بخشی از مقاله
چکیده
صنعت که بخش مهمی از اقتصاد یک کشور محسوب میگردد در طول تاریخ با پیشرفت های زیادی روبهرو شده است. هر یک از پیشرفت هایی که منجر به تغییر اساسی فرایندهای تولید شده است با یک انقلاب صنعتی مشخص میشود. پس از پشت سر گذاشتن سه انقلاب صنعتی، اکنون در سال های آغازین چهارمین انقلاب صنعتی، شاهد تغییرات سریع و گوناگون در کارخانجات و فرایندهای تولید هستیم.
با آغاز انقلاب صنعتی چهارم کارخانجات گوناگون با بهرهگیری از فناوری های نوین، در حال ایجاد تحولی اساسی در فرایندهای تولید میباشند. هوشمندسازی کارخانجات با استفاده از فناوری های مبتنی بر انقلاب صنعتی چهارم، نتایج مؤثری بر کیفیت محصولات و بهره وری خواهد گذاشت. در این مقاله قصد داریم با کارخانجات هوشمند مبتنی بر انقلاب صنعتی چهارم و فناوری های مورد استفاده در آنها آشنا شویم.
مقدمه
در طی سالهای اخیر، انقلاب صنعتی چهارم موضوع اصلی در بحث های علمی و همچنین در صنعت شده است .صنعت که بخش مهمی از اقتصاد یک کشور محسوب میگردد در طول تاریخ با پیشرفت های زیادی رو به رو شده است. هر یک از پیشرفت هایی که منجر به تغییر اساسی فرایندهای تولید شده است با یک انقلاب صنعتی مشخص میشود. شکل 1 تمام انقلاب های صنعتی را که تا کنون رخ داده نشان میدهد. اولین انقلاب صنعتی در اواخر قرن 18 اتفاق افتاد
با اختراع موتور بخار توسط جیمز وات از نیروی بخار و آب در سیستم های تولید مکانیکی استفاده گردید که منجر به افزایش میزان تولید و پیشرفت صنعت برخی کشورها گردید. انقلاب صنعتی دوم در اوایل قرن 20 با ورود انرژی برق به صنعت اتفاق افتاد. استفاده از موتورهای الکتریکی در صنعت به سرعت افزایش یافت و اولین خطوط تولید انبوه ایجاد شد. سومین انقلاب صنعتی با ورود کامپیوترها به صنعت در اواخر قرن 20 اتفاق افتاد.
اولین کنترلرهای منطقی برنامه پذیر برای صنعت طراحی و ساخته شدند و مفهوم اتوماسیون صنعتی برای اولین بار معرفی گردید. پس از مدتی بسیاری از کارخانجات با ایجاد خطوط تولید خودکار، سرعت و میزان تولید خود را افزایش دادند و بخشی از فرایندهای تولید به ماشین ها و ربات های خودکار سپرده شد. همزمان با پیشرفت های انقلاب صنعتی سوم، در سال 2011 میلادی در آلمان برای اولین بار انقلاب صنعتی چهارم با عنوان صنعت چهار1 معرفی گردید. در خارج از مناطق آلمانی زبان، اصطلاح صنعت چهار شناخته شده نیست
انقلاب صنعتی چهارم با ظهور برخی فناوری های نوین نظیر اینترنت اشیاء2 و سیستم های سایبر فیزیکی3 و استفاده از آنها در صنعت آغاز گردید. اتصال تمام ابزارها، ماشین ها، فرایندهای تولید و بخشهای مختلف یک کارخانه از طریق استفاده از فناوری اینترنت اشیاء صنعتی و سیستم های سایبر فیزیکی یکی از نتایج اصلی انقلاب صنعتی چهارم است.
در انقلاب صنعتی چهارم سرعت تغییرات و پیشرفت ها بسیار بالا است و انتظار میرود تغییراتی که به دنبال آن در صنعت ایجاد خواهد شد بسیار فرا تر از اتوماسیونی است که به دنبال فناوری اطلاعات در صنعت ایجاد شد.
آغاز تمام انقلاب های صنعتی در صنعت اتفاق افتاده، اما انقلاب صنعتی چهارم مستقیما از خود صنعت آغاز نگردیده بلکه از زمانی آغاز گردید که فناوری هایی نظیر هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء توسط شرکت های صنعتی مورد استفاده قرار گرفت
سازمان های متنوعی از اینترنت اشیاء صنعتی و مفاهیم انقلاب صنعتی چهارم برای ایجاد کارخانجات هوشمندتر حمایت کرده اند
کارخانجات هوشمند که در قلب انقلاب صنعتی چهارم خواهند بود از فناوری اطلاعات و ارتباطات که سطح بالایی از اتوماسیون و دیجیتالی شدن را فراهم میکند جهت تکامل زنجیره تأمین و خط تولید بهره خواهند برد
فناوری های مورد استفاده در کارخانجات هوشمند
مهم ترین فناوری هایی که در کارخانجات هوشمند مبتنی بر انقلاب صنعتی چهارم مورد استفاده قرار میگیرد شامل موارد زیر است:
1. سیستم های سایبر فیزیکی
2. اینترنت اشیاء
3. کلان داده ها
4. امنیت سایبری
5. رایانش ابری
6. شبیه سازی
7. چاپ سه بعدی
8. واقعیت افزوده
9. رباتیک
شکل 2 فناوری های مورد استفاده در کارخانجات هوشمند مبتنی بر انقلاب صنعتی چهارم را نشان میدهد.
انقلاب صنعتی چهارم تبدیل صنعت مبتنی بر تولید متمرکز به تولید غیر متمرکز بر اساس سیستم های سایبر فیزیکی است . - 0D ODQHN, 2014, as cited in Magruk, 2016 - با بهره گیری از سیستم های سایبر فیزیکی و فناوری اینترنت اشیاء، در یک کارخانه هوشمند تمام بخش ها شامل ماشین ها، سیستم های تولید، انبار، فروش و خدمات از طریق شبکه های ارتباطی به یکدیگر متصل میشوند و اطلاعات هر بخش روی دیگری تأثیر میگذارد. به عنوان مثال اطلاعات سفارشات مشتری به انبار و بخش تولید منتقل و بر اساس آنها فرایند تولید انجام میشود. همچنین وضعیت تجهیزات و ماشین آلات به صورت پیوسته کنترل میشود و درصورت وجود خطا، اطلاعات به اپراتور ارسال میگردد. در نتیجه اقدامات پیشگیرانه به موقع انجام میشود و هزینه ها و اتلافات به طور قابل ملاحظه ای کاهش مییابد.
به دلیل وجود تعداد زیاد سنسورها و اجزای ارتباطی در شبکه ارتباطی یکپارچهی کارخانهی هوشمند در هر لحظه باید حجم بسیار بالایی از اطلاعات پردازش گردد. این عملیات با روش های پردازش سنتی قابل انجام نیست و باید از روش ها و الگوهای جدیدی استفاده نمود که راهگشا باشد. این الگوهای جدید در قالب فناوری کلان داده ها تعریف میشود. استفاده از فناوری کلان داده ها برای یک کارخانهی هوشمند با شبکه ارتباطی یکپارچه کاملا ضروری است.
با توجه به حجم زیاد اتصالات و تبادل داده ها در یک کارخانه هوشمند، ایجاد امنیت بالا در برابر نفوذ به داده ها مورد نیاز است. از این رو امنیت سایبری و استفاده از پروتکل های ارتباطی استاندارد باید به عنوان یک موضوع مهم در هوشمندسازی کارخانجات مورد توجه قرار گیرد.
یکی دیگر از فناوری های مورد استفاده در کارخانجات هوشمند رایانش ابری است. به کمک این فناوری میتوان حجم زیادی از داده ها را به صورت ابری ذخیره سازی کرد و در هر لحظه به آنها دسترسی پیدا کرد.
به کمک شبیه سازی در یک کارخانهی هوشمند میتوان قبل از اجرای فرایند تولید در دنیای واقعی، آنرا در دنیای مجازی آزمایش نمود. با این کار میتوان خطاها را قبل از تولید رفع نمود و تنظیمات دستگاه ها را در بهینه ترین حالت قرار داد که در نهایت منجر به افزایش کیفیت محصولات و کاهش خسارات میگردد.
استفاده از چاپگرهای سه بعدی به عنوان یک فناوری کاربردی در انقلاب صنعتی چهارم میتواند باعث کاهش حجم انبار، افزایش کیفیت برخی محصولات، امکان تحویل سریع محصول و افزایش قابلیت سفارشی سازی محصولات گردد.
واقعیت افزوده نیز یکی از فناوری های مورد استفاده در کارخانجات هوشمند خواهد بود که امکانات و دسترسی های زیادی را برای کارکنان ایجاد خواهد کرد.
