إعادة التأقلم النباتات للصناعة التوافق

ونادرا ما تلبي مرافق التصنيع التي بنيت في القرن العشرين متطلبات الربط والبيانات الخاصة بالمصانع الذكية اليوم، ومع ذلك فإن ارتفاع تكلفة القوة الصنعية في الحقول الخضراء وخطر تشغيلها، يعمل معظم المشغلين على ما لديهم بالفعل، ويعود تجهيز النباتات الحالية للصناعة بواقع 4 -0 ليس مجرد تبادل للتكنولوجيا، بل هو إعادة تأقلم استراتيجي للفضاء والمعدات وتدفق العمل من أجل إيجاد بيئة تنافسية متطورة ومستجيبة للبيانات.

المُختلِف لإعادة التأقلم في الثورة الصناعية الرابعة

فالصناعة التي تسمى الثورة الصناعية الرابعة، والتي تسمى في كثير من الأحيان، تمثل تحولا من التصنيع المركزي الخطي إلى نظم إنتاجية لا مركزية وخطية - فيزيائية إلكترونية، وفي مصنع متصل حقا، تتواصل آلات مع بعضها البعض ومع نظم المؤسسات، مما يتيح اتخاذ القرارات بصورة مستقلة، وصيانتها المتوقعة، غير أن الغالبية العظمى من المصانع تعمل اليوم على مخططات قديمة من عقود مصممة للعمليات اليدوية أو التشغيل الآلي الجامد.

وبدلا من هدم وإعادة بناء، يقوم المصنعون بتحديث مناطق المصنع بصورة انتقائية لتحقيق القدرات الصناعية 4.0، وهذا النهج يقلل من النفقات الرأسمالية ويقصر جداول التنفيذ ويحافظ على القدرة الإنتاجية الحالية، ووفقا للبحوث التي أجراها McKinsey ، يمكن للشركات التي تعتمد استراتيجية لإعادة التشكيل أن تستوعب مكاسب في الكفاءة على مراحل تصل إلى 30 في المائة من العمليات.

تقييم الهياكل الأساسية القائمة: نهج منهجي

وقبل تركيب أي تكنولوجيا، يجب إجراء تقييم شامل للهياكل الأساسية الموجودة للمصانع، ويحدد هذا التقييم القيود المادية، والثغرات في التوافق، والمجالات ذات الأولوية للارتقاء بها، ويشمل التقييم عادة أربعة مجالات هي: التصميم المكاني، والقدرة الكهربائية والشبكة، والوصلات البينية الآلية، وسير العمل البشري.

تحليل العيون المكاني

وكثيرا ما تكون مخططات محطات الإرث على الوجه الأمثل لتدفق المنتجات الوحيدة أو مناولة المواد اليدوية، ولتسهيل المركبات الآلية المصحوبة بمرشدين، وخلايا العمل الآلي، ومراكز التفتيش على الخطوط الداخلية، يجب إعادة تقييم خطة الحد الأدنى، وينبغي إعادة تصميم أنماط المرور، وأجهزة الاستطلاع، ومناطق الترميز لتجنب الاختراقات، والتعديلات الرقمية للصور الفوقية الحالية، التي تنشأ باستخدام المسح اللازري.

الطاقة الكهربائية والشبكة

4 - تستهلك الأجهزة الصناعية 4 -0 الطاقة وشبكة البيانات بطرق لم تكن النباتات القديمة مصممة لدعمها، وينبغي أن يحصر التقييم توزيع الطاقة وممرات القنوات وكابلات الشبكات، ويعتمد العديد من المرافق على نظم السطو الميدانية القديمة التي لا تستطيع التعامل مع ناتج البروتوكولات الحديثة القائمة على الشبكة مثل البروتوكولات القائمة على شبكة Ethernet أو MQTT.

نظم المراقبة والتدخل

وكثيرا ما تفتقر آلات كبار السن إلى النواتج الرقمية أو موانئ الاتصالات، وتتطلب إعادة التصحيح إضافة أجهزة استشعار أو تحديثات لمراكز الاتصال أو بوابات الحافة التي يمكن أن تترجم إشارات الملكية إلى نماذج بيانات موحدة، وينبغي أن يلاحظ جرد الأصول عصر كل قطعة من المعدات الحساسة وحالتها وقدراتها في مجال الاتصال، وتسترشد هذه البيانات بالقرارات بشأن الآلات التي يمكن إعادة استخدامها بتكلفة معقولة والتي قد تحتاج إلى استبدالها.

تكامل تدفق العمل البشري

فالتكنولوجيا وحدها لا تجعل المصنع ذكيا؛ ويجب أن يتفاعل الناس معه بفعالية، وينبغي أن يراعى التقييم كيف يمكن للمشغلين وأفرقة الصيانة حاليا الوصول إلى آلات، واسترجاع البيانات، والاستجابة لحالات الإنذار، وكثيرا ما يستحدث إعادة التصحيح واجهات جديدة - نظارات واقعية معززة، ولوحات متنقلة، أو أوامر صوتية - تعيد تشكيل الروتينات اليومية، وتسهم في الحد من المقاومة وتحسن معدلات التبني.

Core Technologies Enabling Industry 4.0 Integration

وتعتمد الطبقات التكنولوجية على عدة طبقات ناجحة، وتعالج كل طبقة حاجة محددة هي: الاستشعار، والربط، والتحليل، والتصوير، وتفصل الأقسام الفرعية التالية التكنولوجيات الرئيسية وتطبيقها في النباتات المجهزة بالإعادة.

شبكة الإنترنت للأشياء (IoT)

(أ) أن تلتقط أجهزة الاستشعار بالأشعة السينية بيانات آنية عن الاهتزاز، ودرجة الحرارة، والضغط، واستهلاك الطاقة، والنباتات، وفي سيناريو إعادة التصريف، يجب أن تكون هذه أجهزة الاستشعار مجهزة على الآلات القائمة دون تغيير في عملياتها، وأن أجهزة الاستشعار اللاسلكية ذات الدرجات الصناعية أو جمع الطاقة تقدم مبالغ زائدة منخفضة التركيبة، وتتم تجهيز البيانات محلياً على بوابات حافة لتقليل التساهل وحجم

التلقائية والروبوتات التعاونية

ولا ينبغي أن تعني إعادة تجهيزات الإرث بالآلات الآلية وجودة كبيرة، فالآليات التعاونية (الكبوتات) تعمل إلى جانب مشغلي البشر الذين لا يملكون سياجاً للسلامة، مما يجعلهم مثاليين للمساحات المقيدة، ويمكن نشر قوافل للقيام بمهام مثل المحركات المتحركة والتجمع والتفتيش الجيد، ويتيح لها البصمة الصغيرة والنشر السريع الاندماج في الأعمال القائمة ذات الحد الأدنى من التغييرات في مجال السلامة.

تحليل البيانات في الوقت الحقيقي والتوائم الرقمية

وتتدفق البيانات المستمدة من أجهزة الاستشعار باليوت ونظم التشغيل الآلي إلى منابر تحليلية تكشف عن وجود شذوذ، وتتوقع احتياجات الصيانة، وتضع جداول الإنتاج على الوجه الأمثل، ويمكِّن التوأم الرقمي - وهو نسخة افتراضية من المصنع المادي - المشغلين من اختبار التغييرات في التصميم، وإدارة السيناريوهات، وتدريب الموظفين دون التعرض لخطر الإنتاج، ويكتسب التوأم الرقمي أهمية خاصة في إعادة تحديد مواقع العمل لأنهم يساعدون على التحقق من أن المعدات الجديدة ستلائمها.

أمن الفضاء الإلكتروني للنظم المترابطة

وتكشف أجهزة الاتصال بالشبكة عن مواطن الضعف التي كانت معزولة سابقا، ويجب أن تتضمن خطة إعادة الاسترداد استراتيجية لأمن الفضاء الإلكتروني تشمل تجزؤ الشبكة، وتوثيق الأجهزة، وتحديثات البرمجيات، وكشف الاقتحام، وينبغي للعديد من أطر الأمن السيبراني الصناعية، مثل إطار الأمن الإلكتروني ] Cybersecurity Framework ، أن توفر مبادئ توجيهية لحماية التكنولوجيا التشغيلية المزودة بضوابط الصارمة.

تصميم استراتيجية للمخلفات المرحل

ونادرا ما يكون من الممكن محاولة إعادة تشغيل مصنع كامل في نفس الوقت، ويسمح النهج المرحلي للمصنعين بالتعلم من كل مرحلة، وتعديل الخطة، والحفاظ على استمرارية الإنتاج، ويتبع المشروع النموذجي لإعادة استخدام المفاعل ثلاث مراحل واسعة هي: الطيار، والحجم، والارتقاء إلى أقصى حد ممكن.

المرحلة 1: رائدة ودليل مفاهيم

اختيار خط إنتاج واحد أو خلية واحدة ذات مسائل عالية في وقت النزول أو النوعية، وتركيب أجهزة استشعار للوقود، ونظام لاقتناء البيانات، وجهاز أساسي لصيد المحللين، والهدف هو إثبات القيمة بسرعة - في كثير من الأحيان في غضون ثلاثة أشهر، ويكشف هذا النموذج عن تحديات التكامل ويبني نظاما داخليا للبيع، كما يوفر بيانات أساسية لحساب العائد على الاستثمار.

المرحلة 2: نشر الهياكل الأساسية القابلة للتوسع

واستنادا إلى التعلم التجريبي، توحيد أنواع أجهزة الاستشعار، وهيكل الشبكة، ومنابر البرمجيات التي ستستخدم في جميع أنحاء المصنع، وتحسين الهياكل الأساسية للكهرباء والشبكات في سلسلة مخططة، غالبا أثناء عمليات إغلاق الصيانة المقررة، والقيام تدريجيا بالتشغيل الآلي، على سبيل المثال، بتأهيل النقل المادي قبل إضافة خلايا العمل الآلي، وقد تستغرق هذه المرحلة ستة إلى ثمانية عشر شهرا حسب حجم النباتات وتعقيدها.

المرحلة 3: مواصلة تحقيق الاستخدام الأمثل والتوسيع

ومع وجود الهياكل الأساسية، يتحول التركيز إلى تحسين الخوارزميات، ومشغلي التدريب، وإدماج البيانات مع نظم المؤسسات مثل نظام تخطيط الموارد في المؤسسة ونظام الإدارة البيئية المتعددة الأطراف.

التغلب على التحديات المشتركة

وحتى مع التخطيط الدقيق، تواجه المشاريع التي تعيد صياغتها عقبات، وتشمل التحديات الأكثر تواتراً القيود المفروضة على الفضاء، وقطع الإنتاج، وتوافق المعدات القديمة، وثغرات المهارات لدى القوى العاملة.

ضواحي الفضاء ومجمعات العيون

وكثيرا ما تكون للمصانع القديمة أسلاك ممر ضيقة وأعمدة هيكلية تعوق المعدات الجديدة، وتشمل الحلول مبالغ مضافة مستعملة للمستشعرات والمناولة المتنقلة التي تتقاسم الحيز مع العمال، ومصانع العمل النموذجية القابلة لإعادة التشكيل، وفي بعض الحالات يمكن إعادة استخدام المناطق غير المقيدة القيمة مثل الحيز الزائد للتخزين في المناطق التكنولوجية الجديدة.

التقليل إلى أدنى حد من اختلال الإنتاج

فالعمل في وقت العمل باهظ التكلفة، وينبغي تحديد مواعيد عمليات الاسترداد أثناء نوافذ الصيانة المقررة أو التي تتم على خطوط زائدة عن الحاجة، واستخدام التزحلقات السابقة للنظم الآلية يقلل من وقت التركيب في الموقع، كما أن عمليات المواسير تسمح باختبار نظم جديدة في حين تظل النظم القديمة صالحة للعمل، مع حدوث انخفاضات بعد التصديق فقط.

المعدات الخاصة بالإرث والبروتوكولات الأساسية

وتستخدم أجهزة قديمة كثيرة أجهزة مراقبة الملكية وبروتوكولات الاتصالات التي لا تتداخل مع النظم الحديثة، وقد يتطلب إعادة استخدام أجهزة تحويل المراسم أو استبدالها أو إضافة طبقة متوسطة، وفي بعض الحالات يكون من الأفضل أن تحل محل آلة بدلا من إعادة استخدامها، كما أن تحليل التكاليف والفوائد يقارن تكلفة إعادة الاسترداد، وتمديد العمر المتوقع، ومكاسب الأداء ينبغي أن يسترشد بها في هذه القرارات.

التدريب والتبني على القوى العاملة

ولا يمكن أن يكون التبني التكنولوجي دون مشغلين مهرة وتقنيين الصيانة، إذ يجب أن تشمل مشاريع إعادة التصحيح برامج تدريبية تغطي واجهات جديدة، وأساليب تشخيص المشاكل، وتفسير البيانات.() ويشير إنشاء مركز امتياز يمكن للعمال فيه أن يختبروا أدوات جديدة في بيئة منخفضة المخاطر إلى أن التعلم يعجل.() Deloitte]) إلى أن الجهات المصنعة التي تستثمر في تحقيق أهداف صناعية مستمرة هي أكثر ثلاثة أمثال.

دراسات الحالات: ردود الفعل الناجحة في الممارسة العملية

وتوضح الأمثلة على العالم الحقيقي كيف أن إعادة التقويم المنهجي تحقق نتائج قابلة للقياس.

ناقلات السيارات: دمج قوافل في خطوط جمعية الجراثيم

وقد أراد مورد للسيارات من الحجم المتوسط مع خطوط التجميع التي تبلغ من العمر 20 عاما تحسين السمات ونوعية المركبات دون بناء مرفق جديد، واستهدفت خطة إعادة الطلاء أربع محطات يدوية حيث تسبب الرفع المكرر في الإصابة والعيوب، وتركبت روبوتات تعاونية على العمل القائم، مسترشدة بنظم الرؤية، وتغذية من خلال أوعية يقظة بسيطة، وحدثت معدلات منخفضة لتعويضات مضافة لـ 60 شهرا من العيـزبـات الأمان.

مصنّع عقود الإلكترونيات: IoT-Driven Predictive maintenance

وقام مصنع للتعاقد الإلكتروني بتشغيل آلات للاختيار والوضع من بائعين مختلفين، كل منهما بنظام الرصد الخاص به، وبإعادة تشغيل أجهزة استشعار اليقظة ودرجة الحرارة على العوازل النادرة والموصلات الحرجة، إلى جانب بوابة موحدة للحواف، أنشأ المصنع لوحة واحدة للصمود من أجل الصيانة المتوقعة، وأُعدم المشروع على مدى أسبوعين، حيث تم تركيب أجهزة الاستشعار خلال التغييرات في التحولات.

قياس العائد على الاستثمار والاستحقاقات الطويلة الأجل

أما إعادة استخدام الصناعة في ٤-٠ فيحقق عائدات ملموسة وغير ملموسة على السواء، وتشمل الفوائد الملموسة تخفيض وقت الانكماش )٢٠-٥٠ في المائة(، وزيادة الناتج )١٠-٣٠ في المائة(، وانخفاض استهلاك الطاقة )٥-١٥ في المائة(، وتحسين غلة السفر بالدرجة الأولى، وعادة ما تتجاوز الفوائد غير الملموسة - مثل زيادة مرونة الانتاج، وزيادة سرعة التغيير، وتحسين البيانات المتعلقة باتخاذ القرارات - المقاييس المباشرة ٢٤ في كثير من الأحيان.

وينبغي أن ينظر المبررات المالية في التكلفة الإجمالية للملكية، بما في ذلك التركيب والتدريب ورخص البرمجيات والصيانة، ويستخدم العديد من الصانعين نموذجاً مترابطاً من نظام " روي " : المكاسب السريعة من صندوق الاستشعار عن بُعد، ولوحات السحب، في المراحل اللاحقة من التشغيل الآلي والوزع الرقمي المزدوج، وتحافظ مؤشرات القدرة على التنفيذ الشامل التي أنشئت خلال المرحلة التجريبية على اتساق المشروع مع أهداف الأعمال وتوفر بيانات لتأمين الاستثمار الجاري.

الإعداد للصناعة 5.0 وما بعد

إن إعادة التأقلم ليست حدثاً غير متكرر - بل إنها ترسي أساساً للتطور المستمر، إذ أن الصناعة 5 -0 التي تركز على التخصص البشري والاستدامة والقدرة على التكيف، ستستفيد من البنية الأساسية للبيانات التي أنشأتها الصناعة 4.0.

خاتمة

إن إعادة تجهيزات المنشآت القائمة للصناعة ٤,٠ هو مسار عملي وعلوي للصناعة الذكية، ومن خلال تقييم الهياكل الأساسية بصورة منهجية، ونشر المزيج الصحيح من التوحيد والتلقائي والمحللين، وتنفيذ استراتيجية تدريجية، يمكن للمصنعين أن يغيروا مرافقهم دون انقطاع وتكلفة بناء بيئة إنتاجية أكثر كفاءة وأكثر مرونة، وتكيف المنظمات تطوراً سريعاً.