16 سپتامبر 2022 توسط تیم براون، جو بوش
شکی نیست که کارخانه های هوشمند در قلب آینده تولید قرار دارند. اما کارخانه هوشمند دقیقاً چیست، چه فناوری‌هایی آن را باهوش می‌کند؟
به طور خلاصه، کارخانه‌های هوشمند چیز هایی را تولید می‌کنند که به شدت به فناوری‌های دیجیتال برای بهبود کارایی و بهره‌وری متکی هستند. این بدان معنی است که پرینترهای سه بعدی، ربات‌ها، 5G، هوش مصنوعی، SERP، محاسبات ابری، محاسبات لبه و موارد دیگر را در فرآیند تولید گنجانده‌اند.
با وجود بسیاری از فناوری‌های پیشرفته، کارخانه‌های هوشمند می‌توانند در سطحی از سرعت، دقت و انعطاف‌پذیری کار کنند که کارخانه‌های سنتی به سادگی نمی‌توانند با آن برابری کنند. و از آنجایی که دنیا به طور فزاینده‌ای به فرآیندهای تولید دیجیتال متکی است، کارخانه‌های هوشمند تنها رواج بیشتری خواهند داشت و اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.
هنگام ایجاد یک کارخانه هوشمند، مطمئناً هیچ “گلوله نقره ای” وجود ندارد. در عوض، این کارخانه حاصل تعداد بی شماری از فناوری های نوظهور است که گرد هم آمده اند تا تولید را وارد عصر جدیدی کنند. در اینجا، ما برخی از فناوری های کلیدی را که برای دستیابی به این چشم انداز ضروری است، برجسته می کنیم.
پرینت سه بعدی
یک کارخانه هوشمند بدون چند چاپگر سه بعدی کامل نمی شود. این ماشین های همه کاره می توانند قطعات و محصولات را از ابتدا با استفاده از طرح های دیجیتال به عنوان راهنما ایجاد کنند. و از آنجایی که آنها می توانند اقلام را بر اساس تقاضا تولید کنند، برای نمونه سازی، تولید دسته ای کوچک یا حتی سفارش های سفارشی عالی هستند.
چاپ سه بعدی یا تولید افزودنی برای دادن عنوان مناسب به این فناوری، دنیای کاملا جدیدی را برای مهندسان طراح ایجاد می کند. ایده‌آل برای ایجاد سریع نمونه‌های اولیه کاربردی و قطعات مورد استفاده نهایی که جزئیات بالایی دارند، دری را به روی هندسه‌های پیچیده‌ای باز کرده است که از هر طریق دیگری غیرممکن است. به دور از فناوری یک اندازه، فرآیندها، تکنیک‌ها و مواد مختلفی در پرینت سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله استریولیتوگرافی، تف جوشی لیزری انتخابی، همجوشی چند جت، پلی جت، مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM)، ریخته‌گری در خلاء و مستقیم و تف جوشی لیزری فلزی که همگی می توانند برای ساخت سریع قطعات در محدوده پلاستیک و فلز استفاده شوند.
چاپ سه بعدی می تواند به اختراع مجدد اصول تولید و آینده طراحی کمک کند. در دنیای مدرن، مشتریان سطوح بسیار بیشتری از شخصی‌سازی و سفارشی‌سازی محصولات را می‌طلبند، و به این ترتیب، چاپ سه بعدی می‌تواند در نحوه برنامه‌ریزی استراتژی‌های زنجیره تامین خود توسط تولیدکنندگان متفاوت باشد. چرا باید مجموعه کاملی از قطعات را در مقادیر زیاد ذخیره کنید، در صورتی که اگر توانایی چاپ سریع قطعه دقیق مورد نیاز را دارید، که نیاز به قطعات یدکی را کاهش می دهد؟
Cobots
روبات های مشارکتی یا cobot ها یکی دیگر از اجزای کلیدی کارخانه های هوشمند هستند. این ماشین‌های چندمنظوره فیزیکی برای کار در کنار انسان طراحی شده‌اند و برای کارهایی مانند بسته‌بندی و مونتاژ ایده‌آل هستند. و به لطف رابط کاربر پسند خود، کوبات ها را می توان به راحتی برای انجام وظایف جدید در صورت نیاز آموزش داد.
بریتانیا به طور سنتی در جذب رباتیک کند بوده است، با این حال، با اجرا به عنوان یک جریان موازی از اتوماسیون، cobots رشد سریعی را تجربه می کنند، به ویژه در بخش SME که بیشترین فرصت را برای تحول دارد.
برخلاف روباتیک سنتی، کوبات‌ها می‌توانند در عرض چند هفته مستقر شوند و بنابراین می‌توانند به سرعت در هزینه صرفه‌جویی کنند. از دیگر مزایای کوبات‌ها برای تولیدکنندگان این است که راه‌اندازی و برنامه‌ریزی آنها آسان است و به اندازه کافی انعطاف‌پذیر هستند تا در کارخانه جابجا شوند.
کوبات‌ها این پتانسیل را دارند که کارهای سه‌بعدی – کثیف، خطرناک و کسل‌کننده – را که بسیاری از آنها هنوز توسط انسان انجام می‌شوند را به عهده بگیرند. با کار با کوبات ها، کارمندان می توانند زمان خود را بر روی نقش های رضایت بخش تر متمرکز کنند و زمان صرف شده برای نقش های روزمره را کاهش دهند و رفاه کلی را بهبود بخشند. این شامل خلاص شدن از شیفت شب می شود که تأثیر نامطلوبی بر سلامت کارگران دارد.
5G
5G نسل بعدی فناوری بی سیم است و قرار است انقلابی در تولید ایجاد کند. دلیل آن این است که کارخانه‌های هوشمند به شدت به داده‌ها متکی هستند و 5G اتصالات و ارتباطات مخابراتی پرسرعت و با تأخیر کم را فراهم می‌کند که برای انتقال سریع و کارآمد مقادیر زیادی داده لازم است.
5G می‌تواند ابزاری برای مقابله با بزرگترین چالش‌های بخش تولید، از دستیابی به صفر خالص کربن و جذب استعدادهای آینده تا به حداکثر رساندن زمان کار و تسریع توسعه محصول، فراهم کند. با ارائه قابلیت تقریباً بی حد و حصر، نسل بعدی اتصالات تلفن همراه این پتانسیل را دارد که هر مرحله از عملیات تولید را متحول کند، و با کاربردهای بسیار زیاد آینده، تولید یکی از بخش‌هایی است که انتظار می‌رود از ورود 5G بیشترین بهره را ببرد.
5G تقریباً ده برابر سریعتر از 4G است و حداکثر سرعت آن می تواند به بیش از 1 گیگابیت در ثانیه (گیگابیت بر ثانیه) برسد. و برخلاف نسل های قبلی، 5G به سادگی یک شبکه ارتباطی ارتقا یافته نیست. از ابتدا برای ارائه تجربیات کاربر بهتر، توانمندسازی مدل‌های استقرار جدید و ارائه خدمات جدید ساخته شده است.
هوش مصنوعی
هوش مصنوعی (AI) حوزه دیگری است که کارخانه‌های هوشمند پیشرو هستند. هوش مصنوعی را می توان برای کارهایی مانند تعمیر و نگهداری پیش بینی شده، کنترل کیفیت و جابجایی مواد استفاده کرد. و همانطور که فناوری هوش مصنوعی به تکامل خود ادامه می دهد، کارخانه های هوشمند فقط کارآمدتر و موثرتر خواهند شد.
آرمان‌شهر هوش مصنوعی ترکیبی از داده‌های جمع‌آوری‌شده از حسگرها، ماشین‌ها و افراد را می‌بیند و سپس آن را در الگوریتم‌هایی که برای بهینه‌سازی عملیات یا دستیابی به تولید چراغ‌های خاموش طراحی شده‌اند، اعمال می‌کند. در حالی که ما تا حدودی از دستیابی به آن سناریو فاصله داریم، موارد استفاده دیگری نیز وجود دارد که در آن سازندگان هوش مصنوعی را به سرعت و در کل زنجیره ارزش صنعت اتخاذ می کنند. موارد استفاده در مورد ایمنی محل کار، مدیریت ماشین/ساختمان، بینایی ماشین و امنیت سایبری وجود دارد.
ترکیب AI/ML با سایر فناوری‌ها مانند حسگرها، ماشین‌ها و ورودی‌های انسانی به طور چشمگیری عملکرد را بهبود می‌بخشد و احتمالاً به اشکال جدیدی از نوآوری و بهره‌وری در صنعت منجر می‌شود.
SERP
کف‌های کارخانه‌های هوشمند اغلب به سیستم‌های SERP مجهز هستند که مخفف «ضد خطای خود ترمیم‌کننده» است. این سیستم‌ها از حسگرها برای شناسایی خطاها در زمان واقعی استفاده می‌کنند، سپس اقدامات اصلاحی را برای جلوگیری از تکرار آنها انجام می‌دهند. این امر به کاهش ضایعات، بهبود کیفیت و روان نگه داشتن خطوط تولید کمک می کند.
برنامه ریزی منابع سازمانی (ERP)
ERP می تواند در بخشی مانند تولید که در آن بهره وری پادشاه است، بازی را تغییر دهد. ERP یک روش متمرکز برای مدیریت هر جنبه از عملیات و فرآیندهای تأسیسات است و امکان مشاهده، هماهنگی و مدیریت بی‌سابقه‌ای را در سراسر فرآیندهای متفاوتی که یک کسب‌وکار تولیدی را تشکیل می‌دهند، می‌دهد – که در نهایت منجر به کارایی عملیاتی بیشتر می‌شود.
با توجه به فرآیندهای متعددی که باید هر روز فقط برای فعال نگه داشتن یک تأسیسات اتفاق بیفتد، ERP و تولید همکارهای طبیعی هستند ERP نه تنها می تواند به مدیریت موجودی، زنجیره تامین، نگهداری و تضمین کیفیت کمک کند، بلکه این فرآیندها را قادر می سازد تا با یکدیگر صحبت کنند.
پردازش ابری
رایانش ابری برای کارخانه های هوشمند ضروری است. به این دلیل که سیستم‌های مبتنی بر ابر مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری را ارائه می‌دهند که کارخانه‌های هوشمند برای چابک ماندن به آن نیاز دارند. به علاوه، آنها می توانند با حذف نیاز به سخت افزار و نرم افزار در محل، به کاهش هزینه ها کمک کنند.
با ارائه خدمات محاسباتی مانند سرورها، ذخیره‌سازی، پایگاه‌های داده، شبکه، نرم‌افزار، تجزیه و تحلیل و هوشمندی از طریق اینترنت (یا ابر) تولیدکنندگان می‌توانند به نوآوری سریعتر، منابع انعطاف‌پذیر و صرفه‌جویی در مقیاس دست یابند. سرویس‌های ابری معمولاً از مدل پرداختی استفاده می‌کنند که به شرکت‌ها کمک می‌کند تا هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند، زیرساخت‌ها را کارآمدتر اجرا کنند و با تغییر نیازهای کسب‌وکار مقیاس شوند.
علاوه بر هزینه و سرعت، مزایای دیگر خدمات ابری شامل توانایی ارائه مقدار مناسبی از منابع IT در زمان مورد نیاز و از موقعیت جغرافیایی مناسب است. از بین بردن نیاز به زیرساخت‌های پیچیده در محل از قبیل «قلاب کردن و انباشتن»، راه‌اندازی سخت‌افزار، وصله نرم‌افزاری، و سایر کارهای وقت‌گیر مدیریت فناوری اطلاعات؛ و البته افزایش قابلیت اطمینان و امنیت. علاوه بر این، بسیاری از خدمات رایانش ابری بر روی یک شبکه جهانی از مراکز داده ایمن اجرا می شوند که به طور مرتب به آخرین نسل سخت افزار محاسباتی سریع و کارآمد ارتقا می یابند.
محاسبات لبه
محاسبات لبه یکی دیگر از قطعات مهم پازل کارخانه هوشمند است. سیستم‌های محاسباتی لبه برای پردازش داده‌ها به صورت محلی طراحی شده‌اند، نه ارسال آن به ابر، و برنامه‌های سازمانی را به منابع داده مانند دستگاه‌های IoT یا سرورهای لبه محلی نزدیک‌تر می‌کنند. این به بهبود زمان پاسخ و کاهش تأخیر کمک می کند، که برای برنامه های تولیدی حیاتی است. این نزدیکی به داده‌ها در منبع آن می‌تواند مزایای تجاری قوی‌تری مانند بینش سریعتر، زمان پاسخ‌دهی بهبودیافته و در دسترس بودن پهنای باند بهتر ارائه دهد.
اساساً، داده ها به نقطه ای که در آن ایجاد شده اند، پردازش و تجزیه و تحلیل می شوند. محاسبات لبه می تواند به باز کردن پتانسیل حجم عظیمی از داده های ایجاد شده توسط دستگاه های متصل همیشه قدرتمند کمک کند. این افزایش قابلیت تجزیه و تحلیل در دستگاه‌های لبه می‌تواند نوآوری را برای بهبود کیفیت و افزایش ارزش تقویت کند، به علاوه بینش عمیق و تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده را در زمان واقعی ارائه می‌کند.
دوقلوهای دیجیتال
یک دوقلو دیجیتال اساساً یک سیستم کمکی برای تأسیسات تولید است که از مدل‌های شبیه‌سازی یکپارچه برای یافتن سریع راه‌حل‌ها در هنگام بروز مشکلات استفاده می‌کند.
این شبیه‌سازی‌ها به اپراتورها نگاهی اجمالی به قلب دارایی‌های فیزیکی برای تعیین گردش‌های کاری عملیاتی ایده‌آل می‌دهند، و از جریان‌های داده‌های جاری استفاده می‌کنند تا به سرعت گزینه‌های روشنی را پیدا کنند تا به اپراتورهای سیستم کمک کنند تا تصمیم بگیرند. بدون زمان و هزینه ای که برای آزمایش تئوری ها در دنیای واقعی صرف می شود.
این مدل‌های مجازی بسیار پیچیده به‌عنوان همتای دقیق (یا همزاد) یک «چیز» فیزیکی عمل می‌کنند. حسگرهای متصل در دارایی فیزیکی داده‌هایی را جمع‌آوری می‌کنند که می‌توان آنها را روی مدل مجازی نگاشت. اپراتورهایی که به دوقلو دیجیتال نگاه می کنند می توانند اطلاعات مهمی در مورد نحوه عملکرد جسم فیزیکی در دنیای واقعی ببینند.
دوقلوهای دیجیتال ابزارهای حیاتی برای کمک به مهندسان و اپراتورها هستند که نه تنها عملکرد محصولات را درک کنند، بلکه در آینده نیز چگونه عمل خواهند کرد. تجزیه و تحلیل داده های حسگرهای متصل، همراه با سایر منابع اطلاعاتی، امکان پیش بینی دقیق را فراهم می کند.
نتیجه:
همانطور که می بینید، چیزهای زیادی برای ساخت یک کارخانه هوشمند وجود دارد. اما با کمک این فناوری‌های پیشرفته، کارخانه‌های هوشمند می‌توانند در سطحی از سرعت، دقت و انعطاف‌پذیری کار کنند که کارخانه‌های سنتی به سادگی نمی‌توانند با آن برابری کنند. و از آنجایی که دنیا به طور فزاینده‌ای به فرآیندهای تولید دیجیتال متکی است، کارخانه‌های هوشمند تنها رواج بیشتری خواهند داشت – و اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.
