همه چیز درباره کارخانه هوشمند

کارخانه هوشمند یا کارخانه دیجیتال ارمغان دانش هوشمندسازی ساختمان برای ایجاد تحولی بزرگ در صنعت است. هوشمندسازی کارخانه به زبان ساده رؤیای قدیمی بشر برای سپردن امور به ماشین‌ها را محقق می‌سازد. کارخانه های هوشمند بخشی از تحول عظیمی هستند که تحت عنوان انقلاب صنعتی چهارم معرفی می‌شود. همان گونه که محصولات خانه هوشمند از طریق یک پنل مرکزی و اپلیکیشن خانه هوشمند قابل کنترل هستند در یک کارخانه هوشمند نیز تمامی اجزا توسط یک برنامه هوشمند مدیریت می‌شوند. در نتیجه این کارخانه‌ها سرعت، دقت، کیفیت و کارایی کار را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند. برخلاف تجهیزات هوشمندسازی ساختمان مانند کلیدهای لمسی هوشمند که برای منازل استفاده می‌شوند تجهیزات هوشمندسازی کارخانجات بسیار پیچیده‌تر است. لذا ما در این مطلب تلاش می‌کنیم مفهوم کارخانه هوشمند و اجزای آن را به زبان ساده بیان کنیم.

کارخانه هوشمند چیست؟

کارخانه هوشمند کارخانه‌ای است که تمامی مراحل تولید،‌ انتقال و توزیع در آن توسط یک سیستم هوشمند انجام می‌شود. هوشمندسازی کارخانه از طریق دریافت و انتقال مداوم داده میان تجهیزاتی که تماماُ به یکدیگر و به سیستم کنترل نهایی متصل هستند صورت می‌گیرد.

اجزای کارخانه هوشمند چیست؟

هوشمندسازی کارخانه از طریق مجموعه‌ای از ماشین‌آلات مجهز به سنسورهای مختلف و یک سیستم یکپارچه ارتباطی صورت می‌گیرد. تمام تجهیزات کارخانه هوشمند به وسیله انواع سنسور به طور مداوم به جمع‌آوری، ‌ارسال و دریافت داده می‌پردازند. این داده‌ها در مرکز ارتباطی پردازش شده و تصمیمات مبتنی بر داده به ماشین‌آلات مربوطه ابلاغ می‌شود. به عبارت ساده‌تر ماشین‌آلاتی که برای وظایف از پیش تعیین شده ساخته شده‌اند از طریق یک سیستم ارتباطی مدیریت و هدایت می‌شوند. عضو ارشد در این سیستم ممکن است یک نرم‌افزار پیشرفته،‌ یک انسان و یا ترکیبی از انسان و نرم‌افزار باشد. از دیدگاه تخصصی یک کارخانه هوشمند از چهار سطح یا لایه زیر تشکیل می‌شود:

• لایه فیزیکی: این لایه پایین‌ترین سطح بوده و تمام تجهیزات کارخانه را در برمی‌گیرد.
• لایه داده‌ها: در این لایه فرایند انتقال داده از تجهیزات به لایه ابری صورت می‌گیرد.
• لایه ابری: در این لایه ذخیره‌سازی موقت داده‌ها و پردازش آنها صورت می‌گیرد.
• لایه نظارت و کنترل: در این لایه بر اساس داده‌های دریافتی، کنترل کارخانه توسط نرم‌افزار اصلی صورت می‌گیرد.

عناصر مورد نیاز برای هوشمندسازی کارخانه ها

داده‌ها و الگوریتم‌ها

اطلاعات، عنصر حیاتی یک کارخانه هوشمند است. جمع‌آوری داده‌ها،‌ ذخیره سازی و تجزیه و تحلیل آنها بر اساس الگوریتم‌های مشخص بنیان هوشمندسازی کارخانه است. انواع داده در اشکال مختلف باید از ماشین‌آلات جمع‌آوری شده و پس از تحلیل توسط الگوریتم برای هدایت فرایندها استفاده شود. ارزش هوشمندسازی در چگونگی پردازش داده‌ها و خروجی حاصل از آن است. انواع داده‌ها در حوزه هوشمندسازی عبارتند از:

• داده‌های موجود: اطلاعات موجود در کارخانه که در هوشمندسازی باید مرتب‌سازی و تحلیل شود.
• داده‌های قابل دسترسی: داده‌های موجود پس از سازماندهی و بارگذاری در سیستم داده‌های قابل دسترسی نامیده می‌شوند.
• داده‌های فعال: اطلاعاتی که هوش مصنوعی با استفاده از تحلیل داده‌های قابل دسترسی تولید کرده است.
• داده‌های عمل‌گرا: اطلاعاتی که پس از تحلیل داده‌های اولیه به عنوان راه‌حل‌های عملی برای رفع مشکلات به اجزای مختلف ارسال می‌شود.

فناوری

در اتصال تجهیزات، جمع‌آوری و تحلیل داده‌ها و عملیاتی کردن آنها از فناوری‌های نوین استفاده می‌شود. سیستم‌های برنامه ریزی منابع سازمانی،‌ سیستم‌های تبادلات مالی، فناوری های شناختی، اینترنت اشیاء و هوش مصنوعی از جمله فناوری های مورد نیاز برای این منظور است.

فرایندهای خودکار مدیریت

مهمترین تفاوت کارخانه هوشمند با کارخانه سنتی در فرایندها و مدل مدیریتی کارخانه است. در کارخانه هوشمند تمام فرایندها و مدیریت مجموعه به یک سیستم خودمختار هوشمند سپرده می‌شود. در این سیستم  اجرای فرایندها، بهینه سازی، سازگاری و حتی ایمن سازی به صورت خودکار انجام می‌شود.

تغییر نقش افراد

هوشمندسازی کارخانه می‌تواند سبب حذف برخی از افراد در نقش‌های عملیاتی شود. البته هوشمندسازی می‌تواند نقش‌های جدیدی را در امور پشتیبانی و نظارت ایجاد کند. نقش‌های جدید ممکن است برای افراد ناآشنا باشد اما امکان سازگاری با آن برای افراد انعطاف‌پذیر و با انگیزه چندان دشوار نیست.

امنیت سایبری

در یک کارخانه هوشمند بیشترین حساسیت مربوط به امنیت اطلاعات است. مهمترین بخش هوشمندسازی کارخانه تأمین امنیت سایبری سیستم است. تعدد نقاط اتصال و یا رشد ابعاد یک سیستم یکپارچه سبب افزایش احتمال حملات سایبری می‌شود. لذا سرمایه‌گذاری در این زمینه باید در اولویت قرار گیرد.

فناوری های اصلی در هوشمندسازی کارخانه‌ها

حسگرها یا سنسورها

اولین گام برای هوشمندسازی کارخانه نصب حسگرهای مختلف برای کنترل اطلاعات از ماشین‌آلات و فرآیندها است. جمع‌آوری داده‌های مختلف توسط این حسگرها انجام می‌شود.

اینترنت اشیاء صنعتی (IIOT)

اتصال فرایندها و ماشین‌آلات صنعتی به یکدیگر از طریق یک سیستم ارتباطی، اینترنت اشیاء صنعتی نام دارد. تبادل، ‌ذخیره‌سازی و بکارگیری داده‌ها در کارخانه هوشمند از همین طریق صورت می‌گیرد. با استفاده از تکنولوژی اینترنت اشیاء صنعتی سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای مختلف از یک سو با یکدیگر و از سوی دیگر با نیروی انسانی ارتباط و تعامل دارند.

 

پردازش ابری

سیستم ابری در مقایسه با سیستم ذخیره‌سازی اطلاعات به شیوه سنتی بسیار سریع‌تر و کارآمدتر است. در این سیستم داده‌ها به صورت مستقیم در یک فضای ابری آپلود شده و مورد پردازش قرار می‌گیرند.

تحلیل کلان داده‌ها

کلان داده‌های جمع‌آوری شده در یک کارخانه هوشمند برای ارزیابی‌های مختلف مورد پردازش قرار می‌گیرند. ارزیابی کارآمدی فرایند تولید، تضمین کیفیت و شناسایی نقاط ضعف از جمله فواید تحلیل کلان داده‌های است.

 

مزایای یک کارخانه هوشمند

همانطور که یک خانه هوشمند با خانه معمولی قابل مقایسه نیست. کارخانه هوشمند نیز برتری بسیار زیادی نسبت به کارخانجات سنتی دارد. برخی از امتیازات کارخانه هوشمند عبارت است از:

اتصال مداوم

تمامی تجهیزات و فرایندها در یک کارخانه هوشمند به صورت مداوم با یکدیگر ارتباط دارند. در واقع این اتصال پیش‌نیاز هوشمندسازی کارخانه است. دریافت مداوم اطلاعات و به روز رسانی آن در یک سیستم یکپارچه عامل اصلی کارایی بسیار بالای کارخانه های هوشمند است.

بازدهی بالا

عملکرد یکپارچه و اتصال دائمی تجهیزات  در افزایش بازدهی تأثیر چشمگیری دارد. در این سیستم کنترل دارایی‌ها، برنامه‌ریزی امور،‌ ردیابی و رفع نواقص و حتی بهینه سازی مصرف انرژی به صورت خودکار انجام می‌شود. در نتیجه تولید با تضمین کیفیت و بالاترین سوددهی و کمترین هزینه انجام می‌شود.

شبکه شفاف اطلاعات

در هوشمندسازی کارخانه‌ها تمامی اطلاعات به صورت شفاف قابل دسترسی است. این اطلاعات در هر لحظه می‌تواند توسط نرم‌افزار یا انسان به عنوان مبنای تصمیم‌گیری مورد بررسی قرار گیرد.

سیستم کارآمد

در سیستم کارخانه هوشمند بسیاری از مشکلات و چالش‌ها قبل از رخداد قابل پیش‌بینی است. شناسایی عیوب احتمالی تجهیزات، ارزیابی میزان موجودی، شناسایی مشکلات مربوط به کیفیت کار و ارزیابی مسائل مرتبط با نگهداری و ایمنی تجهیزات در این سیستم به سادگی انجام می‌شود.

انعطاف پذیری و چالاکی

اعمال تغییرات در یک کارخانه هوشمند به سادگی صورت می‌گیرد. سیستم هوشمند یکپارچه به راحتی و به سرعت می‌تواند با تغییرات مورد نظر یا اجباری، سازگار شده و برنامه‌ریزی جدیدی برای تمام تجهیزات ارسال نماید.

سخن پایانی

هوشمندسازی کارخانه ها همانند خانه هوشمند چشم‌اندازی از آینده را به تصویر می‌کشد. با توسعه فناوری‌های مرتبط با اینترنت اشیاء به زودی تجهیزات هوشمندسازی ساختمان امکانات حیرت‌انگیز فیلم‌های علمی تخیلی را به خانه‌ها می‌آورند. بدیهی است حوزه صنعت نیز از این امکانات بی‌بهره نخواهد ماند. به خصوص اینکه مزایای کارخانه های هوشمند به حدی زیاد است که کارخانجات سنتی خیلی زود حذف خواهند شد.