کارخانه هوشمند، سیستم قدرتمندی همانند یک انسان بسیار باهوش است که مجهز به چشمان و گوشهای هوشمند (سنسورها) است و همه چیز را در کارخانه می‌بیند و می‌شنود. این اطلاعات به یک مغز هوشمند (یک کامپیوتر قوی) ارسال شده که می‌تواند داده‌ها را تحلیل کرده و تصمیمات لازم را بگیرد. دستهای هوشمند (ماشینها و رباتها) بدون نیاز به کمک انسان، کارهای مختلف را با سرعت و دقت بالا انجام می‌دهند.
در این سیستم، تمام اجزا با هم در ارتباط بوده و مانند اعضای بدن انسان، به شکل یکپارچه با یکدیگر همکاری میکنند. علاوه بر این کارخانه هوشمند، از تجربه‌های گذشته یادگرفته و مشکلات را پیشبینی و حل میکند. بدین ترتیب، این سیستم می‌تواند محصولات بهتر و بیشتری تولید کرده و کارایی و بهره‌وری را افزایش دهد.
مفهوم کلی کارخانه هوشمند (اسمارت فکتوری)
اشاره شد که کارخانه‌های هوشمند از سیستمها و ماشین‌آلات به هم پیوسته برای تولید داده‌ها (اکثراً به شکل Real-Time)، به منظور بهبود فرآیندهای طراحی، توسعه، تولید، بازاریابی، توزیع و پشتیبانی محصول استفاده میکنند.
این سیستم برای اپراتورهای ماشین‌آلات، سرپرستان خط، مهندسان و مدیران شرکت، امکان اتخاد تصمیمات بهتری را فراهم میکنند. در عین حال، ماشینها و دستگاه‌های کارخانه‌های هوشمند، داده‌هایی را درباره سلامت خود تولید کرده تا قبل از خراب شدن و از کار افتادن، فرآیند تعمیر و نگهداری آنها انجام شود.
شایان ذکر است که کارخانه‌ها سالهاست از سیستم اتوماسیون و رباتیک استفاده میکنند، اما صرفاً به دلیل بهره‌گیری از این امکانات، در زمره کارخانه‌های هوشمند قرار نمی‌گیرند، مگر اینکه از سیستمها و ماشین‌های کاملاً یکپارچه استفاده کرده و به تعبیر دیگر دنیای فیزیکال را با دنیای دیجیتال ترکیب کنند.
در اغلب کارخانه‌های هوشمند از رباتیک پیشرفته و گاهی اوقات چاپ سه بعدی استفاده می‌شود. در واقع کارخانه‌های هوشمند را می‌توان به عنوان مظهر دنیای واقعی مفهوم گسترده‌تر تولید هوشمند قلمداد کرد.
اسمارت فکتوری (کارخانه هوشمند) و تولید هوشمند
در حال حاضر اغلب تولیدکنندگان صنعتی از جدیدترین نوآوری‌های دیجیتال به منظور بازنگری و بهبود عملکرد خود استفاده میکنند. در یک نظرسنجی که سال 2023 از 1350 تولیدکننده در 13 کشور توسط شرکت تحقیقاتی و استراتژیک Sapio Research و شرکت اتوماسیون صنعتی Rockwell Automation انجام شده است، 97% از پاسخ‌دهندگان اظهار داشته که قصد دارند از فناوریهای تولید هوشمند که می‌تواند همه چیز از رباتیک گرفته تا اینترنت اشیاء (IoT) را در برگیرد، طی یکی دو سال آینده استفاده کنند.
این سرمایه‌گذاری‌ها با تقویت و بهبود شیوه‌های اتوماسیون مرسوم، فواید و بازدهی فوری را به همراه دارند، از سوی دیگر زمینه را برای تولیدکنندگان فراهم میکنند تا با راه‌اندازی کارخانه‌های هوشمندی که بر اتصال متقابل سیستمها و اشتراک‌گذاری داده‌ها تأکید دارند، در مورد چگونگی بهره‌گیری از امکانات و تسهیلات خود بازنگری کرده تا ضمن کاهش بیشتر هزینه‌ها، کالاهای خود را سریعتر و با نقص‌های کمتری تولید کنند.
تولید هوشمند به چه معناست؟
به طور کلی تولید هوشمند به مفهوم استفاده از فناوریهای مختلف به منظور ایجاد هماهنگی بین فرآیندهای فیزیکی و دیجیتالی در صنعت و در سراسر زنجیره تأمین و تولید است. این فرآیندها شامل تأمین منابع، تدارکات، تولید و دفع مواد زائد هستند. در واقع، هدف اصلی تولید هوشمند، بهبود کارایی عملیاتی و پاسخ سریع به نوسانات عرضه و تقاضاست.
نکات کلیدی تولید هوشمند
- تولید هوشمند مفهوم استفاده از فناوریهای کاملاً یکپارچه برای جمع آوری داده‌ها و دیجیتالی کردن فرآیندها در صنایع و در سراسر زنجیره تأمین تولید است.
- کارخانه‌های هوشمند به عنوان مظهر دنیای واقعی مفهوم تولید هوشمند قلمداد میشوند.
- بکارگیری هوش مصنوعی، یادگیری ماشین، اینترنت اشیا، و رباتیک پیشرفته باعث میشوند تا اغلب کارخانه‌های هوشمند مثل ساعت، بطور دقیق کار کنند.
- از آنجایی که کارخانه‌های هوشمند میتوانند هزینه‌ها را کاهش و کارایی را افزایش دهند، این امکان را به وجود بیاورند که تولید بر اساس تغییر تقاضا مقیاس‌پذیر بوده و به سرعت تطبیق داده شود و در عین حال وابستگی به کارگران و تولید محصولات دارای نقص را کاهش دهند، برای تولیدکنندگان جذاب هستند.
توصیف کارخانه هوشمند و تولید هوشمند
در حالی که اصطلاحات تولید هوشمند و کارخانه‌های هوشمند اغلب به جای یکدیگر استفاده میشوند؛ اما باید توجه داشت که مفاهیم متفاوتی هستند.
تولید هوشمند به مفهوم استفاده از فناوریهای پیشرفته و به هم پیوسته به منظور هماهنگ کردن فرآیندهای فیزیکی و دیجیتالی در کارخانه‌ها و در سراسر زنجیره تأمین با هدف ایجاد بهبود در کارایی و عملکرد است.
از طرف دیگر، کارخانه‌های هوشمند این ایده را با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده از تجهیزات شبکه‌ای ادغام شده با حسگرها (معروف به IIoT یا اینترنت اشیا صنعتی) که به خطوط مونتاژ خودکار و رباتها متصل (pair) هستند، عملی کرده‌اند.
برای مثال، یک کارخانه هوشمند می‌تواند خطاهای احتمالی تولید را با استفاده از حسگرهای تعبیه شده و متصل به ماشینها، زودتر شناسایی کرده و به یک ربات فرمان دهد تا قبل از بروز مشکل، مداخله کند. پیشرفت‌های تکنولوژیکی از این قبیل، انقلاب صنعتی چهارم را که معمولاً Industry 4.0 نامیده می‌شود، هدایت کرده و مسیر آن را مشخص میکند.
در واقع، هدف نهایی یک کارخانه هوشمند، سرعت بخشیدن به فرآیندها و حذف خطاهای احتمالی است. حتی با وجود اتوماسیون کارخانه هوشمند، انسانها هنوز نقشی حیاتی در روند تولید ایفا میکنند. به عنوان مثال، اپراتورهای خط، میتوانند داده‌های تولید را روی یک تلفن همراه ردیابی کرده و تصمیم بگیرند که یک دستگاه را به‌طور متفاوتی بر اساس داده‌ها بارگیری کنند تا منجر به بهبود عملکرد دستگاه یا کل خط تولید گردد.
اسمارت فکتوری چگونه کار میکند؟
کارخانه هوشمند برای جمع‌آوری و اشتراک‌گذاری داده‌ها در هر مرحله از فرآیند تولید، به شبکه‌ای از حسگرها و نرم‌افزار متکی بوده و به تولیدکنندگان کمک میکند تا روند تولید خود را با سرعت بیشتری انجام داده و در عین حال، نگهداری سیستم و کیفیت محصول را ارتقاء دهند.
به عنوان مثال، مواد اولیه در یک خط تولید کارخانه ممکن است دارای حسگری باشند که در صورت کمبود منابع، درخواست پر کردن مجدد را فعال کرده تا یک ربات برای جلوگیری از تأخیر، مواد اولیه جدید را به موقع تحویل دهد. علاوه بر این، ماشینها به طور مداوم داده‌هایی درباره سلامت خود تولید کرده، نیازهای نگهداری و تعمیر را پیشبینی کرده و میزان خرابی‌ها و توقف تولید را کاهش می‌دهند. در عین حال، ماشین‌های به هم پیوسته در یک کارخانه هوشمند با شناسایی اشکالات در مواد اولیه از تولید محصولات دارای نقص جلوگیری میکنند.
مزایای اسمارت فکتوری
شرکت مشاورهای و تحقیقات بازار Grand View Research تخمین می‌زند بازار جهانی فناوری تولید هوشمند که شامل فروش حسگرها، رباتها، نرم‌افزارهای پیشرفته و سایر دارایی‌های تکنولوژیکی است، از 254.24 میلیارد دلار در سال 2022 به 787.54 میلیارد دلار تا سال 2030 خواهد رسید.
در واقع تولیدکنندگان به دنبال مزایای زیر هستند که در این فناوری سرمایه‌گذاری میکنند:
- هزینه‌های پایینتر: کارخانه‌های هوشمند هزینه‌های خود را عمدتاً با کاهش تعداد کارمندان، خطاهای انسانی، و از طرفی افزایش عمر ماشینها به واسطه بکارگیری سیستم نگهداری و تعمیرات پیشگویانه (PdM)، کاهش می‌دهند.
- اتخاذ تصمیمات بهتر و سریعتر: داده‌های جمع آوری شده از حسگرها و تجزیه و تحلیل آنها در هر مرحله از فرآیند تولید، از جمله در سراسر زنجیره تأمین، به مدیران و کارگران در مراحل مختلف کمک میکند تا تصمیمات آگاهانه‌تر و سریعتری بگیرند. به عنوان مثال، متخصصان زنجیره تأمین میتوانند توصیه‌های یک کارخانه هوشمند در ارتباط با سفارش مواد اولیه بیشتر، بررسی کرده و در صورت تأیید این توصیه‌ها، تصمیم بگیرند که چه زمانی محموله مورد نظر باید در اختیار کارخانه قرار گیرد. یا اینکه میتوانند داده‌های موجود را بررسی کرده و تصمیم بگیرند الگوریتم توصیه‌گر فعلی را تغییر دهند تا توصیه‌های آتی، تطابق بیشتری با نیازهای تولیدکننده داشته باشد.
- افزایش کارایی: راندمان تولید به طور کلی به کیفیت و اثربخشی کار در حال تکمیل اشاره دارد، نه به مقدار خروجی تولید شده (بهره‌وری). به این ترتیب، فناوریهای کارخانه‌های هوشمند، افزایش میزان کارایی را عمدتاً با به حداقل رساندن افزونگی‌های فرآیند، خودکار کردن وظایف تکراری، کاهش زمان و مواد تلف‌شده، به حداقل رساندن زمان خرابی و توقف تولید، تأمین به موقع مواد اولیه و پر کردن موجودی‌ها بر اساس کمبودهای پیشبینی شده، انجام می‌دهند.
- انجام کارهای بیشتری با افراد کمتر: در حالی که هنوز انسانها نقش مهمی در کارخانه‌های هوشمند ایفا میکنند، فرآیندهای خودکار به تولیدکنندگان این امکان را می‌دهند که کار بیشتری را با کارمندان کمتر انجام دهند. انجمن ملی تولیدکنندگان پیشبینی کرده است که حدود 2.1 میلیون شغل تولیدی در ایالات متحده تا سال 2030 به دلایل مختلف جمعیت شناختی، اقتصادی و موارد دیگری از این قبیل خالی خواهد ماند و این نکتهای بسیار حائز اهمیت برای تولیدکنندگان است.
- کاهش اثرات زیست محیطی: با استفاده کارآمدتر از مواد با کمک فناوریهای هوشمند و به هم پیوسته، کارخانه‌های هوشمند به تولیدکنندگان کمک میکنند تا مقدار زباله‌هایی را که قرار است به محل دفن زباله انتقال داده شوند، کاهش داده و به این ترتیب میزان کربن فوتپرینت (رد پای کربنی) و گازهای گلخانه‌ای خود را نیز کاهش دهند. تولیدکنندگان همچنین میتوانند استفاده از مواد و اجزای پایدار و ردیابی مبدأ و انتقال این کالاها توسط فناوریهای بلاک چین و سیستم شناسایی امواج رادیویی(RFID)، در اولویت قرار دهند.
