معماری کارخانه هوشمند در صنعت پلیمر | ۱۲ لایه از حسگر تا تصمیمگیری
به عنوان یک کارآفرین، مدیر یا یک کارشناس تصور کنید که یک کارخانه هوشمند دارید یا در آن کار می کنید. در این کارخانه قطعات تزریقی پلاستیک برای مصرف در یک کارخانه خودرو ساز تولید می شود. زنگ نوتیفیکیشن تلفن همراهتان به صدا درمی آید، یک پیام از کارخانه دارید: »صبح بخیر مدیر. خط ۱ آماده است. خط ۲ به دلیل تاخیر در تحویل مواد از انبار،ده دقیقه تأخیر دارد. پیشنهاد میکنم مواد خط ۳ را موقتاً به خط ۲ بدهی. تأیید میکنی؟« یک دکمه سبز را میزنی و بقیه کارها بصورت خودکار انجام می شود:
• انبار مواد را جابهجا میکند
• خط ۲ بدون توقف اضافه راه میافتد
• برنامه تولید فردا را اصلاح میکند
• به خریدار ایمیل میزند: «محصولت ۴ ساعت زودتر آماده میشود«
حالا تصور کن این فقط شروع روز باشد.
گزارش وضعیت عملکردی دستگاهها میآید. بلبرینگ دستگاه شماره 1 لرزش غیر عادی دارد و هیترهای دستگاه شماره 4 آمپر اضافی می کشد ولی دما 5 درجه کمتر از میانگین است و ... اینها را نه پرسنل بلکه خود دستگاهها به شما گزارش میدهند. وضعیت کنترل کیفیت و مدیریت تولید هم به همین شکل است. سفارشات بهصورت با توجه به اولویت برای تولید برنامهریزی شده و دستگاهها بر این اساس مواددهی، تنظیم و تولید انجام میشود. درنهایت زمانیکه سفارش به اتمام میرسند، اعلام مینمایند. همه اینها را میتوانید بوسیله گوشی تلفن همراه کنترل و دستورات لازم را بدهید.
این تصویر خیلی نزدیکتر از چیزی است که ما احساس میکنیم. این تصویر یک «کارخانه هوشمند» است. دنیای تولید با سرعتی غیر قابل تصور به این سمت حرکت میکند.
کارخانه هوشمند چیست؟
هوش مصنوعی آمده که از میان انبوهی از اطلاعات الگوها را کشف کند و از طریق این الگوها تصمیمهایی بگیرد که پیش از آن از وظایف انسان بوده است. پس هرکجا که کاری بصورت روتین درحال انجام است و بصورت مداوم تکرار میشود، میتواند بوسیله عوامل هوشمصنوعی، الگوریتمها به بهترین شکل به انجام شود. باتوجه به وفور این نوع کارها در واحدهای تولیدی به راحتی می توان هوشمصنوعی جایگزین نمود و انسانها تنها نقش نظارتی داشته باشند. پس اگر در محاصره انبوهی از کارهای تکراری هستید، گوش به زنگ باشید که به زودی باید جای خود را به عوامل هوشمصنوعی بدهید. در مقیاس بزرگتر اگر امروز امور جاری کسب و کارتان با استفاده از عوامل هوشمند انجام نمیشود و تمایلی به این تغییر رویه ندارید، منتظر باشید تا به زودی کسب و کارهای هوشمند جای شما را بگیرد. امروز بسیاری از کارخانهها با تجهیز به انواع حسگرها و نرمافزارها در عمل در حال ایجاد یک کارخانه هوشمند هستند. اما سوال اینجاست که معماری یک کارخانه هوشمند چگونه است؟
معماری کارخانه هوشمند
اینجا یک کارخانه هوشمند را در لایهها و بخشهای متعددی بررسی کنیم که با پیوستن به هم یک سیستم مدیریت هوشمند یکپارچه ختم میشود.
1- لایه حسگرها و دادهگیری: اولین گام برای داشتن یک کارخانه هوشمند، داشتن این لایه است. قطعا اگر دادهای وجود نداشته باشد، هوشمندی هم به کار نخواهد بود. پس باید در هر کسب و کاری اول دادههای موجود را جمعآوری نماییم. امروزه یکی از مهمترین ابزارهای جمعآوری دادهها، حسگرها، دوربینها و میکروفنها میباشد. یادمان باشد که اولین و مهمترین منبع داده برای هر کسب و کاری خود آن کسب و کار میباشد.
2- لایه ارتباطات و زیرساخت: زیرساختهای ارتباط میان دستگاهها، حسگر ها و دیتاسنترها و سرورها هم از الزامات بسیار مهم است. خیلی از تجهیزات امروزی مجهز به اینترنت اشیا هستند و به سادگی قابلیت اتصال به شبکههای ارتباطی را میدهد. بدون این دو لایه هوشمندی اصلا مفهومی ندارد. پس برای هوشمندسازی باید روی این دو لایه سرمایهگزاری نمود.
3- لایه بینایی ماشین : امروز با فراگیر شدن دوربینها در زندگی روزمره اهمیت این لایه برای همه آشکار شده است. این ابزار میتواند کنترل کیفیت و ایمنی بسیاری از اموری که اپراتورها انجام میدهند را با کیفیتی برتر انجام دهند. اموری مانند کنترل کیفیت سطحی، اندازه گیری ابعاد، تشخیص ناهمگنی مواد، تشخیص وضعیت ابزار ا و ایمنی به سادگی می تواند بوسیله دوربینهای بینایی ماشین به انجام برسد.
4- لایه نگهداری پیشبینانه: در کسب و کارهای تولید محور همواره بین تعمیرات واکنشی و تعمیرات پیشگیرانه در نوسان هستیم. ولی با این لایه که اتفاقا تاثیر بیبدیلی در کاهش هزینه ها دارد میتوان بروز عیب را پیشبینی کرد و در زمان مقتضی با برنامهریزی دقیق با کمترین هزینه آن عیب را رفع نمود. البته که نقش حسگرها و مدلهای هوشمند تشخیص عیوب بسیار تعیین کننده است. دستگاهها و سخت افزارهای امروزی رفته رفته به سیستمهای عیبیابی پیشبینانه مجهز میشوند.
5- لایه بهینهسازی فرایند: جایگزینی مهارت یک استادکار در بهینهسازی یک فرایند تولید، آخرین چیزی بود که قابل تصور بود. اما نسل جدید دستگاهها درحال تجهیز به این قابلیتها هستند. یک دستگاه میتواند با تنظیم دما، فشار و سایر پارامترهای فرایندی با حداقل ضایعات بصورت خودکار بهترین تنظیمات را کشف و اعمال نماید. این قابلیت قابل تعمیم به کل سیستم کارخانه هم هست.
6- لایه فرمولاسیون و مواد: اینجا هوشمصنوعی و فرایندهای هوشمندسازی پا در کفش متخصصین تحقیق و توسعه نمودهاند اقدام به پیشبینی خواص و بهینه سازی آن می پردازد. دیری نمیپاید که خیلی سریعتر و کم هزینهتر فرمولها بوسیله عوامل هوشمصنوعی مستقر در واحدهای تحقیق و توسعه به انجام میرسد.
7- لایه تعیین گرید و ورودی مواد: قطعا یکی از امور دشوار اما پر فایده کنترل ورودی مواد اولیه، تعیین گرید هوشمند PolymerIQ و پایش آن در بخشهای مختلف واحد تولیدی میباشد. این امر به همان اندازه که تاثیر مثبت در کیفیت محصول دارد، به همان اندازه هم دشوار است. اما عوامل هوشمصنوعی به آسانی میتوانند این امر را انجام دهند. مراحل انجام اینکار شامل تشخیص گرید مواد از روی بسته بندی مواد یا QR Code، تطابق با سفارش خرید، ردگیری از انبار تا خط تولید، هشدار در صورت ورود مواد نامناسب به دستگاهها، ثبت خودکار در سیستم میباشد.
8- لایه کنترل تولید و اجرا: هارمونی در یک کارخانه یک اصل مهم و پرچالش است. اما با لایه کنترل تولید و اجرا چالشهای این کار بسیار تسهیل میشود. مانیتورینگ لحظهای OEE، برنامهریزی تولید با توجه به سفارشات، ردیابی هر محصول از مواد اولیه تا خروجی، ثبت خودکار توقفها و علل آنها، اتصال به سیستم برنامهریزی منابع (ERP)و صدور خودکار گزارشهای تولید را میتوان کاملا بصورت هوشمند و خودکار انجام داد و به سادگی نتیجه را در داشبوردهای مخصوص روی تلفن همراه در هر کجای کره زمین دید.
9- لایه مدیریت انرژی: لایه مدیریت انرژی با توجه به ناترازی انرژی خصوصا در تابستانها به تازگی به لیست دغدغههای تولید کنندگان اضافه شده است. مانیتورینگ مصرف هر دستگاه و تشخیص ناهنجاریهای مرتبط، بهینهسازی در راهاندازی هیترها، مدیریت هوشمند خنکسازی و گزارش بهرهوری انرژی در آیندهای نه چندان دور در ایران خود تبدیل به یک برگ برنده و مزیت رقابتی پرقدرت شود.
10- لایه انبار و لجستیک هوشمند: انبار و انبار داری همیشه یکی از دغدغههای صاحبان کسب و کار بوده است. روند سنتی با ورود سیستم های انبارداری هوشمند به انتهای راه خود رسیده است. امروز سیستمهای انبارداری فقط با یک اسکنر که QR Code مواد ورودی را میخواند در یک لحظه میتواند امور مربوط به چند نفر نیروی انسانی را همزمان انجام دهد. مدیریت موجودی آنلاین، جا یابی هوشمند، پیشبینی و سفارش مواد، هدایت خودکار لیفتراکها برای جابجایی مواد، اسکن خودکار هنگام ورود و خروج مواد از جمله اموری چالش برانگیزی است که نقصان در آن میتواند خسارات جبران ناپذیری را ایجاد نماید.
11- لایه پشتیبانی و دانش: کارخانهها و کسب و کارها معمولا مملو از کتابها، بروشورهای نحوه استفاده از دستگاهها، مواد اولیه، فایلهای آموزشی تعمیرات و... است که فقط فضا اشغال نمودهاند و در زمان نیاز به دلیل عدم سازماندهی مناسب، قابلیت استفاده ندارند. امروز با استفاده از لایه پشتیبانی و دانش به خوبی می توانیم این اطلاعات را طبقهبندی وسازماندهی نموده و به آسانترین روش ممکن در دسترس افراد قرار دهیم. در این لایه با استفاده از چتبات هوشمند عیبیابی سریع، ایجاد دانشنامههای فنی، راهنمای گام به گام راهاندازی حتی روی تلفنهای هوشمند نیروی انسانی قابل دسترسی است. همچنین قابلیت ارایه خدمات پشتیبانی از راه دور، قابلیت ضبط و یادگیری از خطاهای پرتکرار، ارزش افزوده فوقالعادهای در مجموعههای تولیدی ایجاد مینماید.
12- لایه تصمیمگیری و داشبورد مدیریتی: همه میدانیم که تصمیمگیری چقدر سخت است، خصوصا اگر تعداد عوامل تعیینکننده زیاد باشد و بر همدیگر برهمکنش هم داشته باشد. اما در یک کارخانه هوشمند با توجه به اشراف فوقالعاده بر شرایط و عوامل تاثیرگذار و قابلیت نمایش بالا، تصمیمگیری برای یک مدیر به سهولت قابل انجام است. در هر کجا و هر زمان تمامی عوامل لازم برای تصمیمگیری از طریق داشبورد هوشمند PolymerIQهمراهتان هست. هشدارهای هوشمند میتواند بصورت نوتیفیکیشن به تلفن همراهتان ارسال شود و پیشنهادهای لازم را هم بدهد. گاهی هنگام تصمیمگیری میخواهید تاثیر سناریوهای مختلف را در تصمیمات بسنجید و دیدن زوایای مختلف این سناریوها در این لایه بهسادگی قابل انجام است. انجام پیشبینی تولید، فروش و موجودی و در نهایت مقایسه خطوط و شیفتها همگی در این لایه به انجام میرسد.
از کجا شروع کنیم؟
وقتی به این معماری ۱۲ لایهای نگاه میکنید، شاید در ابتدا احساس کنید پیادهسازی چنین سیستمی نیازمند بودجههای کلان، توقف کامل خطوط تولید و یک دگرگونی ترسناک است. اما واقعیت این نیست. هوشمندسازی کارخانه یک پروژه یکشبه نیست، بلکه یک مسیر گامبهگام است. هرچه شناخت دقیقتری از معماری و مراحل پیادهسازی داشته باشید، ریسک و هزینههای اجرای پروژه کمتر خواهد بود. در این مسیر، دورههای آموزشی میتوانند دید جامعتری نسبت به الزامات هوشمندسازی در اختیار شما قرار دهند.اگر میخواهید این مسیر را در مجموعه خود آغاز کنید، پیشنهاد میشود این سه قدم طلایی را بردارید:
• قدم اول؛ با لایههای پایهای شروع کنید (بخشهای ۱ و ۲): شما نمیتوانید بدون داشتن داده، هوشمصنوعی را به خدمت بگیرید. در مرحله اول، نیازی به خرید رباتهای گرانقیمت یا تجهیزات فوق پیشرفته نیست. کافی است با نصب چند حسگر اقتصادی روی دستگاههای کلیدی (مثلاً برای سنجش دما، لرزش یا شمارش خروجی) و اتصال آنها به یک شبکه داخلی ساده (اینترنت اشیا)، فرآیند دادهگیری را آغاز کنید. یادگیری نحوه جمعآوری و ذخیرهسازی دادهها، فونداسیون کارخانه هوشمند شماست.
• قدم دوم؛ گلوگاهها را هوشمند کنید: به سراغ بخشی بروید که در حال حاضر بیشترین خسارت، ضایعات یا توقف را به کارخانه شما تحمیل میکند. اگر قطعی برق و هزینه انرژی چالش اصلی شماست، اولویت را بگذارید روی لایه مدیریت انرژی. اگر خطای انسانی در کنترل کیفیت بالا است، روی لایه بینایی ماشین تمرکز کنید. هوشمندسازی را نقطه به نقطه جلو ببرید تا از هر مرحله، خروجی ملموس و سودآوری مالی بگیرید و انگیزه ادامه مسیر فراهم شود.
• قدم سوم؛ فرهنگسازی و آموزش: بزرگترین مانع در برابر هوشمندسازی، مقاومت بدنه سنتی کارخانه است. همزمان با توسعه سختافزاری، مستندات، بروشورها و تجربیات سازمان را وارد سیستمهای مدیریت دانش هوشمند کنید. به پرسنل و اپراتورها نشان دهید که هوشمصنوعی رقیب آنها نیست، بلکه دستیاری است که کار آنها را راحتتر و ایمنتر میکند.
هر کارخانه با توجه به فرآیندها، تجهیزات و اهداف خود به رویکرد متفاوتی در هوشمندسازی نیاز دارد. در چنین شرایطی، بهرهگیری از مشاوره هوشمندسازی میتواند به شناسایی اولویتها و انتخاب مسیر مناسب کمک کند.
پایان
از یک کارخانه فرضی شروع کردیم، چیزی که در نگاه اول شاید خیلی دور از واقعیت بنماید. اما در دنیای مدرن و در عصر صنعت 4 تولید با سرعت غیرقابل باوری به این سمت در حال حرکت است. لایههای دوازدهگانه یک کارخانه هوشمند را هم بررسی اجمالی کردیم. هر کدام قابل تامل است و هر کدام از اینها می تواند در کسب و کارمان تحول اساسی ایجاد نماید. در ادامه گامهای برای اجرای این معماری پیشنهاد شد.
در ادامه این مقاله، معماری ۱۲ لایهای کارخانه هوشمند را بررسی میکنیم. اگر میخواهید بدانید ابزارهای هوشمند PolymerIQ چگونه این لایهها را پوشش میدهند، با ما همراه باشید.
در PolymerIQ کنارتان هستیم تا این مسیر را با هم بپیماییم. با ما در تماس باشید.