ماذا يقصد بالمصنع الذكي والتصنيع الذكي؟

يستفيد المصنعون من أحدث الابتكارات الرقمية لإعادة صياغة عملياتهم. في استطلاع أجرته شركة Sapio Research and Rockwell Automation في عام 2023 شمل 1,350 مصنعًا في 13 دولة، قال 97% من المشاركين إنهم يخططون لاستخدام تقنيات التصنيع الذكية، والتي يمكن أن تشمل كل شيء بدءًا من الروبوتات إلى إنترنت الأشياء (IoT)، خلال العام أو العامين المقبلين.

في حين أن هذه الاستثمارات تقدم فوائد فورية عن طريق تعزيز ممارسات الأتمتة التقليدية، فإنها تضع الأساس للمصنعين لإعادة تصور كيفية عمل منشآتهم من خلال إنشاء مصانع ذكية، والتي تؤكد على ترابط النظام وتبادل البيانات، مما يساعد الشركات المصنعة على إنتاج السلع بسرعة أكبر ومع عيوب أقل مع زيادة خفض التكاليف.

ماذا يعني المصنع الذكي؟

يستخدم المصنع الذكي الأنظمة والآلات المترابطة لإنشاء البيانات، غالبًا في الوقت الفعلي، وذلك لتحسين عمليات الإنتاج الشاملة ومساعدة مشغلي الآلات والمشرفين على الخطوط والمهندسين والمديرين التنفيذيين للشركة وغيرهم على اتخاذ قرارات بشكل أفضل. إضافة إلى ذلك، تولد آلات وأجهزة المصانع الذكية بيانات عن صحتها الخاصة بحيث يمكن تطبيق الصيانة قبل تعطلها.

يجدر الإشارة إلى استخدام المصانع للروبوتات والأتمتة لسنوات عديدة. ومع ذلك، لا تعتبر هذه المرافق مصانع ذكية ما لم تستعمل أنظمة وآلات متكاملة تمامًا، مما يجمع بين العالمين المادي والرقمي. تنشر المصانع الذكية غالبًا الروبوتات المتقدمة وأحيانًا الطباعة ثلاثية الأبعاد. تشكل المصانع الذكية مظهرًا من مظاهر العالم الحقيقي للمفهوم الأوسع للتصنيع الذكي.

ماذا يعني التصنيع الذكي؟

التصنيع الذكي هو مفهوم استعمال التقنيات لتنسيق العمليات المادية والرقمية داخل المصانع وعبر سلسلة توريد التصنيع. تتضمن هذه العمليات مصادر المواد واللوجستيات والإنتاج والتخلص منها. تتشكل الأهداف الرئيسية للتصنيع الذكي في تحسين الأداء التشغيلي والاستجابة بسرعة لتقلبات العرض والطلب.

النقاط الرئيسة

• التصنيع الذكي هو مفهوم استخدام تكنولوجيات متكاملة تمامًا لجمع البيانات ورقمنة العمليات داخل المصانع وفي جميع أنحاء سلسلة توريد التصنيع.
• تشكل المصانع الذكية المظهر الحقيقي لمفهوم التصنيع الذكي.
• يجعل الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي وإنترنت الأشياء والروبوتات المتقدمة معظم المصانع الذكية.
• تجذب المصانع الذكية الشركات المصنعة لأنها يمكنها تقليل التكاليف وتعزيز الكفاءة والسماح للإنتاج بالتوسع بسرعة بناءً على الطلب المتغير وتقليل الاعتماد على العمال وتقليل عيوب المنتج.

توضيح المصنع الذكي والتصنيع الذكي

في حين أن المصطلحات التصنيع الذكي والمصانع الذكية تستخدم غالبًا بالتبادل، فهي مختلفة. التصنيع الذكي هو مفهوم استخدام التكنولوجيات المتقدمة والمتصلة لتنسيق العمليات المادية والرقمية داخل المصانع وعبر سلسلة التوريد لتحسين الأداء. وضعت المصانع الذكية هذه الفكرة موضع التنفيذ، باستخدام البيانات التي تم جمعها من الأجهزة المتصلة بالشبكة المضمنة مع أجهزة الاستشعار، المعروفة باسم إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT)، مقترنة بالروبوتات وخطوط التجميع الآلية. على سبيل المثال، يمكن للمصنع الذكي تحديد أخطاء الإنتاج المحتملة في وقت مبكر باستخدام أجهزة استشعار مضمنة في الآلات ومرفقة بها وإخبار الروبوت بالتدخل قبل وقوع مشكلة. التقدم التكنولوجي مثل هذه تقود الثورة الصناعية الرابعة، والتي تعرف عادةً بالصناعة 4.0.

يتمثل الهدف النهائي للمصنع الذكي في تسريع العمليات والقضاء على الأخطاء. حتى مع أتمتة المصانع الذكية، ما زال الناس يلعبون دورًا حيويًا. يمكن لمشغلي الخطوط، على سبيل المثال، تتبع بيانات الإنتاج على جهاز محمول واتخاذ القرار بتحميل جهاز بشكل مختلف استنادًا إلى البيانات، ما يساعد على تحسين أداء الجهاز أو خط الإنتاج بأكمله.

ما هي طريقة عمل المصانع الذكية؟

تعتمد المصانع الذكية على شبكة من أجهزة الاستشعار والبرامج لجمع البيانات ومشاركتها في كل خطوة من خطوات عملية التصنيع، ما يساعد الشركات المصنعة على تسريع وتيرة الإنتاج وتحسين جودة المنتج وصيانة النظام. على سبيل المثال، داخل المصنع، قد يتم تزويد صندوق على خط الإنتاج بمستشعر يقوم بتشغيل طلب إعادة الملء عندما يكون قليلاً في الإمدادات، ما يدفع الروبوت إلى تسليم إمدادات جديدة في الوقت المناسب لتجنب التأخير. بالإضافة إلى ذلك، تقوم الآلات باستمرار بإنشاء بيانات حول صحتها الخاصة، والتنبؤ باحتياجات الصيانة والحد من الأعطال. تمنع أيضًا الآلات المتصلة في مصنع ذكي العيوب من خلال اكتشاف المشكلات مع المواد.

هيكل المصنع الذكي والمستويات

تتطور المصانع الذكية بوجه عام على المستويات أو المراحل الأربعة التالية. معظم المصانع اليوم موجودة في المستوى 1.

مزايا المصنع الذكي

ستنمو سوق تكنولوجيا التصنيع الذكية العالمية، والتي تشمل مبيعات أجهزة الاستشعار والروبوتات والبرامج المتقدمة وغيرها من الأصول التكنولوجية، من 254,24 مليار دولار أمريكي في عام 2022 إلى 787,54 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030، وفقًا لتقديرات Grand View Research. يستثمر المصنعون في هذه التكنولوجيا بسبب بحثهم عن المزايا التالية:

• تكاليف أقل. تقلل المصانع الذكية التكاليف بصورة أساسية من خلال تقليل عدد الموظفين والأخطاء البشرية وعيوب المنتجات والنفايات ومن خلال إطالة عمر الآلات من خلال الصيانة التنبؤية.
• اتخاذ قرارات بشكل أفضل وأسرع. تساعد البيانات المجمعة من أجهزة الاستشعار ثم تحليلها في كل مرحلة من مراحل عملية التصنيع، بما في ذلك عبر سلسلة التوريد، المديرين التنفيذيين والمديرين والعمال في كل مرحلة على اتخاذ قرارات أكثر استنارة وأسرع. على سبيل المثال، يمكن لمتخصصي سلسلة التوريد مراجعة توصية المصنع الذكي لطلب المزيد من المواد، وإذا وافقوا على ذلك، يقررون متى يجب وصول الشحنة. أو يمكنهم مراجعة البيانات المتاحة واتخاذ قرار بتغيير الخوارزمية التي تقدم توصيات بحيث تكون التوصيات المستقبلية أكثر انسجامًا مع ما تتطلبه الشركة المصنعة.
• تعزيز الفاعلية. تشير كفاءة التصنيع بوجه عام إلى جودة وفعالية العمل الذي يتم إنجازه، وليس كمية الإنتاج التي يتم إنتاجها (الإنتاجية). على هذا النحو، تعزز تقنيات المصانع الذكية الكفاءة بشكل رئيسي من خلال تقليل تكرار العمليات، وأتمتة المهام المتكررة، وتقليل الوقت والمواد المهدرة، وتقليل وقت التوقف عن العمل، وتجديد المخزون وفقًا للعجز المتوقع.
• حقق المزيد بعدد أشخاص أقل. في حين لا يزال الناس يلعبون دورًا مهمًا في المصانع الذكية، فإن العمليات الآلية تسمح للمصنعين بإنجاز المزيد من العمل بعدد أقل من الموظفين. ومن الاعتبارات المهمة بالنظر إلى أن حوالي 2,1 مليون وظيفة تصنيع في الولايات المتحدة لن يتم شغلها بحلول عام 2030 لمجموعة متنوعة من الأسباب الديموغرافية والاقتصادية وغيرها، هذا ما توقعته الرابطة الوطنية للمصنعين.
• تقليل الأثر البيئي. عن طريق استخدام المواد بكفاءة أكبر بمساعدة التقنيات الذكية والمتصلة، تساعد المصانع الذكية الشركات المصنعة على تقليل النفايات التي تنتهي في مدافن القمامة، مما يقلل من بصمتها الكربونية. يمكن للمصنعين أيضًا إعطاء الأولوية لاستخدام المواد والمكونات المستدامة، وتتبع أصول ونقل تلك السلع مع تكنولوجيا بلوكتشين وتحديد الترددات الراديوية (RFID).

تكنولوجيات المصنع الذكي

في استبيان أجرته شركة EY في عام 2023، قال 97% من المديرين التنفيذيين للتصنيع الصناعي إن استمرار مشاريع التحول الرقمي والتكنولوجي يمثل أولوية على المدى القريب. تنطوي غالبًا هذه المشاريع على التكنولوجيات التالية.

• المستشعرات. أجهزة الاستشعار هي أجهزة يضعها المصنعون على الآلات أو في الآلات على أرضية المصنع الذكية لجمع البيانات عن مجموعة متنوعة من العوامل، بما في ذلك درجة الحرارة والاهتزازات والضغط وعزم الدوران والقرب والحركة. المستشعرات هي جوهر إنترنت الأشياء الصناعية.
• إنترنت الأشياء الصناعي (IIOT). يستعمل مشرفو ومشغلو التصنيع البيانات التي يتم جمعها من الأجهزة والكائنات الأخرى المتصلة بالإنترنت في صالة المصنع لتحليل الحالة المادية لهذه الأصول وأدائها ومخرجاتها بالإضافة إلى عمليات الإنتاج التي يدعمونها. يمكنهم بعد ذلك تنفيذ إصلاحات الماكينة وتعديلات العملية حسب الحاجة. على سبيل المثال، يمكن لأجهزة الاستشعار المتصلة بإنترنت الأشياء الصناعي تنبيه العمال إلى مشكلات الصيانة المستقبلية من خلال اكتشاف الاهتزازات غير العادية أو تغيرات درجات الحرارة على الجهاز. بفضل الصيانة التنبؤية، يمكن للمصنعين منع التعطل المكلف والأضرار التي تلحق بالآلات من خلال التدخل قبل وقوع مشكلة. أفاد استبيان أجرته IIoT World في عام 2022 أن 67% من الشركات المصنعة قد نشرت أو تقوم بتطوير استراتيجية إنترنت الأشياء الصناعي.
• الحوسبة على السحابة. الحوسبة على السحابة هي الأساس التكنولوجي لمعظم المصانع الذكية، حيث تعيش البيانات والتطبيقات والبنية التحتية الأساسية. توفر الخدمات السحابية العديد من الميزات الرئيسة. يمكن قياسها بسهولة بناءً على احتياجات الشركة المصنعة. يتم تقديم ميزات التطبيقات الجديدة، بالإضافة إلى الأداء والتحسينات الأخرى، تلقائيًا عبر الإنترنت، دون فرض ضرائب على فرق تكنولوجيا المعلومات للمصنعين عن طريق ترقيات باهظة الثمن ومستهلكة للوقت. يمكن الوصول إلى الخدمات السحابية من أي مكان، وتتميز بوجه عام بأمان ونسخ احتياطي قويين. لا تدفع الشركات المصنعة إلا مقابل سعة التطبيقات والبنية الأساسية التي تلزمها وتستخدمها.
• بيانات كبيرة. تقوم الشركات المصنعة بجمع وتحليل كميات هائلة من البيانات، ما يسمى بالبيانات الكبيرة، في مصانعهم الذكية. تتضمن التطبيقات التي تدعمها أنظمة ERP القوية الصيانة التنبؤية، واكتشاف أوجه الخلل، وفحوصات الجودة، والحد من النفايات، وتحسينات العمليات، والتنبؤ بالسوق. على سبيل المثال، تحسبًا لارتفاع متوقع في الطلب على منتج محدد، يمكن للمصنع تخصيص المزيد من خطوط التجميع لهذا المنتج و/أو إنشاء مخزون أكبر منه مما قد يكون عليه خلاف ذلك.

أمثلة على المصنع الذكي

ما زالت المصانع الذكية طموحة بالنسبة لمعظم الشركات المصنعة، ولكن المستخدمين الأوائل يمهدون الطريق أمام الجميع.

خذ LG Electronics، والتي تم تعيين حديقة ذكية لها في تشانغوون في كوريا الجنوبية، مصنع "منارة" من قبل المنتدى الاقتصادي العالمي لكفاءتها في الإنتاج وسلامتها وتأثيرها البيئي المنخفض. داخل المصنع، والذي يقوم بتصنيع الأجهزة المنزلية، يتم تسليم أجزاء للثلاجات والأجهزة الأخرى إلى خطوط الإنتاج بواسطة نظام ناقل علوي أو بواسطة مركبات موجهة آلية (AGVs) مدارة عبر شبكة 5G الخاصة بالمرفق. مرفق بكل خط هو "مستودع ذكي" يرصد المخزون في الوقت الحقيقي ويطلب قطع غيار وتوريدات إضافية حسب الحاجة. وتقول الشركة إن نظام التشغيل التلقائي اللوجستي ثلاثي الأبعاد يقلل من مساحة المستودعات المطلوبة بنسبة 30% مقارنةً بالأنظمة التقليدية، مع تقصير الوقت المستغرق لنقل المواد بنسبة 25%. تحدد المستشعرات المرفقة بالآلات وداخلها مشكلات التصنيع المحتملة وروبوتات القيادة لإصلاحها قبل وقوع مشكلة. تؤدي الروبوتات أيضًا وظائف خطيرة، مثل اللحام ورفع المعدات الثقيلة، حيث يجعل المصنع أكثر أمانًا للعمال. وفي عام 2022، قالت إل جي إنها تخطط لتطبيق هذه التقنيات وغيرها من تقنيات الإنتاج الذكي الرائدة في حديقة تشانغوون الذكية على ما مجموعه 26 منشأة إنتاج في 13 بلدًا.

من خلال شراء حقوق عرض النطاق الترددي 50 ميجا هرتز، قامت شركة تصنيع معدات المزارع جون ديري ببناء شبكة 5G الخاصة بها لمصانعها في الغرب الأوسط لمساعدتها على تحليل البيانات من خطوط الإنتاج لتحسين التجميع. وهي تخطط لتزويد تلك المصانع بالروبوتات التي يمكن أن تعمل إلى جانب العمال. كما تنشئ الشركة نماذج ثلاثية الأبعاد أو توأم رقمي لآلات الإنتاج الخاصة بها لمراقبة أدائها وتدريب الفنيين ومساعدتهم على خدمة المعدات. يمكن الوصول إلى تلك النماذج في أي وقت على الأجهزة اللوحية والهواتف الذكية.

في مصنع فورد ديربورن في ميتشيغان، حيث تقوم بتصنيع شاحنة البرق F-150 الكهربية، يستخدم عمال خط الإنتاج أقراص متصلة بشبكة 5G الخاصة بالمصنع للوصول إلى بيانات حول إمدادات المواد وحالة المعدات. تنتقل المركبات الفردية الموضوعة على AGV من مجموعة عاملين إلى غيرها. وفي الوقت نفسه، في مصنع السيارات الكهربائية في المملكة المتحدة، تسمح أجهزة الاستشعار لفورد بالتقاط صور لعملية اللحام (تتطلب محركات وبطاريات المركبات الكهربية آلاف اللحامات)، ثم يحدد التحليل القائم على الذكاء الاصطناعي ما إذا كان لحام معين يلبي المعايير. إذا لم يكن كذلك، يعاد اللحام قبل انتقال الجزء إلى المرحلة التالية من الإنتاج. هذه القدرة توفر الوقت وتقلل من الهدر لأن الأجزاء التي قد تكون غير قابلة للاستعمال يتم إصلاحها بشكل روتيني.

كن ذكيًا. حوّل عمليات التصنيع باستخدام Oracle

تستخدم الشركات المصنعة حلول التصنيع الذكية من Oracle لزيادة إنتاجيتهم وكفاءتهم إلى أقصى حد، وتحسين جودة المنتج، وتعديل جداول الإنتاج، وتجنب وقت التوقف المكلف من خلال التنبؤ بحالات فشل الآلة، وتتبع السلع والعمليات عبر سلاسل التوريد الخاصة بهم.

الأسئلة الشائعة حول المصنع الذكي والتصنيع الذكي

ما أوجه الاختلاف بين التصنيع الذكي والمصنع الذكي؟
يعتبر التصنيع الذكي المفهوم الواسع لاستخدام تقنيات متكاملة تمامًا لتنسيق وتحسين العمليات المادية والرقمية داخل المصانع وعبر سلسلة التوريد. تضع المصانع الذكية تلك الفكرة موضع التنفيذ.

ما التقنيات التي تعد جزءًا من مصنع ذكي؟
تعتمد المصانع الذكية على إنترنت الأشياء الصناعي، حيث تقوم الشركات المصنعة بجمع وتحليل البيانات الناتجة عن أصول سلسلة التوريد العديدة وآلات المصانع وغيرها من "الأشياء" لاتخاذ قرارات أفضل. تستفيد المصانع الذكية كذلك من الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي والروبوتات المتقدمة والطباعة ثلاثية الأبعاد والتوائم الرقمية وغيرها من التقنيات.

ما نوع البيانات التي ينبغي تتبعها في مصنع ذكي؟
تتعقب المصانع الذكية البيانات المتعلقة بالأصول التي تنتقل من خلال سلسلة التوريد وآلات المصانع وعمليات الإنتاج وغير ذلك الكثير.