مفهوم کارخانه هوشمند و هوشمند سازی صنعتی

کارخانه هوشمند یا به اصطلاح Smart Factory، شامل یک شبکه سخت افزاری و نرم افزاری یکپارچه است که با استفاده از ماشین آلات و سیستم‌های هوشمند و با جمع‌آوری و تحلیل مداوم داده‌ها، اطلاعات مفیدی را در اختیار مدیران قرار می‌دهد. از این داده‌ها در تصمیم‌گیری، بهبود فرآیندهای کارخانه و رفع هرگونه اشکال در سیستم مدیریت کارخانه استفاده می‌شود.

هوشمند سازی کارخانه با استفاده از فناوری‌های مختلفی انجام می‌گیرد. فناوری‌هایی نظیر هوش مصنوعی (AI)، تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ (Big-Data)، اینترنت اشیا (IOT)، اینترنت اشیا صنعتی (IIOT) و استفاده از سیستم های شناسایی رادیویی (RFID) که هر کدام به بخشی از کارخانه هوشمند کمک می‌کند.

کارخانه هوشمند، دنیای دیجیتال را به دنیای فیزیکی پیوند می‌زند و با هوشمند سازی زنجیره تامین (Supply Chain)، از لحظه ورود مواد اولیه به کارخانه تا خروج محصول از انبار را رهگیری و کنترل می‌کند. در اصل کارخانه هوشمند بخشی از انقلاب صنعتی چهارم است. در هر یک از سه انقلاب صنعتی اول، یک فناوری معرفی شد که نحوه کار سیستم‌های تولیدی را به صورت کلی تغییر داد. نمونه این تکنولوژی‌ها ماشین بخار، خط مونتاژ و PLC ها هستند. امروزه و در عصر تحول دیجیتال (Digital Transformation)، اتوماسیون و هوشمند سازی کارخانه، به اهرم اصلی انقلاب صنعتی چهارم تبدیل شده است.

کارخانه هوشمند چیست؟

کارخانه هوشمند | دریچه‌ای به صنعت مدرن

تغییراتی که در سال‌های اخیر بواسطه ظهور تکنولوژی‌های مدرن صورت گرفته، اهمیت تحول دیجیتال و هوشمند سازی صنعتی را برای همه مدیران آشکار کرده است. شیوع بیماری کرونا، به خوبی ضعف‌های صنعت در زنجیره تامین و آسیب پذیری صنعت در تولید را آشکار کرد؛ مجله فوربس (Forbs)، در همین راستا مقاله‌ای منتشر کرد که بخشی از آن را برای شما نقل می‌کنیم:

COVID-19  به جهان ثابت کرد که زنجیره‌های تامین سنتی و اکوسیستم‌های تولیدی در حال شکست هستند و ما باید به سمت راه‌حلی سازگارتر و چابک‌تر برویم که کاملاً دیجیتالی فعال باشد.

درسی که ویروس کرونا به صنعت داد بسیار ساده بود؛ یا تحول دیجیتال را بپذیر و یا از بازی حذف شو!! درسی که به خوبی در کارخانه‌ها اجرا شد و اولین قدم برای کارخانه هوشمند شد. جالب است بدانید که بسیاری از کسب‌وکارها هنوز هم به عملیات و سیستم‌های زنجیره تامین بسنده کرده‌اند که اساساً طی دهه‌ها تغییر نکرده‌اند. اما با توجه به انتظارات مصرف‌کننده و عدم اطمینان اقتصادی در بالاترین حد خود، مدیران زنجیره تامین به راه‌حل‌هایی نیاز دارند که علاوه بر ارائه سود قابل اندازه‌گیری و قابل توجه، بتواند آن را به سرعت به ارمغان بیاورد.

بر اساس گزارش مجله فوربس، در سال 2017، تنها 43 درصد از تولیدکنندگان، و تا سال 2019، 68 درصد از آنها تجهیزات اولیه کارخانه هوشمند را مهیا کرده‌اند. سرمایه‌گذاری در تحول دیجیتال و راه حل های کارخانه هوشمند، مزایای تجاری قابل توجهی برای شرکت‌ها دارد؛ این مزایا شامل موارد زیر است.

هوشمند سازی کارخانه

بهره وری و کارایی

فرآیند تولید در طول تاریخ به عنوان یک فرآیند واکنشی شناخته می‌شود؛ به این معنی که با مواجهه با مشکل یا رویدادی، تلاش برای هدایت کسب و کار در جهتی متفاوت آغاز می‌شود. تکنولوژی‌هایی که در کارخانه هوشمند استفاده می‌شود، منجر به بهبود انعطاف پذیری کارخانه در پذیرش تحولات دیجیتال است. مدیریت هوشمند موجودی، پیش‌بینی دقیق تقاضا و بهبود سرعت تولید و ورود محصول به بازار، از مزایایی است که کارخانه‌های هوشمند ارائه می‌کنند. البته یک کارخانه هوشمند به کارکنان کارخانه متکی است و تقویت بینش دیجیتال افرادی که در کارخانه مشغول به کار هستند، از الزامات هوشمند سازی کارخانه است.

دیلویت در مطالعه کارخانه هوشمند خود در سال 2019 می‌گوید: «شرکت‌ها پس از سرمایه‌گذاری در طرح‌های کارخانه هوشمند، تا 12 درصد سود را در زمینه‌هایی مانند تولید، استفاده از کارخانه و بهره‌وری نیروی کار گزارش می‌کنند. علاوه بر این تا سال 2030، تولیدکنندگان با کارخانه‌های هوشمند احتمالاً 30 درصد بهره‌وری بیشتری نسبت به کارخانه‌های سنتی خواهند داشت.»

بهره وری و کارایی در کارخانه هوشمند

ایمنی و پایداری

طبق آمار مصرف‌کنندگان مایلند برای محصولاتی که می‌دانند با استفاده از روش‌های مسئولیت‌پذیر اجتماعی و زیست‌محیطی تهیه و تولید می‌شوند، کمی بیشتر هزینه کنند. فناوری‌های مدرن که در کارخانه‌های هوشمند استفاده می‌شوند، شناسایی و پیاده‌سازی فرصت‌های تولید ایمن را آسان‌تر از همیشه ایجاد می‌کند. نوآوری‌های دیجیتالی مانند تکنولوژی RFID، توسط مدیران کارخانه‌ها می‌توانند ابزاری مطمئن و غیرقابل انکار در جمع‌آوری دیتا از کف کارخانه باشند.

کیفیت محصول و تجربه مشتری

تولیدکنندگان سنتی معمولاً برای اطمینان از اینکه دستورالعمل های آنها به طور دقیق دریافت می شود و توسط تیم تامین و تولید کارخانه دنبال می شود، مشکل داشتند. اما در کارخانه هوشمند داستان متفاوت است.

در کارخانه هوشمند، استفاده از فناوری‌های پیشرفته تولید، بینش‌ها و توصیه‌هایی را در لحظه به تمام سطوح فرآیند تولید می‌دهد. توانایی سفارشی‌سازی سریع و پاسخ به روندهای در حال تغییر به این معنی است که محصولات کاملاً مطابق با خواسته‌های مشتری بروز هستند. تجزیه و تحلیل پیشرفته داده‌های سیستم به سرعت نقاط ضعف یا زمینه‌های بهبود را شناسایی می‌کند. این منجر به بهبود رقابت در بازار، بررسی سریعتر و بهتر محصول و در نتیجه تجربه بهتر مشتری از محصول می‌شود.

بهبود تجربه مشتری

سطوح هوشمند سازی کارخانه

هوشمند سازی و پیاده سازی فناوری‌های هوشمند در کارخانه، در چهار سطح انجام می‌گیرد. این چهار سطح به سطوح کارخانه هوشمند شناخته می‌شوند. این چهار سطح شامل:

دسترسی به داده‌های اولیه (Basic Data Availability)

در این سطح، کارخانه به معنای واقعی “هوشمند” نیست. درواقع داده‌ها در سرتاسر کارخانه موجود هستند، اما قابل دسترسی و تجزیه و تحلیل نیستند. در واقع در سطح اولیه کارخانه هوشمند، جمع‌آوری دیتای خام از کف کارخانه اهمیت دارد و تحلیل این داده‌ها در مرحله دوم قرار می‌گیرد. در بخش تکنولوژی‌های کارخاه هوشمند، ابزار نوین جمع‌آوری داده در کارخانه را بررسی خواهیم کرد.

تحلیل داده‌ها و پیشگیری (Proactive Data Analysis)

در این سطح، داده‌ها به صورت ساختارمندتر و مرکزی‌تر در دسترس خواهند بود و تحلیل آن‌ها فرصت اقدامات پیشگیرانه را در فرآیند تولید و مدیریت کارخانه فراهم می‌کند. البته این سطح از کارخانه هوشمند، همچنان نیازمند اقداماتی از سوی کارکنان کارخانه خواهد بود.

داده‌های فعال (Active Data)

در این سطح، تحلیل داده بوسیله هوش منصوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) انجام شده و به عنوان اولین مرحله از اتوماسیون کارخانه شناخته می‌شود. این سطح نسبت به سطوح قبلی خودکارتر است و نیاز کمتری به نیروی انسانی دارد. همچنین در این سطح تحلیل اطلاعات سریعتر و دقیقتر انجام می‌گیرد و می‌تواند مسائل یا ناهنجاری‌های کلیدی را برای پیش‌بینی فعالانه خرابی‌های احتمالی پیش‌بینی کند.

داده‌های عملیاتی (Action-Oriented Data)

سطح چهارم با سطح سه در هم تنیده است؛ با این تفاوت که این سطح ماهیت عملیاتی دارد تا راه حل هایی برای مسائل ایجاد کند و در برخی موارد، اقدامی را برای کاهش یک مشکل یا بهبود فرآیند بدون دخالت انسانی انجام دهد. در این سطح، قبل از ایجاد راه‌حل، داده‌ها جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل می‌شوند و در صورت امکان، با دخالت حداقلی انسان عمل می‌کنند.

ایجاد یک کارخانه هوشمند | معرفی تکنولوژی هوشمند سازی کارخانه

همانطور که بارها پیش از این گفته شد، پیشرفتی که انقلاب صنعتی چهارم بر روی فرآیند تولید و مدیریت کارخانه داشته است، بر هیچکس قابل چشم پوشی نیست. این انقلاب صنعتی، فناوری‌ها و تکنولوژی‌هایی را به بدنه کارخانه تزریق کرد که معنای هوشمند سازی را زیر و رو کرد.

یکی از بروزترین ابزارهای هوشمند سازی کارخانه، فناوری شناسایی بوسیله فرکانس‌های رادیوی است که با اختصار با عنوان RFID شناخته می‌شود. این تکنولوژی به نوعی اولین قدم از اینترنت اشیا صنعتی IIOT است. تکنولوژی RFID از دو بخش سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده است.

تکنولوژی RFID، فناوری است که کارکرد آن رهگیری و کنترل کارخانه و در ابعاد بزرگتر زنجیره تامین است. به همین جهت به عنوان ابزار اصلی سیستم اجرایی کارخانه یا MES است؛ در حقیقت، از این سیستم در جهت جمع‌آوری اطلاعات و دیتا از محیط کارخانه استفاده می‌شود.

شاید تنها عامل بازدارنده شرکت‌ها برای انتخاب سیستم RFID، هزینه‌های پیاده‌سازی این سیستم باشد. تهیه سخت افزارهای نظیر تگ RFID و ریدرهای ثابت و پرتابل RFID، نسبت به سیستم‌های سنتی مانند بارکد پر هزینه‌تر است. اما همچنان بسیاری از سازمان‌ها از تکنولوژی RFID برای هوشمندسازی کارخانه خود استفاده می‌کنند. دلیل آن هم دقت و سرعت بالای استفاده از این سیستم است که توجیه اقتصادی برای استفاده از این تکنولوژی خواهد داشت.

تکنولوژی‌هایی نظیر هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML)، به عنوان جدیدترین ابزارهای کنترل کیفیت انبار به حساب می‌آیند. اما این حوزه از فناوری، لایه جدیدی از پیچیدگی را به کیفیت داده ها اضافه می کند و کیفیت داده‌های مورد استفاده برای آموزش مدل‌ها می‌تواند باعث ایجاد یا شکست پروژه شود. عملکرد مدل به دقت، کامل بودن و سوگیری داده های آموزشی بستگی دارد. اگر داده های آموزشی ناقص باشد، مدل نتایج معیوب تولید می کند. پس با توجه به اینکه این تکنولوژی‌ها هنوز به بلوغ خود نرسیده‌اند، استفاده از آن‌ها در  انبار و فرآیند کنترل کیفیت، کمی چالش برانگیز است.

یکی از بروزترین و پرکاربردترین تکنولوژی‌های QC، تکنولوژی RFID است. فناوری rfid، با ثبت و ذخیره اطلاعات هر محصول بر روی تگ RFID، و قرائت گروهی این تگ ها، شرایطی را مهیا می کند که کارگران انبار و تیم کنترل کیفیت انبار، در بهترین بازده خود کار کنند و بهترین عملکرد را داشته‌باشند.

تکنولوژی های کارخانه هوشمند
جمع بندی

یک کارخانه هوشمند، از از فناوری‌های متعددی برای ساخت برنامه تولید یکپارچه استفاده می‌کند که قادر به جمع‌آوری و ارزیابی داده‌ها و ضامن پیشرفت در کارایی، ایمنی و موارد دیگر است. این بهینه‌سازی می تواند شامل بهبودهای شیوه کار، بازرسی و نگهداری، تدارکات، کنترل کیفیت، کاهش زمان تولید و مدیریت انبار باشد.

استفاده از اینترنت اشیا صنعتی و فناوری RFID در کنار تجزیه و تحلیل داده‌ها و حسگرها، یک کارخانه هوشمند می‌تواند اولین قدم به سمت صنعت 4.0 و پیشرفت‌هایی در کل فرآیند تولید تبدیل شود. با این حال، با توجه به هزینه ارتقاء تجهیزات، راه‌اندازی سیستم‌های ایمن و بازآموزی کارکنان، هر کارفرمایی نمی‌تواند هزینه را در مقابل مزایا توجیه کند.

تصمیم برای هوشمند سازی یک کارخانه نیاز به درگیر کردن همه بخش‌های یک شرکت دارد، اما در نهایت باید بر اساس مقایسه دقیقی باشد که آیا ارزش آن را برای تسهیلات خاص یا مدل تجاری شما دارد یا خیر.

پیمایش به بالا