Автоматизиран контрол на качеството

• С навлизането на автоматизацията и компютърното зрение във фабриките качественият контрол става все по-бърз, точен, ефективен и мащабируем
  
  
• В съвременното производство автоматизираният контрол на качеството се превръща в ключов фактор за ефективност и надеждност
  
  
• В тази област намират приложение авангардни технологии като изкуствен интелект, машинно зрение, сензори, роботи и ERP системи

Представете си свят, в който продуктите са безупречни, технологичните линии никога не се повреждат, а осигуряването на качеството не е просто отдел, а ядрото на цялата производствена екосистема. Това не е поглед към далечно утопично бъдеще. Тази визия постепенно се превръща в реалност благодарение на иновациите в автоматизирания контрол на качеството (Automated Quality Control, AQC).

В съвременното производство АQC се доказва в ключов фактор за ефективност и надеждност, обединявайки авангардни технологии като изкуствен интелект, камери и системи за машинно зрение, сензори, роботи и ERP платформи, за да осигури прецизна инспекция, навременна реакция при отклонения и пълна проследимост на всеки етап от процеса. В резултат от прилагането на автоматизиран контрол на качеството се постигат нива на успеваемост при откриването на дефекти, невъзможни дори и за най-опитния инспектор.

Еволюцията на качествения контрол

От човешкото око до високотехнологичната камера – контролът на качеството е ключов гарант за репутацията на производствените предприятия по цял свят вече повече от столетие. Съгласно международния стандарт ISO 2859 качествената инспекция включва широк набор от процедури като тестване, измерване на тегло, размери и други параметри или проверка (включително за наличието или отсъствието) на една или повече характеристики на продукта. В миналото процесът е тромав, времеемък и свързан с необходимостта от значителен кадрови ресурс, който е достатъчно квалифициран да извършва надеждно тези дейности. Редица продукти и съществени техни аспекти, касаещи здравето и безопасността на потребителите, не допускат грешки и отклонения от минималната базова линия на качеството. С навлизането на автоматизацията и компютърното зрение във фабриките качественият контрол става все по-бърз, точен, ефективен и мащабируем. AQC решенията водят до истинска революция в тази област, използвайки мощта на новите технологии, като още във фазите на проектиране и производство гарантират, че се спазват всички приложими стандарти за качество и безопасност.

В основна градивна единица на автоматизирания качествен контрол се превръща интелигентният сензор – свързано измервателно устройство, което в реално време следи критични параметри на процеса или характеристики на изделието (температура, налягане, размери, тегло, цвят и други визуални и отличителни белези), изпраща данни към контролна система и/или специалист по контрол и осигуряване на качеството и дава възможност за навременна и дори превантивна реакция при отклонения. Сензорите – “сетивата” на машините, подават информация към контролери (микропроцесори или микрокомпютри), които я сравняват с предварително дефинираните спецификации, прагове и толеранси. При несъответствие контролерът изпраща сигнал към изпълнителните механизми – компонентите, които реално манипулират с физическия свят. Те могат да активират отклоняващ механизъм, който да отдели от потока дефектно изделие или партида, да задействат маркираща система, която да отбележи, че даден продукт се нуждае от преработка или дори да стопират работата на цялата поточна линия при открит критичен проблем или инцидент.

Всички тези съществени звена на AQC системите работят в синхрон помежду си в автоматизиран цикъл за обратна връзка, което позволява необходимите корекции да бъдат прилагани незабавно – преди да настъпят и да се мултиплицират различни причини за нежелани разходи, неизправности и бракувана продукция.

Синергия на технологиите

В допълнение към ключовите хардуерни компоненти, решенията за автоматизиран контрол на качеството в модерната индустрия разполагат и с интегрирани софтуерни инструменти, като платформите за статистическо управление на процесите (SPC). Тези програми осъществяват непрекъснат мониторинг на данните и тенденциите и сигнализират при наличие на признаци за излизане на процеса от контрол. Основната им цел е да уловят навреме или дори предварително всеки дефект, всяко отклонение и всяка евентуална или доказана причина за настъпването на проблеми.

Сходна функция все по-често изпълняват и ERP системите, които могат да се превърнат в надеждно средство за автоматизиран качествен контрол. Тяхно предимство е, че интегрират всички аспекти на дадена индустриална бизнес организация, в т. ч. производството, материалните запаси, финансовите операции, комуникациите с клиентите, доставчиците и т. н. Платформите за ресурсно планиране осигуряват така необходимия анализ на данни в реално време в комбинация с възможности за автоматизирано изпращане на известия и сигнали. По този начин производителят има всички нужни предпоставки адекватно да идентифицира и елиминира основните причини за възникването на проблеми. Освен с физическите продукти, чрез софтуерни платформи предприятията могат да взаимодействат с 3D модели на частите и изделията и да инспектират бързо, надеждно и рентабилно виртуални реплики на продуктите, дори преди да бъдат произведени.

До дълбока трансформация в сферата на качествения контрол води и напредъкът в промишлената роботика. Във все повече производства критични задачи в това направление се възлагат на индустриални и колаборативни роботи, способни да изпълняват прецизно и неуморно различни повторяеми операции по тестване, измерване и инспектиране, да боравят безопасно с деликатни изделия или опасни материали, както и да работят в неподходящи или дори рискови за хората среди – при екстремни температури, наличие на токсични вещества, експлозивни атмосфери и т. н. Коботите са сравнително нов подход към автоматизирания качествен контрол, при който се акцентира върху по-голямата гъвкавост и безопасното взаимодействие с хората в споделена работна среда. Оборудвани с усъвършенствани сензори, камери и AI базирани платформи за визуален анализ, коботите намират все по-широко приложение в автоматизираната инспекция на продукти и изделия в ХВП, фармацията, електрониката, автомобилната индустрия и други водещи сектори.

Редица други иновации от спектъра на Industry 4.0 също постепенно навлизат в областта на автоматизирания качествен контрол. Сред тях са Internet of Things (IoT) и анализът на големи обеми от данни (Big Data), прогнозният мониторинг и поддръжка, облачните изчисления, симулацията, дигиталните двойници и дори блокчейн технологиите, които осигуряват прозрачност и проследимост на продуктите в рамките на цялата верига на доставките, подобрявайки отчетността.

Съществена е ролята и на разширената и добавената реалност – с тяхна помощ могат да бъдат създавани т. нар. потапящи (submersive) виртуални среди за тестване на нови продукти и решения, както и за обучения на инспектори и специалисти по контрол и осигуряване на качеството. Възможно е симулирането на редки или рискови сценарии с цел изграждането у персонала на необходимите умения за справяне с кризисни ситуации. Практичен аспект на VR, AR и XR технологиите е и наслагването на дигитална информация върху физическия продукт. Това е полезно например за направляване на оператора при сложни последователности от действия в асемблирането и други ключови дейности.

Машини, способни да “виждат”

Неразделна част от решенията за автоматизиран контрол на качеството са системите за машинно зрение – сензори, камери, четци, както и платформи за обработка и анализ на изображения. С помощта на специализирани алгоритми с изкуствен интелект, машинно (ML) и дълбоко самообучение (DL) съвременните технологии за автоматизирана визуална инспекция позволяват много по-бързи и мащабни проверки на качеството в производството в сравнение с конвенционалното ръчно инспектиране. Те дават възможност за регистриране и на най-фините дефекти и най-незабележимите за човешкото око отклонения от допустимите цветове, форми, размери, геометрии, текстури, повърхности, позиция, ориентация, монтажни конфигурации и др.

Особено важна е ролята на машинното зрение в автоматизирания контрол на качеството с цел идентификация и проследимост. Високоскоростни камери за визуална инспекция позволяват надеждни проверки за наличието или отсъствието на критични атрибути на изделията, като етикети, маркировки, баркодове и партидни номера, дори и в най-динамичните технологични линии. С оглед на безкомпромисната безопасност на продуктите, особено в сектори като хранително-вкусовата, бутилиращата, фармацевтичната и козметичната индустрия, системите за машинно зрение следят за целостта и коректното запечатване на опаковките, количествата на дозировките и др.

Платформите за автоматизиран контрол на качеството в модерните фабрики използват камери за машинно зрение с висока разделителна способност, лазерни скенери, различни типове сензори и други прецизни средства за инспекция на компонентите и изделията. Те позволяват детекция на всякакви видове дефекти, аномалии, чужди тела и други проблеми с материалите, частите и готовите продукти. Събраните данни и снетите изображения се обработват бързо, надеждно и все по-често локално – на място в самата система, като впоследствие се подлагат на анализ посредством специализиран софтуер. Изводите се сравняват с предварително дефинираните стандарти за качество, а резултатът от инспекцията има два възможни изхода – продуктът е годен/отговаря на стандарта (pass) и продължава по поточната линия или има дефект/отклонение (fail) и се отделя за корекция, преработка или бракуване. Всичко това отнема броени секунди, а производителите разполагат с преимуществото да реагират своевременно, преди да са загубили големи количества ценни ресурси.

Предимства на автоматизацията

Автоматизирането на качествения контрол осигурява на предприятията редица преимущества, включително подобрена ефективност и надеждност и значително редуциране на разходите от загуби на енергия и консумативи, суровини и материали, преработка и брак. Минимизирането на дефектите и отклоненията от стандартите същевременно води до значително по-добро възприемане на продуктите от страна на потребителите и укрепва имиджа на производителя на пазара. Предимство е и възможността автоматизираните системи да работят непрекъснато – без необходимост от почивки, както и без риск от натрупване на умора, която да води до пропуски и грешки. В резултат се постига постоянно високо качество на продукцията в съответствие с все по-стриктните стандарти в различни ключови индустрии.

Сериозни плюсове на автоматизацията са много по-високата скорост и производителност на качествените проверки, непостижими за човешките експерти или екипи. С еднократна инвестиция в технологична система и с възможност за забележителни икономии от разходи за труд могат да бъдат проверени и валидирани много по-голям брой компоненти или изделия за единица време. При разширяване на производствата с нови мощности, технологични линии и продуктови асортименти ръчните проверки на качеството често се оказват непрактични, тъй като трудно следват нарастващите обеми на продукцията и интензитета на поръчките. За такива сценарии автоматизираната визуална инспекция осигурява гъвкаво и мащабируемо решение, което със сравнително малко допълнителни капиталовложения и без излишни усилия и преустройства може да осигури желания обхват и капацитет.

Нещо повече – автоматизираният контрол на качеството елиминира субективизма, характерен за хората, като гарантира унифицирана интерпретация на резултатите спрямо еталона всеки път, включително при сравняване, измерване, детекция на аномалии и съответствие със стандартите за качество. По този начин се свеждат до минимум вариациите при даден продукт, които дори при допустими толеранси могат да предизвикат недоволство у потребителя.

Не е за подценяване и друго предимство на AQC решенията – те отчетливо повишават безопасността на персонала. Системите за автоматизиран качествен контрол не само предпазват служителите от хронична умора, напрежение или травми, свързани с повторяеми движения или инциденти при работа с тежки машини, но и премахват необходимостта хора да инспектират качеството в неблагоприятни промишлени условия и опасни среди, както и при продукти, съдържащи опасни субстанции. Примери са химическата, нефтопреработвателната и фармацевтичната индустрия, работата с продукти, съхранявани в хладилни или фризерни стаи или произвеждани чрез гореща обработка (включително около пещи, топилни и др.).