همزادهای دیجیتالی به ابزاری کلیدی برای کمک به فرآیندهای تولید برنامه‌ریزی کارخانه‌ها تبدیل‌شده‌اند.
در میان چالش‌هایی که COVID – 19 به تولیدکنندگان تحمیل کرده است، نیاز به برنامه برای حفظ سطوح بهینه تولید بدون قربانی کردن ایمنی کارمندان بسیار حیاتی بوده است. همگرایی جهان‌های دیجیتالی و واقعی همان‌طوری که در شبیه‌سازی و روباتیک تجلی یافت، ابزاری را برای تطبیق و شکوفایی صنایع در زمان‌های سخت در بر دارد.
بر اساس گفته‌های زیمنس، دو مجموعه از فناوری می‌تواند در طول پاندمیک و پس‌ازآن به تولیدکنندگان کمک کند. با امکان‌پذیر کردن مشاهده‌ی پیکربندی کارخانه برای مدیران و کارمندان در هر نقطه‌ای، همزادهای دیجیتالی (DT) می‌تواند سازمان‌دهی کلی را برای به‌کارگیری بهترین اقدام ارائه کند. کارمندان می‌توانند ترتیب کاری روی یک ماشین را با تصویرسازی دوبعدی/ سه‌بعدی مجازی ببینند و به کل همزادهای دیجیتال درون کارخانه دسترسی دارند.
زیمنس بیان نموده است که در کنار همزادهای دیجیتالی، واقعیت تقویت‌شده و واقعیت مجازی (AR/VR) می‌توانند سطحی واقعی از رؤیت را به کارمندان ارائه کنند. استفاده از آزمون مجازی پذیرش کارخانه (FAT)، کمیسیونهای مجازی و پایش از راه دور به خاطر شرایط پاندمی شتاب گرفته است. AR/VR می‌توانند ازنظر صرفه‌جویی هزینه و زمان و بهبود فاصله اجتماعی مزایایی را برای مشاغل ارائه کنند.
دکتر Vincent Guo، مدیر توسعه، راهبرد و سرمایه‌گذاری مشاغل برای تولید دیجیتال در نرم‌افزار صنایع دیجیتال به سؤالات ذیل از گزارش رباتی در مورد گرایشات درزمینه‌ی همزادهای دیجیتال و AR/VR پاسخ داده است.
با شبیه‌سازی شروع کنیم
همزادهای دیجیتالی چگونه می‌توانند به عملیات‌هایی که در آستانه‌ی اتوماسیون هستند، کمک کنند؟ برای عملیات‌هایی که تاکنون از مزایای روبات‌ها بهره می‌برند چطور؟
Guo: همزادهای دیجیتالی می‌توانند به درک توجیه‌پذیری اتوماسیون شرکت، پیش‌بینی بهبودهای بالقوه و کاهش ریسک در طول پیاده‌سازی و غیره کمک کند.
به‌عنوان‌مثال می‌توان از همزاد دیجیتالی برای درک این‌که امکان استفاده از سیستم‌های الکتریکی- مکانیکی (معمولاً ترکیبی از ربات‌ها، سازه‌های مکانیکی، سروُ موتورها و سیستم‌های کنترلی) برای انجام عملیاتی شبیه به عملیات انجام‌شده توسط انسان وجود دارد یا خیر بهره برد. درنتیجه این شبیه‌سازی‌ها برای اعتبارسنجی طراحی سازه‌های مکانیکی، تنظیم سلول‌های اتوماسیون، منطق کنترل برای انجام فرآیندهای تولید و غیره استفاده‌شده‌اند.
یکی از آن المان‌هایی که به‌طور کامل شناخته‌شده، ترتیب بندی سخت‌افزار و ایجاد خط تولید خودکار مطابق با طراحی معتبر برای تولید است. این موضوع می‌تواند از منظر مالی بهبود خوبی ایجاد کند چراکه تدارکات سخت‌افزاری دیرتر رخ می‌دهد و کمیسیون‌ها زمان کمتری می‌برد. این کار می‌تواند مسائل مربوط به استخدام را نیز کاهش دهد چراکه مسائل را می‌توان قبل از آن‌که سخت‌افزار خریداری‌شده شناسایی نمود و به علت به‌کارگیری سریع‌تر محصول، به‌سرعت به پول خواهیم رسید.
برای کارخانه‌هایی که تا به امروز با ربات‌ها کار می‌کردند، همزادهای دیجیتالی تولید می‌تواند دست کاربر را در موارد زیر باز بگذارد:
- پیاده‌سازی استاندارد شرکت برای پایداری مدیریت پروژه‌های جاری و آتی. به‌عنوان‌مثال، طراحی معتبر قدیمی را می‌توان مجدداً استفاده نمود و طراحی‌های جدیدی ایجاد نمود که می‌توانند مؤثرتر باشند.
- مقاوم‌سازی محصول موجود در جهان دیجیتالی برای محصول بعدی بدون تداخلی با تولید جاری.
- استفاده از بینش‌های برخاسته از محصولات و تولید موجود. این ورودی بسیار مهمی برای همزادهای دیجیتالی به‌منظور بهبود محصول نسل بعد خواهد بود.
به‌عنوان‌مثال، اتوماسیون JR (تأمین‌کننده تولید خودکار هوشمند و فناوری‌های توزیع) از فناوری همزادهای دیجیتالی برای دستور دهی مجازی به سلول رباتیک توسعه یافته برای کاربردهای هدایت مواد، بهره می‌برد.
در سال گذشته نرم‌افزار شبیه‌سازی به چه میزان گسترش یافته است؟
Guo: به‌مانند ابزارهای CAD، ابزار همزاد دیجیتالی تولید از دوبعد به سه بعد گسترش پیدا کرده است. امروزه، شبیه‌سازی‌ها را می‌توان در VR مشاهده نمود. این پیشرفت از همکاری‌های از راه دور پشتیبانی می‌کند. با المان‌های بیشتری که در شبیه‌سازی یکپارچه‌سازی شده است، چیزی که زمانی با شبیه‌سازی مکانیکی خالص مبتنی بر توالی زمانی شروع‌شده بود امروزه سیگنال دهی الکتریکی را برای اعتبارسنجی منطق کنترل اضافه نموده است.
شبیه‌سازی‌ها درگذشته روی رفتار ماشین‌های خاصی تمرکز داشته‌اند، درحالی‌که امروزه می‌توان رفتار کل سیستم را نیز شبیه‌سازی نمود که شامل سطح مشترک‌های بین ماشین‌ها، AGV ها (وسایل نقلیه با هدایت خودکار) و افراد نیز می‌شود.
شبیه‌سازی‌های عملیات انسانی از وضعیت ایستا به حالت دینامیکی تغییر پیدا کرده است. امروزه می‌توان جراحات بالقوه به بخش‌های مختلف بدن انسان در طول عملیات (حتی باوجود همکاری با روبات‌ها) را نیز تشخیص داد. شبیه‌سازی‌ها با استفاده از ابزارهای قدرتمند برای انجام تحلیل شرط و جزا می‌توانند ارزش‌افزوده‌ای به واقعیت ارائه کند. ما برنامه داریم که در آینده هوش مصنوعی بیشتری را برای انجام شبیه‌سازی بیاوریم تا طراحی و اعتبارسنجی سیستم تولید انعطاف‌پذیر را آسان‌تر نماید.
بخش نرم‌افزار صنایع دیجیتال زیمنس (DI SW) برای چهار دهه برای بخش روباتیک و اتوماسیون راه‌حل‌هایی ارائه داده است. از آزمایشات، مشاهدات و ایده‌های ما، برای طراحی سیستم تولید رباتیک و استخدام خط‌مشی تکاملی توسعه داده‌ایم.
شبیه‌سازی‌های ربات به‌دقت نیاز دارد
دقت سیستم‌های زیمنس در مدل‌سازی ربات‌های جدید را به‌عنوان بخشی از عملیات کارخانه چقدر است؟
Guo: مدل‌سازی مکانیکی ربات‌ها به همان دقت سخت‌افزار است. سیگنال‌های کنترلی توانایی 100% دقت را دارند چراکه آن‌ها از منظر دیجیتالی بی‌نقص هستند. حرکت ربات در فضا و زمان را به‌مانند شبیه‌سازی ربات واقعی بین‌المللی یا استاندارد RRS می‌توان با دقتی نزدیک به 99% مدل نمود. زیمنس با فروشندگان ربات رابطه‌ی نزدیکی دارد تا از آن‌که نرم‌افزار شبیه‌سازی پشتیبانی کاملی برای برندهای سخت‌افزار جهانی ارائه می‌کند، تضمین ایجاد شود.
زیمنس در موقعیت خاصی قرار دارد چراکه برای مهندسی سیستم تولید، سخت‌افزار شبیه‌سازی ارائه می‌کند و این در حالی است که به‌طور هم‌زمان سخت‌افزارهایی نظیر PLC (کنترل‌کننده‌های منطقی قابل‌برنامه‌ریزی)، HMI (سطح مشترک انسان- ماشین) و موتورهای موردنیاز در خط اتوماسیون را تأمین می‌کند. درنتیجه یک مشتری زیمنس می‌تواند از یکپارچه بودن سخت‌افزار و نرم‌افزار خود لذت ببرد چراکه از جریان کار غیرملموس از شروع طراحی و دستور و عملیات تضمین ایجاد می‌کند.
نمونه‌هایی از کمک همزادهای دیجیتالی یا AR و VR به تولیدکنندگان بیاورید؟
Guo: در شرکت‌های هوافضایی، تغییر ترتیب بندی‌ها نسبتاً مکرر است و دسته‌های کارکنان کوچک هستند. ممکن است که اپراتورها به تغییرات سریع نیاز داشته باشند که در به یادآوری دستورالعمل کار جدید چالش ایجاد می‌کند. AR ابزاری مفید در راهنمایی اپراتورهای انسانی برای مشاغل مونتاژ پیچیده و در حال تغییر است.
می‌توان با استفاده از ابزار شبیه‌سازی زیمنس و استفاده از آن به‌عنوان دستورالعمل کارهای الکتریکی (EWI) برای توزیع درون کارگاه، عملیات مونتاژی را طراحی و اعتبارسنجی کرد. ازآنجایی‌که EWI ها در دیتابیس به محصولات مرتبط هستند (شبیه به EWI در سیستم PLM (مدیریت چرخه عمر محصول) که به سیستم MES متصل است)، آن‌ها به‌طور خودکار برای اپراتور مربوطه در کارگاه نشان داده می‌شوند.
واقعیت تقویت‌شده برای مهندسی روباتیک به هنگامی‌که بخشی موردنیاز برای اتمام طراحی در دنیای فیزیکی باشد نقشی کمرنگ داشته است. به‌عنوان‌مثال، وقتی یک فرایند رباتیک در حال کار با یک فیکسچر را طراحی می‌کنیم، هر یک از این سه مورد می‌تواند کمرنگ باشند: ربات، قطعه یا فیکسچر. کاربر می‌تواند ربات را با استفاده از AR روی قطعه‌ی فیزیکی تصویر کند تا از لقی یا صحیح بودن فیکسچر قبل از ارسال سفارش به کارخانه اطمینان ایجاد کند.
وقتی عملیات‌های انسانی در شبیه‌سازی تولید را در نظر می‌گیریم، فناوری‌هایی نظیر برداشت حرکت و VR نیز مورداستفاده قرار می‌گیرند. برای عملیات انسانی، VR می‌تواند در محیط غوطه‌ور شود و این برای طراحی بررسی، ارزیابی پروژه و آموزش بسیار مفید باشد. حتی می‌توان از برداشت حرکت با VR برای بالا بردن سطح تجربیات استفاده نمود.
می‌توانید مثال‌هایی بیاورید که AR/VR برای برنامه‌ریزی یا مدیریت ربات‌ها بکار رفته باشد؟ آن‌ها فرآیندهای انسانی را نیز در نظر می‌گیرند؟
Guo: وقتی طراحی ایستگاه رباتی در نرم‌افزار شبیه‌سازی انجام شد، کاربر می‌تواند با استفاده از VR به‌طور مستقیم وارد آن شود. کاربر می‌تواند حرکت ربات را ببیند، ربات‌ها را دست‌کاری کند و بدون ریسک آسیب جراحات یا خرابی تجهیزات با همکاران از راه دور همکاری کند.
کاربرد دیگر VR شامل بررسی طراحی و تشخیص مسائل و ثبت، ارزیابی ایمنی در ایستگاه‌های رباتیک می‌شود. VR را می‌توان با برداشت حرکت برای اعتبار سنجی ارگونومی انسان، ماکت‌های دیجیتالی و محاسبات زمانی مورداستفاده قرارداد.
شبیه‌سازی می‌تواند انسان‌های درون فرآیند را نیز وارد کنند.
پاندمی نظارت مسئولان روی تولید را به چه میزان سخت کرده است؟ آیا کارمندان درون کارگاهی تحت تأثیر بیشتری نیستند؟
Guo: درواقع امروزه براثر پاندمی ملاحظات بیشتری وجود. به‌خصوص این ملاحظات مربوط به نیروی کار انسانی درون محیط کارگاهی است. به‌عنوان‌مثال، ما می‌خواهیم با اجبار حفظ فاصله‌ی اجتماعی از سلامت اپراتورهای انسانی تضمین ایجاد کنیم. ما می‌تواند سیستم تولید را تقویت کرده و برای برآورد راهنمایی‌های مربوط به فاصله‌گذاری اجتماعی صحیح طرح‌های جدید یا توالی کار جدیدی را طراحی نماییم.
در تصویر زیر نواحی سبز نشان‌دهنده‌ی مسیرهایی است که اپراتور می‌تواند در طول کار از آن عبور کند. خطوط قهوه‌ای ناحیه‌ای را نشان می‌دهد که دو اپراتور می‌توانند در نزدیک یکدیگر در سلول تولید باشند. این تصویر به‌طور دینامیکی و با شبیه‌سازی حرکت واقعی اپراتورها در کارگاه تولید شده است.
آیا در طول پاندمی زیمنس برای همزادهای دیجیتالی و AR/CR افزایش تقاضا داشته است یا مشاغل از این فناوری‌ها آگاه‌تر شده‌اند؟
Guo: نیاز برای همزادهای دیجیتالی افزایش پیدا کرده است. وقتی مشتریان حضور فیزیکی خود را کاهش داده‌اند، روش‌های دیجیتال برای تسهیل طراحی تولید، بکار گیری و عملیات به‌اصطلاح به سطح «هرچه بیشتر بهتر» رسیده‌اند. زیمنس مشتریانی دارد که بیان کرده‌اند ای‌کاش استفاده از نرم‌افزار بکار گیری در شرکتشان زودتر رخ می‌داد.
به‌عنوان‌مثال، شرکت ذوب و تزریق پلاستیک iMFLUX از همزاد دیجیتالی زیمنس به‌منظور تجهیز مجدد سریع برای ساخت آزمایش‌های COVID – 19 استفاده کرده است.
به‌علاوه افزایش توجهات و شکوفایی AR/VR در همه‌ی صنایع وجود دارد. به دلیل محدودیت‌های ایجادشده برای سفر، VR برای همکاری‌های چند ایستگاهی و چند مکانی موردنیاز است. یکی از مشتریان زیمنس جلسات بررسی را به‌صورت هم‌زمان با شش مکان مختلف در دنیا و با استفاده از 15 عینک VR در هر جلسه انجام می‌دهد.
چشم‌اندازهای آتی برای همزادهای دیجیتالی، AR/VR
همزادهای دیجیتالی یا AR/VR در چه زمینه‌هایی نیاز به کار دارند؟
Guo: بخش تجربیات کاربر AR/VR و دقت سخت‌افزار زمینه‌ی بازی برای بهبود است. به‌عنوان‌مثال، هدست VR سنگین است، طول عمر باتری کمی دارد و برای افراد عینکی چالش‌برانگیز است. دستگاه‌های VR و AR در فضا دقت سانتی‌متر ارائه می‌کنند. این سطح از دقت استفاده از آن را محدود می‌کند مخصوصاً وقتی به‌دقت مکانیکی بسیار حیاتی باشد.
همزادهای دیجیتالی به‌عنوان فناوری جدید در حال پیشرفت بوده و به‌طور پیوسته محصولات جدیدی نیز معرفی می‌شوند. به هنگامی‌که همزادهای دیجیتالی به‌طور کامل به رشته دیجیتالی متصل باشند، بهترین عملکرد را دارند (طراحی محصولات مرتبط، مهندسی ساخت، محیط کارگاهی و استفاده از محصول). این زمینه‌ای است که به همکاری نزدیک تأمین‌کنندگان فناوری و کاربران برای یافتن تمامی پتانسیل‌های همزادهای دیجیتال نیاز دارد.
البته که ما امیدواریم پاندمی COVID – 19 هرچه زودتر از بین برود، اما در سال آینده چه روندی را برای استفاده از این فناوری‌ها انتظار دارید؟
Guo: پاندمی COVID – 19 نیاز برای دیجیتالی شدن تولید را هر چه بیشتر تسریع نمود. بسیاری از شرکت‌ها دریافتند که همزادهای دیجیتالی کامل برای تولید به‌منظور پاسخ سریع به تغییرات زنجیره تأمین، متعادل‌سازی مجدد ظرفیت و مدیریت/ بهینه‌سازی محصول کلیدی است.
سفارش دهی مجازی نیز برای پشتیبانی محیط‌های کاری توزیع‌شده برای مهندسی و ساخت و به‌منظور همکاری در توسعه‌ی محصول، مهندسی ساخت و موقعیت‌های مکانی کارخانه کلیدی است. راهکارهای SaaS (نرم‌افزار به‌عنوان یک خدمت)[software-as-a-service] مبتنی بر چشم‌انداز صنعتی نشان می‌دهد که نرم‌افزار صنایع دیجیتال زیمنس یکی از کلیدی‌ترید فناوری‌ها در 2021 است. زیمنس به مشتریان خود اجازه‌ی استفاده از راهکارها و محصولات خود را به‌عنوان خط‌مشی یا SaaS می‌دهد تا به آن‌ها در کاهش هزینه و بازیابی سریع از تلفات ناشی از COVID – 19 کمک کرده باشد.
گرایشات اتوماسیون با ربات‌های پیشرفته به علت کاهش هزینه‌ی فناوری روباتیک پیش از وقوع پاندمی COVID- 19 آغازشده بود. اما پاندمی تولیدکنندگان را در سرعت بخشیدن به این گذار تشویق نمود و تقاضای رو به افزایشی برای تولید و پشتیبانی خودکار به وجود آمده است. ارتباط IoT (اینترنت اشیاء) AI برای بهینه‌سازی عملکرد و بکار گیری از ماشین‌ها و ربات‌ها در کل خط ماشین‌کاری و کارخانه به عضوی کلیدی تبدیل‌شده است. این امر تنها با همزادهای دیجیتالی کامل تولید امکان‌پذیر است.
