کارخانه هوشمند؛ مزایا و ویژگی‌های هوشمندسازی کارخانه

در دهه‌های اخیر، تکنولوژی و اتوماسیون به یکی از مهم‌ترین عوامل تغییر و تحول در صنعت تبدیل شده‌اند. تغییرات جهانی بی‌سابقه نشان داده‌اند که برای بهبود بهره‌وری، کاهش هدررفت‌ها و ایجاد یک محیط کاری امن‌تر و هوشمندتر، نیاز به اصلاحات جدید در صنایع وجود دارد. این انقلاب موجب ظهور کارخانه‌ هوشمند شد، که نماینده‌ای از آینده‌ای تازه و پرچالش در تولید و صنعت است. کارخانه‌ هوشمند و تولید هوشمند بخشی از تحول فناوری هستند که به عنوان صنعت 4.0 یا انقلاب صنعتی چهارم شناخته می‌شوند. سه انقلاب صنعتی قبلی هر کدام با معرفی یک فناوری جدید تولید شدند که به طور کامل نحوه کار و تولید محصولات را تغییر دادند. به عنوان مثال، انقلاب اول با معرفی موتور بخار، انقلاب دوم با خط تولید مونتاژ و انقلاب سوم با توسعه قدرت محاسباتی رایانه‌ها اتفاق افتاد. اما انقلاب چهارم با تحول دیجیتال و اتوماسیون هوشمند هدایت می‌شود.

کارخانه هوشمند چیست؟

یک کارخانه هوشمند یک سیستم فیزیکی سایبری است که شامل یک شبکه متصل از ماشین‌ها، مکانیسم‌های ارتباطی و توانایی محاسباتی قوی است. در کارخانه هوشمند، از فناوری‌های پیشرفته مانند هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشینی برای تحلیل دقیق داده‌ها، هدایت فرآیندهای خودکار و یادگیری در طول زمان استفاده می‌شود.

یک کارخانه هوشمند چگونه کار می‌کند؟

اتوماسیون و رباتیک برای دهه‌ها در عملیات تولید مورد استفاده قرار گرفته‌اند. بسیاری از کارخانه‌های سنتی از ماشین‌های خودکار مانند اسکنر بارکد، دوربین‌ها و تجهیزات تولید دیجیتالی در بخش‌های مختلف عملیات خود استفاده می‌کنند. اما این دستگاه‌ها به هم متصل نیستند. در یک کارخانه سنتی، همه چیز جدا از یکدیگر عمل می‌کنند و باید به صورت دستی هماهنگ و به‌طور مداوم یکپارچه شوند.

یک کارخانه هوشمند با ادغام ماشین‌ها، افراد و داده‌های بزرگ در یک اکوسیستم واحد و دیجیتالی کار می‌کند. کارخانه هوشمند علاوه بر مدیریت و تجزیه و تحلیل داده‌ها، فرایند‌ها و تصمیمات را بهبود می‌بخشد. به این ترتیب، یک کارخانه هوشمند از انعطاف بیشتری برخوردار است و به نحوی بهینه می‌شود که می‌تواند در مقابل تغییرات و چالش‌ها بسیار بهتر عمل کند و همچنین به ایمنی و کارایی کارکنان کمک می‌کند.

ویژگی‌های کارخانه هوشمند

فرآیندهای یکپارچه در کارخانه هوشمند دارای اطلاعات بلادرنگ هستند، کنترل را افزایش می‌دهند و بخشی از آنها را مبتنی بر اتوماسیون می‌کنند. با این حال، چه چیزی این مجموعه از سیستم‌ها را مشخص می‌کند؟ کارخانه‌های هوشمند بر 4 رکن اساسی فناوری مبتنی هستند:

قابلیت اتصال داده و قدرت محاسباتی: شامل اینترنت اشیا، مانیتورینگ ابری با ابزارهای MES یا ERSP و بلاک چین

تحلیل و هوش: تجزیه و تحلیل داده‌ها به لطف هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی و یادگیری عمیق.

تعامل واقعی انسان و ماشین: واقعیت مجازی، رباتیک و اتوماسیون در خدمت نیازهای انسان.

مهندسی پیشرفته: از ایجاد دوقلوهای دیجیتال، تا کار دقیق با نانوذرات.

ساختار کارخانه هوشمند

جمع‌آوری دیتا: داده‌ها با استفاده از تکنولوژی‌های مدرن مانند اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT) جمع‌آوری می‌شوند. این داده‌ها شامل اطلاعات عملکرد دستگاه‌ها، وضعیت تجهیزات، و حتی داده‌های بازاریابی و تدارکات می‌شود.

تجزیه و تحلیل دیتا: بعد از جمع آوری دیتا، نوبت تجزیه و تحلیل آن با استفاده از تکنولوژی‌های مدرن است. این تجزیه و تحلیل به کارخانه هوشمند اجازه می‌دهد تا اطلاعات مفهومی را استخراج کرده و الگوها و مشکلات را شناسایی کند. به عبارت دیگر، این بخش از فرآیند به کارخانه امکان می‌دهد تا بفهمد چه اتفاقی در حال رخ دادن است و چه کارهایی می‌تواند انجام دهد.

اتوماسیون هوشمند کارخانه: بعد از تحلیل دیتا، دستورالعمل‌ها به ماشین‌ها و دستگاه‌ها ارسال می‌شوند. این دستگاه‌ها ممکن است در داخل کارخانه یا حتی در تأسیسات دیگر باشند. آنها وظیفه‌های مختلفی را انجام می‌دهند، مانند تنظیم تولید، تعمیرات تجهیزات، یا مدیریت مواد. این فرآیند به کارخانه اجازه می‌دهد تا به صورت اتوماتیک و هوشمندانه عمل کند و بر اساس تجزیه و تحلیل داده‌ها تصمیم‌گیری‌های بهینه بگیرد.

مزایای هوشمندسازی کارخانه

بهره وری و کارایی: فن‌آوری‌های کارخانه هوشمند برای بهبود کارایی و انعطاف‌پذیر بودن طراحی شده‌اند. با استفاده از تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده و تجزیه و تحلیل دیتاهای کلان، امکان شناسایی و راه‌اندازی فرآیندهای بهینه‌ را فراهم می‌شود. مدیریت به‌موقع موجودی، پیش‌بینی دقیق تقاضا، و بهبود سرعت ورود به بازار، چند مورد از مزایای کارایی است که کارخانه‌های هوشمند ارائه می‌کنند. با تقویت بینش دیجیتال، افرادی که در کارخانه‌های هوشمند کار می‌کنند نیز می‌توانند تلاش‌های خود را ساده‌تر کنند و به بهره‌وری کلی عملیات بیفزایند.

پایداری و ایمنی: مصرف‌کنندگان به‌طور فزاینده‌ای مایلند برای محصولاتی که می‌دانند با استفاده از روش‌های مسئولیت‌پذیر اجتماعی و زیست‌محیطی تهیه و تولید می‌شوند، کمی بیشتر هزینه کنند. فناوری‌های مدرن کارخانه‌های هوشمند، شناسایی و پیاده‌سازی فرصت‌هایی را برای شیوه‌های تولید سبز، ایمن و مسئولیت‌پذیر اجتماعی برای کسب‌وکارها، آسان‌تر از همیشه می‌کند. نوآوری‌های دیجیتالی مانند بلاک چین و حسگرهای RFID می‌توانند توسط مدیران کارخانه‌ها برای اطمینان از کنترل کیفیت همه مواد و لوازم، مورد استفاده قرار گیرند –

کیفیت محصول و تجربه مشتری: در کارخانه هوشمند، اتصال به ابر و دسترسی به داده‌ها و اطلاعات در زمان واقعی به کارخانه این امکان را می‌دهد که به تمام فرآیندها و مراحل تولید دسترسی داشته باشد. توانایی سفارشی سازی سریع و پاسخ به روندهای در حال تغییر به این معنی است که محصولات کاملاً مطابق با خواسته‌‌های مشتری و به روز هستند. تجزیه و تحلیل پیشرفته داده‌های سیستم به سرعت نقاط ضعف یا زمینه‌های بهبود را شناسایی می‌کند. در نتیجه این موضوع منجر بهوبد رقابت در بازار، بهبود کیفیت محصولات، افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها می‌شود.

تکنولوژی‌های هوشمند مورد استفاده

فن آوری‌های کارخانه‌های هوشمند بسیار پویا هستند. همانطور که ابتکارات تحول دیجیتال در یک کسب و کار افزایش می‌یابد، تقریباً امکانات بی نهایتی برای مقیاس بندی، اصلاح و تطبیق در صورت نیاز وجود دارد.

اتصال ابری: چه عمومی، چه خصوصی و چه ترکیبی، ابر مجرایی است که از طریق آن تمام داده‌ها و اطلاعات در یک کارخانه هوشمند جریان می‌یابد. اتصال ابری در سطح تجاری و جهانی تضمین می‌کند که هر منطقه از کسب و کار با داده‌های زمان واقعی کار می‌کند و همه دارایی‌ها و سیستم‌های متصل در زنجیره تأمین قابل مشاهده است.

هوش مصنوعی: سیستم‌های عملیاتی که از فناوری‌های هوش مصنوعی یکپارچه استفاده می‌کنند، سرعت، قدرت و انعطاف‌پذیری را دارند که نه تنها مجموعه‌های داده‌های متفاوت را جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل می‌کنند، بلکه بینش‌های بلادرنگ و توصیه‌های پاسخگو را ارائه می‌کنند. فرآیندهای خودکار و سیستم‌های هوشمند در یک کارخانه هوشمند به طور مداوم توسط هوش مصنوعی بهبود می‌یابند.

یادگیری ماشینی: یکی از با ارزش‌ترین مزایایی که یادگیری ماشین برای کارخانه هوشمند به ارمغان می‌آورد، ظرفیت آن برای تعمیر و نگهداری است. با نظارت و تجزیه و تحلیل فرآیندهای تولید، هشدارها می‌توانند قبل از وقوع خرابی سیستم ارسال شوند. بسته به موقعیت، تعمیر و نگهداری خودکار می‌تواند انجام شود یا در صورت لزوم، مداخله انسانی توصیه شود.

داده‌های کلان (Big Data): مجموعه داد‌های قوی و بزرگ اجازه می‌دهد تا تجزیه و تحلیل‌های پیش بینی و پیشرفته در یک کارخانه هوشمند انجام شود. کسب‌وکارها مدت‌هاست ارزش استراتژیک داده‌های بزرگ را درک کرده‌اند، اما تا همین اواخر، اغلب فاقد سیستم‌های لازم برای استفاده معنادار از آن بودند. تحول دیجیتال در زنجیره‌های تامین و کارخانه‌های هوشمند، دنیایی از پتانسیل را برای کسب‌وکارها برای بهینه‌سازی و نوآوری با استفاده از بینش‌های کلان داده باز کرده است.

اینترنت صنعتی اشیا (IIoT): در یک کارخانه هوشمند، زمانی که دستگاه‌ها و ماشین‌ها دارای شناسه‌های منحصر به فرد و قابلیت ارسال و دریافت داده‌های دیجیتالی هستند، یک شبکه IIoT را تشکیل می‌دهند. ممکن است ماشین‌آلات مدرن از قبل دارای پورتال‌های دیجیتالی باشند. اما حتی ماشین‌های آنالوگ چند دهه‌ای را می‌توان با دستگاه‌های دروازه‌ای IIoT برای افزایش سرعت آن‌ها نصب کرد. اساساً، داده‌های ارسال شده از دستگاه، وضعیت و فعالیت آن را گزارش می‌دهند و داده‌های ارسال شده به دستگاه، اقدامات و گردش کار آن را کنترل و خودکار می‌کند.

دوقلوهای دیجیتال: یک کپی دقیق و مجازی از یک ماشین یا سیستم به دوقلو دیجیتال آن تبدیل می‌شود که امکان حداکثر نوآوری و خلاقیت را با حداقل ریسک عملیاتی فراهم می‌کند. یک دوقلو دیجیتال را می‌توان به چندین روش مجازی پیکربندی مجدد کرد، یا برای سازگاری آن در یک سیستم موجود آزمایش کرد.

چاپ افزودنی: همچنین به عنوان چاپ سه بعدی شناخته می‌شود، به کارخانه‌های هوشمند اجازه می‌دهد تا از اتوماسیون هوشمند برای تولید بر اساس تقاضا استفاده کنند. این امر به ویژه در مواقع اختلال زنجیره تامین غیرمنتظره یا تقاضای ناگهانی محصول بسیار مهم است. اما حتی زمانی که کار معمول است، موجودی‌های مجازی می‌توانند ریسک و ضایعات را تا حد زیادی به حداقل برسانند.

واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR): واقعیت مجازی و واقعیت افزوده می‌توانند داده‌ها و اطلاعات مختلف را به کارخانه هوشمند متصل کنند. این به کاربران این امکان را می‌دهد که از هر مکانی و در هر زمان به اطلاعات مربوط به شرایط محیطی، موجودی، وضعیت فرآیند و خطاهای مونتاژ دسترسی داشته باشند

بلاک چین: خوشبختانه با پیشرفت فناوری‌های کارخانه‌های هوشمند، راه‌حل‌های امنیتی نیز در کنار آن‌ها همگام می‌شوند. بلاک چین کاربردهای زیادی در زنجیره تامین دارد. از ایجاد “قراردادهای هوشمند” با تامین کنندگان گرفته تا ردیابی منشأ کالاها و مدیریت در طول زنجیره تامین. در کارخانه‌های هوشمند، بلاک چین به‌ویژه برای مدیریت دسترسی به دارایی‌ها و ماشین‌های متصل در سراسر کسب‌وکار مفید است.

پایگاه داده مدرن: پایگاه‌های اطلاعاتی درون حافظه و سیستم‌های ERP مدرن، «مغز» پشت صنعت 4.0 و تمام راه‌حل‌های هوشمند کارخانه و زنجیره تامین هوشمند هستند. پایگاه‌های داده قدیمی و مبتنی بر دیسک (صرف نظر از محدودیت‌هایشان)، برای همگام شدن با مدیریت پیچیده داده و عملکرد تحلیلی مورد نیاز، برای راه‌اندازی کارخانه‌های هوشمند و زنجیره‌های تامین مدرن به کار گرفته می‌شوند.

تجهیزات هوشمند مورد استفاده

سیستم‌های اتوماسیون صنعتی: سیستم‌های اتوماسیون صنعتی شامل کنترل‌های اتوماتیک، پنل‌های کنترل و PLC (کنترلرهای منطقی برنامه‌پذیر) هستند. این تجیهزات برای کنترل و مدیریت فرآیندهای تولید در کارخانه به کار می‌روند.

ربات‌های صنعتی: روبات‌های هوش مصنوعی به منظور اتمام وظایف تکراری و پیچیده در خطوط تولید مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روبات‌ها می‌توانند به طور خودکار مواد را منتقل کنند، ماشین‌ها را تعمیر کنند و حتی در فرآیندهای تولید مشارکت کنند.

انبارهای هوشمند: انبارهای هوشمند با استفاده از تکنولوژی‌های RFID و IoT به اتوماسیون انبارها کمک می‌کنند. این سیستم‌ها به مدیریت موجودی، جستجوی سریع محصولات و بهبود انتقال کالاها کمک می‌کنند.

سیستم‌های تشخیص و کنترل کیفیت: ابزارها و تجهیزات هوش مصنوعی برای تشخیص و کنترل کیفیت محصولات استفاده می‌شوند. مثلاً دستگاه‌های بینایی ماشینی (Machine Vision) برای بررسی و تشخیص خطاها و عیوب در محصولات به کار می‌روند.

سامانه‌های جریان کار: سامانه‌های BPM (مدیریت فرآیند تجاری) برای بهبود فرآیندهای تولید و کاهش هدررفت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها فرآیندها را به طور هوشمند مدیریت می‌کنند.

سیستم‌های انرژی هوشمند: سیستم‌های مدیریت انرژی هوشمند به کارخانه‌ها کمک می‌کنند تا مصرف انرژی را کاهش دهند و بهره‌وری انرژی را بهبود بخشند

سیستم‌های مدیریت تعمیرات (CMMS): این سیستم‌ها برای برنامه‌ریزی و مدیریت تعمیرات و نگهداری تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ردیابی و مدیریت موقعیت جغرافیایی (GIS): برای مدیریت و ردیابی موقعیت تجهیزات و مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مانیتورینگ و کنترل از راه دور: ابزارها و تجهیزات هوشمند اجازه می‌دهند تا کارخانه‌ها و فرآیندها را از دور نظارت کرد و کنترل کرد.

معرفی برخی از کارخانه‌های هوشمند دنیا

کارخانه بوش – Blaichach – آلمان: کارخانه بوش در Blaichach کارخانه اصلی بوش برای تولید قطعات خودرو است. این کارخانه در تولید سیستم های ایمنی مختلف، مانند برنامه های پایداری الکترونیکی (ESP) و سیستم های ترمز ضد قفل (ABS) تخصص دارد. این کارخانه از فناوری های پیشرفته در فرآیندهای تولید استفاده می کند. از تبلت‌ها برای بررسی قطعات، بازرسی ماشین‌ها و ردیابی فرآیندها استفاده می‌شود و دیتای باکیفیتی ارائه می‌گردد.

کارخانه زیمنس – آمبرگ، آلمان: کارخانه زیمنس برخی از بهترین راه حلهای Industry 4.0 را در فرآیندهای تولید خود به کار می‌گیرد. افراد، ربات‌ها و ماشین‌ها به عنوان یک تیم برای توسعه کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) کار می‌کنند. ماشین‌ها و محصولات نیز در یک شبکه جامع به هم متصل شده‌اند و عملکرد و کارایی فرآیندهای صنعتی را افزایش می‌دهند.

کارخانه اشنایدر – فرانسه: شرکت Scheider Electric تجهیزات مورد استفاده در اتوماسیون، خدمات تامین، توزیع و نصب را تولید می کند. این ابزارها شامل ابزارهایی مانند فیوزهای هوشمند، دستگاه‌های سیگنال‌دهنده، اینورترها، تابلو برق، دکمه‌های فشاری، محرک‌ها، قطع کننده‌های مدار و نشانگرها می‌شوند. علاوه بر تولید ابزار و تجهیزات هوشمند، این کارخانه همچنین از فناوری انقلاب صنعت 4.0 در فرآیندهای تولید در مقیاس بزرگ استفاده می کند. آخرین فن آوری‌های دیجیتال را در خود دارد. از این رو در رتبه بندی پیشرفته‌ترین سایت‌های تولیدی در جهان قرار دارد.