خودکار به سیستم‌های چندلایه وابسته است. پرده‌های نوری، مدارهای توقف اضطراری و PLCهای ایمنی مناطق خطرناک را ایزوله کرده و در صورت عبور از آستانه‌ها، ماشین‌آلات را متوقف می‌سازند. استانداردهای ایمنی عملکردی مانند IEC 61508 و ISO 13849 الزامات طراحی برای سطوح یکپارچگی ایمنی را تعریف می‌کنند. ممیزی‌های منظم و معماری‌های ایمن در برابر خطا، انطباق را تضمین کرده و از کارگران انسانی محافظت می‌کنند.
اتوماسیون کیفیت محصول را با اعمال پارامترهای فرآیند یکنواخت و قابلیت ردیابی افزایش می‌دهد. سوابق دسته‌ای، اسکن بارکد و برچسب‌های RFID تاریخچه تولید هر واحد را ثبت می‌کنند. کنترل آماری فرآیند (SPC) تغییرات را پایش کرده و اقدامات اصلاحی را به‌صورت خودکار آغاز می‌کند. این کنترل دقیق برای صنایع تحت نظارت مانند غذا، نوشیدنی و داروسازی مناسب است.
ادغام هوش مصنوعی و یادگیری عمیق در حال ایجاد اتوماسیون هوشمندتر است. سیستم‌های بینایی مبتنی بر هوش مصنوعی قطعات را با دقت انسانی بازرسی کرده و با الگوهای جدید نقص سازگار می‌شوند. یادگیری تقویتی مسیرهای حرکتی را بهینه کرده و زمان چرخه را کاهش می‌دهد. دوقلوهای دیجیتال—نسخه‌های مجازی از دارایی‌های فیزیکی—تغییرات فرآیند را قبل از اعمال در کف کارخانه شبیه‌سازی می‌کنند.
رایانش لبه‌ای پردازش داده‌ها را به منبع نزدیک‌تر می‌برد. با اجرای تحلیل‌ها روی PLCها یا دروازه‌ها، سیستم‌ها تأخیر و مصرف پهنای باند شبکه را کاهش می‌دهند. تصمیمات حیاتی مانند تنظیم سروو یا شناسایی ناهنجاری‌ها در میلی‌ثانیه در لبه انجام می‌شوند. تنها بینش‌های تجمیع‌شده و استثناها به فضای ابری یا مرکز داده منتقل می‌شوند.
امنیت سایبری با همگرایی شبکه‌های اتوماسیون و زیرساخت‌های فناوری اطلاعات ضروری شده است. دیوارهای آتش، تقسیم‌بندی VLAN و سیستم‌های تشخیص نفوذ از شبکه‌های کنترل محافظت می‌کنند. ارزیابی‌های منظم آسیب‌پذیری و مدیریت وصله‌ها از سوءاستفاده علیه PLCها و HMIها جلوگیری می‌کنند. یک استراتژی دفاع در عمق تعادل بین دسترسی‌پذیری و امنیت را در عملیات‌های حیاتی برقرار می‌سازد.
موفقیت در ابتکارات اتوماسیون نیازمند همکاری میان مهندسان، متخصصان IT و تیم‌های عملیاتی است. محدوده‌های پروژه روشن، تحلیل‌های بازگشت سرمایه و پیاده‌سازی مرحله‌ای ریسک‌ها را کاهش می‌دهند. ارتقای مهارت نیروی کار تضمین می‌کند که کارکنان بتوانند سیستم‌های پیشرفته را راه‌اندازی و نگهداری کنند. با پیشرفت فناوری، چرخه‌های بهبود مستمر رقابت‌پذیری را حفظ می‌کنند.
در آینده، اتوماسیون صنعتی کارخانه‌های کاملاً خودمختار را با استفاده از هوش مصنوعی، ارتباطات 5G و ربات‌های پیشرفته در بر خواهد گرفت. ناوگان‌های ربات‌های متحرک جریان مواد را به‌صورت خودکار هماهنگ خواهند کرد. حلقه‌های کنترل خودبهینه‌ساز فرآیندها را در زمان واقعی تنظیم خواهند کرد. چشم‌انداز، اکوسیستمی تولیدی انعطاف‌پذیر، مقاوم و پایدار است.
