انقلاب صنعتی چهارم
انقلاب صنعتی چهارم به تحول سایبر-فیزیکی در تولید و ساخت اشاره دارد.
انقلاب صنعتی چهارم (Industry 4.0) چیست؟
انقلاب صنعتی چهارم چیست
انقلاب صنعتی چهارم به تحول سایبر-فیزیکی در تولید و ساخت اشاره دارد. نام آن از ابتکار دولت آلمان به نام “Industrie 4.0” الهام گرفته شده است که هدف آن ترویج تولید متصل و همگرایی دیجیتالی صنعت، کسب و کارها و فرآیندهای دیگر است.
انقلاب صنعتی چهارم شامل فهرستی طولانی و در حال تکامل از فناوریها است. در حالی که میتوان آن را به زبان ساده تعریف کرد، تعداد سیستمها و ابزارهایی که در این دسته قرار میگیرند در حال تغییر است.
در میان این فناوریها میتوان به رباتیک، هوش مصنوعی (AI)، اینترنت اشیا (IoT) و اتوماسیون صنعتی اشاره کرد. انقلاب صنعتی چهارم همچنین به عنوان تولید هوشمند شناخته میشود زیرا این فناوریها برای کمک به تولید و تنظیمات خطوط تولید صنعتی به کار گرفته میشوند. با این حال، انقلاب صنعتی چهارم دارای کاربردهای دنیای واقعی دیگری نیز مانند مدیریت زنجیره تأمین، لجستیک، انبارداری و امنیت سایبری است.
تاریخچه و تکامل انقلاب صنعتی چهارم
اولین انقلاب صنعتی در پایان قرن ۱۸ رخ داد، زمانی که نیروی بخار و آب مکانیزاسیون را ممکن ساخت. لوکوموتیوها نمونه خوبی از چگونگی تحول حمل و نقل توسط نیروی بخار هستند.
دومین انقلاب صنعتی در آغاز قرن ۲۰ با ظهور برق رخ داد که خطوط مونتاژ، تولید انبوه و تقسیم کار را ممکن ساخت. سومین انقلاب صنعتی در آغاز دهه ۱۹۷۰ رخ داد، زمانی که استفاده از کامپیوترها و دیجیتالی شدن امکان اتوماسیون بیشتر ماشینها و فرآیندهای تولید را فراهم کرد.
چهارمین انقلاب صنعتی را میتوان به بهترین وجه به عنوان گسترش سومین انقلاب توصیف کرد. انقلاب صنعتی سوم کامپیوترها را به فرآیند تولید معرفی کرد و انقلاب صنعتی چهارم بر اتصال آن کامپیوترها به یکدیگر تمرکز دارد. با این حال، انقلاب صنعتی چهارم فراتر از ارتباط سیستمهای موجود در کف کارخانه است. زمانی که به طور کامل اجرا شود، عملکردی را فراهم میکند که کارخانههای هوشمند و تولید دیجیتالی را ممکن میسازد.
انقلاب صنعتی چهارم نمایانگر ماشینها و فرآیندهای تولیدی هوشمندانه شبکهای شده با استفاده از فناوریهای اطلاعاتی است.
انقلاب صنعتی چهارم و اینترنت اشیا (IoT)
فناوریهای اینترنت اشیا بخش مهمی از انقلاب صنعتی چهارم و یک روند عمده در دهه گذشته هستند. اینترنت اشیا توانایی اتصال دستگاههای محاسباتی غیر سنتی به اینترنت یا شبکههای خصوصی را دارد.
اینترنت اشیا اغلب به دستگاههای مصرفی هوشمند و متصل، مانند ترموستاتها و لوازم خانگی متصل به اینترنت اشاره دارد. با این حال، تولیدکنندگان نیز این مفهوم را پذیرفته و تعداد زیادی از حسگرهای هوشمند متصل را در کارخانهها و تأسیسات صنعتی دیگر مستقر کردهاند. استفاده از چنین حسگرهایی به عنوان اینترنت صنعتی اشیا (IIoT) شناخته میشود.
IIoT یک محرک کلیدی برای انقلاب صنعتی چهارم است، اما معمولاً از فناوریهای متصل دیگر نیز استفاده میکند، مانند ماشینهای هوشمند و سیستمهای سایبر-فیزیکی. همه این سیستمها با هم کار میکنند تا به سطوح جدیدی از اتوماسیون برسند.
کاربردهای انقلاب صنعتی چهارم چیست؟
انقلاب صنعتی چهارم میتواند در تمام سطوح فرآیند تولید از توسعه محصول تا پایان عمر محصول اعمال شود. موارد استفاده خاص از این فناوریها شامل موارد زیر است:
نگهداری پیشبینیکننده تجهیزات حیاتی
حسگرهای IIoT یکپارچه با تجهیزات صنعتی مورد استفاده در خطوط تولید و تأسیسات میتوانند عملکرد را نظارت کرده و ناهنجاریهایی را که نشاندهنده نیاز به نگهداری و بهروزرسانیها هستند، شناسایی کنند.
جمعآوری و تحلیل دادههای بلادرنگ
دستگاههای IIoT دادههای بلادرنگ را به پلتفرمهای AI و یادگیری ماشینی ارسال میکنند، جایی که تجزیه و تحلیل میشود تا تهدیدات یا خرابیهای احتمالی و همچنین فرصتهایی برای بهبود بهرهوری شناسایی شوند. کارخانههای مجهز به تحلیل حجم زیادی از دادهها و استفاده از آن برای اتخاذ تصمیمات خودکار به عنوان کارخانههای هوشمند شناخته میشوند.
قابلیت مشاهده زنجیره تأمین
ردیابی کالاها در فواصل طولانی در حین حرکت از طریق زنجیره تأمین را میتوان با دستگاههای فیزیکی، محاسبات ابری برای انتقال و ذخیره دادهها و داشبوردهای نرمافزاری که اطلاعات مورد نیاز کارگران را فراهم میکنند، انجام داد. انقلاب صنعتی چهارم همچنین تأمین مواد اولیه مورد استفاده در ساخت محصول را آسانتر میکند.
تولید افزایشی و دیجیتال
تولید افزایشی، که به عنوان چاپ سهبعدی نیز شناخته میشود، میتواند به بهبود نمونهسازی، سفارشیسازی و سایر جنبههای تولید محصولات جدید کمک کند. کارگران میتوانند آنها را به صورت دیجیتالی اصلاح کرده و جزئیات را به عنوان نیاز اضافه کنند.
مدیریت موجودی
AI و یادگیری ماشینی میتوانند دادههای مربوط به خرید محصولات را گرفته و پیشبینیهایی در مورد نیازهای موجودی مشتریان انجام دهند، مدیریت موجودی را بهینه کنند. این امر تأخیرها را کاهش داده و تجربه مشتری را بهبود میبخشد.
واقعیت افزوده
دستگاههای واقعیت افزوده دادهها و دستورالعملها را از راه دور به کارگران ارائه میدهند تا به آنها کمک کنند در هر جایی که هستند در یک تأسیسات فعالیت کنند. همچنین، آموزش برای استخدامهای جدید را از طریق شبیهسازی سناریوهای دنیای واقعی بهبود میبخشد.
پایداری
فناوریهای انقلاب صنعتی چهارم میتوانند به تنظیم مصرف انرژی، شناسایی راههای کاهش آلودگی ناشی از ماشینآلات و نظارت بر داراییهای فیزیکی که انرژی پایدار فراهم میکنند، کمک کنند.
انقلاب صنعتی چهارم و پایداری
انقلاب صنعتی چهارم میتواند نقش کلیدی در پایدارتر کردن کارخانهها و تأسیسات ایفا کند. به عنوان مثال، حسگرهای IIoT و شبکههای IT که آنها بر روی آنها کار میکنند میتوانند مصرف انرژی را نظارت کنند تا ماشینآلات مورد استفاده در یک سایت خاص بتوانند مصرف انرژی را کاهش دهند. همچنین، الگوریتمهای AI و یادگیری ماشینی میتوانند دادههای مربوط به استفاده از منابع در یک سایت خاص را تجزیه و تحلیل کرده و فرصتهایی برای بهبود بهرهوری عملیاتی شناسایی کنند.
فناوریهای انقلاب صنعتی چهارم نه تنها سیستمهای تولیدی سنتی را نظارت میکنند، بلکه میتوانند منابع انرژی پایدار مانند تولید انرژی بادی، خورشیدی و هیدروالکتریکی را نیز نظارت کنند تا به تلاشهای پایداری کمک کنند. در این نوع سیستمها، دستگاههای IoT توزیعشده در مکانهای دورافتاده قرار دارند و برای ارائه اطلاعات در مورد نگهداری پیشبینیکننده و مسائل دیگر منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده میشوند. دستگاهها میتوانند دادههای جمعآوری شده را برای تصمیمگیریهای نگهداری استفاده کنند و در برخی موارد، دادهها را به کارگران منتقل کنند تا بر اساس آن تصمیمگیری کنند.
فناوریهایی که انقلاب صنعتی چهارم را پیش میبرند چیست؟
همگرایی فناوریهای مختلف انقلاب صنعتی چهارم را پیش میبرد، از جمله:
– IIoT و استفاده از حسگرها.
– کلانداده و تحلیل پیشبینیکننده.
– AI و یادگیری ماشینی.
– شبکههای گسترده با توان پایین برای شبکههای ماشین به ماشین و IoT.
– همگرایی IT/OT.
– رابطهای لمسی و صوتی و سیستمهای واقعیت افزوده.
– رباتیک پیشرفته.
– چاپ سهبعدی و تولید افزایشی.
– محاسبات ابری.
به طور کلی، همه این فناوریهای جدید برای تعامل انسانها با ماشینها، برای ارتباط ماشینها با یکدیگر و دستیابی به اهداف پیچیدهتر ایجاد شدهاند. آنها همچنین امکان میدهند دادهها تمامی فرآیندهای تولید را اطلاعرسانی و بهینهسازی کنند و منجر به فرآیندهای به هم پیوستهتر شوند، از طراحی تا پایان چرخه عمر محصول.
مزایای انقلاب صنعتی چهارم چیست؟
انقلاب صنعتی چهارم مزایای زیادی برای سازمانهایی که آن را پیادهسازی میکنند فراهم میکند. این مزایا شامل موارد زیر است:
افزایش قابلیت مشاهده فرآیندها
برای مثال، مفاهیم انقلاب صنعتی چهارم میتواند به تولیدکنندگان اصلی تجهیزات امکان دهد ببینند چگونه مشتریان از یک محصول استفاده میکنند در مقایسه با چگونگی انتظار استفاده از آن.
نظارت پیشرفته بر ماشینآلات
دادههای حسگر میتوانند به یک سازمان کمک کنند فرآیند تولید را در زمان واقعی نظارت کند. این دادهها سپس میتوانند با یک دوقلوی دیجیتالی – شبیهسازی که با کارآیی کامل اجرا میشود – مقایسه شوند تا تعیین شود که فرآیند کجا میتواند بهبود یابد.
آموزش پیشرفته
برخی سازمانها مفاهیم انقلاب صنعتی چهارم را به آموزش کارکنان اعمال کردهاند. این برنامههای آموزشی از واقعیت افزوده برای آموزش کارکنان در مورد نحوه کار با ماشینآلات و اجتناب از شیوههای ناامن استفاده میکنند، قبل از اینکه کارکنان اجازه ورود به کف کارخانه را داشته باشند. آموزش مبتنی بر واقعیت افزوده در مناطقی مانند اطفاء حریق و کمکهای اولیه نیز استفاده میشود.
اجتناب از خرابی
پیش از پذیرش انقلاب صنعتی چهارم، ماشینآلات صنعتی بر اساس توصیههای سازنده سرویس میشدند. با این حال، با فناوری انقلاب صنعتی چهارم، ماشینآلات مجهز به حسگرها میتوانند سلامت ماشینآلات کارخانه را به طور مداوم نظارت کنند. این امکان را به سازمانها میدهد تا مشکلات را قبل از وقوع پیشبینی کرده و به صورت پیشگیرانه اقدام کنند. در برخی موارد، ماشینها حتی میتوانند به صورت خودکار سفارش قطعات جایگزین را در صورت نیاز ثبت کنند. همه اینها به یک سازمان کمک میکند تا از خرابیهای پرهزینه که فرآیند تولید را مختل کرده و باعث خرابی میشوند، اجتناب کند.
افزایش بهرهوری
فناوری دیجیتال مورد استفاده در کف کارخانه به سیستمهای دادههای پشتیبان متصل است، امکان تحلیل کلاندادهها را بر روی دادههای مربوط به فرآیند تولید فراهم میکند. چنین تحلیلهای پیشرفتهای میتوانند به سازمان کمک کنند روندها را شناسایی کرده و بینشهایی کسب کنند که به آن کمک میکند بهرهورتر و سودآورتر شود.
کاهش هزینهها
فناوری انقلاب صنعتی چهارم میتواند مسائل مانند خرابی تجهیزات و استفاده بیش از حد از منابع را شناسایی و پیشگیری کند و به طور بالقوه هزینهها را کاهش دهد.
چالشهای انقلاب صنعتی چهارم چیست؟
سازمانهایی که فناوری انقلاب صنعتی چهارم را پیادهسازی میکنند نیز با چالشهایی روبرو هستند. این چالشها شامل موارد زیر است:
هزینه
هزینههای اولیه خرید و پیادهسازی نرمافزار و داراییهای فیزیکی انقلاب صنعتی چهارم میتواند بار سنگینی باشد، به ویژه برای کسب و کارهای کوچک و متوسط.
قابلیت همکاری
در ابتدا، یکی از چالشهای اصلی برای سازمانهایی که تمایل به پیادهسازی انقلاب صنعتی چهارم داشتند، قابلیت همکاری بود. ماشینها و حسگرهای موجود در کف کارخانه اغلب از پروتکلهای مختلفی استفاده میکردند که ارتباط بین دستگاههای متصل را دشوار میکرد. با این حال، استانداردهایی با افزایش پذیرش انقلاب صنعتی چهارم پدیدار شدهاند.
امنیت
در گذشته، سیستمهای کف کارخانه تمایل به خاص بودن داشتند و به ندرت این سیستمها به یکدیگر یا به سیستمهای IT پشتیبان متصل میشدند. فروشندگانی که این سیستمها را ایجاد میکردند به ندرت رویکرد امنیتمحور به تلاشهای توسعه خود داشتند. با این حال، اتصال بین دستگاهها و منابع IT میتواند این دستگاهها را به همان حملات سایبری که مدتهاست دستگاههای سنتی IT را آزار میدهند، معرض کند. علاوه بر این، یک سیستم IT به خطر افتاده میتواند راهی برای حمله به منابع مورد استفاده در کف کارخانه فراهم کند.
پیچیدگیهای پیکربندی
پیکربندی نادرست شبکهها و دستگاهها منجر به فرآیندهای معیوب یا غیرعملی میشود. پیکربندی صحیح همه چیز میتواند یک فرآیند پیچیده باشد و نیاز به کارکنان ماهر دارد.
اختلالات
این اختلالات میتوانند به دلایل بسیاری از جمله تهدیدات سایبری، خرابیهای تجهیزات و بلایای طبیعی رخ دهند. فناوری انقلاب صنعتی چهارم به همان اندازه به این مسائل آسیبپذیر است که فناوریهای قبلی بودند.
آینده انقلاب صنعتی چهارم
انقلاب صنعتی چهارم یک انقلاب دیجیتالی به تدریج در حال تکامل است. بسیاری از سازمانها شروع به استفاده از این فناوریها کردهاند، اما دیگران به دلایلی از جمله هزینه یا عدم اطمینان از ارزش آنها تردید میکنند. با آشکار شدن کاراییها و مزایای این فناوریها، کسبوکارهای بیشتری آنها را میپذیرند.
زمانی طول خواهد کشید تا موانع مربوط به انقلاب صنعتی چهارم، مانند نیاز به ارتقاء مهارتها، برطرف شود تا کارکنان بتوانند به درستی از این ابزارها و سیستمها استفاده کنند. ظهور AI و یادگیری ماشینی به جریان اصلی نمونهای از چگونگی مختل شدن مدل کسبوکار توسط فناوریهای انقلاب صنعتی چهارم است. به عنوان مثال، کارگرانی که قبلاً به تحلیل مجموعههای بزرگ دادهها – در بازارهایی مانند بهداشت و درمان، خردهفروشی و تولید – مشغول بودند، میتوانند توسط الگوریتمهای یادگیری ماشینی که بینشها و پیشبینیها را ارائه میدهند، جایگزین شوند.
برخی از کارشناسان صنعت در مورد انقلاب صنعتی پنجم صحبت میکنند. این انقلاب کمتر بر تحول دیجیتال و رشد اقتصادی در صنعت تولید تمرکز دارد و بیشتر به دنبال امکان کار همزمان انسانها و ماشینها به موثرترین روشهای ممکن برای رفاه کارکنان انسانی است. این یک واقعیت دورتر است، زیرا جهان در مراحل اولیه انقلاب صنعتی چهارم قرار دارد. با این حال، هدف این است که ماشینها فرآیندهای خودکار را انجام دهند تا مردم بتوانند بر مسائل دیگر تمرکز کنند، مانند نوآوری محصول، امنیت سایبری، چالشهای اقلیمی و پایداری. هنوز مشخص نیست که این دیدگاه چه زمانی به واقعیت تبدیل خواهد شد و چند کسبوکار به آن دست خواهند یافت.
AI و IoT بخشهای کلیدی اکوسیستم انقلاب صنعتی چهارم هستند و امکانات موجود برای همکاری دو فناوری بیپایان است. روشهای مختلفی را که AI و IoT با هم کار میکنند و چگونه AI سیستمهای موجود IoT را بهبود میبخشد، کاوش کنید.
در دهههای اخیر، فناوریهای نوین بهصورت چشمگیری پیشرفت کردهاند و بسیاری از صنایع را تحت تأثیر قرار دادهاند. یکی از این فناوریها، بینایی ماشین (Machine Vision) است که به همراه صنعت 4.0 بهعنوان بخش مهمی از انقلاب صنعتی جدید شناخته میشود. این مقاله در ادامه به بررسی بینایی ماشین و نقش آن در صنعت 4.0 میپردازد.
بینایی ماشین
بینایی ماشین به فناوریای اطلاق میشود که به ماشینها و سیستمهای کامپیوتری اجازه میدهد تا با استفاده از دوربینها و الگوریتمهای پردازش تصویر، محیط اطراف خود را ببینند، تحلیل کنند و بر اساس آن تصمیمگیری نمایند. این فناوری شامل مراحل مختلفی از جمله گرفتن تصویر، پردازش تصویر، استخراج ویژگیها، و تحلیل دادهها میباشد.
اجزای اصلی بینایی ماشین
1-دوربینها
برای گرفتن تصاویر از محیط.
2-پردازش تصویر
شامل الگوریتمها و نرمافزارهایی که تصاویر گرفته شده را تحلیل میکنند.
3-سختافزار پردازشی
برای اجرای الگوریتمها و پردازش تصاویر.
4-سیستمهای ذخیرهسازی و انتقال داده
برای ذخیره و انتقال دادههای تصویری به سایر بخشهای سیستم.
صنعت 4.0
صنعت 4.0 به دورهای از انقلاب صنعتی اشاره دارد که با استفاده از فناوریهای دیجیتال و اتوماسیون، فرآیندهای تولید و کسب و کارها را بهطور کامل تغییر داده است. این دوره شامل استفاده از اینترنت اشیا (IoT)، هوش مصنوعی (AI)، بزرگداده (Big Data)، و سیستمهای سایبری-فیزیکی (CPS) است.
ویژگیهای صنعت 4.0
1. اتصال و ارتباطات: تمامی اجزا و ماشینآلات به یکدیگر متصل هستند و با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند.
2. هوش مصنوعی و تحلیل دادهها: استفاده از الگوریتمهای هوش مصنوعی برای تحلیل دادهها و بهبود فرآیندها.
3. اتوماسیون و رباتیک: کاهش نیاز به نیروی انسانی با استفاده از رباتها و سیستمهای خودکار.
4. سفارشیسازی و انعطافپذیری: تولید محصولات بهصورت سفارشی و با انعطافپذیری بالا.
نقش بینایی ماشین در صنعت 4.0
بینایی ماشین یکی از اجزای کلیدی صنعت 4.0 است و از آن در بخشهای مختلفی از صنایع استفاده میشود. در زیر به برخی از کاربردهای بینایی ماشین در صنعت 4.0 اشاره میکنیم:
کنترل کیفیت
بینایی ماشین بهصورت گستردهای در سیستمهای کنترل کیفیت استفاده میشود. با استفاده از دوربینها و الگوریتمهای پردازش تصویر، میتوان کیفیت محصولات را در طول خط تولید بهصورت خودکار بررسی کرد و از تولید محصولات معیوب جلوگیری نمود.
اتوماسیون و رباتیک
در سیستمهای رباتیک، بینایی ماشین به رباتها اجازه میدهد تا محیط اطراف خود را ببینند و با دقت بیشتری عملیاتهای مختلف را انجام دهند. بهعنوان مثال، در خطوط مونتاژ، رباتها میتوانند با استفاده از بینایی ماشین قطعات را شناسایی و مونتاژ کنند.
مدیریت موجودی و انبار
بینایی ماشین میتواند در مدیریت موجودی و انبارها نقش مهمی ایفا کند. با استفاده از سیستمهای بینایی ماشین، میتوان فرآیندهای وارسی و شمارش موجودی را بهصورت خودکار و دقیق انجام داد.
ایمنی و نظارت
در صنایع مختلف، حفظ ایمنی و نظارت بر محیط کار از اهمیت بالایی برخوردار است. بینایی ماشین میتواند برای شناسایی خطرات، نظارت بر عملکرد کارکنان و اطمینان از رعایت استانداردهای ایمنی مورد استفاده قرار گیرد.
چالشها و فرصتها
در حالی که بینایی ماشین فرصتهای زیادی را برای بهبود فرآیندهای صنعتی فراهم میکند، اما با چالشهایی نیز همراه است. برخی از این چالشها شامل:
چالشها
1-افزایش بهرهوری: بهبود فرآیندهای تولید و کاهش خطاها.
2-کاهش هزینهها: کاهش نیاز به نیروی انسانی و کاهش هزینههای مرتبط با تولید محصولات معیوب.
3-انعطافپذیری بیشتر: توانایی تطبیق سریع با تغییرات در خط تولید و نیازهای بازار.
فرصتها
1-افزایش بهرهوری: بهبود فرآیندهای تولید و کاهش خطاها.
2-کاهش هزینهها: کاهش نیاز به نیروی انسانی و کاهش هزینههای مرتبط با تولید محصولات معیوب.
3-انعطافپذیری بیشتر: توانایی تطبیق سریع با تغییرات در خط تولید و نیازهای بازار.
نتیجهگیری
بینایی ماشین و صنعت 4.0 بهعنوان دو جزء کلیدی از انقلاب صنعتی جدید، توانستهاند تاثیرات عمیقی بر صنایع مختلف بگذارند. با استفاده از بینایی ماشین، صنایع میتوانند کیفیت محصولات خود را بهبود بخشند، فرآیندهای خود را اتوماتیک کنند و بهرهوری خود را افزایش دهند. با این حال، برای بهرهبرداری کامل از این فناوریها، نیاز به سرمایهگذاری در آموزش و توسعه زیرساختهای لازم است.
در نهایت، میتوان گفت که بینایی ماشین و صنعت 4.0، آیندهای روشن برای صنایع به ارمغان میآورند و با ادامه توسعه و پیشرفت این فناوریها، شاهد تحولات بیشتری در دنیای صنعتی خواهیم بود.