Industry 0.4
انقلاب صنعتی چهارم با مثال
صنعت 4.0 نشانه تغییر در نمای سنتی تولید است. صنعت 4.0 که به عنوان انقلاب صنعتی چهارم نیز شناخته می شود ، شامل سه گرایش تکنولوژیکی است که باعث ایجاد این تحول می شود: اتصال ، هوش و اتوماسیون انعطاف پذیر و با ابزارهای بروز و کارآمد IT(فناوری اطلاعات) و OT (فناوری عملیاتی) را برای ایجاد یک فضای فیزیکی سایبری همگرا می کند
این همگرایی به لطف ظهور راه حل های دیجیتال و فناوری های پیشرفته که اغلب با صنعت 4.0 همراه هستند ، امکان پذیر شده است. این شامل موارد زیر است:
ü اینترنت صنعتی اشیا (Iot)
ü اطلاعات حجیم (Big data)
ü پردازش ابری
ü چاپ سه بعدی (AM)
ü دوقولوهای دیجیتالی
ü واقعیت افزوده و مجازی (AR / VR)
Contents
این فن آوری ها از طریق ادغام سیستم ها و فرآیندهای متفاوت از طریق سیستم های رایانه ای بهم پیوسته در سراسر زنجیره ارزش و تأمین ، به تحول دیجیتالی تولید کمک می کنند، استقبال از تولید دیجیتال و ارتباط متقابل با آن مزایای بی شماری را برای شرکت ها فراهم می کند ، از جمله چابکی ، انعطاف پذیری بیشتر و عملکرد عملیاتی به بررسی آنها با مثال های واقعی دو سال اخیر بپردازیم:
به بیان ساده ، اینترنت اشیا به شبکه ای از دستگاه های فیزیکی گفته می شود که به صورت دیجیتال به هم متصل شده اند و ارتباط و تبادل داده ها از طریق اینترنت را تسهیل می کنند. این دستگاه های هوشمند می توانند از تلفن های هوشمند و لوازم خانگی گرفته تا ماشین و حتی ساختمان ها باشند
IoT صنعتی زیرمجموعه اینترنت اشیا است ، جایی که حسگرهای مختلف ، برچسب های شناسایی فرکانس رادیویی(RFID) ، نرم افزار و الکترونیک با ماشین ها و سیستم های صنعتی ادغام می شوند تا داده های زمان واقعی در مورد وضعیت و عملکرد آنها را جمع کنند، IoT موارد استفاده بسیاری دارد که امروزه مدیریت و ردیابی دارایی یکی از مهم ترین کاربردهای این فناوری است
به عنوان مثال ، IoT برای جلوگیری از افزایش بیش از حد یا کمبود موجودی کالا می تواند مورد استفاده قرار گیرد، یکی از راه های دستیابی به این هدف استفاده از سنسورهای نصب شده در قفسه و دستگاه های توزین برای پخش اطلاعات موجودی به سیستم مدیریت انبار است. به کار بردن چنین سیستمی به مدیران انبار اجازه می دهد تا سطح موجودی کالا را کنترل کرده و بدین ترتیب در زمان واقعی دیده شدن و کنترل موجودی کالا را بدست آورند.
BJC HealthCare یک ارائه دهنده خدمات بهداشتی است که 15 بیمارستان در میسوری و ایلینوی را اداره می کند.
این شرکت از فناوری شناسایی فرکانس رادیویی(RFID) برای ردیابی و مدیریت هزاران لوازم پزشکی استفاده می کند. فناوری RFID از امواج رادیویی برای خواندن و ضبط اطلاعات ذخیره شده روی برچسب متصل به یک شی، ، مانند لوازم بهداشتی استفاده می کند، پیش از این ، فرآیند ردیابی موجودی کالا شامل کارهای دستی زیادی بود. با این حال ، نظارت بر موجودی به صورت دستی می تواند یک چالش باشد ، زیرا بیمارستان ها محصولات مختلفی را از تامین کنندگان خریداری می کنند و بسیاری از موارد را برای انجام اقدامات خاص در سایت ذخیره می کنند، در برخی موارد ، تاریخ انقضا محصولات باید به دقت کنترل شود ، در حالی که از دست دادن موجودی می تواند منجر به صرف زمان زیادی برای انجام چک های موجودی شود، به همین دلایل ، BJC تصمیم گرفت فناوری برچسب گذاری RFID را در سال 2015 پیاده سازی کند، از زمان اجرای این فناوری ، BJC توانسته است 23 درصد از سهام موجود در هر محل را کاهش دهد. این شرکت پیش بینی می کند که پس از اجرای کامل برچسب گذاری RFID در سال جاری ، تقریباً سالانه 5 میلیون دلار پس انداز خواهد داشت.
همانطور که این مثال نشان می دهد ، IoT می تواند به طور قابل توجهی عملیات را بهبود بخشد ، بهره وری را افزایش دهد ، هزینه ها را کاهش دهد و دید با ارزش واقعی را در سراسر زنجیره تامین فراهم کند
Big Data به مجموعه داده های بزرگ و پیچیده تولید شده توسط دستگاه های اینترنت اشیا گفته می شود. این داده ها از طیف گسترده ای از برنامه های ابری و سازمانی ، وب سایت ها ، رایانه ها ، سنسورها ، دوربین ها و موارد دیگر - همه در قالب ها و پروتکل های مختلف ارائه می شوند، در صنعت تولید ، انواع مختلفی از داده ها برای در نظر گرفتن وجود دارد ، از جمله داده های حاصل از تجهیزات تولیدی مجهز به سنسورها و پایگاه های داده از سیستم هایERP ، CRM وMES.
اما چگونه تولید کنندگان می توانند داده های جمع آوری شده را به بینش عملی تجاری و منافع ملموس تبدیل کنند؟
با تجزیه و تحلیل داده ها.
وقتی نوبت به داده می رسد ، استفاده از تجزیه و تحلیل داده ها برای تبدیل داده ها به اطلاعاتی که می توانند بینش های عملی ارائه دهند ، ضروری است، مدل های یادگیری ماشین و تجسم داده ها می توانند به فرایندهای تجزیه و تحلیل داده کمک کنند. به طور گسترده ، تکنیک های یادگیری ماشین الگوریتم های محاسباتی قدرتمندی را برای پردازش مجموعه داده های عظیم به کار می گیرند ، در حالی که ابزارهای تجسم داده ، تولیدکنندگان را قادر می سازند با سهولت بیشتری داستان داده ها را درک کنند.
در نهایت ، با استفاده از مجموعه داده های جدا شده قبلی ، جمع آوری و تجزیه و تحلیل آنها ، شرکت ها اکنون قادر به یافتن راه های جدید برای بهینه سازی فرآیندهایی هستند که بیشترین تأثیر را بر عملکرد دارند.
ترکیب IoT وBig Data یک دستورالعمل است که بوش از آن استفاده می کند تا تحول دیجیتال کارخانه سیستم دیزل اتومبیلBosch خود را درWuxi ، چین انجام دهد.
این شرکت ماشین آلات خود را برای نظارت بر روند تولید کل در هسته کارخانه خود متصل می کند. این امر با تعبیه حسگرها در ماشین آلات کارخانه به دست می آید که سپس برای جمع آوری داده ها در مورد شرایط ماشین آلات و زمان چرخه استفاده می شود، پس از جمع آوری ، ابزارهای پیشرفته تجزیه و تحلیل داده ها داده ها را در زمان واقعی پردازش می کنند و با شناسایی هرگونه تنگنا در عملیات تولید ، هشدار می دهند، استفاده از این روش به پیش بینی خرابی تجهیزات کمک می کند و به کارخانه این امکان را می دهد تا قبل از بروز هرگونه خرابی به خوبی برنامه های تعمیر و نگهداری را برنامه ریزی کند، در نتیجه ، این کارخانه قادر است ماشین آلات خود را برای مدت زمان طولانی تری فعال و کار کند.
این شرکت اظهار داشت که استفاده از تجزیه و تحلیل داده ها به این روش باعث افزایش بیش از 10٪ تولید در مناطق خاص شده است ، در حالی که تحویل و رضایت مشتری را بهبود می بخشد.
در نهایت ، یک بینش بیشتر در مورد کارخانه از تصمیم گیری بهتر و سریعتر در کل سازمان پشتیبانی می کند ، که به آن امکان می دهد تا خرابی تجهیزات را کاهش دهد و فرایندهای تولید را بهینه کند.
برای دهه ها ، تولیدکنندگان با هدف بهبود عملیات ، اطلاعات را جمع آوری و ذخیره می کنند، با این وجود ، با ظهور اینترنت اشیا و صنعت 4.0 ، واقعیت این است که داده ها با سرعتی مبهوت کننده و با حجم زیاد تولید می شوند ، بنابراین دستیابی به آن غیرممکن است. این امر نیاز به زیرساختی را ایجاد می کند که بتواند این داده ها را با کارایی بیشتری ذخیره و مدیریت کند.
اینجاست که رایانش ابری وارد می شود، رایانش ابری بستری را برای ذخیره و پردازش حجم زیادی از داده ها در سرورهای از راه دور به کاربران ارائه می دهد. این سازمان را قادر می سازد بدون نیاز به ایجاد زیرساخت محاسباتی از منابع رایانه ای استفاده کند.
اصطلاح رایانش ابری به اطلاعاتی گفته می شود که در "ابر" ذخیره می شوند و از راه دور از طریق اینترنت قابل دسترسی هستند. به خودی خود ، محاسبات ابری به خودی خود یک راه حل نیست ، اما امکان پیاده سازی راه حل های دیگری را که زمانی به قدرت محاسباتی سنگین نیاز داشتند ، امکان پذیر می کند.
قابلیت رایانش ابری برای تأمین منابع محاسباتی مقیاس پذیر و فضای ذخیره سازی ، شرکت ها را قادر می سازد با استفاده از تجزیه و تحلیل داده های بزرگ ، اطلاعات تجاری را ضبط کرده و به کار گیرند ، به آنها کمک می کند تا عملیات تولید و تجارت را تلفیق و ساده کنند.
براساس IDC ، پیش بینی می شود که هزینه جهانی تولیدکنندگان برای سیستم عامل های رایانش ابری در سال 2021 به 9.2 میلیارد دلار برسد. یک عامل کلیدی، مزیت توانایی متمرکز کردن عملیات برای توزیع اطلاعات در کل سازمان است
براساس یک نظرسنجی IDC ، سیستم های کنترل کیفیت ، مهندسی و ساخت ساختاری با کمک رایانه(MES) سه سیستم رایج در ابر هستند.
واضح است که محاسبات ابری تقریباً همه وجوه تولید را از مدیریت گردش کار گرفته تا عملیات تولید - و حتی کیفیت محصول متحول می کند.
فولکس واگن یکی از اولین خودروسازانی است که با این روند حرکت می کند ، با همکاری مایکروسافت برای ایجاد یک شبکه ابری ، "ابر خودروی فولکس واگن".
این فناوری که برای سال 2020 برنامه ریزی شده است ، طیف وسیعی از ویژگی ها از جمله اتصال به خانه های هوشمند ، یک دستیار شخصی دیجیتال ، سرویس نگهداری پیش بینی ، پخش جریانی رسانه و بروزرسانی ها را ارائه می دهد
فولکس واگن با کمک این سرویس ابری قصد دارد سالانه بیش از 5 میلیون پیشنهاد تجاری فولکس به اینترنت اشیا (IoT) خود اضافه کند، از آنجایی که صنعت خودروسازی گام های چشمگیری در توسعه خودروهای پیشرفته خودران و الکتریکی برداشته است ، خودروسازان باید با رویکردی موثر در مدیریت و انتقال مقادیر زیادی داده به وسایل نقلیه خود روبرو شوند. گنجاندن فضای ذخیره سازی و بستر ارتباطی مبتنی بر ابر ، راهی موثر برای غلبه بر چالش های پیش روی این خودروسازان است.
در حالی که چندین دهه است که از رباتیک در ساخت استفاده می شود ، صنعت 4.0 جان تازه ای به این فناوری داده است
با پیشرفت های اخیر در فناوری ، نسل جدیدی از رباتیک پیشرفته در حال ظهور است که قادر به انجام کارهای دشوار و ظریف است. با استفاده از نرم افزار پیشرفته و سنسورها ، آنها می توانند اطلاعاتی را که از محیط دریافت می کنند شناسایی ، تجزیه و تحلیل کرده و بر اساس آنها عمل کنند و حتی از انسانها همکاری و یاد بگیرند
یکی از حوزه های رباتیک که مورد توجه قابل توجه قرار می گیرد ، ربات های مشارکتی ("cobots") است که برای کار ایمن در اطراف افراد طراحی شده و کارگران را از انجام کارهای تکراری و خطرناک رها می کند.
کانون توجه: Fetch Robotics بهDHL کمک می کند تا عملیات انبار را بهبود بخشد
Fetch Robotics مستقر در کالیفرنیا ربات های متحرک مستقل (AMR) مشترکی را برای مکان یابی ، ردیابی و انتقال موجودی در انبار و تدارکات ایجاد کرده است
یک مرکز توزیع DHL در هلند از AMR هایFetch برای انجام عملیات انتخاب و مکان استفاده می کند. در DHL ، AMR ها به طور خودکار در کنار کارگران حرکت می کنند و به طور خودکار کارآمدترین مسیرهای سفر را یاد می گیرند و به اشتراک می گذارند. به گفته این شرکت ، استفاده از ربات های خودران به این روش می تواند تا 50٪از زمان چرخه سفارش را کاهش دهد و تا دو برابر افزایش بهره وری را فراهم کند
هرچه ربات ها دارای استقلال ، انعطاف پذیری و همکاری بیشتری شوند ، قادر به انجام وظایف پیچیده تری نیز خواهند بود و کارگران را از انجام کارهای یکنواخت راحت کرده و بهره وری را در کف کارخانه افزایش می دهند.
در کنار رباتیک و سیستم های هوشمند ، چاپ سه بعدی ، یک فناوری کلیدی است که صنعت 4.0 را هدایت می کند. تولید افزودنی با استفاده از مدل های سه بعدی دیجیتال برای ایجاد قطعات با چاپگر سه بعدی لایه به لایه کار می کند
در زمینه صنعت 4.0 ، چاپ سه بعدی به عنوان یک فناوری ساخت دیجیتال با ارزش ظاهر می شود. امروزه AM که فقط یک فناوری نمونه سازی سریع بود ، امروزه دامنه وسیعی از امکانات را برای تولید از ابزار گرفته تا سفارشی سازی انبوه در کل صنایع فراهم می کند
این امکان را فراهم می کند تا قطعات به عنوان فایل های طراحی در موجودی های مجازی ذخیره شود ، تا بتوان آنها را بصورت تقاضا و نزدیک به نقطه نیاز تولید کرد، مدلی که به عنوان تولید توزیع شده شناخته می شود.
چنین رویکرد غیرمتمرکز در ساخت می تواند مسافت حمل و نقل و از این رو هزینه ها را کاهش دهد و همچنین مدیریت ذخیره موجودی را با ذخیره سازی پرونده های دیجیتال به جای قطعات فیزیکی ، ساده کند.
در سال 2018 ، مجمع جهانی اقتصاد از تأسیساتFast Radius ’Chicago به عنوان یکی از 9 کارخانه برتر هوشمند در جهان نام برد، که تمرکز خود را بر روی AM دارد اما همچنین ماشینکاری CNC و قالب گیری تزریقی را ارائه می دهد ، دارای سایت های تولیدی در شیکاگو ، سنگاپور و تأسیسات UPS Worldport است. این امر باعث می شود Fast Radius از موقعیت خوبی برخوردار باشد تا بتواند چشم انداز خود را در زمینه چرخش سریع و انبوه سازی محصولات با کمک فن آوری های پیشرفته تولید تولید کند، عامل کلیدی در چابکی و انعطاف پذیری Fast Radius بستر فناوری انحصاری آن است
این پلتفرم می تواند داده ها و یافته ها را از هر طراحی بخشی که در انبار مجازی Fast Radius ذخیره و تولید می شود ، جمع آوری کند. این داده ها به تیم ها کمک می کند تا برنامه های مناسب برای چاپ سه بعدی را شناسایی کرده و مهندسی و چالش های اقتصادی تولید یک جزcomponent را از این طریق ارزیابی کنند.
علاوه بر این ، این شرکت از طریق موجودی مجازی خود بهینه سازی زنجیره تامین را ارائه می دهد. به عنوان مثال ، Fast Radius یک انبار قطعات مجازی متشکل از 3000 مورد برای یک تولید کننده تجهیزات سنگین ایجاد کرد. با توجه به هزینه های بالای ذخیره سازی قطعاتی که به ندرت سفارش داده می شوند ، این روش یک راه حل ابتکاری برای مدیریت زنجیره تأمین است
مفهوم دوقلوی دیجیتال نویدبخش خوبی برای بهینه سازی عملکرد و نگهداری سیستم های صنعتی است. شرکت تحقیقاتی جهانی ، گارتنر ، پیش بینی کرده است که تا سال 2021 ، 50٪ از شرکت های بزرگ صنعتی از دوقلوهای دیجیتال برای نظارت و کنترل دارایی ها و فرآیندهای خود استفاده می کنند
دوقلوی دیجیتال نمایش دیجیتالی یک محصول ، ماشین ، فرآیند یا سیستم در دنیای واقعی است که به شرکت ها امکان می دهد فرآیندهای خود را از طریق شبیه سازی در زمان واقعی بهتر درک ، تجزیه و تحلیل و بهینه سازی کنند
در حالی که دوقلوهای دیجیتال را می توان با شبیه سازی مورد استفاده در مهندسی اشتباه گرفت ، اما این مفهوم چیزهای بیشتری دارد، بر خلاف شبیه سازی های مهندسی ، یک دوقلوی دیجیتال شبیه سازی آنلاین را انجام می دهد ، بر اساس داده های دریافت شده از سنسورهای متصل به ماشین یا دستگاه دیگر، همانطور که دستگاه IoT داده ها را تقریباً در زمان واقعی می فرستد ، یک دوقلوی دیجیتال قادر است این داده ها را به طور مداوم جمع آوری کند ، وفاداری خود را به نسخه اصلی در طول عمر محصول یا سیستم حفظ کند.
این دوقلوی دیجیتال را قادر می سازد تا مسائل احتمالی را پیش بینی کند تا اقدامات پیشگیرانه ای انجام شود. به عنوان مثال ، یک اپراتور می تواند از یک دوقلوی دیجیتال برای تشخیص علت سو عملکرد قطعه یا پیش بینی طول عمر یک محصول استفاده کند. این شبیه سازی مداوم به بهبود طراحی محصولات و همچنین اطمینان از به روز بودن تجهیزات کمک می کند.
این استفاده از دوقلوهای دیجیتال مدتهاست که ابزاری مهم در تقاضای کاربردهای هوافضا ، ماشین آلات سنگین و خودرو است. اکنون ، پیشرفت در فناوری محاسبات ، یادگیری ماشین و حسگرها مفهوم دوقلو سازی دیجیتال را در سایر صنایع گسترش داده است.
تیم های اتومبیلرانی در زمینه تولید محصول با الزامات بسیار چالش برانگیزی روبرو هستند و تیم Penske از تیم مسابقه ای آمریکایی نیز از این قاعده مستثنی نیست
در تلاش برای سرعت بخشیدن به روند توسعه اتومبیل های مسابقه ، تیم پنسکه سال گذشته با زیمنس همکاری کرد و به راه حل های پیشرفته طراحی و شبیه سازی دیجیتال - از جمله دوقلوهای دیجیتال - دسترسی پیدا کرد.
داشتن دوقلوهای دیجیتال برای مهندسان تیم پنسکه یک تخت آزمایش مجازی برای نوآوری در قطعات جدید فراهم می کند ، عملکرد خودرو را قبل از لمس ماشین فیزیکی بهینه می کنند.
یک دوقلوی دیجیتال اتومبیل مسابقه بر اساس حسگرهایی است که روی یک ماشین واقعی نصب شده است. این سنسورها داده هایی مانند فشار لاستیک ، کنترل موتور و دور باد را جمع آوری می کنند که سپس به مدل اتومبیل مجازی تبدیل می شوند. این مدل است که به مهندسان امکان می دهد پیکربندی های مختلف طراحی را آزمایش کرده و با سرعت بسیار سریع ، تغییرات طراحی و مبتنی بر داده را ایجاد کنند، برای تیم پنسکه ، این در نهایت برابر است با فرآیند تست محصول ارزان تر و با بهره وری از منابع و امیدوارم راهی برای توسعه وسایل نقلیه سریعتر باشد.
صنعت تولید علی رغم جذب در برنامه های مصرف کننده ، تازه شروع به کشف مزایای فناوری واقعیت افزوده (AR) کرده است. و با این وجود ، یک پتانسیل بزرگ استفاده نشده برای این فناوری وجود دارد ، از کمک به فرآیندهای مونتاژ گرفته تا کمک به حفظ تجهیزات تولید
واقعیت افزوده با قرار دادن تصاویر یا داده های مجازی بر روی یک شیphysical فیزیکی ، بین دنیای دیجیتال و فیزیکی پل ایجاد می کند. برای این منظور ، این فناوری از دستگاه های دارای قابلیت AR مانند تلفن های هوشمند ، تبلت ها و عینک های هوشمند استفاده می کند.
یک نمونه پزشکی را مثال بزنیم - یک جراح با استفاده از عینک AR در طی یک عمل جراحی. این عینک ها می توانند اطلاعات حاصل ازMRI و CT اسکن بیمار ، مانند اعصاب ، رگهای خونی اصلی و مجاری را روی بیمار قرار دهند و آنها را به صورت رنگی برجسته کنند. این به جراح کمک می کند تا ایمن ترین مسیر را به منطقه ای که نیاز به حمله دارد پیدا کند ، خطر عوارض را به حداقل می رساند و دقت جراح را بهبود می بخشد
در زمینه تولید ، AR می تواند کارگران را قادر به سرعت بخشیدن به روند مونتاژ و بهبود تصمیم گیری کند. به عنوان مثال ، عینک AR می تواند برای تهیه داده ها ، مانند طرح بندی ها ، دستورالعمل های مونتاژ ، سایت های ممکن برای سو عملکرد ، یا تعداد سریال از اجزای سازنده ، در بخش واقعی ، تسهیل مراحل کار سریعتر و آسان تر استفاده شود.
جنرال الکتریک نگاهی اجمالی به چگونگی توانمندسازی فناوری AR در تولید می دهد. این شرکت در حال حاضر آزمایشی استفاده از عینک AR را در مرکز تولید موتور جت خود در سینسیناتی دارد. قبل از استفاده از این عینک های هوشمند ، سازندگان موتور جت برای بررسی دفترچه راهنما و اطمینان از انجام صحیح وظایف ، معمولاً مجبور بودند کاری را که انجام می دادند متوقف کنند
با این حال ، با استفاده از عینک AR ، آنها اکنون می توانند دستورالعمل های دیجیتالی را در زمینه دید خود دریافت کنند. مکانیک ها همچنین می توانند به فیلم های آموزشی دسترسی پیدا کنند یا از دستورات صوتی برای تماس فوری با کارشناسان استفاده کنند
در خلال آزمایش ، جنرال الکتریک گزارش داد که بهره وری کارگرانی که از پوشیدنی های هوشمند استفاده می کنند ، در مقایسه با گذشته تا 11 درصد افزایش یافته است. در نهایت ، این روش می تواند پتانسیل فوق العاده ای برای به حداقل رساندن خطاها ، کاهش هزینه ها و بهبود کیفیت محصول را ارائه دهد
با ظهور فناوری های جدید و دیجیتال ، اکنون زمان هیجان انگیزی برای صنعت تولید است. موج فناوری های جدید فرصتی را برای شرکت ها فراهم می کند تا در جهت انعطاف پذیری ، پایداری و بهره وری بیشتر گام بردارند. صنعت 4.0 همچنین روش های جدیدی را برای همکاری انسان و ماشین آلات تسهیل می کند ، به کسب و کارها امکان می دهد تا به بینش بیشتری دست یابند ، خطر خطا را کاهش دهند و تصمیمات بهتری بگیرند.
در نهایت ، صنعت 4.0 قرار است در اکوسیستم تولید ریشه دواند. اما تنها با درک و استفاده از فناوری های پیش ران صنعت 4.0 ، تولیدکنندگان می توانند در لبه پرتوهای این دوره جدید دیجیتالی باقی بمانند ، مهیا بودن سازمان ها از نظر فرهنگ و رهبری و سرمایه انسانی می تواند پاشنه آشیل استفاده از این انقلاب باشد
