ما هو المصنع الذكي؟
المصنع الذكي هو نظام فيزيائي إلكتروني يستخدم تقنيات متقدمة لتحليل البيانات، وتوجيه العمليات الآلية، والتعلم كلما سارت.
نظرة عامة على المصنع الذكي
وكما يوحي الاسم، فإن المصنع الذكي هو… ذكي. شبكة مترابطة من الآلات وآليات الاتصال وقوة الحوسبة، المصنع الذكي هو نظام فيزيائي إلكتروني يستخدم تقنيات متقدمة مثل الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي لتحليل البيانات، وتوجيه العمليات الآلية، والتعلم أثناء ذهابه.
المصانع الذكية والتصنيع الذكي هي جزء من التحول التكنولوجي المعروف باسم الصناعة 4.0 أو الثورة الصناعية الرابعة. كل واحدة من الثورات الصناعية الثلاث الأولى ولدت من تكنولوجيا جديدة مبتكرة غيرت تماما طريقة عملنا وتصنيع السلع: وهي المحرك البخاري، وخط التجميع، وقوة الكمبيوتر. اليوم، الثورة الرابعة مدفوعة بالتحول الرقمي والأتمتة الذكية.
مصانع ذكية لعالم متغير
في السنوات القليلة الماضية، أصبح من الواضح بشكل متزايد لقادة الأعمال أن التحول الرقمي يمثل أولوية ملحة لسلاسل التوريد وعمليات التصنيع التي تأمل أن تكون تنافسية ومرونة في 2020s. فضح الوباء بشكل أكبر نقاط الضعف في سلسلة التوريدات العالمية ونقاط الضعف في الصناعة. كررت مقالة في مجلة فوربس ذلك، قائلة "أظهر كوفيد-19 للعالم شيئًا يجب أن تعرفه الصناعة التحويلية بالفعل. إن سلاسل التوريد التقليدية والنظم البيئية للتصنيع فاشلة ونحتاج إلى التحول إلى حل أكثر قابلية للتكيف ومرونة يتم تمكينه رقميًا بالكامل."
كما تسهم توقعات المستهلكين في تطوير تقنيات المصانع الذكية ومصنع المستقبل. المعروف باسم تأثير الأمازون، طلب المستهلك على تسليم اليوم التالي آخذ في الارتفاع بخطى ثابتة وسريعة. وفقًا لمجلة Entrepreneur في عام 2019، "للأفضل أو للأسوأ، فإن الاقتصاد الأمريكي والاقتصاد العالمي في براثن تأثير الأمازون. […] كان مقدمو التجارة الإلكترونية تحت ضغط متزايد باستمرار لمطابقة سرعة وكفاءة أمازون، وليس هناك دليل على أن توقعات المستهلكين تخفف من حدتها." وقد شكل هذا التوجه عاملاً رئيسياً في ارتفاع الطلب على تكنولوجيا المصانع الذكية، حيث تثبت الأنظمة التي عفا عليها الزمن عدم تساوي في تلبية حجم الخدمات اللوجستية وقدرة التخزين اللازمة لمواكبة هذه الظاهرة.
ويواجه المصنعون ومديرو سلسلة التوريد المزيد من المخاطر والتعطيل التشغيلي بينما يسعون جاهدين لتقليل اعتمادهم على الشركاء الدوليين إلى الحد الأدنى. ومن المؤكد أن حلول المصانع الذكية مثل التصنيع حسب الطلب والمخزونات الافتراضية يمكن أن تقلل من الاعتماد على الموردين والمصنعين في الخارج. ومع ذلك، كما تشير مجلة Harvard Business Review في مقالة عام 2020، فمن الأسهل القول عن إعادة التصنيع إلى الولايات المتحدة. “لقد تحول المصنعون إلى متخصصين ومقاولين من الباطن يركزون بصعوبة على مجال واحد فقط – وحتى أولئك المتخصصين عليهم الاعتماد على العديد من الآخرين. وكما بات العالم يعتمد على مناطق مختلفة في الموارد الطبيعية مثل خام الحديد أو معدن الليثيوم، كذلك أصبح يعتمد على المناطق التي يقيم فيها هؤلاء المختصون”. من المؤكد أن زيادة التصنيع المحلي يمكن أن تقلل من التكلفة ومخاطر سلسلة التوريد، ولكنها لا تلغي بالضرورة حاجة الشركاء في الخارج ولا تقلل من العدد الإجمالي للروابط في السلسلة. ولذلك فمن الأهمية بمكان أكثر من أي وقت مضى أن تتوفر تقنيات المصانع الرقمية لتحسين الكفاءة ووضوح الرؤية.
كيف يعمل مصنع ذكي؟
كثيراً ما نتحدث عن العمليات المؤتمتة وكأنها فريدة من نوعها لمصنع ذكي – ومع ذلك فإن الأتمتة والروبوتات قيد الاستخدام منذ عقود في عمليات التصنيع. تستخدم العديد من المصانع التقليدية آلات آلية مثل الماسحات الضوئية لشريط الرموز والكاميرات ومعدات الإنتاج الرقمية في أجزاء مختلفة من عملها. ولكن تلك الأجهزة ليست مترابطة. فالأفراد والأصول ونظم إدارة البيانات في مصنع تقليدي تعمل جميعها بمعزل عن بعضها البعض ويجب أن تكون منسقة يدويا ومتكاملة بشكل مستمر.
يعمل المصنع الرقمي الذكي من خلال دمج الآلات والأشخاص والبيانات الضخمة في نظام بيئي واحد متصل رقميًا. فالمصنع الذكي لا يكتفي بكبح وتحليل البيانات فحسب، بل يتعلم فعلاً من التجربة. فهو يفسر ويحصل على رؤى شاملة من مجموعات البيانات لتوقع الاتجاهات والأحداث ولتوصية وتنفيذ تدفقات عمل التصنيع الذكية والعمليات المؤتمتة. يخضع المصنع الذكي لتحسين إجرائي مستمر إلى تصحيح ذاتي وتحسين ذاتي - يمكنه تعليم نفسه (والبشر) ليكونوا أكثر مرونة وإنتاجًا وأمانًا.
هيكل مصنع ذكي
يمكن تلخيص الهيكل الأساسي للمصنع الذكي على نطاق واسع في ثلاث خطوات:
الإجراءات الثلاثة الرئيسية التي تشكل مصنعًا ذكيًا
- الحصول على البيانات: يسمح الذكاء الاصطناعي وتقنيات قاعدة البيانات الحديثة بمعالجة واقتناء مجموعات متباينة من البيانات المفيدة عبر الأعمال وسلسلة التوريد والعالم. وعن طريق أجهزة الاستشعار والبوابات، يسمح إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT) للآلات المتصلة بجمع البيانات في النظام. من خلال عدد لا يحصى من بوابات البيانات الأخرى، يمكن للأنظمة التي تعمل بنظام الذكاء الاصطناعي تجميع مجموعات البيانات المتعلقة بالأداء أو اتجاهات السوق أو اللوجستيات أو أي مصدر آخر يحتمل أن يكون ذا صلة.
- تحليل البيانات: تستخدم أنظمة الأعمال الذكية وتدريب الآلة التحليلات المتقدمة وحلول إدارة البيانات الحديثة لفهم جميع البيانات المختلفة التي تم تجميعها. أجهزة استشعار IIoT يمكن أن تحذر عندما تحتاج الآلات إلى إصلاح أو خدمة. ويمكن تجميع بيانات السوق والبيانات التشغيلية لتحديد الفرص والمخاطر. ويمكن دراسة كفاءات تدفق العمل مع مرور الوقت لتحسين الأداء والتصحيح التلقائي حسب الاقتضاء. في الواقع، تقدم مجموعات البيانات التي يمكن مقارنتها وتحليلها إمكانية غير محدودة تقريبًا للتركيبات لإبلاغ تحسين المصنع الرقمي والتنبؤ بسلسلة التوريدات.
- الأتمتة الذكية للمصنع: بمجرد الحصول على البيانات وتحليلها، يتم إنشاء تدفقات العمل وإرسال التعليمات إلى الآلات والأجهزة داخل النظام. قد تكون هذه الأجهزة داخل الجدران الأربعة للمصنع أو أبعد مجال في الخدمات اللوجستية أو وصلات التصنيع في سلسلة التوريد. يتم مراقبة وتحسين تدفقات العمل والعمليات الذكية باستمرار. إذا كان التقرير الإخباري يحذر من زيادة الطلب على منتج معين، فيمكن توجيه تدفقات عمل الطابعة ثلاثية الأبعاد لزيادة أولوية الإنتاج لهذا العنصر. إذا تأخر شحن المواد الخام، فيمكن وضع المخازن المؤقتة للمخزون في حالة التناوب للتخلص من أي خلل.
مزايا مصنع ذكي
العديد من الأعمال التجارية جعلت لها علاقة بعمليات سلسلة التوريد والأنظمة التي لم تتغير أساسا منذ عقود. ولكن مع توقعات المستهلكين وعدم اليقين الاقتصادي في أعلى مستوى له على الإطلاق، يحتاج مديرو سلسلة التوريد إلى حلول يمكن أن توفر فائدة كبيرة وقابلة للقياس – ويمكن أن تجلب له بسرعة. وفقا لمجلة فوربس، في عام 2017 فقط 43٪ من الشركات المصنعة لديها مبادرات المصانع الذكية الجارية. وبحلول عام 2019، كان 68% منهم قد فعلوا ذلك. بالنسبة للشركات التي تستثمر في حلول التحول الرقمي والمصانع الذكية، هناك إمكانية لتحقيق فوائد كبيرة للأعمال، بما في ذلك:
الإنتاجية والكفاءة: على مدار تاريخها، كان التصنيع في المقام الأول حول التفاعل – النظر إلى حدث أو اتجاه حدث بالفعل ثم محاولة توجيه العمل في اتجاه مختلف بعد الحقيقة. تم تصميم تقنيات المصانع الذكية للحد من الحاجة إلى الممارسات التفاعلية ونقل إدارة سلسلة التوريد إلى نمط أكثر مرونة واستجابة. يسمح استخدام التحليلات التنبؤية وتحليل البيانات الضخمة بتحديد العمليات المحسَّنة ووضعها في مكانها الصحيح. إدارة المخزون في الوقت المحدد، والتوقع الدقيق للطلب، وتحسين السرعة إلى السوق هي عدد قليل من فوائد الكفاءة التي تقدمها المصانع الذكية. كما أن العاملين في المصانع الذكية، معززين بالرؤى الرقمية، قادرون على تبسيط جهودهم، إضافة إلى الإنتاجية العامة للتشغيل. وفي دراستهم للمصنع الذكي لعام 2019، تخبرنا ديلويت بأن “الشركات تبلغ عن مكاسب تصل إلى 12% في مجالات مثل إنتاج التصنيع، واستخدام المصانع، وإنتاجية العمل بعد استثمارها في مبادرات المصانع الذكية. وعلاوة على ذلك، من المرجح أن تتجاوز الشركات المصنعة ذات المصانع الذكية المصانع التقليدية مع ارتفاع صافي إنتاجية العمل بنسبة 30% بحلول عام 2030".
الاستدامة والسلامة: أصبح المستهلكون على استعداد متزايد لإنفاق المزيد قليلاً للمنتجات التي يعرفون أنها مصدرها وتصنيعها باستخدام أساليب مسؤولة اجتماعياً وبيئياً. تقنيات المصانع الذكية الحديثة تجعل من الأسهل من أي وقت مضى على الشركات تحديد وتنفيذ الفرص للمزيد من ممارسات التصنيع الخضراء والآمنة والمسؤولة اجتماعياً. يمكن استخدام الابتكارات الرقمية مثل حساسات blockchain وRFID من قبل مديري المصانع الذكية لضمان المصدر غير القابل للدحض ومراقبة الجودة لجميع المواد والإمدادات – القادمة من حتى الروابط الأكثر بعداً في سلسلة التوريد. وأقرب إلى المنزل، تفيد الجمعية الدولية للأتمتة أن الروبوتات والأجهزة الآلية يمكن أن تساعد في تقليل أو القضاء على ثلاثة من بين الأسباب الخمسة الرئيسية للإصابات في مكان العمل.
جودة المنتجات وتجربة العملاء: مثل لعبة الهاتف الخاصة بالأطفال، كان لدى المصنعين التقليديين في كثير من الأحيان وقت صعب لضمان تلقي توجيهاتهم بدقة وتبعهم موردي المستوى الأدنى والمصنعين في سلاسل التوريد الخاصة بهم. في المصنع الذكي، يقدم الاتصال السحابي والرؤية الشاملة في المصانع الذكية رؤى وتوصيات فورية لجميع مستويات عملية التصنيع. القدرة على التخصيص السريع والاستجابة للاتجاهات المتغيرة تعني أن المنتجات محدثة بإحكام مع رغبات العملاء. ويشير التحليل المتقدم لبيانات النظام بسرعة إلى وجود نقاط ضعف أو مجالات للتحسين. وهذا يؤدي إلى تحسين القدرة التنافسية في السوق، ومراجعة أفضل للمنتجات، وعائدات أو عمليات استرجاع أقل تكلفة.
تقنيات المصانع الذكية
تقنيات المصانع الذكية رشيقة للغاية. مع تصاعد مبادرات التحول الرقمي داخل الشركة، هناك إمكانيات غير محدودة تقريبًا للتوسع والتعديل والتكيف حسب الحاجة.
الاتصال السحابي: سواء كان عامًا أو خاصًا أو هجيًا، فإن السحابة هي القناة التي تتدفق من خلالها جميع البيانات والمعلومات عبر مصنع ذكي. يضمن الاتصال السحابي على مستوى الأعمال وعلى مستوى العالم أن كل منطقة من مجالات الأعمال تعمل ببيانات فورية وأن هناك رؤية فورية لجميع الأصول والأنظمة المتصلة داخل سلسلة التوريدات.
الذكاء الاصطناعي: تتمتع الأنظمة التشغيلية التي تستخدم تقنيات الذكاء الاصطناعي المتكاملة بالسرعة والقوة والمرونة اللازمة ليس فقط لجمع وتحليل مجموعات البيانات المتباينة، ولكن لتوفير رؤى في الوقت الفعلي وتوصيات مستجيبة. يتم تحسين العمليات المؤتمتة والأنظمة الذكية داخل المصنع الذكي باستمرار وإبلاغها بالذكاء الاصطناعي.
التعلم الآلي: من أكثر الفوائد قيمة التي يجلبها تدريب الآلة للمصنع الذكي هو قدرته على الصيانة التنبؤية المتقدمة. من خلال مراقبة عمليات التصنيع وتحليلها، يمكن إرسال التنبيهات قبل حدوث فشل النظام. واعتمادًا على الموقف، يمكن إجراء الصيانة الآلية، أو يمكن التوصية بالتدخل البشري إذا لزم الأمر.
البيانات الضخمة: تسمح مجموعات البيانات القوية والكبيرة بإجراء تحليلات تنبؤية ومتقدمة في مصنع ذكي. وفهمت الشركات منذ فترة طويلة القيمة الاستراتيجية للبيانات الضخمة ، ولكن، حتى وقت قريب، كثيرا ما افتقرت إلى النظم اللازمة للاستفادة منها بصورة مجدية. لقد فتح التحول الرقمي في سلاسل التوريدات والمصانع الذكية عالماً من الإمكانات أمام الشركات من أجل التحسين والابتكار باستخدام رؤى البيانات الضخمة.
إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT): في المصنع الذكي، عندما يتم تزويد الأجهزة والآلات بمعرفات فريدة والقدرة على إرسال واستقبال البيانات الرقمية، فإنها تضم شبكة IIoT. قد تحتوي الآلات الحديثة بالفعل على بوابات رقمية ولكن حتى الآلات التناظرية القديمة منذ عقود يمكن تزويدها بأجهزة بوابة IIoT لجعلها تصل إلى السرعة. وبشكل أساسي، تفيد البيانات المرسلة من الجهاز عن حالته ونشاطه، والبيانات المرسلة إلى عناصر تحكم الجهاز وأتمتة إجراءاته وتدفقات العمل.
التوائم الرقمية: نسخة طبق الأصل افتراضية دقيقة من آلة أو نظام يصبح توأمه الرقمي. ويسمح بأقصى قدر من الابتكار والإبداع مع الحد الأدنى من المخاطر التشغيلية. يمكن دفع التوأم الرقمي إلى حده، أو إعادة تكوينه بطرق افتراضية متعددة، أو اختباره لتوافقه ضمن نظام موجود – كل ذلك دون أي خطر أو هدر للموارد في العالم المادي.
الطباعة المضافة: تعرف أيضا باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد، تسمح للمصانع الذكية باستخدام الأتمتة الذكية للتصنيع حسب الطلب. وهذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص في أوقات تعطل سلسلة التوريدات غير المتوقعة أو الطلب المفاجئ على المنتجات. ولكن حتى عندما يكون العمل كما هو معتاد، فإن المخزونات الافتراضية يمكن أن تقلل إلى حد كبير من المخاطر والهدر من خلال السماح بالتصنيع في الوقت المناسب.
الواقع الافتراضي (VR) والواقع المعزز (AR): في عام 2019، وصفت مجلة الجمعية بعض تطبيقات VR في المصنع الذكي بأنها "قادرة على ربط الظروف البيئية ومستويات المخزون وحالة العملية وبيانات أخطاء التجميع والاستخدام ومقاييس الإنتاجية بطريقة تعتمد على السياق (حيث تنظر أو تمشي)." وتتيح هذه التجربة الحسية الغامرة للمستخدمين زيادة حواسهم الطبيعية ببيانات آنية من خلال أي موقع أو نقطة زمنية – لإعطاء وعي غير معوق بحالة المصنع.
Blockchain: لحسن الحظ، ومع تقدم تقنيات المصانع الذكية، فإن الحلول الأمنية تواكب إلى جانبها. تمتلك Blockchain العديد من التطبيقات في سلسلة التوريدات، بدءًا من إنشاء "العقود الذكية" مع المورِّدين وحتى تتبع مصدر البضائع والتعامل معها عبر رحلة سلسلة التوريدات. في المصانع الذكية، تعد blockchain مفيدة بشكل خاص لإدارة الوصول إلى الأصول والآلات المتصلة عبر الأعمال – حماية أمن النظام ودقة السجلات التي تحتفظ بها تلك الأجهزة.
قاعدة البيانات الحديثة: قواعد البيانات داخل الذاكرة وأنظمة ERP الحديثة هي “الأدمغة” وراء الصناعة 4.0 وجميع حلول المصانع الذكية وسلسلة التوريد الذكية. يتم دفع قواعد البيانات القديمة القائمة على الأقراص – في كثير من الأحيان خارج حدودها - لمواكبة وظائف إدارة البيانات والتحليلات المعقدة اللازمة لتشغيل المصانع الذكية وسلاسل التوريد الحديثة.
تحقيق تحويل المصنع الذكي
شهد عام 2020 اضطرابًا هائلاً ومخاطر تشغيلية للشركات في جميع أنحاء العالم. قبل COVID-19، أفاد مسح ديلويت لعام 2019 لأكثر من 600 من كبار المسؤولين التنفيذيين في قطاع التصنيع أن 86% يعتقدون أنه في السنوات الخمس المقبلة، "ستكون مبادرات المصانع الذكية هي المحرك الرئيسي للقدرة التنافسية للتصنيع". واليوم، أكثر من أي وقت مضى، تغير التحول الرقمي وتحديث سلسلة التوريدات من أهداف طويلة الأجل إلى أولويات عاجلة وفورية للشركات العازمة على الابتكار والمنافسة.
كيف تبدأ تحويل المصنع الذكي الخاص بك سيعتمد على المكان الذي أنت عليه الآن وأي العمليات هي الأكثر أهمية لأعمالك. سيساعدك التدقيق الأولي للأنظمة على تحليل العمليات والأصول وأنظمة الأعمال الموجودة وتقييمها. قبل أن تتمكن من بدء أتمتة تدفقات العمل وعمليات التصنيع، ستحتاج إلى تقييم ما تبدو عليه اليوم.
في مستهل رحلة تحولك الرقمي، من المهم أيضاً أن نتذكر أن “الذكي” في مصنع ذكي يأتي من قدرته المتقدمة في تحليل البيانات وإدارة البيانات. قاعدة بيانات حديثة ونظام تخطيط موارد مؤسسة (ERP) قوي هي الأدمغة وراء مصنع ذكي. فهي تدعم الوظائف المتقدمة التي تقود النظام. ومن العوامل الرئيسية في نجاح أي تحويل لمصنع ذكي هو قدرة أنظمة الأعمال الحالية على إدارة البيانات الضخمة ودمج تقنيات مثل الذكاء الاصطناعي وتدريب الآلة والتحليلات المتقدمة.
وأخيرًا، فإن أحد أفضل الأشياء حول تحويل المصنع الذكي هو أنه، لكي يكون فعالاً، ليس من الضروري أن يحدث كل شيء في وقت واحد. كما أنه لا يتطلب قطع أنشطة الأعمال الموجودة أو إيقافها مؤقتًا. كل مبادرة يتخذها العمل لتحديث وتحسين أنظمتها الرقمية سيقربها خطوة إلى مصنع ذكي متكامل بالكامل. وعلاوة على ذلك، وبطبيعتها ذاتها، تقوم تقنيات المصانع الذكية بجمع وتحليل البيانات. وهذا يعني أن تأثير وعائد الاستثمار لأي تقنيات رقمية جديدة يمكن - منذ لحظة التركيب - قياسها وتقييمها.
الأفكار التي لن تجدها في أي مكان آخر
اشترك للحصول على جرعة من التحليل الذكي للأعمال مرسلة مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.