מהו מפעל חכם?
מפעל חכם הוא מערכת סייבר-פיזיקלית המשתמשת בטכנולוגיות מתקדמות לניתוח נתונים, להנעת תהליכים אוטומטיים וללמידה ככל העולה על רוחם.
סקירת מפעל חכם
כפי שמרמז השם, מפעל חכם הוא… חכם. רשת מחוברת של מכונות, מנגנוני תקשורת וכוח מחשוב, המפעל החכם הוא מערכת סייבר-פיזיקלית המשתמשת בטכנולוגיות מתקדמות כמו בינה מלאכותית (AI) ולמידת מכונה לניתוח נתונים, להנעת תהליכים אוטומטיים וללמידה ככל שהיא הולכת.
מפעלים חכמים וייצור חכם הם חלק מהטרנספורמציה הטכנולוגית הידועה בשם Industry 4.0 או המהפכה התעשייתית הרביעית. כל אחת משלוש המהפכות התעשייתיות הראשונות נולדה מתוך טכנולוגיה חדשנית ששינתה לחלוטין את הדרך שבה עבדנו ויצרנו סחורות: כלומר, מנוע הקיטור, קו ההרכבה ועוצמת המחשב. כיום, המהפכה הרביעית מונעת על ידי טרנספורמציה דיגיטלית ואוטומציה חכמה.
מפעלים חכמים עבור עולם משתנה
בשנים האחרונות, נראה יותר ויותר למנהיגים העסקיים שהטרנספורמציה הדיגיטלית מהווה עדיפות דחופה לשרשראות האספקה ולתפעול הייצור, אשר מקווים להיות תחרותיים וגמישים בשנות ה-20 של המאה ה-20. המגפה חשפה עוד יותר את חולשות שרשרת האספקה העולמית ואת הפגיעות בתעשייה. מאמר במגזין פורבס חזר על כך ואמר: "הקורונה הראתה לעולם משהו שתעשיית הייצור צריכה כבר לדעת. שרשראות אספקה מסורתיות ומערכות אקולוגיות ייצור נכשלות ואנחנו צריכים לעבור לפתרון גמיש ומותאם יותר שמופעל באופן דיגיטלי מלא".
ציפיות הצרכנים גם הן תורמות לפיתוח טכנולוגיות מפעל חכמות ומפעל העתיד. הביקוש לצרכן לאספקה של היום הבא, הידוע בשם "אפקט אמזון", עולה בקצב יציב ומהיר. לפי מגזין היזמים ב-2019, “לטובה או גרוע יותר, כלכלת ארה”ב והכלכלה העולמית נמצאות בגרון אפקט האמזונס. [...] ספקי מסחר אלקטרוני נמצאים תחת לחץ הולך וגובר כדי להתאים את המהירות והיעילות של אמזון, ואין כל ראיה לכך שציפיות הצרכנים מקלות". מגמה זו היוותה גורם מרכזי בביקושים העולים לטכנולוגיית מפעל חכם, שכן מערכות מיושנות מוכיחות חוסר שוויוניות לעמוד בקנה המידה של כושר הלוגיסטיקה והאחסון הנדרש כדי לעמוד בקצב של תופעה זו.
יצרנים ומנהלי שרשרת אספקה עומדים בפני סיכונים ושיבושים תפעוליים נוספים כשהם שואפים למזער את הסתמכותם על שותפים בינלאומיים. פתרונות של מפעל חכם כמו ייצור לפי דרישה ומלאי וירטואלי יכולים בהחלט למזער את התלות ביצרנים וספקים בחו"ל. עם זאת, כפי שביקורת העסקים של הרווארד מצביעה במאמר מ-2020, קל יותר להגיד מאשר לעשות כדי להחזיר את הייצור לארה"ב. “היצרנים פנו למתמחים ולקבלני משנה שמתמקדים בקושי בתחום אחד בלבד - ואפילו אותם מומחים צריכים להסתמך על רבים אחרים. בדיוק כמו שהעולם הסתמך על אזורים שונים למשאבי טבע כמו עפרת ברזל או מתכת ליתיום, כך גם באזורים שבהם המומחים האלה נמצאים". הגדלת הייצור המקומי יכולה בהחלט להפחית את העלות ואת הסיכון לשרשרת האספקה, אך היא לא בהכרח מונעת את הצורך בשותפים בחו"ל או להפחית את המספר הכולל של הקישורים בשרשרת. לכן חשוב יותר מאי פעם שטכנולוגיות מפעל דיגיטליות נמצאות במקום כדי למטב יעילות ונראות.
איך עובד מפעל חכם?
לעיתים קרובות אנחנו מדברים על תהליכים אוטומטיים כאילו הם ייחודיים למפעל חכם - ובכל זאת אוטומציה ורובוטיקה נמצאים בשימוש כבר עשרות שנים בפעולות הייצור. מפעלים מסורתיים רבים משתמשים במכונות אוטומטיות כגון סורקי ברקוד, מצלמות וציוד ייצור דיגיטאלי בחלקים שונים של פעולתם. אבל המכשירים האלה לא מחוברים. האנשים, הנכסים ומערכות ניהול הנתונים במפעל מסורתי כולם פועלים בבידוד מאחד לשני ויש לתאם ולשלב אותם באופן ידני על בסיס שוטף.
מפעל דיגיטלי חכם פועל על ידי שילוב מכונות, אנשים וביג דאטה למערכת אקולוגית אחת, המחוברת דיגיטלית. מפעל חכם לא רק מקלל ומנתח נתונים, הוא בעצם לומד מניסיון. הוא מפרש ומשיג תובנות מסטים של נתונים לתחזיות מגמות ואירועים וכדי להמליץ וליישם תהליכי עבודה חכמים של ייצור ותהליכים אוטומטיים. מפעל חכם עובר שיפור פרוצדורלי מתמשך עד כדי נכונות עצמית ואופטימיזציה עצמית – הוא יכול ללמד את עצמו (ובני אדם) להיות יותר גמיש, פרודוקטיבי ובטוח.
המבנה של מפעל חכם
את המבנה הבסיסי של מפעל חכם ניתן לסכם בהרחבה לשלושה שלבים:
שלושת ההליכים העיקריים המרכיבים מפעל חכם
- רכישת נתונים: בינה מלאכותית וטכנולוגיות מודרניות של בסיסי נתונים מאפשרות יצירה ורכישה של סטים שונים של נתונים שימושיים ברחבי העסק, שרשרת האספקה והעולם. באמצעות חיישנים וגטאפים, האינטרנט התעשייתי של הדברים (IIoT) מאפשר למכונות מחוברות לאסוף נתונים למערכת. באמצעות פורטלי נתונים אחרים, מערכות מונעות-AI יכולות להדר סטים של נתונים הקשורים לביצועים, מגמות שוק, לוגיסטיקה או כל מקור אחר שעשוי להיות רלוונטי.
- ניתוח נתונים: מערכות עסקיות חכמות ולמידת מכונה משתמשות בכלי ניתוח מתקדמים ובפתרונות ניהול נתונים מודרניים כדי להבין את כל הנתונים השונים שנאספו. חיישני IIoT יכולים להזהיר כאשר מכונות צריכות תיקון או שירות. ניתן לבצע הידור של נתוני שוק ותפעול כדי לאתר הזדמנויות וסיכונים. ניתן לחקור יעילות של תהליך עבודה לאורך זמן כדי למטב ביצועים ולתקן אוטומטית לפי אחריות. למעשה, סטים של נתונים שניתן להשוות ולנתח מציגים אפשרות כמעט אינסופית של שילובים כדי ליידע את מיטוב המפעל הדיגיטלי ואת חיזוי שרשרת האספקה.
- אוטומציה של מפעל חכם: לאחר ביצוע ניתוח ורכישת נתונים, נוצרים תהליכי עבודה והוראות נשלחות למחשבים ומכשירים בתוך המערכת. התקנים אלה עשויים להיות בתוך ארבעת הקירות של המפעל או שדה רחוק בקישורי הלוגיסטיקה או הייצור בשרשרת האספקה. תהליכי עבודה חכמים ותהליכים נמצאים במעקב וממוטבים באופן שוטף. אם דוח חדשות מזהיר מפני תפנית בביקוש למוצר מסוים, ניתן להנחות תהליכי עבודה של מדפסת תלת-ממדית לבצע רישום של עדיפות ייצור עבור פריט זה. אם משלוח של חומרי גלם מתעכב, ניתן להכניס חוצצי מלאי לסיבוב כדי לבטל כל הפרעה.
יתרונות מפעל חכם
עסקים רבים עשו זאת עם פעולות שרשרת אספקה ומערכות שבעצם לא השתנו בעשרות שנים. אבל עם ציפיות הצרכנים ואי ודאות כלכלית ברמה גבוהה בכל הזמנים, מנהלי שרשרת האספקה זקוקים לפתרונות שיכולים לספק תועלת משמעותית וניתנת למדידה – ויכולים להביא אותה במהירות. על פי מגזין פורבס, ב-2017 רק 43% מהיצרנים היו יוזמות מפעל חכמות. ב-2019 עשו 68% מהם. עבור חברות שמשקיעות בטרנספורמציה דיגיטלית ובפתרונות מפעל חכמים, קיים פוטנציאל ליתרונות עסקיים משמעותיים, ביניהם:
יצרניות ויעילות : לאורך ההיסטוריה, הייצור עוסק בעיקר בתגובה – הסתכלות על אירוע או על מגמה שכבר קרה ואז מנסים לנטות את העסק בכיוון אחר אחרי מעשה. טכנולוגיות Smart Factory נועדו להפחית את ה צורך בפרקטיקות תגובתיות ולהעביר את ניהול שרשרת האספקה למצב גמיש ומגיב יותר. השימוש בכלי ניתוח תחזיתיים וניתוח Big Data מאפשר זיהוי והעברה של תהליכים ממוטבים. ניהול מלאי 'בדיוק בזמן', חיזוי ביקושים מדויק ומהירות משופרת לשוק הם כמה מהיתרונות היעילות שמפעלים חכמים מספקים. בעזרת תובנות דיגיטליות, האנשים שעובדים במפעלים חכמים מסוגלים גם לייעל את מאמציהם, מה שמוסיף ליצרנות הכוללת של הפעולה. במחקר של המפעל החכם מ-2019, דלויט מספרת לנו כי "החברות מדווחות על עד 12% רווחים בתחומים כמו תפוקה מייצור, ניצול המפעל ויצרנות העבודה לאחר שהשקיעו ביוזמות של מפעל חכם. יתר על כן, יצרנים עם מפעלים חכמים יעלו ככל הנראה על המפעלים המסורתיים עם יעילות עבודה נטו גבוהה ב-30% עד 2030".
קיימות ובטיחות: הצרכנים מוכנים יותר ויותר להוציא קצת יותר עבור מוצרים שהם יודעים להיות במיקור ובייצור באמצעות שיטות אחראיות מבחינה חברתית וסביבתית. טכנולוגיות מודרניות של מפעלים חכמים מקלות על עסקים לזהות וליישם הזדמנויות עבור שיטות ייצור ירוקות, בטוחות ואחראיות חברתית. חידושים דיגיטליים כגון חיישני Blockchain ו-RFID יכולים לשמש מנהלי מפעל חכמים כדי להבטיח מקור בלתי הפיך ובקרת איכות של כל החומרים והאספקות - המגיעים אפילו מהקישורים המרוחקים ביותר בשרשרת האספקה. וקרוב יותר לבית, החברה הבינלאומית לאוטומציה מדווחת כי רובוטים ומכשירים אוטומטיים יכולים לעזור לצמצם או לשלול שלושה מתוך חמשת הגורמים המובילים לפציעות במקום העבודה.
איכות המוצר וחוויית הלקוח: בדומה למשחק הטלפון של הילדים, ליצרניות המסורתיות היה לעיתים זמן קשה להבטיח שההנחיות שלהם יתקבלו באופן מדויק ובאו אחרי הספקים והיצרנים ברמות הנמוכות בשרשראות האספקה שלהם. במפעל החכם, קישוריות הענן ונראות מקצה לקצה במפעלים חכמים מביאים תובנות והמלצות בזמן אמת לכל שכבות תהליך הייצור. המשמעות של היכולת להתאמה אישית מהירה ולתגובה למגמות הסטה היא שמוצרים מעודכנים באופן הדוק עם רצונות הלקוח. ניתוח מתקדם של נתוני מערכת מציב במהירות חולשות או אזורים לשיפור. דבר זה מוביל לשיפור התחרותיות בשוק, לביקורות מוצר טובות יותר ולהחזרות או החזרות יקרות פחות.
טכנולוגיות Smart Factory
טכנולוגיות מפעל חכם זריזות מאד. ככל שיוזמות טרנספורמציה דיגיטלית נרשמות בתוך עסק, קיימות אפשרויות כמעט אינסופיות להתרחב, לשנות ולהתאים לפי הצורך.
קישוריות ענן: בין אם ציבורי, פרטי או היברידי, הענן הוא הקונדואיט שדרכו כל הנתונים והמידע זורמים על פני מפעל חכם. קישוריות ענן כלל עסקית וגלובלית מוודאת שכל תחום של העסק פועל עם נתונים בזמן אמת ושקיימת נראות מיידית לכל הנכסים והמערכות המחוברים בתוך שרשרת האספקה.
בינה מלאכותית: מערכות תפעוליות המשתמשות בטכנולוגיות בינה מלאכותית משולבות, בעלות מהירות, עוצמה וגמישות כדי לא רק לאסוף ולנתח ערכות נתונים נפרדות, אלא לספק תובנות בזמן אמת והמלצות מגיבות. התהליכים האוטומטיים והמערכות החכמות בתוך מפעל חכם ממוטבים באופן שוטף ומתוודעים באמצעות בינה מלאכותית.
למידת מכונה: אחד היתרונות רבי הערך שלמידת מכונה מביאה למפעל החכם הוא היכולת שלה לאחזקת חיזוי מתקדמת. על-ידי מעקב וניתוח של תהליכי ייצור, ניתן לשלוח התראות לפני שמתרחש כשל מערכת. בהתאם למצב, אחזקה אוטומטית יכולה להתבצע או, במידת הצורך, שניתן להמליץ על התערבות אנושית.
Big Data: ערכות מידע גדולות וחבדות מאפשרות ניתוח נתונים מתקדם וניבוי שיתרחש במפעל חכם. עסקים הבינו מזמן את הערך האסטרטגי של ביג דאטה אבל, עד לאחרונה, לעתים קרובות חסרו את המערכות הדרושות כדי לעשות שימוש משמעותי בו. טרנספורמציה דיגיטלית בשרשראות אספקה ובמפעלים חכמים פתחה עולם של פוטנציאל לעסקים כדי למטב ולחדש באמצעות תובנות Big Data.
אינטרנט תעשייתי של דברים (IIoT): במפעל חכם, כאשר מכשירים ומכונות מותאמים למזהים ייחודיים ויכולת לשלוח ולקבל נתונים דיגיטליים, הם מהווים רשת IIIoT. למכונות מודרניות יש כבר פורטלים דיגיטליים אבל אפילו מכונות אנלוגיות ישנות יכולות להתאים למכשירי שער IIoT כדי להעלות אותם למהירות. באופן חיוני, נתונים שנשלחו מדוחות המכשיר על הסטאטוס והפעילות שלו, ונתונים שנשלחו לבקרות ההתקן והופכים את הפעולות ותהליכי העבודה שלו לאוטומטיים.
תאומים דיגיטליים: העתק מדויק, וירטואלי של מכונה או מערכת הופך לתאום הדיגיטלי שלה. היא מאפשרת חדשנות ויצירתיות מקסימלית עם סיכון תפעולי מינימלי. תאום דיגיטלי יכול להידחף למגבלה שלו, לקבוע תצורה מחדש במספר דרכים וירטואליות, או לבחון את התאימות שלו בתוך מערכת קיימת - כל זאת מבלי לטשטש סיכון או בזבוז משאבים בעולם הפיזי.
הדפסה נוספת: ידועה גם בשם הדפסה תלת ממדית, היא מאפשרת למפעלים חכמים להשתמש באוטומציה חכמה לייצור לפי דרישה. הדבר חיוני במיוחד בזמנים של הפרעה בלתי צפויה בשרשרת האספקה או בביקוש למוצר פתאומי. אבל גם כאשר מדובר בעסקים כרגיל, מלאים וירטואליים יכולים למזער מאוד את הסיכונים והבזבוז על ידי מתן אפשרות לייצור בדיוק בזמן.
מציאות מדומה (VR) ומציאות מוגברת (AR): בשנת 2019, כתב העת Assembly תיאר חלק מהיישומים של סבבי VR במפעל החכם כ"מסוגל לקשר בין תנאים סביבתיים, רמות מלאי, מצב תהליך, נתוני שגיאות הרכבה, ניצול ותפוקה של מדדים באופן תלוי הקשר (היכן שאתה מסתכל או הולך)". חוויה חושית אימתנית זו מאפשרת למשתמשים להגביר את חושיהם הטבעיים עם נתונים בזמן אמת מכל מקום או נקודת זמן – לתת מודעות לא מובנית לסטטוס המפעל.
בלוקצ'יין: למזלנו, ככל שטכנולוגיות מפעל חכמות מתקדמות, פתרונות האבטחה שומרים על קצב לצידם. ל-Blockchain יש יישומים רבים בשרשרת האספקה, החל מיצירת "חוזים חכמים" עם ספקים וכלה במעקב אחר מקור הטובין והטיפול בכל מסע שרשרת האספקה. במפעלים חכמים, בלוקצ'יין שימושית במיוחד לניהול גישה לנכסים ומכונות מחוברות ברחבי העסק – הגנה על ביטחון המערכת ודיוק השיאים המוחזקים על ידי מכשירים אלו.
בסיס נתונים מודרני: בסיסי נתונים In-Memory ומערכות ERP מודרניות הם ה"מוחות" מאחורי Industry 4.0 וכל הפתרונות החכמים של מפעלים ושרשרת אספקה חכמה. מדור קודם, מסדי נתונים מבוססי דיסק נדחפים - לעיתים קרובות מעבר למגבלותיהם – כדי לעמוד בפונקציונליות המורכבת של ניהול הנתונים וכלי הניתוח הדרושים להפעלת מפעלים חכמים ושרשראות אספקה מודרניות.
השגת טרנספורמציה של Smart Factory
2020 החלה בשיבושים עצומים ובסיכון תפעולי לעסקים ברחבי העולם. לפני הקורונה, סקר דלויט מ-2019 של למעלה מ-600 מנהלים בכירים במגזר הייצור דיווח כי 86% סבורים כי בחמש השנים הקרובות "יוזמות של מפעל חכם יהיו הנהג העיקרי של תחרותיות הייצור". כיום, יותר מתמיד, טרנספורמציה דיגיטלית ומודרניזציה בשרשרת האספקה השתנו מיעדים ארוכי טווח לעדיפויות דחופות ומיידיות עבור חברות נחושות לחדש ולהתחרות.
איך תתחיל הטרנספורמציה החכמה שלך במפעל תלויה במקום שבו אתה נמצא כעת ובאילו תהליכים הם הקריטיים ביותר לעסק שלך. ביקורת מערכות התחלתית תסייע לך לנתח ולטפל במלאי של תהליכים, נכסים ומערכות עסקיות קיימות. לפני שתוכל להתחיל לבצע אוטומציה של תהליכי עבודה ותהליכי ייצור, יהיה עליך להעריך את מה שהם נראים היום.
בתחילת מסע הטרנספורמציה הדיגיטלית שלך, חשוב גם לזכור שה"חכם" במפעל חכם מגיע מניתוח הנתונים המתקדם שלו ומקיבולת ניהול הנתונים שלו. בסיס נתונים מודרני ומערכת ERP חזקה הם המוח העומד מאחורי מפעל חכם. הם תומכים בפונקציונאליות המתקדמת שמניעה את המערכת. גורם מרכזי בהצלחת כל טרנספורמציה של מפעל חכם יהיה היכולת של מערכות עסקיות קיימות לנהל Big Data ולשלב טכנולוגיות כמו בינה מלאכותית, למידת מכונה וכלי ניתוח מתקדמים.
לבסוף, אחד הדברים הטובים ביותר על שינוי מפעל חכם הוא שכדי להיות יעיל, זה לא צריך לקרות בבת אחת. אין צורך להפסיק או להשהות פעילויות עסקיות קיימות. כל יוזמה שהעסק נוקט כדי לבצע מודרניזציה ולמטב את המערכות הדיגיטליות שלהם תביא אותם צעד קרוב יותר למפעל חכם משולב לחלוטין. יתר על כן, מטבען הרב, טכנולוגיות מפעל חכמות אוספות ומנתחות נתונים. המשמעות היא שההשפעה והתשואה להשקעה של כל טכנולוגיות דיגיטליות חדשות יכולות – מרגע ההתקנה – להימדד ולהיערך.
רעיונות שלא תמצא בשום מקום אחר
הירשם למנה של בינה עסקית ישירות לתיבת הדואר הנכנס שלך.