كيف تغير تكنولوجيات Industry 4.0 التصنيع

يُحدث Industry 4.0 ثورة في الطريقة التي تتبعها الشركات لتصنيع وتحسين وتوزيع منتجاتها. تعمل شركات التصنيع على تكامل التكنولوجيات التمكينية، بما في ذلك إنترنت الأشياء والحوسبة السحابية والتحليلات والذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في مرافق الإنتاج الخاصة بها وفي جميع عملياتها. وتم تجهيز هذه المصانع الذكية بأجهزة استشعار متقدمة وبرامج مدمجة وروبوتات تجمع البيانات وتحللها مما يتيح اتخاذ قرارات أفضل. وتتحقق قيمة أعلى عندما تقترن البيانات المستمدة من عمليات الإنتاج ببيانات تشغيلية من نظام تخطيط موارد المؤسسة وسلسلة التوريد وخدمة العملاء والأنظمة المؤسسية الأخرى بهدف خلق مستويات جديدة تمامًا من الوضوح والرؤية من المعلومات المنعزلة سابقًا. وتؤدي هذه التكنولوجيا إلى زيادة التشغيل الآلي والصيانة الوقائية والتحسين الذاتي لتحقيق أقصى قدر ممكن من تحسينات العمليات، وقبل كل شيء، توافر مستوى جديد من الكفاءة والقدرة على الاستجابة للعملاء لم يكن ممكنًا من قبل.

يوفر تطوير المصانع الذكية فرصة رائعة للشركات المصنعة التي تدخل إلى الثورة الصناعية الرابعة. يضمن تحليل الكميات الكبيرة من البيانات المجمعة من أجهزة الاستشعار على نطاق المصنع رؤية أصول التصنيع في الوقت الفعلي، وقد يوفر أيضًا أدوات لأداء الصيانة الوقائية بهدف تقليل وقت تعطل المعدات إلى أدنى حد ممكن. 

يؤدي استخدام أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) في المصانع الذكية إلى زيادة الإنتاجية وتحسين الجودة. يقلل استبدال الفحص اليدوي بالرؤى البصرية المدعومة بالذكاء الاصطناعي من أخطاء التصنيع ويوفر المال والوقت. ومن خلال الحد الأدنى من الاستثمار، يمكن لموظفي مراقبة الجودة إنشاء هاتف ذكي متصل بالبيئة السحابية لمراقبة عمليات التصنيع من أي مكان تقريبًا. عن طريق تطبيق خوارزميات التعلم الآلي، تستطيع الشركات المصنعة اكتشاف الأخطاء على الفور، بدلاً من اكتشافها في مراحل لاحقة وحينها تصبح أعمال الإصلاح أكثر تكلفة.

كما يمكن تطبيق مفاهيم وتكنولوجيات Industry 4.0 في جميع أنواع الشركات الصناعية، بما في ذلك التصنيع المنفصل وتصنيع العمليات، بالإضافة إلى قطاعات النفط والغاز والتعدين وغيرها من القطاعات الصناعية.   

من البخار إلى جهاز الاستشعار: السياق التاريخي لـ Industry 4.0

الثورة الصناعية الأولى

بداية من أواخر القرن الثامن عشر في بريطانيا، ساعدت الثورة الصناعية الأولى في تمكين الإنتاج الضخم باستخدام طاقة المياه والبخار بدلاً من الطاقة البشرية والحيوانية البحتة. تم إعداد السلع تامة الصنع باستخدام الآلات بدلاً من إنتاجها يدويًا بصعوبة بالغة.

الثورة الصناعية الثانية

بعد قرن من الزمان، استحدثت الثورة الصناعية الثانية خطوط التجميع واستخدام النفط والغاز والطاقة الكهربائية. وحققت مصادر الطاقة الجديدة هذه، إلى جانب الاتصالات الأكثر تقدمًا عن طريق الهاتف والتلغراف، الإنتاج الضخم وقدرًا من التشغيل الآلي لعمليات التصنيع.

الثورة الصناعية الثالثة

أضافت الثورة الصناعية الثالثة، التي بدأت من منتصف القرن العشرين، الحواسب والاتصالات السلكية واللاسلكية المتقدمة وتحليل البيانات إلى عمليات التصنيع. بدأت رقمنة المصانع من خلال دمج أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) في الآلات للمساعدة في التشغيل الآلي لبعض العمليات وجمع البيانات ومشاركتها.

الثورة الصناعية الرابعة

نشهد الآن الثورة الصناعية الرابعة، والتي يُطلق عليها أيضًا Industry 4.0، وتتميز بزيادة التشغيل الآلي وتشغيل المصانع الذكية القائمة على البيانات لإنتاج السلع بشكل أكثر كفاءة وإنتاجية. تم تحسين المرونة حتى تتمكن الشركات المصنعة من تلبية طلبات العملاء بشكل أفضل باستخدام التخصيص الشامل — وفي نهاية الأمر، السعي لتحقيق الكفاءة مع زيادة حجم الإنتاج، في كثير من الحالات. ومن خلال جمع المزيد من البيانات على نطاق المصنع والجمع بينها وبين البيانات التشغيلية الأخرى للمؤسسة، يتيح المصنع الذكي فرصة لاتخاذ قرارات أفضل.

ما هي التقنيات التي تقود Industry 4.0؟

أيقونة تمثل آلة

إنترنت الأشياء (IoT)

إنترنت الأشياء (IoT) هو أحد المكونات الرئيسية للمصانع الذكية. تُجهز الآلات الموجودة على نطاق المصنع بأجهزة استشعار تتميز بعنوان بروتوكول الإنترنت الذي يسمح للآلات بالاتصال بالأجهزة الأخرى التي تدعم الانترنت. يتيح هذا الاتصال إمكانية جمع كميات كبيرة من البيانات القيمة وتحليلها وتبادلها.

أيقونة تمثل حالة تحميل

الحوسبة السحابية

الحوسبة السحابية هي حجر الأساس في أي استراتيجية من استراتيجيات Industry 4.0. ويتطلب التحقيق الكامل لمتطلبات التصنيع الذكي الاتصال والتكامل بين الهندسة وسلسلة التوريد والإنتاج والمبيعات والتوزيع والخدمات. تساعد البيئة السحابية على جعل ذلك ممكنًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن معالجة كم كبير من البيانات المخزنة والمحللة بطريقة أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة باستخدام البيئة السحابية. ويمكن للحوسبة السحابية أيضًا تقليل تكاليف بدء التشغيل بالنسبة للشركات المصنعة صغيرة ومتوسطة الحجم التي تتمكن من تحديد الحجم المناسب لاحتياجاتها وحجم أعمالها أثناء نمو أعمالها التجارية.

أيقونة تمثل الذكاء الاصطناعي

الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي

يتيح الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي للشركات المصنعة الاستفادة بشكل كامل من حجم المعلومات التي يتم إنشاؤها على نطاق المصنع ومن جميع وحدات أعمالها أيضًا وحتى من الشركاء ومن المصادر الخارجية. ويمكن للذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي بناء رؤى توفر الرؤية وقابلية التنبؤ والتشغيل الآلي للعمليات التشغيلية والعمليات التجارية. على سبيل المثال: تكون الآلات الصناعية عرضة للانهيار خلال عملية الإنتاج. يمكن أن يساعد استخدام البيانات المجمعة من هذه الأصول الأعمال على إجراء الصيانة الوقائية بناءً على خوارزميات التعلم الآلي، مما يؤدي إلى زيادة وقت التشغيل ورفع الكفاءة.

أيقونة تمثل تحليل البيانات

حوسبة الحافة

تعني متطلبات عمليات الإنتاج الفعلية أنه يجب تنفيذ بعض عمليات تحليل البيانات عند "الحافة"— أي في مكان تكوين البيانات. وهذا يؤدي إلى تقليل وقت الاستجابة من وقت تكوين البيانات إلى الوقت الذي يلزم فيه إجراء استجابة. فعلى سبيل المثال، قد يتطلب الكشف عن مسألة تتعلق بالسلامة أو الجودة اتخاذ إجراء مع المعدات خلال وقت شبه فعلي. قد يكون الوقت اللازم لإرسال البيانات إلى البيئة السحابية للمؤسسة ومن ثم العودة إلى نطاق المصنع طويلة للغاية ويعتمد على موثوقية شبكة الاتصالات. ويعني استخدام حوسبة الحافة أيضًا بقاء البيانات بالقرب من مصدرها، مما يقلل من مخاطر الأمن.

أيقونة تمثل أمن البيانات

الأمن الالكتروني

لم تفكر الشركات المصنعة دائمًا في أهمية الأمن الإلكتروني. ومع ذلك، يكشف أيضًا نفس الاتصال بين المعدات التشغيلية في المصنع أو المجال (التكنولوجيا التشغيلية) الذي يمكن من زيادة كفاءة عمليات التصنيع مسارات دخول جديدة للهجمات والبرمجيات الخبيثة. وعند إجراء التحول الرقمي إلى Industry 4.0، من الضروري النظر في اتباع نهج للأمن الإلكتروني يتضمن معدات تكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية.

أيقونة تمثل توأمًا رقميًا

التوأم الرقمي

سمح التحول الرقمي الذي تقدمه Industry 4.0 للشركات المصنعة بإنشاء التوائم الرقمية وهي نماذج افتراضية للعمليات وخطوط الإنتاج والمصانع وسلاسل التوريد. ويتم إنشاء التوأم الرقمي عن طريق سحب البيانات من أجهزة استشعار إنترنت الأشياء والأجهزة وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) وغيرها من الأجهزة المتصلة بالإنترنت. ويمكن للشركات المصنعة استخدام التوائم الرقمية للمساعدة في زيادة الإنتاجية وتحسين مسارات العمل وتصميم منتجات جديدة. ومن خلال محاكاة عملية الإنتاج، على سبيل المثال، تتمكن الشركات المصنعة من اختبار التغييرات التي تطرأ على العملية لايجاد سبل لتقليل وقت التعطل أو تحسين القدرة.

خصائص المصنع الذكي

رجل يعمل على الكمبيوتر

تحليل البيانات لتحسين عملية اتخاذ القرار

تقدم أجهزة الاستشعار المدمجة والآلات المترابطة قدرًا كبيرًا من البيانات للشركات المصنعة. يمكن لتحليلات البيانات أن تساعد الشركات المصنعة في التحقق من الاتجاهات السابقة وتحديد الأنماط واتخاذ قرارات أفضل. ويمكن للمصانع الذكية أيضًا استخدام بيانات من أجزاء أخرى من المؤسسة ونظامها البيئي الممتد من الموردين والموزعين لتحقيق رؤى أعمق. ومن خلال دراسة البيانات المستمدة من الموارد البشرية أو المبيعات أو التخزين، يمكن للشركات المصنعة اتخاذ قرارات الإنتاج على أساس هوامش المبيعات والأفراد. ويمكن إنشاء تمثيل رقمي كامل للعمليات كـ "توأم رقمي".

عامل في مصنع يصلح آلة

تكامل تكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية

تعتمد بنية شبكة اتصال المصنع الذكي على الترابط. يمكن لأصول المصنع الأخرى استهلاك البيانات المجمعة من أجهزة الاستشعار والأجهزة والآلات على نطاق المصنع في الوقت الفعلي واستخدامها على الفور، وكذلك مشاركتها عبر المكونات الأخرى في مجموعة برامج المؤسسة، بما في ذلك نظام تخطيط موارد المؤسسة وغيره من برامج إدارة الأعمال.

رجل يعمل على التشغيل الآلي للمصنع

التصنيع المخصص

يمكن للمصانع الذكية إنتاج سلع مخصصة تلبي احتياجات العملاء الأفراد بفعالية أكبر من حيث التكلفة. باستخدام تطبيقات برامج المحاكاة المتقدمة والمواد والتكنولوجيات الحديثة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، تستطيع الشركات المصنعة بسهولة إنشاء مجموعات صغيرة من البنود المتخصصة لعملاء معينين. في حين قامت الثورة الصناعية الأولى حول الإنتاج الشامل، تدور الثورة الصناعية الرابعة (Industry 4.0) حول التخصيص الشامل.

مرفق تخزين كبير

سلسلة الامداد والتوريد

تعتمد العمليات الصناعية على سلسلة توريد تتسم بالشفافية والكفاءة، ويجب أن تتكامل مع عمليات الإنتاج كجزء من استراتيجية قوية لـ Industry 4.0. ويؤدي هذا إلى تحويل طريقة استخدام الشركات المصنعة للمواد الخام الخاصة بها وتسليم السلع النهائية. من خلال مشاركة بعض بيانات الإنتاج مع الموردين، يمكن أن تجدول الشركات المصنعة عمليات التسليم بشكل أفضل. على سبيل المثال، إذا كان خط التجميع يعاني من توقف العمل، فيمكن إعادة توجيه أو تأجيل عملية التسليم لتقليل الوقت المهدر أو التكلفة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للشركات، من خلال دراسة بيانات الأحوال المناخية وشركاء النقل وشركات البيع بالتجزئة، أن تستخدم النقل البحري التنبؤي لإرسال السلع تامة الصنع في الوقت المناسب لتلبية طلب العملاء. وتظهر Blockchain بوصفها تكنولوجيا رئيسية تُستخدم لتمكين الشفافية في سلاسل التوريد.

Industry 4.0 والبنية الأساسية متعددة الأوساط السحابية المختلطة لتكنولوجيا المعلومات

يعد بناء بنية أساسية متعددة الأوساط السحابية مختلطة لتكنولوجيا المعلومات مكونًا رئيسيًا في التحول الرقمي للشركات المصنعة التي ترغب في الاستفادة من Industry 4.0. الأوساط السحابية المتعددة المختلطة هي عندما تمتلك الشركة بيئتين سحابيتين أو أكثر من البيئات السحابية العامة والخاصة لإدارة أحجام عمل الحوسبة الخاصة بها. وهذا يمنحها القدرة على تحسين أحجام العمل الخاصة بها عبر جميع بيئاتها السحابية، لأن بعض بيئات التشغيل تكون أكثر ملائمة أو أكثر فعالية من حيث التكلفة لأحجام عمل معينة. يمكن للشركات المصنعة التي تبحث عن إجراء التحول الرقمي وعن بيئة آمنة مفتوحة نقل أحجام أعمالها الحالية من موقعها المحلي إلى أفضل بيئة سحابية ممكنة. 

Industry 4.0 وشركة IBM

تؤدي الرؤى البصرية المدعومة بالذكاء الاصطناعي إلى زيادة الإنتاجية

يعمل تعزيز عمليات الفحص اليدوي مع إجراء عمليات الفحص الآلي المدعومة بالذكاء الاصطناعي على تقليل عيوب المنتجات وتحسين الكفاءة والحد من النتائج الإيجابية الزائفة. وعادة ما يمكن إجراء التدريب على نموذج التعلم العميق بسرعة باستخدام الصور ومقاطع الفيديو المتاحة. بعد توصيله بكاميرا الهاتف الذكي، يصبح نموذج الفحص الآلي جاهزًا لإضافته إلى خط الإنتاج.

التصنيع المدعوم بالذكاء الاصطناعي

يبدأ التحول الرقمي إلى Industry 4.0 بجمع البيانات ثم إضافة الذكاء الاصطناعي لفهم تلك البيانات. تستخدم المصانع الذكية أجهزة إنترنت الأشياء والحواسيب للحصول على صورة واضحة لمنشأة التصنيع باستخدام البيانات في الوقت الفعلي. ثم يتم استخدام الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لاستخلاص رؤى قابلة للتطبيق من كميات البيانات الضخمة.

إدارة وصيانة الأصول الذكية

تعد إدارة أصول المؤسسة (EAM) ضرورية للحفاظ على سير العمليات. يمكن للشركات التي تطبق تكنولوجيات Industry 4.0 أن تمتلك عدة آلاف من الأجهزة المتصلة بإنترنت الأشياء في مصانعها الذكية. ولتلبية متطلبات الصناعة Industry 4.0، يجب أن يتوفر لكل جهاز منها الحد الأقصى من وقت التشغيل لضمان الكفاءة. تعمل إدارة أصول المؤسسة على تعزيز المرونة التشغيلية والسرعة من خلال السماح بالمراقبة عن بعد للمعدات وتوفير القدرات الوظيفية لتوسعة دورات حياة الأصول، بالإضافة إلى تقديم تحليلات للصيانة الوقائية.

توافق تكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية معًا هو حجر الأساس لـ Industry 4.0

تعمل Industry 4.0 على إحداث توافق بين أنظمة تكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية، مما يؤدي إلى خلق ترابط بين معدات التصنيع المستقلة والأنظمة الحاسوبية الأوسع نطاقًا. ويتم العمل على تكامل البيانات المستمدة من أجهزة الاستشعار وأجهزة التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLCs) وأنظمة التحكم الإشرافي وتحصيل البيانات (SCADA) مع بيانات تكنولوجيا المعلومات من أنظمة تنفيذ التصنيع (MES) وتخطيط موارد المؤسسة (ERP). وبدعم من التعلم الآلي، يؤثر هذا التكامل على المؤسسة بأكملها، بداية من الهندسة مرورًا بالعمليات والمبيعات ووصولاُ إلى الجودة.

المصادر

جانب التصنيع للتحول الرقمي: المصانع الذكية

الوفاء بوعد Industry 4.0 — تحويل تكنولوجيات الإنتاج المتوارثة الخاصة بك من خلال توصيل أجهزة إنترنت الأشياء وتجميع وتحليل البيانات في الوقت الفعلي وتحسين عملية التصنيع الخاصة بك.

تأمين إنترنت الأشياء

يعتقد ست وثلاثون فى المائة من المديرين التنفيذيين أن تأمين منصات إنترنت الأشياء الخاصة بهم يمثل تحديًا كبيرًا لمؤسساتهم.

لماذا قد تعتقد شركة ما أن workbench هي أساس بناء لمصنع ذكي

تتبنى شركة Meggitt وهي شركة مصنعة لمكونات الفضاء الجوي في المملكة المتحدة إمكانيات Industry 4.0 لضمان تسليم خالي من الأخطاء والعيوب.

كيف يمكن للتصنيع الذكي أن يحسن من مصانعك لتناسب الحقبة الجديدة

دمج البيانات المجمعة من خلال إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT) لتطوير إمكانيات الصيانة الوقائية ودفع التعاون بين العاملين الرئيسيين في مجال التصنيع.

تعزز الرؤى البصرية للذكاء الاصطناعي المكاسب الناتجة عن كفاءة التصنيع

تحسين كفاءة العمليات وجودة المنتجات بدرجة كبيرة عن طريق استخدام عمليات الفحص البصري المدعومة بالذكاء الاصطناعي في بيئات التشغيل.

منشورات المدونة عن Industry 4.0

قراءة منشورات المدونة التي تغطي مجموعة من موضوعات Industry 4.0، بما في ذلك التصنيع المدعوم بالذكاء الاصطناعي والفحص البصري الذكي وإنترنت الأشياء الصناعي.

الحلول

الخدمات الاستشارية الخاصة بإنترنت الأشياء

اعتمد على المتخصصين في IBM لمساعدتك في إعداد نموذج رؤية تمكين إنترنت الأشياء والعمليات المتصلة الخاصة بك ونشرها، حتى يمكنك الوصول إلى مستويات جديدة من السرعة والمرونة.

ما هي إدارة أصول المؤسسة (EAM)؟

دع خبراء IBM يساعدونك في إدارة الأصول والمعدات الفعلية الخاصة بك من خلال الاستفادة من أجهزة الاستشعار والأجهزة المتصلة بإنترنت الأشياء لتحسين الكفاءات وزيادة استثمارات المصادر.

IBM Maximo Visual Inspection — تحسين الفحص البصري باستخدام الذكاء الاصطناعي

انشر تكنولوجيات الرؤية الحاسوبية للذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء في بيئة التشغيل الخاصة بك لمراقبة الأصول واكتشاف مشاكل الإنتاج بشكل أسرع.

تحديث تطبيقات المؤسسة باستخدام تطبيقات SAP

دع المتخصصين في شركة IBM يساعدونك في تحقيق الاستفادة القصوى من بيانات ومعاملات SAP الخاصة بك من خلال تحسين مخرجات التصنيع وتعزيز التعريف بسلسلة التوريد وزيادة وقت تشغيل الأصول.

تحسين إدارة سلسلة توريد التصنيع والخدمات اللوجستية

يمكن أن تساعدك حلول IBM في بناء سلسلة توريد أفضل وتقليل درجة التعقيد من خلال تطبيق التشغيل الآلي باستخدام الذكاء الاصطناعي ونشر إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT).

انترنت الأشياء (IoT) على IBM Cloud

من خلال نشر أجهزة إنترنت الأشياء على IBM Cloud، يمكنك تجميع وتشغيل البيانات بسهولة ثم الحصول على رؤى قيمة قائمة على الذكاء الاصطناعي لتحسين أعمالك.