چگونه ماشینهای هوشمند آینده را شکل می دهند

انقلاب صنعتی جدید با استفاده از ماشین های هوشمند ، نحوه طراحی سازندگان ماشین و نحوه کار تولیدکنندگان امروز و آینده را تغییر می دهد. برای ادامه رقابت و سودآوری ، کارخانه ها و ماشین آلات باید هوشمندتر باشند: اتصال بهتر ، کارآمدتر ، انعطاف پذیرتر و ایمن تر.

امروزه دو گرایش که باعث ایجاد هیاهوی زیادی می شود ، می تواند تحولی عمیق در صنعت جهانی ایجاد کند: صنعت 4.0 ، رویکرد ساخت آلمان در آلمان و اینترنت صنعتی اشیا (IIoT) ، با تمرکز بر روی دستگاه های متصل و تجزیه و تحلیل های اطلاعات جمع آوری شده . تمرکز ما در اینجا بر چگونگی تأثیر اتوماسیون صنعتی و ماشین آلات است.

برخی از شباهت ها و تفاوت های آشکار بین IIoT و ساخت هوشمند (صنعت 4.0) و همچنین مناطق همگرایی وجود دارد. ابتکارات تولید هوشمند بر انعطاف پذیری ساخت ، افزایش سطح اتوماسیون و دیجیتالی کردن متمرکز است. در طولانی مدت ، این کارها باعث تغییر شکل کامل کارخانه ها و نحوه کار آنها می شود. چنین تحولی نیازمند پذیرش انبوهی از فناوری ها و ایده ها است که تأثیر گسترده ای بر روی کاربران نهایی وتولیدکنندگان اصلی یا OEM ها خواهد گذاشت. مدتی طول خواهد کشید و IIoT ، با تمام دستگاه های متصل به خود ، به عنوان یک فعال کننده اصلی امور تولید عمل می کند.

چشم انداز IIoT دیدگاهی است که دارایی های متصل هوشمند (چیزهایی) با سطوح مختلف عملکرد هوشمند – از سنجش و فعال سازی ساده تا کنترل ، بهینه سازی و عملکرد کاملاً مستقل – به عنوان بخشی از یک سیستم بزرگتر عمل می کنند. این سیستم ها مبتنی بر اینترنت و فناوری های ابری استاندارد و باز هستند که دسترسی ایمن به دستگاه ها و اطلاعات را به منظور استفاده از داده های بزرگ و تجزیه و تحلیل و فن آوری های جابجایی برای ایجاد ارزش تجاری بیشتر را امکان پذیر می کنند.

OEM ها و کاربران نهایی می توانند از IIoT برای نظارت و کنترل بهتر ماشین آلات استفاده کنند. در محیط های صنعتی ، امروزه برخی از دستگاه ها به هم متصل شده اند ، اما بسیاری از آنها متصل نیستند. برنامه های کاربردی IIoT نه تنها ارتباطات ماشین به ماشین (M2M) را شامل می شوند ، بلکه ارتباطات ماشین به انسان ، مردم به ماشین ، ماشین به اشیا و ارتباطات از طریق افراد با اشیا دیگر نیز خواهند بود. این اتصالات امکان جمع آوری داده ها از طیف وسیعی از دستگاه ها و برنامه ها را فراهم می کند. سپس می توان از طریق پردازش ابری به این “داده های بزرگ” دسترسی پیدا کرد و با استفاده از ابزارهای پیشرفته آنها را تجزیه و تحلیل کرد.

برخی از عناصری که IIoT را در بر می گیرند ، مدتی است که وجود دارند. به عنوان مثال ، ارتباطات. به همین دلیل است که باید IIoT را نه یک انقلاب ، بلکه یک تکامل قلمداد کرد. عناصر جدید مانند پردازش ابر ، امنیت سایبری ، داده های بزرگ و سنجش فراگیر فقط اکنون به سطوح بلوغ رسیده اند که امکان پذیرش گسترده را فراهم می کند. چالش این است که چگونه همه این عناصر متفاوت و در عین حال متصل را در یک محیط صنعتی پیاده کنیم.

برنامه های IIoT همچنین با برخی از جهش های جدید تولید هوشمند همگرا هستند. اساس هر دو، روند بازار افزایشی منابع شبکه ای است به طوری که هوش توزیع شده می تواند به بهبود دید و مدیریت تولید منجر شود. به منظور بهره مندی از پتانسیلی که اکنون برای توسعه سطح جدیدی از اطلاعات عملیاتی وجود دارد ، صنایع باید با گذشت زمان به زیرساخت های متحول کننده مهاجرت کنند که امکان بهره برداری از این قابلیت های جدید را فراهم می کند. اینجاست که نسل بعدی ماشین ها – “ماشین های هوشمند” – وارد عرصه می شوند.

ماشین های هوشمند

ساخت ماشین آلات کف کارگاه ، سطح اطلاعاتی آنها را تکامل می بخشد تا بتواند برنامه ریزی پیش بینی کننده تر و نیازهای تجاری انعطاف پذیرتری داشته باشد. اصطلاح “ماشین هوشمند” به معنای ماشینی با امکان اتصال بهتر ، انعطاف پذیرتر ، کارآمدتر و ایمن تر است. بر اساس مجموعه ای از محصولات متصل و هوشمند ، از طریق همکاری بصری با کاربران خود ، بهره وری را به حداکثر می رساند. یک ماشین هوشمند همچنین می تواند در اقدامات پیش بینی کننده تعمیر و نگهداری شرکت کند در حالی که اثر محیطی و هزینه کل خود را به حداقل می رساند. توسعه ماشین هوشمند تحت تأثیر سه محرک اصلی قرار دارد: فناوری ، روند بازار مصرف و تقاضای کاربر نهایی.

از نظر فناوری ، هم نوآوری و هم هزینه های پایین باعث می شود که تجهیزات جدید نسل های جدید ، در دسترس سایت های صنعتی نیازمند مهاجرت به این فضا قرار بگیرند. برخی از موارد برجسته اتصال اترنت بی سیم است که امکان تلفیق شبکه ها و دسترسی بهتر به داده ها را فراهم می کند. (به عنوان مثال ، RFID برای ورود سریع و خودکار داده ها ؛ فناوری های تلفن همراه که امکان ایمن تر و ارتباط از محل دورتر تجهیزات را فراهم می کنند. افزایش توان پردازنده به طوری که توان عملیاتی بیشتر با هزینه کمتر فعال شود. با چندین پورت اترنت در دستگاه های اتوماسیون ؛ هزینه حافظه برای مدیریت پیشرفته داده و پشتیبانی بهتر تصمیم گیری کاهش می یابد. دیجیتالی سازی برای توسعه کم هزینه برنامه های شبیه سازی اتوماسیون ماشین ؛ کاهش اثر اجزا و اتلاف گرما ؛ توانایی اتصال طیف گسترده ای از محرک ها و حسگرهای هوشمند برای جمع آوری دقیق تر داده ها ؛ و واقعیت افزوده و شناخت بیومتریک که تعامل و امنیت ماشین و اپراتور را بهبود می بخشد.

گسترش فناوری جدید انتظار اپراتورهای ماشین و کاربران سیستم را افزایش می دهد. تحرک بیشتر باعث افزایش استفاده از دستگاه های متحرک و پوشیدنی برای دسترسی به اطلاعات در هر مکان می شود. علاوه بر این ، اپراتورهای دستگاه انتظار دارند که دستگاه ها (و ماشین آلات) از نوع plug-and-play باشند. که  به عنوان مثال استفاده از آن مانند آیفون ، USB یا دستگاه بلوتوث آسان است. تقاضای کاربر نهایی برای انعطاف پذیری ، شیوه طراحی برنامه های IIoT را به همراه خواهد داشت.

دسترسی فوری به اطلاعات (50٪ هزینه های تعمیر و نگهداری امروز معطوف به جستجوی اطلاعات است) و اطمینان از امنیت و ایمنی به منظور محافظت از کاربر و دستگاه مورد نیاز خواهد بود. کنترل دقیق هزینه های تولید و بهبود عملکرد کلی خط تولید نیز به ماشین آلاتی نیاز دارد که عملکردبالاتر ، انعطاف پذیرتر ، متصل و کارآمدتر داشته باشند.

مشخصات ماشین های هوشمند

چهار ویژگی اصلی ماشین های هوشمند بهره وری و کارایی ، ایمنی و امنیت ، انعطاف پذیری و اتصال است.

کارایی – با استفاده از سنسورها و دانش ذاتی در مورد قابلیت ها و ویژگی های خود ، یک ماشین هوشمند قادر به نظارت بر اجزای اصلی خود و همچنین شرایط محیطی خواهد بود. با هوش جاسازی شده رفتار بالادستی و پایین دستی را به هم پیوند داده و پارامترهای خاص خود را در قوانین کسب و کار داده شده تطبیق می دهد. با ارائه اطلاعات مربوط به اپراتورها ، مصرف کنندگان داده متصل در OEM و کاربر نهایی ، ماشین هوشمند خطوط تولید را قادر می سازد تا به روش قابل اطمینان تر ، انعطاف پذیر و کارآمدتری تولید کنند. ماشین آلات در خط مقدم توسعه به طور فزاینده ای از سنسورها ، هر دو ، با سیم و بی سیم استفاده می کنند ، هوش جاسازی شده به توزیع و اتوماسیون تصمیم گیری در کف کارخانه کمک می کند.

این سطح از نظارت بر ماشین همچنین امکان پشتیبانی از OEM را فراهم می کند ، به شما کمک می کند تا از خرابی قطعات و خرابی های مربوط به آن جلوگیری کنید ، یا به دستگاه یا قطعات آسیب نرسد. همچنین اجازه می دهد تا تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شود تا ضمن افزایش فرصت های تجاری برای خدمات با ارزش افزوده ، تأثیر بر تولید را به حداقل برساند.

ماشین های هوشمند باید از سطح اطلاعاتی مناسبی برای ارزیابی سریع و به صورت غیرمتمرکز داده ها برخوردار باشند. هدایت کلیه داده ها به یک کنترل مرکزی برای تجزیه و تحلیل ، منجر به تأخیر می شود زیرا این یک ساختار غیر مقیاس پذیر است. حسگرها ، اجزا، و ماشین آلات دارای هوش برای به اشتراک گذاشتن داده هایی که خارج از پارامترهای تعیین شده هستند ، باعث مدیریت بهتر داده ها می شوند. بهبود سطح داده های به اشتراک گذاشته شده با شبکه / جامعه گسترده ، تصمیم گیری را تسریع می کند و کار های عقب مانده را کاهش می دهد (جایی که اطلاعات مهم ممکن است به طور کامل به تأخیر بیفتد یا از دست برود).

ذخیره سازی داده ها نیز مورد توجه است. تا به امروز ، از سخت افزار به طور گسترده ای برای ذخیره داده های تولید استفاده شده است ، اما مدیریت این روش بسیار وقت گیر و پرهزینه است. پردازش ابری به طور فزاینده ای در حال تبدیل شدن به گزینه ای مناسب برای کمک به مدیریت بهتر داده ها به روشی مقرون به صرفه است.

ایمنی و امنیت – با امنیت در طراحی اساسی آنها ، ماشین های هوشمند ایمنی اپراتورها را بهبود می بخشند و خطر امنیت شبکه را به حداقل می رسانند. بهبود عملکرد ماشین آلات و کاهش هزینه های دوره عمر نمی تواند با کاهش ایمنی یا امنیت دستگاه یا خط تولید جبران شود. از نظر ایمنی ، سازندگان ماشین آلات باید طیف گسترده ای از گزینه های انعطاف پذیر را ارائه دهند. این شامل اجزای ایمنی اختصاصی مانند اسکنرهای لیزری و دوربین های ایمنی به همراه اجزای اتوماسیون با ایمنی تعبیه شده مانند PLC ها و درایوهای ایمنی است. توانایی استفاده از ترکیبی از اجزای ایمنی و کنترل کننده ها به سازندگان ماشین امکان می دهد تا با توجه به نیازهای خاص کاربر نهایی ، به بهبود عملکرد و بهره وری کلی کمک کنند.

امروزه ، امنیت داده ها مهمترین عامل جلوگیری از پذیرش کاربر نهایی از فن آوری های جدید شبکه و فرایندهای کاری است. ترس ازخطر ات ایجاد شده از اجزای شبکه و ماشین آلات به منظور دستیابی به مزایای تولید زیاد است. به ویژه با IIoT و افزایش سطح اتصال ، امنیت باید در سطوح مختلفی مورد توجه قرار گیرد. تأمین امنیت باید چند لایه و شامل سخت افزار ، نرم افزار و خدمات باشد. سازندگان ماشین آلات (و فروشندگان قطعات اتوماسیون) باید اطمینان حاصل کنند که کاربران نهایی از آسیب پذیری های امنیتی مطلع هستند و می توانند زیرساخت های شبکه را مدیریت کنند تا خطر را به حداقل برسانند.

انعطاف پذیری – هر ماشین هوشمند جدیدی باید با نصب یا ماشین آلات موجود و نصب شده سازگار باشد. کاربران نهایی دستگاه هایی می خواهند که در یک بازه زمانی کوتاه نصب شود. ادغام در بقیه سیستم باید آسان باشد.

 ارتباطات

با ساخت هوشمند و IIoT ، اکنون انتقال برای جایگزینی پروتکل های فیلدباس با انواع اترنت صنعتی در حال انجام است. این چشم انداز نشان می دهد که استفاده از اترنت صنعتی از نظر ارتباطات صنعتی امکانات کاربر نهایی را در آینده اثبات می کند. تکیه بر ادامه کار و استفاده از فیلدباس ، بدون در نظر گرفتن گزینه های مبتنی بر اترنت ، احتمالاً در دراز مدت به تولید کل لطمه خواهد زد.

امروزه پروتکل های فیلدباس هنوز حدود 66٪ از اتصالات جدید را تشکیل می دهند ، با اترنت صنعتی سهم خود را حدود 1٪ در سال افزایش می دهد. حرکت به سمت شبکه مبتنی بر اترنت در حال حاضر کند است ، اما با توجه به نشان دادن اهمیت تولیدات هوشمند و مزایای IIoT و شناخته شدن آن ، احتمالاً تسریع خواهد شد.

اترنت صنعتی ادغام شبکه های عملیاتی و اداری را تسهیل می کند ، که پایه ای برای به اشتراک گذاری داده ها و تصمیم گیری دقیق تر است. انتظار نمی رود در آینده نزدیک هیچ استاندارد صنعتی اترنت ظهور کند ، اما مطمئناً طی 10-15 سال آینده توسعه می یابد.

کاربران نهایی نیاز به اطمینان دارند که خطرات مرتبط با ماشین آلات شبکه از مزایای آن بیشتر نیست. قبل از ایجاد تغییر در یک خط تولید موجود یا هنگام تنظیم طراحی یک خط جدید ، آموزش لازم است. امنیت سایبری همچنین یک منحنی یادگیری برای ارائه دهندگان فناوری است. محصولاتی که عمر OEM و کاربر نهایی را ساده می کنند متمایز می شوند و فرصت قابل توجهی را برای بازار اتوماسیون نشان می دهند.

شاید یکی از بزرگترین موانع IIoT ، تولید هوشمند و ماشین های هوشمند ایجاد استانداردهای مناسب باشد. این یک سوال ساده از پروتکل های ارتباطی نیست. استانداردهای جدید باید شامل ایجاد معانی استاندارد باشد که به دستگاه های هوشمند اجازه می دهد بدون نیاز به برنامه نویسی سفارشی با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و “با آنها صحبت کنند” . این دستگاه های هوشمند همچنین باید “یکدیگر” را کشف و با یکدیگرتعامل کنند.

همگرایی شبکه ها و سیستم ها به پروتکل های ارتباطی سازگار با یکدیگر بستگی دارد. در صورت عدم وجود سازگاری ، داده ها بصورت جداگانه باقی می مانند و اشتراک (در زمان واقعی) با ذینفعان اصلی برای کمک به تصمیم گیری استراتژیک غیرممکن می شود. ادغام شبکه ها و سیستم های IT و OT برای دستیابی به مزایای تولید هوشمند بسیار مهم است – به عنوان مثال ، کاهش زمان خرابی ، مصرف کمتر انرژی ، ایمنی اپراتور ، نگهداری پیشگیرانه و انعطاف پذیری تولید.

بنابراین ، فراتر از کف کارخانه ، کاربران نهایی و OEM باید در نظر بگیرند که ماشین های هوشمند چگونه در سازمان و زنجیره تامین گسترده تری ادغام می شوند تا از مزایای تولید هوشمند بهره مند شوند. کسانی که در کف کارخانه هستند بیشتر به فکر وقت و امنیت خواهند بود.

یکپارچه سازی در سطوح مختلفی اتفاق می افتد زیرا فناوری دستگاه ها را قادر می سازد تا عملکرد گسترده تری داشته و از طیف وسیع تری از برنامه ها برخوردار باشند. به عنوان مثال می توان به محصولات کنترلی ، مانند PLC ها و درایوهایی که قابلیت ایمنی را ادغام می کنند ، و دستگاه های بی سیم که دارای قدرت پردازش هستند ، اشاره کرد. فراتر از ادغام سخت افزار ، سیستم سطح بالاتر و یکپارچه سازی نرم افزار اکنون گام بعدی در ادغام عملیات کف کارخانه با شرکت و زنجیره تأمین گسترده تر است.

نتیجه

ویژگی ماشین آلات سنتی با هزینه بالا و فناوری ارتباطی همراه است. ماشین های هوشمند جدید با استفاده از پروتکل های ارتباطی ، دستگاه های IIoT و فناوری ابر برای کاهش هزینه های چرخه عمر ، بهبود عملکرد دستگاه و روش های جدید برای تعامل با کارگران یقه سفید امکان پذیر هستند. قبل از اینکه در مقیاس وسیعی به ماشین آلات هوشمند روی بیاوریم ، کارگران به آموزش و پرورش نیاز دارند و مدیران اگر بخواهند برای پیشرفت سرمایه گذاری کنند نیاز به نمایش روشنی از پرداخت دستمزد ها را دارند. فن آوری های جدید باید به مرور زمان در یک محیط صنعتی اثبات شوند و باید بر بازدارنده هایی مانند نگرانی های امنیتی غلبه کرد.

سازندگان ماشین آلاتی که می خواهند موقعیت خود را در بازار حفظ یا بهبود بخشند ، از سیستم های کنترلی استفاده می کنند که از پتانسیل استفاده از هوش توزیع شده در ماشین ها بهره می برند. استفاده از فناوری های جدید برای بهبود عملکرد و کارایی ، ضمن کاهش زمان خرابی و مصرف انرژی ، به سازندگان ماشین و کاربران نهایی این امکان را می دهد تا خود را از رقبا متمایز کنند.

اکنون این وظیفه گروه های استاندارد سازی و تأمین کنندگان اتوماسیون است که می توانند راه را برای OEM ها به دنیای جدید در حال تحول باز کنند. این امکان انتقال آرام به محیط تولید و تولید هوشمند را فراهم می کند – محیطی که مبتنی بر صنعت 4.0 باشد.