دال - التقدم المحرز في مجال تكنولوجيات الاستشعار من أجل رصد الإنتاج في الوقت الحقيقي

التعريف بتكنولوجيات الاستشعار في التصنيع

وقد أصبحت تكنولوجيات الاستشعار العمود الفقري للصناعة الحديثة، مما يتيح رصد عمليات الإنتاج بدقة وفي الوقت الحقيقي، ومن خطوط التجميع الآلي إلى غرف نظافة المستحضرات الصيدلانية، توفر أجهزة الاستشعار البيانات اللازمة لتحقيق أقصى قدر من العمليات، وضمان الجودة، والحد من النفايات، وقد دفعت التطورات الأخيرة حدود ما يمكن لهذه الأجهزة أن تحققه من صنعها، وهي أصغر وأذكى وأكثر ارتباطاً من أي وقت مضى، وتستكشف هذه المادة الابتكارات الرئيسية التي تحولت مستويات الإنتاج في الوقت الحقيقي.

دور أجهزة الاستشعار في التصنيع الحديث

وتكشف أجهزة الاستشعار عن الخصائص الفيزيائية أو الكيميائية - التزم، والضغط، والاهتزاز، والرطوبة، ومعدل التدفق، والأكثر من ذلك، وتحويلها إلى إشارات كهربائية للتحليل، وفي بيئة التصنيع، تكون أجهزة الاستشعار مدمجة في الآلات، وأحزمة النقل، وصهاريج التخزين، وحتى المنتجات نفسها، وهي تخلق تدفقا مستمرا للبيانات التي تمكن المشغلين من تتبع أخطاء الأداء، وتحديد العوامل الناظرية اليدوية، والاستجابة للقضايا على الفور.

وتتجاوز أجهزة الاستشعار الحديثة الاكتشاف البسيط، ويمكنها قياس معايير متعددة في آن واحد، ومعيار ذاتي، والاتصال اللاسلكي، ويتيح التكامل مع شبكة المعلومات على شبكة الإنترنت للمستشعرات إرسال البيانات إلى منابر السحاب حيث يمكن للمحللين المتقدمين والتعلم الآلي والتوائم الرقمية أن يجهزها، وهذا التحول من القياس المعزول إلى المعلومات الاستخباراتية المترابطة هو علامة بارزة على الصناعة 4.0.

أنواع أجهزة الاستشعار المستخدمة بصورة مشتركة في رصد الإنتاج

أوجه التقدم الرئيسية في مجال تكنولوجيات الاستشعار

وخلال العقد الماضي، تطورت تكنولوجيا الاستشعار تطورا كبيرا، فخمسة مجالات رئيسية من مجالات التقدم تقف أمام أثرها على رصد الإنتاج في الوقت الحقيقي.

التنويم الطفولي

ويمكن وضع أجهزة الاستشعار الأصغر في أماكن ضيقة دون التدخل في الحركات الميكانيكية أو تدفق المنتجات، كما أن النظم الميكانيكية الدقيقة هي مثال رئيسي يجمع بين عناصر ميكانيكية صغيرة وأجهزة إلكترونية على رقاقة واحدة.

التواصل اللاسلكي

وتحتاج أجهزة الاستشعار اللاسلكية التقليدية إلى مقصورة معقدة، تكون باهظة الثمن لتركيبها وصيانتها، وتستخدم أجهزة الاستشعار اللاسلكية اللاسلكية، والطاقة المنخفضة، والزغبي، أو لوراواان لنقل البيانات دون وصلات مادية، وتخفض هذه الأجهزة من وقت الاستغناء عن البطاريات، وتسمح للمجسمين بوضع بروتوكولات للتناوب أو التكييف الذاتي.

تعزيز الاستحقاق والاعتماد

وتتحقق أجهزة الاستشعار الحديثة الدقة العالية من خلال تحسين المواد وتجهيز الإشارات والمعايرة الرقمية، مثلا، يمكن لمستشعرات التشريد القائمة على الليزر قياس التغيرات على المستوى الجزئي، في حين أن أجهزة الاستشعار الضوئية تعمل على مقاومة التدخل الكهرومغناطيسي وتعمل في البيئات المتفجرة، ويعني ارتفاع الدقة عدد أقل من أجهزة الإنذار الزائفة وبيانات أكثر موثوقية لمراقبة الجودة، وفي الصناعات مثل الفضاء الجوي، حيث يقاس التسامح بصورة مباشرة في ألف من الخردة المعززة.

دال - عملية الدوام والبيئة

وغالباً ما تنطوي بيئات التصنيع على درجات حرارة شديدة، ومواد كيميائية متآكلة، وضغط مرتفع، وهتزازات ثقيلة، وتستعمل أجهزة الاستشعار الجديدة الصلب اللاصق والسرامي والبوليمرات المتخصصة، وتزيل تصميمات الدول الصلبة أجزاء متحركة يمكن أن تزول، ويمكن أن تتحمل أجهزة الاستشعار التي تُقدر بـ IP67 أو IP68 الغبار وحرق المياه، ويصمم بعضها للبقاء على الصدمة والحفاظ على الطوابع.

التكامل مع نظام IoT وحساب إدج

وربما يكون نقل أجهزة الاستشعار الى الغلاف الجوي هو أكثر التطورات تحولاً، إذ أن منابر التحلل الضوئي تجمع البيانات من آلاف أجهزة الاستشعار عبر عدة محطات، مما يوفر رؤية موحدة للإنتاج، كما أن بيانات عمليات الحوسبة على الصعيد المحلي بالقرب من جهاز الاستشعار، مما يقلل من سرعة استخدام الترددات وزوارق النطاق، وهذا يتيح استجابات في الوقت الحقيقي، على سبيل المثال، اغلاق جهاز نقل إذا تم اكتشاف نماذج تصاعدية للحرارة.

تحليل البيانات في الوقت الحقيقي واتخاذ القرارات

ولا يكون جمع بيانات الاستشعار مفيدا إلا إذا أدى إلى ظهور بصيرة عملية، إذ أن التحليلات المتقدمة - بما في ذلك مقاييس التعلم الآلات - تحليل البيانات لكشف الأنماط التي سيفتقدها البشر، وهذا يعني في رصد الإنتاج في الوقت الحقيقي:

ويتزايد اعتماد المصانع للتكنولوجيا الرقمية التوأمة، حيث يجري تحديث نسخة إلكترونية من خط الإنتاج باستمرار مع بيانات الاستشعار، ويقوم المهندسون بتحفيز التغييرات، والسيناريوهات الاختبارية، وتحقيق الأداء الأمثل دون تعطيل العمليات الحقيقية، ويقلل هذا النهج من وقت العمل ويعجل من الوقت إلى السوق بالنسبة للمنتجات الجديدة.

الأثر على ممارسات رصد الإنتاج

وقد أدى التحول إلى الرصد القائم على الاستشعار في الوقت الحقيقي إلى تحول كيفية تشغيل طابق الإنتاج، حيث اعتمد الرصد التقليدي على عمليات الفحص اليدوي الدورية وورقات الأخشاب، والآن، تظهر لوحات المداخيل مقاييس حية مثل فعالية المعدات عموما، والنواتج، ومعدلات الجودة، ويمكن للمشغلين أن يحفروا إلى آلات محددة وأن يروا الاتجاهات التاريخية.

فالرصد في الوقت الحقيقي يتيح اتخاذ إجراءات تصحيحية فورية، فعلى سبيل المثال، إذا كشف جهاز استشعار الاهتزاز اختلال التوازن في خط تجميع السيارات، يمكن للنظام إيقاف تلك المحطة وإرسال إخطار إلى الصيانة، مما يحول دون انتقال الأجزاء المعيبة من المجرى المائي، ويقلل من تكاليف الخردة والزخرة، وفي صناعة الأغذية، تكفل أجهزة استشعار درجة الحرارة في التخزين المبرد الامتثال لأنظمة السلامة؛ ويحفز الإنذار إذا ارتفعت درجات الحرارة فوقها.

وثمة أثر هام آخر هو إمكانية التعقب، إذ يمكن للمستشعرين أن يسجلوا كل خطوة من خطوات أرقام الدفعة من المواد التي تُستخدم في الرحلات، ومعايير العمليات، ومراحل الزمن التي تُعد سجلا رقميا، وهذا أمر لا غنى عنه بالنسبة للتذكير، والمراجعات، وإصدار شهادات الجودة، وتستخدم الشركات الصيدلانية بيانات الاستشعار امتثالا لمتطلبات الهيئة فيما يتعلق بسجلات الدفع والرصد البيئي.

دراسة حالة: خطوط جمعية السيارات

وفي مجال صناعة السيارات، يعتبر تكامل أجهزة الاستشعار أمراً حاسماً لإنتاج الجذام، فالأسطوانات المجهزة بمستشعرات العراك تكفل التشديد المستمر للأحذية، وتفحص نظم الرؤية نوعية الصلع والنهاية السطحية، وتحافظ أجهزة الاستشعار المضغوطة في النظم الصبغة على قوى دقيقة، وتتدفق البيانات في الوقت الحقيقي من أجهزة الاستشعار هذه إلى غرفة مراقبة مركزية، حيث يقوم المهندسون برصد خط الكشف الكامل.

الاتجاهات والاستدامة في المستقبل

وسيكون الجيل القادم من أجهزة الاستشعار أكثر ذكاءا ووعيا بالبيئة، إذ أن الاستخبارات الفنية تدمج مباشرة في أجهزة الاستشعار التي تسمى " آي " التي تقوم بعملية البيانات محليا وتتخذ القرارات دون إرسال كل شيء إلى السحابة، مما يقلل من الحمولة والشبكة، فعلى سبيل المثال، يمكن للكاميرا الذكية على خط التغليف أن تحلل صورا غير مؤثرة في المصانع البشرية وترفض.

كما أن الاستدامة هي المحرك للابتكار، حيث يجري تطوير أجهزة استشعار قابلة للتحلل البيولوجي مصنوعة من المواد العضوية لأغراض الرصد المؤقت في سلاسل الإمداد بالغذاء، حيث تلتقط أجهزة استشعار الطاقة الكميائية من الضوء أو الحرارة أو الاهتزاز، وتخفض تكاليف النفايات والصيانة الإلكترونية، بالإضافة إلى ذلك، فإن أجهزة الاستشعار التي ترصد استخدام الطاقة والانبعاثات تساعد الجهات المصنعة على تتبع آثار أقدامها البيئية، وتدعم أهداف استدامة الشركات.

وثمة اتجاه واعد آخر يتمثل في استخدام بيانات جمع أجهزة الاستشعار من عدة أنواع من أجهزة الاستشعار لخلق صورة أغنى، مثلاً، يمكن أن تتنبأ درجة الحرارة الضاعقة والضغط والبيانات الصوتية بفشل المضخات على نحو أدق من أي جهاز استشعار وحيد، ويمكن أن تحدد نماذج التعلم من الآلات التي يتم تدريبها على مجموعات البيانات المصنوعة أساليب الفشل المعقدة، حيث أن تكاليف أجهزة الاستشعار تهبط وزيادات الطاقة الحاسوبية ستتحول إلى نظم متقدمة.

خاتمة

وقد تغيرت عمليات التقدم في تكنولوجيات الاستشعار بصورة أساسية في رصد الإنتاج في الوقت الحقيقي، إذ إن التقلبات في المناجم، والوصل اللاسلكي، وتعزيز الدقة، والقدرة على الاستمرار، وإدماج الأيوت في التكنولوجيا، تمكن المصنعين من جمع البيانات والعمل بها بسرعة أكبر من أي وقت مضى، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة، وتحسين النوعية، وتقليل النفايات، وتحسين سلامة العمال، وحيث أن الأجهزة الآيرلندية، والتصميمات المستدامة، ستظل في التطور، فإن أجهزة الاستشعار تصبح أكثر قدرة على الاستثمار وقادرة على المنافسة بيئيا.