نتایج حاصل از انقلاب صنعتی چهارم

• کارخانه هوشمند

برای شناخت کارخانه هوشمند در ابتدا تعریفی از آن ارائه می‌دهیم و سپس مفهوم آن را تشریح و بررسی می‌کنیم.

کارخانه هوشمند شامل شبکه‌ای به هم متصل از ماشین‌آلات، سازوکارهای ارتباطی و توان محاسباتی است؛ سیستمی فیزیکی سایبری که از فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای تحلیل داده، ایجاد فرایندهای خودکار و یادگیری حین کار استفاده می‌کند.

غالبا طوری از فرایندهای خودکار صحبت می‌شود که گویی مختص کارخانه‌های هوشمند هستند. اما اتوماسیون و رباتیک دهه‌هاست در عملیات تولید به کار می‌روند. بسیاری کارخانه‌های سنتی از ماشین‌های خودکار مانند اسکنر بارکد، دوربین و تجهیزات تولید دیجیتال در بخش‌های مختلف عملیات خود استفاده می‌کنند. اما این دستگاه‌ها به هم متصل نیستند. سیستم‌های مدیریت داده، تجهیزات و افراد در یک کارخانه سنتی همه مجزا از هم کار می‌کنند و باید به طور دستی هماهنگ، منسجم و یکپارچه شوند.

کارخانه هوشمند دیجیتال، ماشین‌آلات، افراد و کلان‌داده را با اتصال دیجیتالی در یک اکوسیستم واحد، یکپارچه‌ می‌کند. یک کارخانه هوشمند نه تنها داده‌ها را جمع‌آوری و تحلیل می‌کند، از تجربه کردن، نکاتي را نیز فرا می‌گیرد. این نوع کارخانه مجموعه داده‌ها را تفسیر می‌کند و از آن معلوماتی را برای پیش‌بینی روندها و رویدادها و همچنين توصیه و اجرای فرایندهای خودکار به دست می‌آورد. کارخانه هوشمند پیوسته از نظر روندهای کاری بهبود پیدا می‌کند و خود را اصلاح و بهینه می‌کند.

باید در نظر داشت که آنچه کارخانه هوشمند را هوشمند می‌کند قابلیت مدیریت داده و تحلیل داده پیشرفته آن است. پایگاه داده امروزی و راهکار جامع مدیریت منابع سازمانی (سیستم ERP) مغز متفکر یک کارخانه هوشمند هستند و از کارکرد پیشرفته سیستم پشتیبانی می‌کنند.

ساختار کلی کارخانه هوشمند را می‌توان شامل سه گام دانست:

• تهیه داده

هوش مصنوعی و فناوری‌های امروزی پایگاه داده، امکان تهیه و جمع‌آوری مجموعه‌هایی مجزا از داده‌های مفید را از سرتاسر کسب‌وکار، زنجیره تامین و جهان فراهم می‌کنند. اینترنت اشیای صنعتی (IioT) از طریق حسگرها و درگاه‌ها به ماشین‌ها امکان جمع‌آوری داده در سیستم را می‌دهد. سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی می‌توانند از طریق پورتال‌های متعدد داده، مجموعه داده‌هایی درباره عملکرد، روندهای بازار، لجستیک یا هر منبع بالقوه مرتبط دیگر گردآوری کنند.

• تحلیل داده

یادگیری ماشین و سیستم‌های کسب‌وکار هوشمند از راهکارهای نوین مدیریت داده و تحلیل پیشرفته استفاده می‌کنند تا اطلاعات مفید را از داده‌های مجزای جمع شده به دست بیاورند و این داده‌ها را تفسیر کنند. مثلا حسگرهای اینترنت اشیای صنعتی می‌توانند زمان نیاز ماشین‌آلات به تعمیر یا سرویس را اطلاع دهند. داده‌های عملیاتی و داده‌های بازار برای شناسایی فرصت‌ها و ریسک‌ها به کار می‌روند. کارآیی فرایند‌های کاری در طول زمان بررسی می‌شود تا عملکرد بهینه‌سازی شود و آن‌گونه که لازم است به طور خودکار اصلاح شود. در واقع از مقایسه و تحلیل مجموعه داده‌ها، به روش‌هاي عديده‌اي‌ می‌توان به بهینه‌سازی کارخانه دیجیتال و پیش‌بینی زنجیره تامین پرداخت.

• اتوماسيون کارخانه هوشمند

وقتی جمع‌آوری و تحلیل داده انجام شد، فرایندها مقرر می‌شود و دستورالعمل‌های لازم به ماشین‌آلات و دستگاه‌ها در سیستم فرستاده می‌شود. این دستگاه‌ها ممکن است در خود کارخانه باشند یا در محلی دور در یکی از حلقه‌های لجستیک یا تولید زنجیره تامین واقع باشند. فرایندهای کاری هوشمند پیوسته تحت پایش و نظارت قرار دارند و بهینه می‌شوند. برای مثال اگر خبری مبنی بر جهش تقاضا برای محصولی خاص منتشر شود، فرایندهای چاپگرهای سه بعدی می‌توانند طوری برنامه‌ریزی شوند که اولویت تولید آن کالا بالاتر رود. یا اگر تاخیری در ارسال مواد خام پیش آمده باشد ذخیره‌های موجود مواد اولیه می‌توانند به کار گرفته شوند تا جلوی وقفه و اختلال گرفته شود.

به عنوان مثالي از نحوه کار کارخانه هوشمند، خط توليد قطعه‌اي از خودرو را در يک کارخانه در نظر بگيريد که به حسگرهايي براي تشخيص بروز اشکال در توليد قطعه مجهز است. در کارخانه سنتي با بروز اشکال در خط و عملکرد ماشين‌آلات، تعداد زيادي قطعه معيوب توليد مي‌شوند که سبب اتلاف زماني و مالي مي‌شود. در کارخانه هوشمند داده‌هاي حسگرها به سرعت پردازش مي‌شوند و با مشخص شدن نقص پيش آمده، بلافاصله به طور خودکار دستور توقف کار و انجام اقدامات لازم براي رفع مشکل صادر مي‌شود؛ به اين ترتيب جلوي اتلاف گرفته مي‌شود. فناوري‌هايي مانند رايانش لبه‌اي به سرعت بيشتر تشخيص مشکل و توقف زودهنگام ساخت قطعات معيوب کمک مي‌کنند.

• اپراتور هوشمند

اپراتور هوشمند يک اپراتور يا متصدي کارخانه یا محيط‌هاي کاري مشابه است که کار خود را با کمک ماشین‌ها انجام می‌دهد، با کوبات‌ها یا همان ربات‌های همکار (collaborative robots) و سیستم‌های پیشرفته تعامل دارد و از فناوری‌هایی مانند دستگاه‌های پوشیدنی و واقعیت مجازی و واقعیت افزوده بهره می‌برد. به طور سنتی اپراتور ارتباط و تماس مستقیم با ماشین‌آلات و محصولاتی که باید مونتاژ شوند دارد و معمولا از دستورالعمل‌هایی روی کاغذ پیروی می‌کند. اما فناوری‌های گفته شده توانایی‌های اپراتور را طوری افزایش می‌دهند که گویی نسخه‌ای ارتقا یافته از اپراتور پدید آمده باشد!

فناوری‌های نوین از کوبات‌ها گرفته تا واقعیت افزوده به جای اینکه جای نیروی انسانی کارخانه‌ها را بگیرند، در حال افزایش توانایی افراد هستند تا آنها بتوانند زمان و انرژی خود را صرف کارهایی کنند که ارزش بیشتری خلق می‌کند. گرچه برخی مشاغل در اثر خودکارکردن کارها از بین خواهند رفت، بیشتر صاحبنظران پیش بینی می‌کنند که ربات‌ها بیش از جایگزین کردن انسان‌ها، توانایی‌های آنها را ارتقا خواهند داد. فناوری‌های نوینی از واقعیت مجازی و واقعیت افزوده گرفته تا ربات‌های پوشیدنی «اسکلت خارجی» (اگزواسکلتون‌ها)، ابزارهای سیار و ابزارهای تحلیل اجتماعی نحوه کار کارکنان کارخانه‌ها را تغییر خواهد داد و اپراتورهایی توانمند را پدید می‌آورد که به جای کار جسمانی بر حل مسئله و دیگر کارهای خلاق متمرکز هستند.

اپراتورهای هوشمند قادرند به کمک داده‌هایی که با ابزارهای دیجیتال جمع شده تصمیمات آگاهانه‌ای بگیرند، بیشتر ابتکار به خرج دهند و مستقل‌تر از اپراتورهای سنتی عمل کنند.

براي اين منظور برخی کارخانه‌های پیشرو از اپلیکیشن‌های تولید استفاده می‌کنند که داده‌های برگزیده از سیستم‌های کسب‌وکار سازمانی و تجهیزات صنعتی مجهز به حسگرها را جمع‌آوری می‌کنند و آن را به کاربران ارائه می‌دهند تا بر اساس نقش و وظایف فردی‌شان در لحظه به معلومات لازم دست یابند. مثلا یک نرم‌افزار می‌تواند به مهندسان کنترل، توانایی اتصال سریع به PLC ها یا درگاه‌های اینترنت اشیا یا تجهیزات متصل به شبکه و نمایش بصری و گرافیکی داده‌های آنها از راه دور را بدهد تا بتوانند به پایش و عیب‌یابی آسان تجهیزات بپردازند و بلافاصله از خطاهای ارتباطی که ممکن است سبب از دست رفتن داده‌های مهم تولید شود اطلاع یابند. یا نرم‌افزار دیگری که برای تکنیسین‌های نگهداری و تعمیرات و سرویس ماشین‌آلات در نظر گرفته شده است از راه دور به پایش و شناسایی موارد غیرعادی در تجهیزات می‌پردازد و نمایی از سلامت و وضعیت تجهیزات مهم در اختیار کاربران می‌گذارد. یا نرم‌افزار دیگری می‌تواند نمای وضعیت تولید و شاخص‌های کلیدی عملکرد (KPI) مانند در دسترس بودن، عملکرد، کیفیت و اثربخشی کلی تجهیزات (OEE) را در لحظه ارائه دهد. به این ترتیب اطلاعاتی در اختیار افراد قرار می‌گیرد که به آنها در زمینه اتخاذ تصمیمات سریع‌تر و پیش‌کنشی (proactive) در راستای حل مشکلات و بهبود پیوسته کارخانه کمک می‌کند.

برخی کارخانه‌ها نیز ممکن است از اپلیکیشن‌های اجتماعی به گونه‌ای استفاده کنند که بهره‌وری نیروی کار کارخانه را بیشتر کند. چنین اپلیکیشنی که روی تلفن‌های هوشمند یا تبلت نصب می‌شود، به اپراتورها امکان همکاری و به اشتراک‌گذاری اطلاعات را در لحظه می‌دهد که زمان واکنش آنها به مشکلات ماشین‌آلات را بهبود می‌بخشد و زمان متوسط تعمیر و وقفه برنامه‌ریزی نشده در فعاليت را کاهش می‌دهد. افراد می‌توانند هشدارها را با این اپلیکیشن ببینند، از کدهای خطا عکس بگیرند و بعدا اگر مشکلی تکرار شد از داده‌های قبلی به عنوان مرجع استفاده کنند. این اپلیکیشن همچنین می‌تواند ماژول چت باتی تقریبا مثل سیری یا الکسا داشته باشد که کار اپراتور و محیطش را بهبود می‌بخشد.

واقعیت افزوده و واقعیت مجازی نیز توانمندی‌های باارزشی در اختیار اپراتورها می‌گذارد. مثلا به کمک آنها دستورالعمل‌های کاری با نمايش بصري سه بعدی به کارکنان ارائه می‌شوند. از آنجا که استفاده از این ابزارها آسان است و نیازی به استفاده از دست‌ ندارد کارکنان کارخانه امکان کار با سرعت بیشتر را پیدا می‌کنند؛ به ویژه آنکه برای به‌دست آوردن داده‌های لازم برای انجام یک کار نیازی نخواهد بود با ماشین‌‌آلات مختلف و چندین صفحه نمایش مجزای‌ رابط انسان و ماشین (HMI) سروکار داشته باشند. علاوه‌براین، با توجه به رشد محصولات سفارشی و تجهیزات صنعتی و پیچیدگی بیشتر این تجهیزات، واقعیت افزوده می‌تواند ارتباطی میان تکنیسین سرویس و یک کارشناس برقرار کند تا در زمینه عیب‌یابی و رفع مشکل در بستر تجهیزات واقعی فیزیکی به تکنیسین کمک کند. هدست‌های واقعیت افزوده هولولنز (HoloLens) شرکت مایکروسافت دقیقا به همین شکل مورد استفاده تکنیسین‌های متعددی در جهان هستند.

کوبات‌ها از فناوری‌هایی هستند که امید می‌رود توانمندی‌های اپراتورهای نسل بعد را افزایش دهند و در شکل‌گیری کارخانه‌های هوشمند ایفای نقش کنند. این نوع ربات‌ها با اشیایی سبکتر سروکار دارند، کار با آنها راحت‌تر است و می‌توانند در کنار افراد کار کنند. به‌جای تحقق ایده کارخانه‌‌ای که با چراغ خاموش فعالیت می‌کند و انسانی در آن کار نمی‌کند، کوبات‌ها با افزایش کارآیی و رشد کسب‌وکار باعث استخدام کارکنان بیشتری می‌شوند. بر خلاف ربات‌های معمولی که برای کارکردنشان باید افراد را از محدوده‌های بزرگی از کارخانه تخلیه کرد، کوبات‌ها شانه به شانه انسان‌ها و در کنارشان کار می‌کنند. ربات‌های متحرک مستقل یا AMR (Autonomous Mobile Robots)  با سرعت و چابکی می‌توانند قطعات و ابزارهای لازم را با دقت بالا به کارکنان ماهر که به آنها احتیاج دارند تحویل دهند و همچنین می‌توانند کار با مواد بالقوه خطرناک را برعهده بگیرند تا انسان‌ها ایمن بمانند.