کارخانه هوشمند چیست؟

کارخانه هوشمند یک سیستم فیزیکی سایبری است که از فناوری‌های پیشرفته برای تجزیه و تحلیل داده‌ها، هدایت فرآیندهای خودکار و یادگیری در حین انجام کار استفاده می‌کند.

نمای کلی کارخانه هوشمند

همانطور که از نام آن پیداست، یک کارخانه هوشمند مانند خانه هوشمند… هوشمند است. یک شبکه به هم پیوسته از ماشین‌ها، مکانیسم‌های ارتباطی و قدرت محاسباتی، کارخانه هوشمند یک سیستم فیزیکی سایبری است که از فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشینی برای تجزیه و تحلیل داده‌ها، هدایت فرآیندهای خودکار و یادگیری در هر زمان استفاده می‌کند.

کارخانه‌های هوشمند و تولید هوشمند بخشی از تحول فناوری هستند که به عنوان صنعت 4.0 یا انقلاب صنعتی چهارم شناخته می‌شود. هر یک از سه انقلاب صنعتی اول از یک فناوری جدید و نوآورانه متولد شد که به طور کامل نحوه کار و تولید کالاها را تغییر داد: یعنی موتور بخار، خط مونتاژ و قدرت رایانه. امروز، انقلاب چهارم با تحول دیجیتال و اتوماسیون هوشمند هدایت می شود.

کارخانه های هوشمند برای جهانی در حال تغییر

در چند سال گذشته، به طور فزاینده ای برای رهبران کسب و کار آشکار شده است که تحول دیجیتال یک اولویت فوری برای زنجیره های تامین و عملیات تولیدی است که امیدوارند در دهه 2020 رقابتی و انعطاف پذیر باشند. این موضوع همه گیر، ضعف های زنجیره تامین جهانی و آسیب پذیری های صنعت را بیشتر آشکار کرد. مقاله‌ای در مجله فوربس این موضوع را تکرار کرد و گفت: «COVID-19 چیزی را به جهان نشان داده است که صنعت تولید از قبل باید بداند. 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.» در شرکت خانه هوشمند که تجهیزات مدرن ارائه می شود، وجود کارخانه های هوشمند یک ضرورت به حساب می آید.

انتظارات مصرف کننده نیز به توسعه فناوری های کارخانه هوشمند و کارخانه آینده کمک می کند. تقاضای مصرف کنندگان برای تحویل در روز آینده که به عنوان اثر آمازون شناخته می شود، با سرعت ثابت و سریع در حال افزایش است. به گفته مجله Entrepreneur در سال 2019، «به خوب یا بد، اقتصاد ایالات متحده و اقتصاد جهانی در گیرودار اثر آمازون هستند. ارائه‌دهندگان تجارت الکترونیک تحت فشار فزاینده‌ای برای مطابقت با سرعت و کارایی آمازون بوده‌اند، و هیچ مدرکی وجود ندارد که انتظارات مصرف‌کننده کاهش یابد.» این روند یکی از عوامل مهم در افزایش تقاضا برای فناوری کارخانه‌های هوشمند بوده است، زیرا سیستم‌های قدیمی ثابت می‌کنند که با مقیاس لجستیک و ظرفیت انبارداری که برای همگام شدن با این پدیده نیاز است، برابری نمی‌کنند.

تولیدکنندگان و مدیران زنجیره تامین با خطرات و اختلالات عملیاتی بیشتری روبرو هستند زیرا در تلاش برای به حداقل رساندن اتکای خود به شرکای بین‌المللی هستند. راه‌حل‌های کارخانه‌ای هوشمند مانند تولید بر اساس تقاضا و موجودی‌های مجازی مطمئناً می‌توانند وابستگی به تامین‌کنندگان و تولیدکنندگان خارج از کشور را به حداقل برسانند. با این حال، همانطور که هاروارد بیزینس ریویو در مقاله‌ای در سال 2020 اشاره می‌کند، بازگرداندن تولید به ایالات متحده آسان‌تر از انجام آن است. بسیاری دیگر. و همانطور که جهان برای منابع طبیعی مانند سنگ آهن یا فلز لیتیوم به مناطق مختلف متکی است، به مناطقی که این متخصصان در آن زندگی می کنند نیز وابسته شده است. افزایش تولید داخلی مطمئناً می تواند هزینه و ریسک زنجیره تأمین را کاهش دهد، اما لزوماً نیاز به شرکای خارجی را از بین نمی برد و تعداد کل پیوندهای زنجیره را کاهش نمی دهد. بنابراین بسیار مهمتر از همیشه است که فن آوری های کارخانه های دیجیتال برای بهینه سازی کارایی و دیده شدن وجود داشته باشد.

یک کارخانه هوشمند چگونه کار می کند؟

ما اغلب در مورد فرآیندهای خودکار صحبت می کنیم که گویی برای یک کارخانه هوشمند منحصر به فرد هستند – با این حال اتوماسیون و رباتیک برای دهه ها در عملیات تولید مورد استفاده قرار گرفته اند. بسیاری از کارخانه های سنتی از ماشین های خودکار مانند اسکنر بارکد، دوربین ها و تجهیزات تولید دیجیتالی در بخش های مختلف عملیات خود استفاده می کنند. اما این دستگاه ها به هم متصل نیستند. افراد، دارایی‌ها و سیستم‌های مدیریت داده‌ها در یک کارخانه سنتی، همگی جدا از یکدیگر عمل می‌کنند و باید به صورت دستی هماهنگ و به‌طور مداوم یکپارچه شوند.

یک کارخانه دیجیتال هوشمند با ادغام ماشین‌ها، افراد و داده‌های بزرگ در یک اکوسیستم واحد و دیجیتالی کار می‌کند. یک کارخانه هوشمند نه تنها داده ها را مدیریت و تجزیه و تحلیل می کند، بلکه در واقع از تجربه یاد می گیرد. برای پیش‌بینی روندها و رویدادها و توصیه و پیاده‌سازی گردش‌های کاری تولید هوشمند و فرآیندهای خودکار، مجموعه‌های داده را تفسیر و بینش به دست می‌آورد. یک کارخانه هوشمند برای اصلاح و بهینه‌سازی خود به طور مداوم تحت بهبود رویه‌ای قرار می‌گیرد – می‌تواند به خود (و انسان‌ها) انعطاف‌پذیرتر، سازنده‌تر و ایمن‌تر باشد.

ساختار یک کارخانه هوشمند

ساختار اصلی یک کارخانه هوشمند را می توان به طور کلی در سه مرحله خلاصه کرد:

اکتساب داده: هوش مصنوعی و فناوری‌های پایگاه داده مدرن امکان مدیریت و کسب مجموعه‌های متفاوتی از داده‌های مفید را در سراسر تجارت، زنجیره تامین و جهان فراهم می‌کنند. از طریق حسگرها و دروازه ها، اینترنت صنعتی اشیا (IIoT) به ماشین های متصل اجازه می دهد تا داده ها را در سیستم جمع آوری کنند. از طریق بی‌شمار پورتال داده دیگر، سیستم‌های مجهز به هوش مصنوعی می‌توانند مجموعه‌های داده‌های مربوط به عملکرد، روند بازار، تدارکات یا هر منبع مرتبط بالقوه دیگری را جمع‌آوری کنند.
تجزیه و تحلیل داده ها: یادگیری ماشینی و سیستم های کسب و کار هوشمند از تجزیه و تحلیل پیشرفته و راه حل های مدیریت داده مدرن استفاده می کنند تا تمام داده های جمع آوری شده متفاوت را درک کنند. حسگرهای IIoT می‌توانند زمانی که ماشین‌ها نیاز به تعمیر یا سرویس دارند هشدار دهند. داده های بازار و عملیاتی را می توان برای شناسایی فرصت ها و ریسک ها گردآوری کرد. راندمان گردش کار را می توان در طول زمان برای بهینه سازی عملکرد و تصحیح خودکار به عنوان تضمین مورد مطالعه قرار داد. در واقع، مجموعه داده‌هایی که قابل مقایسه و تجزیه و تحلیل هستند، امکان تقریباً نامتناهی از ترکیب‌ها را برای اطلاع‌رسانی بهینه‌سازی کارخانه دیجیتال و پیش‌بینی زنجیره تامین ارائه می‌دهند.
اتوماسیون هوشمند کارخانه: پس از جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ها، گردش کار ایجاد می‌شود و دستورالعمل‌ها به ماشین‌ها و دستگاه‌های درون سیستم ارسال می‌شوند. این دستگاه‌ها ممکن است در چهار دیوار کارخانه یا دوردست‌ها در حلقه‌های لجستیکی یا تولیدی در زنجیره تامین باشند. گردش کار و فرآیندهای هوشمند به طور مداوم در حال نظارت و بهینه سازی هستند. اگر یک گزارش خبری در مورد افزایش تقاضا برای یک محصول خاص هشدار دهد، می توان به گردش کار چاپگر سه بعدی دستور داد تا اولویت تولید آن کالا را افزایش دهد. اگر حمل و نقل مواد خام به تأخیر بیفتد، بافرهای موجودی را می توان در چرخش قرار داد تا هرگونه اختلالی را از بین ببرد.

فناوری های کارخانه هوشمند

فن آوری های کارخانه های هوشمند بسیار چابک هستند. همانطور که ابتکارات تحول دیجیتال در یک کسب و کار افزایش می یابد، تقریباً امکانات بی نهایتی برای مقیاس بندی، اصلاح و تطبیق در صورت نیاز وجود دارد.

اتصال ابری: چه عمومی، چه خصوصی و چه ترکیبی، ابر مجرای است که از طریق آن تمام داده ها و اطلاعات در یک کارخانه هوشمند جریان می یابد. اتصال ابری در سطح تجاری و جهانی تضمین می کند که هر منطقه از کسب و کار با داده های زمان واقعی کار می کند و همه دارایی ها و سیستم های متصل در زنجیره تأمین قابل مشاهده است.
هوش مصنوعی: سیستم‌های عملیاتی که از فناوری‌های هوش مصنوعی یکپارچه استفاده می‌کنند، سرعت، قدرت و انعطاف‌پذیری را دارند که نه تنها مجموعه‌های داده‌های متفاوت را جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل می‌کنند، بلکه بینش‌های بلادرنگ و توصیه‌های پاسخگو را ارائه می‌کنند. فرآیندهای خودکار و سیستم های هوشمند در یک کارخانه هوشمند به طور مداوم توسط هوش مصنوعی بهینه شده و مطلع می شوند.
یادگیری ماشینی: یکی از با ارزش ترین مزایایی که یادگیری ماشین برای کارخانه هوشمند به ارمغان می آورد، ظرفیت آن برای تعمیر و نگهداری پیش بینی پیشرفته است. با نظارت و تجزیه و تحلیل فرآیندهای تولید، هشدارها می توانند قبل از وقوع خرابی سیستم ارسال شوند. بسته به موقعیت، تعمیر و نگهداری خودکار می‌تواند انجام شود یا در صورت لزوم، مداخله انسانی توصیه شود.
Big Data: مجموعه داده های قوی و بزرگ اجازه می دهد تا تجزیه و تحلیل های پیش بینی و پیشرفته در یک کارخانه هوشمند انجام شود. کسب‌وکارها مدت‌هاست ارزش استراتژیک داده‌های بزرگ را درک کرده‌اند، اما تا همین اواخر، اغلب فاقد سیستم‌های لازم برای استفاده معنادار از آن بودند. تحول دیجیتال در زنجیره‌های تامین و کارخانه‌های هوشمند، دنیایی از پتانسیل را برای کسب‌وکارها برای بهینه‌سازی و نوآوری با استفاده از بینش‌های کلان داده باز کرده است.
اینترنت صنعتی اشیا (IIoT): در یک کارخانه هوشمند، زمانی که دستگاه ها و ماشین ها دارای شناسه های منحصر به فرد و قابلیت ارسال و دریافت داده های دیجیتالی هستند، یک شبکه IIoT را تشکیل می دهند. ممکن است ماشین‌آلات مدرن از قبل دارای پورتال‌های دیجیتالی باشند، اما حتی ماشین‌های آنالوگ چند دهه‌ای را می‌توان با دستگاه‌های دروازه‌ای IIoT برای افزایش سرعت آن‌ها نصب کرد. اساساً، داده‌های ارسال شده از دستگاه، وضعیت و فعالیت آن را گزارش می‌دهند و داده‌های ارسال شده به دستگاه، اقدامات و گردش کار آن را کنترل و خودکار می‌کند.
دوقلوهای دیجیتال: یک کپی دقیق و مجازی از یک ماشین یا سیستم به دوقلو دیجیتال آن تبدیل می شود. این امکان را برای حداکثر نوآوری و خلاقیت با حداقل ریسک عملیاتی فراهم می کند. یک دوقلو دیجیتال را می توان به حد خود رساند، به چندین روش مجازی پیکربندی مجدد کرد، یا برای سازگاری آن در یک سیستم موجود آزمایش کرد – همه اینها بدون اینکه هیچ خطر یا اتلاف منابع در دنیای فیزیکی متحمل شوند.
چاپ افزودنی: همچنین به عنوان چاپ سه بعدی شناخته می شود، به کارخانه های هوشمند اجازه می دهد تا از اتوماسیون هوشمند برای تولید بر اساس تقاضا استفاده کنند. این امر به ویژه در مواقع اختلال زنجیره تامین غیرمنتظره یا تقاضای ناگهانی محصول بسیار مهم است. اما حتی زمانی که کار معمول است، موجودی‌های مجازی می‌توانند با اجازه دادن به تولید به‌موقع، ریسک و ضایعات را تا حد زیادی به حداقل برسانند.
واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR): در سال 2019، مجله Assembly برخی از کاربردهای پوشیدنی های VR در کارخانه هوشمند را اینگونه توصیف کرد: «قادر بودن شرایط محیطی، سطح موجودی، وضعیت فرآیند، داده های خطای مونتاژ، استفاده را به هم متصل کند. و معیارهای توان عملیاتی به روشی وابسته به زمینه (جایی که نگاه می کنید یا راه می روید). این تجربه حسی همهجانبه به کاربران اجازه می‌دهد تا حواس طبیعی خود را با داده‌های بی‌درنگ از هر مکان یا نقطه‌ای در زمان تقویت کنند – تا آگاهی بدون مانعی از وضعیت کارخانه ایجاد کنند.
بلاک چین: خوشبختانه با پیشرفت فناوری‌های کارخانه‌های هوشمند، راه‌حل‌های امنیتی در کنار آن‌ها همگام می‌شوند. بلاک چین کاربردهای زیادی در زنجیره تامین دارد، از ایجاد “قراردادهای هوشمند” با تامین کنندگان گرفته تا ردیابی منشأ کالاها و مدیریت در طول سفر زنجیره تامین. در کارخانه‌های هوشمند، بلاک چین به‌ویژه برای مدیریت دسترسی به دارایی‌ها و ماشین‌های متصل در سراسر کسب‌وکار مفید است – محافظت از امنیت سیستم و دقت سوابق نگهداری شده توسط آن دستگاه‌ها.
پایگاه داده مدرن: پایگاه های اطلاعاتی درون حافظه و سیستم های ERP مدرن «مغز» پشت صنعت 4.0 و تمام راه حل های هوشمند کارخانه و زنجیره تامین هوشمند هستند. پایگاه‌های داده قدیمی و مبتنی بر دیسک – اغلب فراتر از محدودیت‌هایشان – برای همگام شدن با مدیریت پیچیده داده و عملکرد تحلیلی مورد نیاز برای راه‌اندازی کارخانه‌های هوشمند و زنجیره‌های تامین مدرن به کار گرفته می‌شوند.

دستیابی به تحول هوشمند کارخانه

سال 2020 اختلال و ریسک عملیاتی عظیمی را برای مشاغل در سراسر جهان به همراه داشت. قبل از کووید-19، نظرسنجی دیلویت در سال 2019 از بیش از 600 مدیر ارشد بخش تولید گزارش داد که 86 درصد معتقد بودند که در پنج سال آینده، “ابتکارات کارخانه های هوشمند محرک اصلی رقابت در تولید خواهد بود.” امروزه، بیش از هر زمان دیگری، تحول دیجیتال و نوسازی زنجیره تامین از اهداف بلندمدت به اولویت‌های فوری و فوری برای شرکت‌هایی که مصمم به نوآوری و رقابت هستند، تغییر کرده است.

اینکه چگونه تحول کارخانه هوشمند خود را شروع کنید به این بستگی دارد که اکنون در کجا هستید و کدام فرآیندها برای کسب و کار شما حیاتی هستند. ممیزی اولیه سیستم به شما کمک می کند تا فرآیندها، دارایی ها و سیستم های تجاری موجود را تجزیه و تحلیل و بررسی کنید. قبل از اینکه بتوانید گردش کار و فرآیندهای تولید را خودکار کنید، باید ارزیابی کنید که امروز چگونه به نظر می رسند.

در ابتدای سفر تحول دیجیتال خود، همچنین مهم است که به یاد داشته باشید که “هوشمندی” در یک کارخانه هوشمند از تجزیه و تحلیل داده های پیشرفته و ظرفیت مدیریت داده آن ناشی می شود. یک پایگاه داده مدرن و یک سیستم ERP قوی مغز پشت یک کارخانه هوشمند هستند. آنها از عملکرد پیشرفته ای که سیستم را هدایت می کند پشتیبانی می کنند. یک عامل اصلی در موفقیت هر تحول کارخانه هوشمند، توانایی سیستم‌های تجاری موجود برای مدیریت کلان داده و ادغام فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و تجزیه و تحلیل پیشرفته خواهد بود.

در نهایت، یکی از بهترین چیزها در مورد تحول کارخانه هوشمند این است که برای موثر بودن، لازم نیست یکباره اتفاق بیفتد. همچنین نیازی به قطع یا توقف فعالیت های تجاری موجود ندارد. هر ابتکاری که یک کسب‌وکار برای مدرن‌سازی و بهینه‌سازی سیستم‌های دیجیتال خود انجام می‌دهد، آنها را یک قدم به یک کارخانه هوشمند کاملاً یکپارچه نزدیک‌تر می‌کند. علاوه بر این، به دلیل ماهیت خود، فناوری‌های کارخانه هوشمند داده‌ها را جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل می‌کنند. این بدان معنی است که تأثیر و بازگشت سرمایه هر فناوری دیجیتال جدید می تواند – از لحظه نصب – اندازه گیری و ارزیابی شود.