الصناعة 4.0: المصنع الذكي – الخدمات اللوجستية الذكية – الصورة: Xpert.Digital / Phonlamai Photo | Shutterstock.com
الصناعة 4.0 – مصطلح ظل كلمة طنانة لبعض الوقت وكان موضوع الكثير من النقاش في الصناعة والسياسة. بالمعنى الفعلي، تشير الصناعة 4.0 إلى مشروع مستقبلي للحكومة الفيدرالية، والذي يتصور التكامل الوثيق بين تكنولوجيا المعلومات وتكنولوجيا التصنيع من أجل جعل الصناعة المحلية مناسبة للتحديات المستقبلية.
وبناء على ذلك، فإن الثورة الصناعية الرابعة المعلنة في ورقة الاستراتيجية، والتي يقودها التطور السريع للغاية للإنترنت، ستؤدي إلى دمج العالمين الحقيقي والافتراضي، وهو ما سيؤدي في النهاية إلى إنترنت الأشياء (IoT). هنا تكون المنتجات أو المكونات نفسها هي التي تتواصل وتتواصل مع العناصر الأخرى أو المستخدمين أو وسائل النقل من أجل إنشاء عمليات خالية من المشاكل وأكثر كفاءة.
من علامات التحول نحو الصناعة 4.0 الأهمية المتزايدة لشبكات أنظمة تكنولوجيا المعلومات المضمنة في عمليات الإنتاج والخدمات اللوجستية، سواء مع بعضها البعض أو مع الإنترنت بشكل عام (ما يسمى بالأنظمة الفيزيائية السيبرانية، CPS). يرافق التطور الأكبر والأسرع للأتمتة والربط البيني في الصناعة إنشاء تقنيات مراقبة وتحكم أكثر ذكاءً يمكن للشركات من خلالها التحكم في شبكة خلق القيمة بأكملها وتحسينها في الوقت الفعلي تقريبًا. تطور سيؤدي في البداية إلى تنفيذ عمليات صنع القرار المستقلة تمامًا في الإنتاج والنقل.
وإحدى الخطوات نحو ذلك هي المصنع الذكي للتعلم الذاتي ( المصنع الذكي ). وينصب التركيز هناك على تطوير أنظمة وعمليات إنتاج ذكية ذاتية التنظيم بالإضافة إلى تنفيذ مرافق الإنتاج المتصلة بالشبكة والمستقلة.
اللوجستيات الذكية: لوجستيات المستقبل
والذكية تجد طريقها بشكل متزايد إلى الخدمات اللوجستية للنقل
لكن ما هي التقنيات الذكية تحديداً؟
هذه أنظمة مدعومة بالحاسوب تتحكم بشكل كامل وتلقائي في عمليات العمل بأكملها، وهي قادرة على العمل بشكل مستقل، وبالتالي التحكم في عملية كاملة بشكل مستقل.
تختلف الخدمات اللوجستية اليوم اختلافاً كبيراً عن عمليات التخزين والشحن أحادية البعد التي كانت سائدة قبل بضع سنوات. ويعود ذلك إلى تقنيات الويب الحديثة التي تتيح مستوىً جديداً كلياً من التفاعل بين الأطراف المعنية. ويستمر هذا التطور بوتيرة متسارعة، حيث يجري حالياً اختبار أنظمة النقل الآلية جزئياً أو كلياً في العديد من التطبيقات.
المصنع الذكي – مصنع المستقبل الذكي
طوّر المركز الألماني لأبحاث الذكاء الاصطناعي (DFKI)، بالتعاون مع عدد من الشركات المصنّعة، نموذجًا أوليًا لمصنع ذكي مستقبلي، يُعرف باسم " المصنع الذكي" . يتميز هذا المصنع بتكوينه من وحدات إنتاج مستقلة تتواصل فيما بينها تلقائيًا باستخدام أنظمة معلومات متعددة، حيث يقتصر دور العنصر البشري على المساعدة في عملية الإنتاج.
تُشكل ثلاثة عناصر بناء أساسية أساس التطوير:
- المنتج الذكي والمتواصل
- النظام الشبكي
- مشغل النظام المساعد
يتم تزويد المنتج الذكي، بمساعدة أجهزة استشعار مدمجة (مثل تقنية RFID أو البلوتوث)، بمعلومات مستمرة حول طلبه الحالي ومواده وبيانات إنتاجه، مما يؤثر على عملية تصنيعه. يتواصل النظام الشبكي مع المنتجات الذكية الفردية عبر مكونات أنظمة التحكم الفيزيائية السيبرانية (CPS) ويراقب كل خطوة من خطوات العمل. في هذا النظام، يتلقى المشغل البشري الذي يساعد المستخدم معلومات مباشرة من المنتج حول تفاصيل عملية التجميع، بما في ذلك خطوات العمل اللازمة.
المصانع الذكية ولوجستيات البيانات
في المصنع الذكي، يُلغى الفصل التقليدي بين تخطيط الإنتاج ومراقبة الإنتاج. وبدلاً من ذلك، يُستخدم نهج متكامل، حيث تتبادل الآلات المعلومات والتوقعات حول عملية الإنتاج وتنسق خطوات العمل اللاحقة. كما تُدمج بيانات تدفق المواد، واستخدام الآلات وأنظمة التخزين، واستهلاك الموارد في العملية وتُؤخذ في الاعتبار عند تخطيط العمل. ولضمان تأثير تدفق المعلومات هذا بشكل مستمر على الإنتاج الجاري، يجب أن يتم في الوقت الفعلي بين الأجهزة.
وهنا تلعب الخدمات اللوجستية للبيانات دورًا مهمًا بشكل خاص، حيث يجب أن تضمن أن جميع البيانات، الحالية والمتوقعة، متاحة بسرعة وبشكل شامل وأن يتم إرسالها دون أي ضياع للوقت.
لا يقتصر هذا النوع الحديث من الإنتاج بأي حال من الأحوال على أبواب المصنع الذكي. فالنهج المتكامل والموجه نحو الطلب في التصنيع، والذي يشمل سلسلة القيمة بأكملها من المواد الخام إلى المنتج الصناعي النهائي، يتطلب تفكيراً شاملاً بين الشركات، ومن منظور لوجستيات البيانات، ضمان تبادل سلس للمعلومات.
إن التحديات التي ينطوي عليها المشروع هائلة. فمن جهة، يُتوقع تدفق هائل للبيانات، مما يستلزم إعادة تنظيم شاملة للبنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات. ولذلك، يُعد التوسع السريع في البنية التحتية للشبكة أمراً بالغ الأهمية لنجاح المشروع.
إلى جانب التوسع النوعي والكمي لخطوط البيانات، يواجه مجال لوجستيات البيانات تحديًا آخر بالغ التعقيد ويحظى بنقاش واسع حاليًا: ضمان أمن البيانات الشامل. فإلى جانب ضمان توافر البيانات للمستخدمين المصرح لهم، يُعد الحفاظ على سريتها أمرًا بالغ الأهمية. ويجب منع الوصول غير المصرح به، فضلًا عن فقدان البيانات السرية أو الكشف عنها دون إذن، بأي ثمن. ولذلك، يواجه متخصصو لوجستيات البيانات مهمة تطوير وتطبيق مفاهيم ومعايير أمنية شاملة.
العلاقة بين البيانات ولوجستيات النقل
إلى جانب الخدمات اللوجستية للبيانات، ستلعب الخدمات اللوجستية للنقل دورًا أكثر أهمية في سياق الثورة الصناعية الرابعة. ويشمل ذلك على وجه التحديد الربط الشبكي الكامل لجميع العناصر المشاركة في سلسلة النقل. في العديد من المجالات، أصبح هذا واقعًا ملموسًا ويُستخدم يوميًا في تطبيقات متعددة، منها على سبيل المثال لا الحصر: تخطيط المسارات المرن بناءً على توقعات حالة المرور أو الطقس، وإدارة تدفق حركة المرور المدعومة بالبرمجيات. لكن التطور التكنولوجي لا يتوقف عند هذا الحد. فإدخال المركبات الذكية ذاتية القيادة في بنية تحتية للنقل قائمة على إنترنت الأشياء سيفتح آفاقًا جديدة كليًا لحلول لوجستية آلية ومرنة.
في هذا المجال، تتكامل البيانات مع الخدمات اللوجستية للنقل، حيث توفر البيانات المعلومات اللازمة لتحسين الخدمات اللوجستية للنقل. وكلما كان تبادل المعلومات حول الطاقة الاستيعابية الحالية، والطقس، وحركة المرور، والمركبات أكثر شمولاً، كلما أمكن إدارة تدفقات الخدمات اللوجستية المتزايدة بكفاءة أكبر. في ظل تزايد الإنتاج ونقل كميات أصغر باستمرار (وهذا ما يُعرف بالتجارة الإلكترونية)، يعتمد جانبا التصنيع والتوزيع بشكل كبير على أداء ومرونة الخدمات اللوجستية للنقل. ولن يتحقق مفهوم الثورة الصناعية الرابعة، ومفهوم المصنع الذكي على وجه الخصوص، إلا بضمان وصول المواد الخام، والمنتجات نصف المصنعة، أو المواد القابلة للشحن إلى الموقع في الوقت المحدد.
من المتوقع أن تسود التقنيات الذكية في الإنتاج عاجلاً أم آجلاً. ولكن كيف سيؤثر ذلك على الخدمات اللوجستية للمستودعات؟ هل سيتطور هذا القطاع بنفس الطريقة أو بطريقة مشابهة؟
هناك العديد من الدلائل على ذلك.
أنظمة النقل الذكية في المستودع
بدون نظام تحكم مركزي، تتفاوض هذه المركبات فيما بينها بشأن طلبات النقل الواردة، وتضع قواعد حق المرور، وتتبادل البيانات حول مواقعها في المستودع. وبما أن كل مركبة تعالج معلوماتها بشكل لا مركزي، فإن نظام التحكم بأكمله موزع على العديد من الوحدات الافتراضية. وفي حال حدوث أعطال، تتفاعل مجموعة المركبات وتحل المشكلة بنفسها.
روبوتات النقل ذاتية القيادة
وهنا يأتي دور شركتي Kardex Remstar و Servus Intralogistics، اللتين طورتا حلاً جديداً المصنع الذكي
تتألف المكونات الأساسية لهذا الحل من أنظمة استرجاع ديناميكية من شركة Kardex Remstar ونظام نقل متخصص من شركة Servus Intralogistics، يتألف من روبوتات نقل ذاتية القيادة مثبتة على قضبان. وقد توفرت منتجات الشركتين بشكل منفصل لفترة من الزمن. الجديد هو دمج هذه المكونات في حل شامل وفعال باستخدام برمجيات مطورة حديثًا. تُخزن الأجزاء اللازمة للتجميع بطريقة موفرة للمساحة في رافعات التخزين العمودية أو رفوف التخزين الدوارة أو أنظمة تخزين الحاويات من Kardex Remstar. عند الاسترجاع، يقوم نظام النقل Servus تلقائيًا باسترجاع الأجزاء من المخزن ونقلها إلى محطات التجميع باستخدام روبوتات النقل ذاتية القيادة. تتلقى هذه الروبوتات تلقائيًا معلومات حول خطوات العمل المطلوبة وتُكمل جميع الخطوات اللاحقة بشكل مستقل. وبالتالي، لا يتطلب نظام Servus وحدة تحكم مركزية، حيث تتواصل روبوتات النقل مباشرةً مع روبوتات النقل الأخرى ومحطات العمل عبر الأشعة تحت الحمراء، مما يسمح لها بالتفاعل مع محيطها المباشر. يتميز نظام النقل من سيرفوس بمرونة فائقة، إذ يسمح بتخطيط المسارات بحرية داخل قاعة المصنع ويتكيف بشكل مثالي مع الهياكل الإنشائية القائمة. وهذا يعني إمكانية تركيب المسار في أي نقطة - من الأرضية إلى السقف - في قاعات التخزين والإنتاج.
معلومات استخباراتية من معهد فراونهوفر
يُظهر نظام تخزين ونقل الحاويات المسمى Multishuttle معهد فراونهوفر لتدفق المواد واللوجستيات ،
تتلخص الفكرة الأساسية في أن الفائدة الحاسمة لنظام التخزين لا تُقاس فقط بسعة التخزين والاسترجاع، بل أيضاً بسرعة وصول حاويات التخزين إلى وجهتها. ويتوقع المتخصصون في معهد فراونهوفر لأنظمة النقل واللوجستيات (IML) أن نسبة أنظمة النقل والتخزين الخاصة بحاويات الشحن الصغيرة ستستمر في الازدياد في مجال الخدمات اللوجستية للمستودعات مقارنةً بأنظمة نقل وتخزين المنصات. ويعود ذلك إلى الانخفاض المستمر في أحجام الشحنات وما يترتب عليه من إجراءات لخفض المخزون في الصناعة والتجارة.
انطوت الفكرة الأصلية على تطوير نظام نقل يعتمد على مركبات موجهة بالسكك الحديدية ذات تكلفة منخفضة. وكان من المفترض أن تكون هذه المركبات قادرة على إدارة عمليات التخزين والاسترجاع داخل المستودع بشكل مستقل، مما يتيح إتمام عملية النقل بالكامل من المستودع إلى محطة العمل دون أي تدخل إضافي. وقد أدت هذه الفكرة إلى تطوير ما يُعرف باسم " المكوك المتعدد" ، والذي يعمل بطريقة مشابهة لمركبة النقل "سيرفوس".
لكن سرعان ما أدرك المهندسون قصور هذا الحل، لا سيما نظام السكك الحديدية غير المرن. فشرعوا في تطوير نظام النقل متعدد الوظائف، القادر على التنقل داخل المستودع دون الحاجة إلى سكك حديدية. وبالتعاون مع شركة ديماتيك، طوّر المعهد نظام النقل متعدد الوظائف "موف" ، المتوافق مع نظام السكك الحديدية التقليدي، والمجهز بهيكل أرضي ونظام ملاحة ذكي. يحتوي النظام على ماسحات ليزرية في الأمام والخلف، تُستخدم لتحديد المسار ولأغراض السلامة أثناء التشغيل على الأرض. وبفضل تقنية تحديد المواقع المتكاملة، يمكنه التحرك بحرية تامة داخل المستودع دون الحاجة إلى أي سكك توجيهية أو علامات ثابتة، والتفاعل ديناميكيًا مع أي تغييرات. هذا يقلل الحاجة إلى تقنية النقل الثابتة، ويحقق في الوقت نفسه أقصى قدر من المرونة.
بفضل هذا النظام المبتكر، تتولى مركبات نقل ذكية ومترابطة جميع عمليات النقل، بدءًا من المستودعات عالية الارتفاع وصولًا إلى محطات العمل حيث تتم معالجتها أو انتقاء المنتجات. لا تخضع هذه المركبات المرنة لبرامج إدارة المستودعات، بل تُنسق نفسها ذاتيًا دون أي تحكم مركزي. ونظرًا لأن هذا النوع من الخدمات اللوجستية للمستودعات يتطلب عددًا كبيرًا من هذه المركبات، فإن البرامج ستواجه صعوبة بالغة في إدارة هذا العدد الكبير من الروبوتات. وهذا ما يسمح لها بالتحرك بحرية تامة داخل المستودع، سواء على القضبان أو على الأرض.
تتواصل الأجهزة وتتحكم ببعضها البعض باستخدام مبدأ ذكاء السرب. ويتحقق ذلك من خلال استخدام تقنية استشعار حديثة مزودة بوظائف مثل التتبع اللاسلكي وقياس المسافة والملاحة. وهذا يُمكّن كل مركبة من إيجاد أقصر وأسرع طريق إلى وجهتها، والتنسيق فيما بينها بشأن قبول الطلبات وتخطيط المسار الأمثل، وبالتالي ضمان أقصى إنتاجية في المستودع، ومن ثمّ رفع الكفاءة.
كما يساهم نظام الاستشعار المتكامل في تجنب الاصطدامات، حيث يقوم بإيقاف المركبات تلقائيًا في حال اقتراب الاصطدام بجهاز آخر أو شخص. وفيما عدا ذلك، تُطبق قواعد حق المرور الثابتة داخل المستودع، على غرار قواعد المرور على الطرق.
في حال الحاجة إلى موارد إضافية، يمكن تعديل سعة النقل في النظام بمرونة عن طريق زيادة عدد المركبات. ولا يتطلب ذلك استثمارات في مرافق ثابتة.
أبق على اتصال
