يشهد عالم الصناعة تحولًا جذريًا، حيث تجتاح ثورة تكنولوجية شاملة أروقة المصانع حول العالم لتحولها إلى مصانع ذكية . من خلال تسخير التقنيات المتقدمة مثل الذكاء الاصطناعي (AI)، والذكاء الاصطناعي التوليدي (GenAI)، وإنترنت الأشياء الصناعي (IIoT)، وتحليلات البيانات الضخمة، والأتمتة، والروبوتات، وغيرها من الابتكارات، يعيد التصنيع الذكي – المعروف أيضًا باسم الصناعة 4.0 – تعريف الإنتاج الصناعي.
يوضح مايكل أنجلو كانزونيري، الرئيس العالمي للتصنيع الذكي للمجموعة، أن “التصنيع الذكي يخلق بيئة تصنيع مؤتمتة ومتكاملة تمامًا حيث تتصل الآلات والأنظمة والعمليات وتتعاون بسلاسة.” ويضيف: “تكمن أهميته الحقيقية في قدرته التحويلية على تحسين العمليات، وزيادة الإنتاجية، وتقليل النفايات، وتحسين جودة المنتج، وتعزيز العمل البشري في العمليات.”
ما هو المصنع الذكي؟
كما يوحي اسمه، يتميز المصنع الذكي بـ “ذكائه”. إنه عبارة عن شبكة مترابطة من الآلات وآليات الاتصال التي تستفيد من قدرات حاسوبية عالية الأداء. يُعد المصنع الذكي نظامًا سيبرانيًا-فيزيائيًا يستخدم تقنيات متقدمة مثل الذكاء الاصطناعي (AI) وتعلم الآلة (Machine Learning) لتحليل البيانات وإدارة العمليات المؤتمتة، مع قدرته على التعلم والتطور بمرور الوقت. تندرج المصانع والإنتاج الذكي ضمن التحول التكنولوجي المسمى “الصناعة 4.0” أو “الثورة الصناعية الرابعة”، والتي تأتي بعد ثلاث ثورات صناعية سابقة أحدثت كل منها تحولًا جذريًا بفضل تقنيات مبتكرة (الآلة البخارية، خط التجميع، والقوة الحاسوبية على التوالي).
دوافع التحول نحو المصانع الذكية في عالم متغير
في عالم اليوم المتقلب، الذي يتسم بارتفاع تكاليف المواد الخام، والطلبات غير المتوقعة، واضطراب سلاسل التوريد بسبب الأحداث الجيوسياسية والاضطرابات مثل جائحة كوفيد-19، تواجه المؤسسات تأخيرات في التسليم وعدم اليقين. هنا، تبرز قدرات التصنيع الذكي لتوفير المرونة اللازمة للتغلب على هذه العقبات بسرعة.
وقد سلطت جائحة كوفيد-19 الضوء على نقاط ضعف سلاسل التوريد العالمية وهشاشة بعض القطاعات، مؤكدة على أن التحول الرقمي أصبح أولوية ملحة للحفاظ على القدرة التنافسية والمرونة. كما تساهم توقعات المستهلكين المتزايدة، فيما يُعرف بـ “تأثير أمازون” (Amazon effect) – وهو الطلب المتزايد على التسليم في اليوم التالي – في دفع عجلة تطوير تقنيات المصانع الذكية، حيث تعجز الأنظمة التقليدية عن مواكبة هذا الحجم من المتطلبات اللوجستية.
بالإضافة إلى ذلك، يسعى المصنعون لتقليل الاعتماد على الشركاء الدوليين، ويمكن لحلول المصانع الذكية مثل الإنتاج عند الطلب والمخزون الافتراضي أن تساهم في ذلك، رغم أن إعادة توطين الإنتاج عملية معقدة ولا تلغي بالضرورة الاعتماد على شركاء أجانب في مجالات أخرى.
آلية عمل المصنع الذكي: هيكل متكامل
على عكس المصانع التقليدية التي قد تستخدم بعض الآلات المؤتمتة بشكل منفصل، يدمج المصنع الذكي الآلات والموظفين والبيانات الضخمة في نظام بيئي رقمي واحد متصل. لا يقتصر دوره على تنظيم وتحليل البيانات، بل يتعلم أيضًا من هذه التجربة، ويقوم بتفسير وإنشاء رؤى من مجموعات البيانات للتنبؤ بالاتجاهات والأحداث، بالإضافة إلى التوصية وتنفيذ تدفقات عمل إنتاجية وعمليات مؤتمتة ذكية.
يتكون الهيكل الأساسي للمصنع الذكي من ثلاث مراحل رئيسية:
- اكتساب البيانات (Data Acquisition):
- تتيح تقنيات الذكاء الاصطناعي وقواعد البيانات الحديثة تنظيم واكتساب مجموعات بيانات متنوعة ومفيدة على مستوى الشركة وسلسلة التوريد والعالم.
- من خلال أجهزة الاستشعار والبوابات، يمكّن إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT) الآلات المتصلة من جمع البيانات في النظام.
- يمكن للأنظمة المدعومة بالذكاء الاصطناعي تجميع مجموعات بيانات حول الأداء، واتجاهات السوق، والخدمات اللوجستية، وأي مصدر آخر ذي صلة محتملة.
- تحليل البيانات (Data Analysis):
- يستخدم تعلم الآلة والأنظمة الذكية الأخرى تحليلات متقدمة وحلول إدارة بيانات حديثة لاستغلال البيانات المتباينة التي تم جمعها.
- يمكن لأجهزة استشعار IIoT إرسال تنبيهات لإصلاح أو صيانة الآلات عند الحاجة.
- يمكن تجميع بيانات السوق والعمليات لتحديد الفرص والمخاطر.
- يمكن دراسة كفاءة تدفقات العمل بمرور الوقت لتحسين الأداء وإجراء تصحيحات تلقائية إذا لزم الأمر.
- أتمتة المصنع الذكي (Smart Factory Automation):
- بمجرد اكتساب البيانات وتحليلها، يتم تحديد تدفقات العمل وإرسال التعليمات إلى الآلات والأجهزة في النظام.
- يمكن أن تكون هذه الأجهزة في مقر المصنع أو عن بُعد في مراحل الخدمات اللوجستية أو الإنتاج ضمن سلسلة التوريد.
- يتم مراقبة وتحسين تدفقات العمل والعمليات الذكية باستمرار. على سبيل المثال، إذا أشار تنبيه إلى ارتفاع الطلب على منتج معين، يمكن للنظام إرسال تعليمات إلى طابعات ثلاثية الأبعاد لإعطاء الأولوية لإنتاج هذا العنصر.
الفوائد الجوهرية للمصانع الذكية
يقدم الاستثمار في التحول الرقمي وحلول المصانع الذكية مزايا تجارية كبيرة، منها:
- الإنتاجية والكفاءة:
- تتحول المصانع من الاعتماد على ردود الفعل إلى نهج استباقي بفضل التحليلات التنبؤية وتحليل البيانات الضخمة.
- تحقيق إدارة المخزون في الوقت المناسب (Just-in-Time)، وتوقعات دقيقة للطلب، وتحسين وقت الوصول إلى السوق.
- أشارت دراسة لشركة “ديلويت” عام 2019 إلى أن الشركات التي استثمرت في مشاريع المصانع الذكية أبلغت عن مكاسب تصل إلى 12% في مجالات مثل الإنتاج الصناعي واستخدام المصانع وإنتاجية القوى العاملة.
- الاستدامة والسلامة:
- تسهيل تحديد وتنفيذ فرص لتعزيز الممارسات الصناعية الأكثر مراعاة للبيئة والأكثر أمانًا ومسؤولية اجتماعيًا.
- استخدام تقنيات مثل البلوك تشين وأجهزة استشعار RFID لضمان المصدر ومراقبة جودة جميع المواد والإمدادات.
- يمكن للروبوتات والأجهزة المؤتمتة المساعدة في تقليل أو القضاء على ثلاثة من الأسباب الخمسة الرئيسية للإصابات في مكان العمل.
- جودة المنتج وتجربة العملاء:
- يوفر الاتصال السحابي والرؤية الشاملة رؤى وتوصيات في الوقت الفعلي على جميع مستويات عملية الإنتاج.
- القدرة على التخصيص والاستجابة السريعة للاتجاهات المتغيرة تعني أن المنتجات تلبي احتياجات العملاء بشكل أفضل.
- تحديد نقاط الضعف أو مجالات التحسين بسرعة، مما يعزز القدرة التنافسية ويقلل من عمليات الإرجاع أو الاستدعاء المكلفة.
التقنيات الأساسية الداعمة للمصانع الذكية
تعتمد المصانع الذكية على مجموعة من التقنيات المترابطة والمتطورة، أبرزها:
- الاتصال السحابي (Cloud Connectivity): القناة التي تنتقل عبرها جميع البيانات والمعلومات، مما يضمن استخدام البيانات في الوقت الفعلي والرؤية الفورية.
- الذكاء الاصطناعي (AI): يوفر السرعة والأداء والمرونة لجمع وتحليل مجموعات البيانات المتباينة وتقديم رؤى وتوصيات في الوقت الفعلي.
- تعلم الآلة (Machine Learning): يتيح الصيانة التنبؤية المتقدمة، وإرسال التنبيهات قبل حدوث أعطال.
- البيانات الضخمة (Big Data): تمكّن التحليلات التنبؤية والمتقدمة، مما يفتح آفاقًا للتحسين والابتكار.
- إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT): شبكة من الأجهزة والآلات المزودة بمعرفات فريدة قادرة على إرسال واستقبال البيانات الرقمية للتحكم والأتمتة.
- التوائم الرقمية (Digital Twins): نسخة طبق الأصل افتراضية لآلة أو نظام، تسمح باختبار الأفكار المبتكرة وتقليل المخاطر التشغيلية.
- التصنيع الإضافي (الطباعة ثلاثية الأبعاد): يتيح الإنتاج عند الطلب باستخدام الأتمتة الذكية، مما يقلل المخاطر والهدر.
- الواقع الافتراضي (VR) والواقع المعزز (AR): توفر تجارب حسية غامرة للمستخدمين، وتعزز وعيهم بحالة المصنع من خلال البيانات في الوقت الفعلي.
- البلوك تشين (Blockchain): يستخدم لإنشاء “عقود ذكية”، وتتبع مصدر البضائع، وإدارة الوصول إلى الأصول والآلات المتصلة بشكل آمن.
- قواعد البيانات الحديثة (Modern Databases): مثل قواعد البيانات داخل الذاكرة وأنظمة تخطيط موارد المؤسسات (ERP) الحديثة، وهي ضرورية لإدارة البيانات المعقدة والتحليلات المتقدمة.
رحلة التحول إلى المصنع الذكي
أصبح التحول الرقمي وتحديث سلاسل التوريد أولوية فورية وعاجلة للشركات المصممة على الابتكار والمنافسة. تبدأ رحلة التحول بتقييم أولي للأنظمة والعمليات والأصول الحالية. من الضروري أن نتذكر أن المصنع “الذكي” يدين بتميزه لقدراته المتقدمة في تحليل وإدارة البيانات، لذا فهو يعتمد على قاعدة بيانات حديثة ونظام ERP قوي.
لا يتطلب التحول إلى مصنع ذكي تنفيذه بالكامل فورًا، ولا يستدعي إيقاف الأنشطة التجارية الحالية. كل مبادرة تتخذها الشركة لتحديث وتحسين أنظمتها الرقمية تقربها من مشروع مصنع ذكي متكامل تمامًا. وبطبيعتها، تجمع تقنيات المصانع الذكية البيانات وتحللها، مما يجعل من الممكن قياس وتقييم تأثير التقنيات الرقمية الجديدة وعائدها على الاستثمار بمجرد تركيبها.
مستقبل الصناعة الذكية
يمثل التصنيع الذكي تحولًا نموذجيًا على مستوى الصناعة في كيفية تصميم الشركات للمنتجات وصنعها وتوزيعها. من المقرر أن يقود تحولًا عميقًا عبر المشهد الصناعي، ويفتح مزايا بعيدة المدى ستتردد أصداؤها عبر الشركات وسلاسل التوريد، وتعود بالنفع في نهاية المطاف على الناس والمرضى وكوكبنا. إن تبني هذه الثورة لم يعد خيارًا، بل ضرورة حتمية للمؤسسات التي تسعى للريادة والازدهار في المستقبل.
