یک کارخانه هوشمند (Smart Factory) کارخانه‌ای است که به وسیله‌ی یک شبکه‌ی به هم پیوسته از ماشین‌آلات، مکانیسم‌های ارتباطی و قدرت محاسباتی از فناوری‌های پیشرفتهای مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی برای تجزیه و تحلیل داده‌ها، هدایت فرآیندهای خودکار و غیره استفاده می‌کند. در ادامه این مطلب هوشمند سازی تصمیم داریم به این سوالات پاسخ دهیم که کارخانه هوشمند چیست و منظور از تولید هوشمند چیست.
کارخانه هوشمند چیست
کارخانه هوشمند یک مرکز تولید دیجیتالی است که از تجهیزات متصل و ماشین‌آلات و سیستم‌های تولید برای جمع‌آوری و اشتراک‌گذاری مداوم داده‌ها استفاده می‌کند. سپس از این داده‌ها برای انجام تصمیم‌گیری‌ها برای بهبود فرآیندها و همینطور رسیدگی به هرگونه مشکلی که ممکن است ایجاد شود، استفاده می‌شود.
روش‌های تولید هوشمند که توسط کارخانه های هوشمند مورد استفاده قرار می‌گیرد، توسط فناوری‌های مختلفی مانند هوش مصنوعی (AL)، تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ، محاسبات ابری و همینطور اینترنت اشیا (IoT) و اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) انجام می‌شود.
کارخانجات هوشمند برای نظارت بر کل فرآیند تولید، از زنجیره‌ی تامین گرفته تا ابزارهای تولید و حتی کار اپراتورهای مجزا، جهان دیجیتال و فیزیکی را به هم متصل می‌کند.
(در مورد تفاوت خانه هوشمند و ساختمان هوشمند بیشتر بدانید.)
تولید هوشمند چیست
تولید هوشمند به یک روش صنعتی جهانی جدید گفته می‌شود که به شدت بر تحولات آخرین فناوری‌ها از نظر تجهیزات تولید متصل در فرایند تولید متکی است. به عبارت دیگر، مساله‌ی راه‌اندازی سیستم‌ها در کارخانه هوشمند است که در آن ماشین‌ها به یکدیگر و به اینترنت اشیا متصل هستند تا از کنترل بهینه و مقیاس‌پذیر فرآیندهای تولید اطمینان حاصل شود.
در یک محیط کاری یا کارخانه هوشمند که از روش تولید هوشمند استفاده می‌شود، سعی بر این است که تا جای ممکن عملیات‌ها خودکار شوند تا کارایی به حداکثر برسد. هدف انجام سریع کارها و تضمین کیفیت و سودآوری با هزینه‌ی کمتر است.
برای انجام این کار، عنصر مرکزی نوع سازمان تجزیه و تحلیل داده است که مستقیما از تجهیزات جمع‌آوری شده و به صورت دیجیتالی تجزیه و تحلیل می‌شود تا تصمیمات درستی اتخاذ شود و تنظیمات مجدد برای بهبود و بهینه‌سازی عملکرد تولید انجام شود.
تولید هوشمند یکی از کاربردهای اینترنت اشیا (IoT) یا به طور خاص‌تر، اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) است.
(در مورد پروتکل های اینترنت اشیا بیشتر بخوانید.)
هوشمند سازی کارخانه ها و انقلاب صنعتی چهارم
کارخانه های هوشمند و تولید بخشی از تحول فناوری هستند که به عنوان انقلاب صنعتی چهارم (Industry 4.0) شناخته می‌شوند. هر یک از سه انقلاب صنعتی اول از یک فناوری جدید و نوآورانه متولد شدند که به طور کامل نحوه‌ی کار و تولید کالاها را تغییر داد؛ یعنی موتور بخار، خط مونتاژ و قدرت رایانه.
امروزه نیز انقلاب چهارم صنعتی با تحول دیجیتال و اتوماسیون هوشمند هدایت می‌شود. رویه‌ی تولید اتخاذ شده توسط کارخانه‌های هوشمند و تولید هوشمند، بهینه‌ترین کاربرد فناوری‌های برخاسته از انقلاب صنعتی چهارم است.
کارخانه هوشمند به معنای استقرار یک نرم‌افزار در کل کارخانه و مشاهده‌ی پیشرفتهای فوری در فرایند تولید نیست و ترکیبی از فناوری‌های مختلف باعث بهینه‌سازی تولید هوشمند می‌شود.
در ادامه به مهمترین فناوری‌های توانمندسازی در هوشمند سازی کارخانه‌ها و مدیریت کارخانه از راه دور می‌پردازیم:
(از مطلب کاربرد هوش مصنوعی در خانه هوشمند بازدید کنید.)
اینترنت اشیا صنعتی یا IIoT
اینترنت اشیا صنعتی به دستگاه‌ها، ماشین‌ها و یا فرایندهای متصل به هم گفته می‌شود که توسط سیستم‌های ارتباطی داده‌ای به هم متصل شده‌اند تا تبادل و استفاده از داده‌ها بین افراد و ماشین‌ها را ساده‌تر سازند. به طور معمول این ابزارها دارای حسگرهایی هستند که داده‌های معناداری را در یک پایگاه داده ابری یا به صورت آفلاین برای ردیابی و شناسایی راه‌های بهبود فرآیند تولید، جمع‌آوری می‌کنند.
اینترنت اشیا صنعتی در کارخانه هوشمند کارآیی عملیاتی، کنترل و دیده شدن در معیارهای کلیدی قابل‌اجرا را امکان‌پذیر می‌سازد.
(با دوربین مدار بسته هوشمند اشنا شوید.)
سنسورها یا حسگرها
حسگرهای متصل به دستگاه‌ها و ماشین‌آلات به جمع‌آوری نقاط داده در مراحل خاصی از فرآیند تولید کمک می‌کنند و دید فوری را در لایه‌های مختلف کارخانه و ارائه‌ی تولیدات فراهم می‌کنند. برای مثال، سنسورهای حرارتی در یک اتاق تمیز می‌توانند شرایط آب و هوایی در آزمایشگاه‌ها را ردیابی کرده و تشخیص دهند و این اطلاعات را از طریق دروازه‌ی IoT به اشتراک بگذارند. سپس می‌توان از این داده‌ها برای تصحیح شرایط با استفاده از هوش مصنوعی استفاده کرد و یا به اعضای تیم مربوطه برای بررسی هشدار داد.
محاسبات ابری یا پردازش ابری در کارخانه هوشمند
پردازش یا رایانش ابری به کارخانه های هوشمند اجازه می‌دهد تا داده‌ها را با انعطاف بیشتر و با هزینه‌ی کمتری نسبت به جایگزین‌های سنتی ذخیره‌سازی، پردازش کرده و به اشتراک بگذارند. دستگاه‌ها و ماشین‌آلات متصل در یک کارخانه هوشمند از توانایی آپلود سریع مقادیر زیادی داده بهره می‌برند که می‌تواند برای ارائه‌ی بازخورد و تصمیم‌گیری فوری مورد استفاده قرار گیرد.
تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ یا کلان داده‌ها در کارخانه هوشمند
انباشت داده‌ها در طول زمان می‌تواند بینش‌هایی درباره‌ی کارآمدی فرآیند تولید ارائه دهد که در واقع معیاری کلیدی برای تمرکز است و بعلاوه از این داده‌ها می‌توان تشخیص داد که کدام سیستم‌ها عملکرد ضعیفی دارند. اندازه‌ی بزرگ این کلان داده‌ها می‌تواند الگوهای خطر را شناسایی کند و تضمین کیفیت پیش‌بینی را با دقت بالا اجرا کند.
ارائه و زمان‌بندی تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ، یعنی ارائه‌ی اطلاعات مناسب در زمان مناسب، باعث می‌شود، کارخانه‌ها به طور بهینه و سریع پیشرفت کنند.
(در اسمارتیک با خانه هوشمند TIS اشنا شوید.)
مزایای هوشمند سازی کارخانه ها
بسیاری از کسب و کارها به عملیات و سیستم‌های زنجیره‌ی تامین بسنده کرده‌اند که اساسا طی دهه‌ها نیز تغییر نکرده است. با این حال کارخانه هوشمند با تمرکز بر تحول دیجیتال و راه‌حل‌های هوشمند می‌توانند از مزایای این پیشرفت تکنولوژی بهره‌مند شوند. کارخانه‌های هوشمند کارآیی و بهره‌وری را با گسترش قابلیت‌های دستگاه‌های تولیدی و افراد بهینه می‌کنند.
با تمرکز بر ایجاد یک فرآیند تولید موثر و تکرارشونده از طریق جمع‌آوری داده‌ها، کارخانه هوشمند می‌تواند با شواهد قوی‌تری به فرآیندهای تصمیم‌گیری کمک کند. با بهبود مستمر بهره‌وری فرآیندهای تولید، کارخانه هوشمند می‌تواند هزینه‌های خود را کاهش دهد، زمان خرابی را کاهش دهد و ضایعات را به حداقل برساند.
شناسایی و کاهش ظرفیت‌های تولید نابجا یا کم‌استفاده به معنای فرصت‌هایی برای رشد بدون سرمایه‌گذاری منابع پولی یا منابع فیزیکی اضافی است.
(با سیستم هشدار هوشمند در اسمارتیک آشنا شوید.)
سطوح هوشمند: چهار سطح از کارخانه هوشمند
این چهار سطح از ساختار داده می‌تواند به شما کمک کند تا ارزیابی کنید در حال حاضر در کجای مراحل پیشرفت برای تبدیل به یک کارخانه هوشمند هستید و برای پیشرفت کردن و ارتقا به سطح بعدی باید چه مراحلی را پشت سر بگذارید.
سطح اول: داده‌های موجود
این مرحله به احتمال زیاد وضعیت فعلی اکثر کارخانه‌ها است. داده‌ها موجود هستند اما در دسترس نیستند. مرتب‌سازی و تجزیه و تحلیل داده‌ها نیاز به کار دستی دارد و می‌تواند بسیار زمان‌گیر باشد که ناکارآمدی‌های بیشتری را نسبت به آنچه در نظر گرفته شده یا مورد نیاز است، به فرآیند بهبود تولید اضافه می‌کند.
در این سطح یک کارخانه یا تاسیسات اصلا هوشمند نیست. داده‌ها موجود است اما به راحتی قابل دسترسی یا تجزیه و تحلیل نیست.
(از مطلب اتاق خواب هوشمند بازدید کنید.)
سطح دوم: داده‌های قابل دسترسی
در این مرحله، داده‌ها به شکل قابل هضم‌تری ارائه می‌شوند. داده‌ها از نظر ساختاری سازماندهی شده و به درستی در یک مکان با سیستم‌های اضافی مرتب شده‌اند که دسترسی به داده‌ها و نمایش داشبوردها کمک می‌کند. کارخانه قادر به انجام تجزیه و تحلیل پیشگیرانه است اگرچه این ممکن است هنوز به زمان و تلاش نیاز داشته باشد.
در این مرحله از فرآیند رسیدن به کارخانه هوشمند، داده‌ها به شکل ساختارمندتر و قابل‌فهم‌تری در دسترس هستند.
( در مورد سیستم آبیاری هوشمند مطالعه کنید.)
سطح سوم: داده‌های فعال
داده‌های فعال به معنای داده‌هایی است که می‌توانند با استفاده از یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی تجزیه و تحلیل پیشگیرانه انجام دهند تا فعالیت‌هایی را بدون نظارت زیاد انسان انجام دهند. این سیستم می‌تواند مسائل و ناهنجاری‌های کلیدی را برای پیش‌بینی خرابی‌ها با دقت بالا تشخیص دهد و افراد مرتبط را در زمان مناسب مطلع سازد.
در این سطح از کارخانه هوشمند می‌توان داده‌ها را با کمک یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی تجزیه و تحلیل کرد. این سطح نسبت به سطح قبلی خودکارتر است و می‌تواند مسائل یا ناهنجاری‌های کلیدی را پیش از خرابی‌ها پیش‌بینی کند.
(از مطلب کشاورزی هوشمند نیز بازدید کنید.)
سطح چهارم: داده‌های عمل‌گرا
در این مرحله، یادگیری ماشینی می‌تواند راه‌حل‌های عملی را برای مسائلی که در مراحل اول شناسایی شده‌اند، ارائه دهد. ماشین‌ها و دستگاه‌های تولیدی که به این ماژول متصل هستند، می‌توانند تغییرات را بدون دخالت انسان ایجاد کنند. جمع‌آوری داده‌ها، شناسایی مسائل و ایجاد راه‌حل به صورت متوالی و بدون دخالت انسان انجام می‌شود.
سطح چهارم مبتنی بر ماهیت فعال سطح سه است تا برای مسائل راه‌حل ایجاد کند و در برخی موارد برای کاهش یک مشکل یا بهبود یک فرایند بدون دخالت انسان اقدامی انجام دهد.
(پیشنهاد می‌کنیم از مطلب انبار هوشمند نیز بازدید کنید.)
اصول کلیدی یک کارخانه هوشمند
اصول کلیدی پشت هوشمند سازی کارخانه ها و مدیریت کارخانه از راه دور، اتصال در کنار تجزیه و تحلیل داده‌ها و تشخیص است که منجر به خاموشی‌های کمتر، بهبود فرآیندها و بهینه‌سازی امکانات می‌شود. یک کارخانه هوشمند مبتنی بر استفاده از جدیدترین فناوری‌ها و اتصال است تا فرآیندها را بهبود بخشد.
استفاده از فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیا و هوش مصنوعی امکان ایجاد کارخانه‌ای پاسخگوتر و در عین حال پیش‌بینی‌کننده‌تر کمک می‌کند و باعث حداکثر استفاده از منابع موجود برای ارائه‌ی تولید مقرون به صرفه و کارآمدتر می‌شود.
ایجاد یک کارخانه هوشمند
هوشمند سازی کارخانه ها به معنای ارتقای یک کارخانه به گونه‌ای هوشمند است که احتمالا به نظر گران قیمت می‌رسد اما می‌تواند باعث تغییرات سریع و موثر بدون نیاز به تعویض دستگاه‌ها در زنجیره‌ی تولید شود. اگر زنجیره‌ی تولید خود را ارزیابی کنید و مهمترین بخش‌ها را انتخاب کنید، می‌توانید به سرعت تغییراتی ایجاد کنید که به نفع کل فرآیند باشد.
تجزیه و تحلیل این حوزه‌های کلیدی ممکن است اطلاعاتی در مورد آنچه در آینده باید بهبود پیدا کند نیز ارائه می‌دهد. این تحلیل‌ها باید با توسط تیم متخصص از جمله متخصصان در حوزه‌ی کسب و کار انجام شود. هر چه بیشتر بتوانید نیروی کار را در بهبودها مشارکت دهید، تغییرات موثرتر خواهند بود.
کارمندان همچنین ممکن است برای استفاده از هر گونه تجهیزات جدید نیاز به آموزش داشته باشند. درواقع، به جای نیاز به کارمندان کمتر در محل کار، مهارت‌هایی که کارمندان شما نیاز دارند، تغییر خواهد کرد چرا که این افراد باید بر سیستم‌ها نظارت کنند، داده‌ها را جمع‌آوری کنند و بازرسی، تعمیرات یا تغییرات لازم را اعمال کنند.
مهندسان در کارخانه هوشمند باید برنامه‌ای برای بهینه‌سازی فرآیندها، افزایش فروش، کاهش هزینه‌ها و صرفه‌جویی در زمان در طول کل فرایند تویلد طراحی کنند.
(در مورد هوشمند سازی صنایع نیز مطالعه کنید.)
کارخانه های هوشمند و امنیت سایبری
از آنجایی که کارخانه‌های هوشمند به سیستم‌های محاسباتی و دیجیتالی متکی هستند، امنیت سایبری نیز بسیار حائز اهمیت است. حفاظت از داده‌ها و حفظ حریم خصوصی برای هر کسب و کاری ضروری است و به محض دیجیتالی شدن صنایع، امنیت سایبری باید حفظ شود.
در برخی موارد از جمله مسائل ایمنی، صنعت داده‌ها را به نفع همه با شرکت‌های دیگر به اشتراک می‌گذارد. با این حال، اجزا، فرآیندها و سایر داده‌ها در کارخانه هوشمند باید از خطای تصادفی یا حتی هک عمدی محافظت شود.
مسائل مربوط به امنیت سایبری ممکن است هزینه‌ی بیشتری ایجاد کند که باید هنگام بررسی مزایای هوشمند سازی کارخانه و اینکه آیا ارزش هزینه کردن در راه‌اندازی را دارد یا خیر، در نظر گرفته شود.
(در مورد هک خانه هوشمند مطالعه کنید.)
جمع بندی مبحث کارخانه هوشمند
در این مقاله کارخانه هوشمند در مورد هوشمند سازی کارخانه‌ها و مزایای آن صحبت کردیم و گفتیم که کارخانه‌های هوشمند از فناوری‌های مختلفی استفاده می‌کنند که امکان جمع‌آوری و ارزیابی داده‌های فرآیند و ارائه‌ی بهبود در کارایی و غیره را فراهم می‌کنند. بهینه‌سازی در فرآیندهای یک کارخانه هوشمند می‌تواند شامل بهبودهای رویه‌ای، بهبود بازرسی و نگهداری، تدارکات، زمان‌بندی و حتی استفاده از کارکنان باشد.
با استفاده از اینترنت اشیا در کنار تجزیه و تحلیل داده‌ها و حسگرها، یک کارخانه هوشمند می‌تواند به بخشی فعال از حرکت به سمت انقلاب صنعتی چهارم تبدیل شود و پیشرفت‌هایی در کل فرآیند ایجاد شود.
تصمیم برای هوشمند سازی یک کارخانه نیاز به درگیر کردن همه‌ی بخش‌های یک شرکت دارد اما در نهایت باید بر اساس مقایسه‌ی دقیق انجام شود که آیا ارزش آن را برای تسهیلات خاص یا مدل تجاری شما دارد یا خیر.
