المقدمة

يُحدث إنترنت الأشياء (IoT) ثورةً اليوم في العديد من القطاعات، وتعتبر الأتمتة الصناعية واحدة من أكثر المجالات التي تأثرت بعمق في هذا الإطار. ويشير مصطلح إنترنت الأشياء إلى شبكة من الأجهزة المترابطة التي تتواصل وتبادل البيانات لتحسين العمليات. وفي الأتمتة الصناعية، يتيح إنترنت الأشياء جمع البيانات وتحليلها واتخاذ القرارات في الوقت الفعلي، مما يساهم في إحداث تحولات واسعة في عمليات التصنيع التقليدية. تحاول هذه المقالة أن تستكشف صعود إنترنت الأشياء في الأتمتة الصناعية، فوائده، تحدياته، وآفاقه المستقبلية.

نشأة إنترنت الأشياء في الأتمتة الصناعية

ظهر مفهوم إنترنت الأشياء في الأتمتة الصناعية، المعروف غالباً باسم إنترنت الأشياء الصناعي  (IIoT)، من التقارب بين العديد من التطورات التكنولوجية، فقد وضع تطور أجهزة استشعار مقبولة التكلفة، وتقدم الاتصالات اللاسلكية، وانتشار الحوسبة السحابية الأساس لإنترنت الأشياء الصناعي. في البداية، اعتمدت الأتمتة في الصناعات على أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الأساسية (PLCs) وأنظمة التحكم والمراقبة (SCADA). كانت هذه الأنظمة، رغم فعاليتها، تفتقر إلى التطور والاتصال الذي يقدمه إنترنت الأشياء.

كان نقطة التحول الحقيقية هي ظهور الصناعة 4.0، وهو مصطلح صيغ لوصف الثورة الصناعية الرابعة. تركز الصناعة 4.0 على التصنيع الذكي، حيث تتلاقى الأنظمة الفيزيائية السيبرانية، وإنترنت الأشياء، والحوسبة السحابية لخلق بيئة إنتاج عالية الكفاءة والمرونة. أدى هذا التغير النموذجي الجديد إلى اعتماد واسع النطاق لإنترنت الأشياء الصناعي، مما يشكل ابتعاداً كبيراً عن تقنيات الأتمتة التقليدية.

المكونات الرئيسية لإنترنت الأشياء الصناعي

يتألف إنترنت الأشياء الصناعي من عدة مكونات أساسية تعمل بتآزر لتحسين الأتمتة الصناعية:

1. أجهزة الاستشعار والمحركات: تعتبر هذه العناصر اللبنات الأساسية لإنترنت الأشياء الصناعي. تجمع أجهزة الاستشعار البيانات من مختلف المعايير الفيزيائية مثل درجة الحرارة، الضغط، والرطوبة، بينما تنفذ المُشغلات والمحركات إجراءات بناءً على البيانات المستلمة.
2. الاتصال: تعد شبكات الاتصال الموثوقة والمتينة ضرورية لإنترنت الأشياء الصناعي. تتيح تقنيات مثل Wi-Fi، Ethernet، Bluetooth، وLPWAN  (شبكة المناطق الواسعة منخفضة الطاقة) نقل البيانات بسلاسة بين الأجهزة.
3. الحوسبة الطرفية: تعالج الأجهزة الطرفية البيانات محلياً، مما يقلل من التأخير واستخدام النطاق الترددي، وهو أمر حاسم للتطبيقات في الوقت الفعلي حيث تكون معالجة البيانات الفورية مطلوبة.
4. الحوسبة السحابية: توفر السحابة موارد تخزين وحوسبة واسعة، مما يمكن من تحليل البيانات المتقدم وتطبيقات التعلم الآلي.
5. تحليل البيانات والتعلم الآلي: تحلل هذه التقنيات الكميات الهائلة من البيانات التي تولدها أجهزة إنترنت الأشياء الصناعي، مما يوفر رؤى تدفع الصيانة التنبؤية، وتُحسن العمليات، وتوفر إمكانات اتخاذ القرارات المحسنة.
6. الأمن السيبراني: يعتبر حماية أنظمة إنترنت الأشياء الصناعي من التهديدات السيبرانية أمراً بالغ الأهمية. تعد تدابير الأمان المتينة مكونات أساسية لأي بنية تحتية لإنترنت الأشياء الصناعي.

فوائد إنترنت الأشياء الصناعي في الأتمتة الصناعية

يقدم دمج إنترنت الأشياء في الأتمتة الصناعية العديد من الفوائد أهمها:

1. تحسين الكفاءة والإنتاجية: يتيح إنترنت الأشياء الصناعي المراقبة والتحكم في العمليات الصناعية في الوقت الفعلي، مما يؤدي إلى تحسينات كبيرة في الكفاءة والإنتاجية. يمكن للأنظمة الآلية التكيف بسرعة مع التغيرات في متطلبات الإنتاج، مما يقلل من وقت التوقف عن العمل ويعزز استخدام الموارد.
2. الصيانة التنبؤية: واحدة من أكبر مزايا إنترنت الأشياء الصناعي هي قدرته على التنبؤ بفشل المعدات قبل حدوثها. من خلال تحليل البيانات من أجهزة الاستشعار، يمكن لأنظمة إنترنت الأشياء الصناعي تحديد الأنماط التي تشير إلى مشاكل محتملة، مما يسمح بالصيانة الاستباقية وتقليل وقت التوقف غير المخطط له.
3. تحسين مراقبة الجودة: يتيح إنترنت الأشياء الصناعي المراقبة المستمرة للعمليات الإنتاجية، مما يضمن أن المنتجات تلبي معايير الجودة. يمكن اكتشاف أي انحرافات عن المعايير المطلوبة وتصحيحها في الوقت الفعلي، مما يقلل من الفاقد ويعزز جودة المنتج.
4. إدارة الطاقة: يتيح إنترنت الأشياء الصناعي المراقبة والتحكم التفصيليين في استهلاك الطاقة في المنشآت الصناعية، وهو ما يُعزز فرص تحسين استخدام الطاقة، وخفض التكاليف، وتقليل الأثر البيئي.
5. تحسين سلاسل التوريد: من خلال توفير الرؤية في الوقت الفعلي لعمليات سلسلة التوريد، يساعد إنترنت الأشياء الصناعي في تحسين مستويات المخزون، وتقليل أوقات الانتظار، وتحسين كفاءة سلسلة التوريد بشكل عام.
6. سلامة وصحة العاملين: يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء مراقبة الظروف البيئية ومقاييس صحة العاملين، مما يضمن بيئة عمل أكثر أماناً، فعلى سبيل المثال، يمكن للأجهزة القابلة للارتداء تتبع العلامات الحيوية للعاملين وتنبيههم إلى المخاطر المحتملة.

التحديات في تنفيذ إنترنت الأشياء الصناعي

رغم فوائده العديدة، فإن تطبيق إنترنت الأشياء الصناعي في الأتمتة الصناعية ليس خالياً من التحديات:

1. مشاكل التوافقية: غالباً ما تحتوي البيئات الصناعية على مزيج من الأنظمة القديمة والتقنيات الجديدة. قد يكون ضمان التواصل السلس والتوافق بين هذه الأنظمة المختلفة أمراً صعباً.
2. أمان البيانات والخصوصية: يزيد انتشار الأجهزة المتصلة من سطح الهجوم للتهديدات السيبرانية، ويُعتبر ضمان تدابير أمان قوية لحماية البيانات الحساسة والحفاظ على الخصوصية مصدر قلق كبير.
3. القابلية للتوسع: مع نمو عمليات نشر إنترنت الأشياء الصناعي، يصبح إدارة وتوسيع الشبكة أكثر تعقيداً.
4. التكاليف الأولية والعائد على الاستثمار: يمكن أن يكون الاستثمار الأولي المطلوب لتنفيذ إنترنت الأشياء الصناعي كبيراً.
5. الخبرة الفنية: يتطلب التنفيذ الناجح وإدارة أنظمة إنترنت الأشياء الصناعي مهارات ومعرفة متخصصة. هناك حاجة متزايدة للمهنيين المدربين الذين يمكنهم تصميم وتنفيذ وصيانة هذه الأنظمة.
6. المعايير: يمكن أن يعيق نقص البروتوكولات والأطر الموحدة لإنترنت الأشياء الصناعي اعتماده على نطاق واسع. تُبذل جهود لتطوير معايير عالمية، ولكن العملية مستمرة.

دراسات حالة

1. مصنع أمبيرج لشركة سيمنز: دمجت شركة سيمنز إنترنت الأشياء الصناعي في مصنع الإلكترونيات الخاص بها في أمبيرج بألمانيا. يستخدم المصنع شبكة من أجهزة الاستشعار والأجهزة المتصلة لمراقبة عمليات الإنتاج في الوقت الفعلي، وهو ما أدى ذلك إلى زيادة كبيرة في الإنتاجية وتحسناً كبيراً في الجودة، حيث حقق المصنع معدل جودة المنتج بنسبة 99.99885%.
2. جنرال إلكتريك: كانت شركة جنرال إلكتريك رائدة في إنترنت الأشياء الصناعي من خلال منصة Predix الخاصة بها. تُمكّن المنصة من المراقبة والتحليل في الوقت الفعلي للمعدات الصناعية، مما يؤدي إلى الصيانة التنبؤية وتحسين العمليات، وعلى سبيل المثال، أدى استخدام جنرال إلكتريك لإنترنت الأشياء الصناعي في توربينات الرياح إلى تحسين الكفاءة وخفض تكاليف الصيانة.
3. هارلي-ديفيدسون: قامت هارلي-ديفيدسون بتنفيذ نظام تنفيذ التصنيع المُمكّن بواسطة إنترنت الأشياء الصناعي في مصنعها في بنسلفانيا، وهو ما أدى إلى تقصير دورة التخطيط من خطة ثابتة مدتها 21 يوماً للإنتاج، إلى خطة مدتها ست ساعات، وبالتالي وزيادة المرونة وقدرات الجدولة في الوقت الفعلي لتلبية طلبات العملاء الجديدة.

مستقبل إنترنت الأشياء الصناعي في الأتمتة الصناعية

يبدو مستقبل إنترنت الأشياء الصناعي في الأتمتة الصناعية واعدًا، مع عدة اتجاهات تشكل مساره:

1. اتصال (5G): سيتيح إطلاق شبكات (5G) اتصالاً أسرع وأكثر موثوقية، مما يمكن من تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعي الأكثر تعقيداً ويحسن قدرات معالجة البيانات في الوقت الفعلي.
2. الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي: سيعزز دمج الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي مع إنترنت الأشياء الصناعي التحليلات التنبؤية، مما يتيح تنبؤات أكثر دقة واتخاذ قرارات ذاتية.
3. الحوسبة الطرفية: ستستمر الحوسبة الطرفية في النمو، مما يقلل الاعتماد على البنية التحتية السحابية ويُمكن معالجة البيانات بشكل أسرع عند المصدر.
4. مبادرات الاستدامة: سيلعب إنترنت الأشياء الصناعي دوراً حيوياً في تعزيز الاستدامة من خلال تحسين استخدام الموارد، وتقليل الفاقد، وتحسين كفاءة الطاقة.
5. التعاون بين الإنسان والآلة: سيشهد المستقبل زيادة في التعاون بين البشر والآلات، حيث تعزز أنظمة إنترنت الأشياء الصناعي قدرات البشر وتحسن الإنتاجية.

الخاتمة

يمثل صعود إنترنت الأشياء في الأتمتة الصناعية تحولاً كبيراً نحو عمليات تصنيع أكثر ذكاءً وكفاءةً ومرونة. ورغم التحديات المستمرة، فإن فوائد إنترنت الأشياء الصناعي لا يمكن إنكارها، حيث يقدم تحسينات في الإنتاجية، مراقبة الجودة، وإدارة الموارد. ومع تطور التكنولوجيا، ستتعمق تكاملات إنترنت الأشياء الصناعي في الأتمتة الصناعية، ممهدةً الطريق لعصر جديد من التصنيع الذكي. ومن خلال تبني هذه التطورات، يمكن للصناعات أن تُثبت أقدامها للنجاح في سوق عالمي متزايد التنافسية والحركة.    

 المشهد المتطور باستمرار في عالم صناعة اليوم، أصبحت الأتمتة حجر الزاوية في الكفاءة والإنتاجية، ويمكن القول بأنه في قلب ثورة الأتمتة التي نشهدها اليوم تتواجد الروبوتات الصناعية التي تؤدي مهامها بدقة وسرعة واتساق. من صناعة السيارات إلى المستحضرات الصيدلانية، ومن الأغذية إلى الإلكترونيات حجزت الروبوتات الصناعية مكانها في مختلف القطاعات، وسوف نحاول في مقالتنا هذه استكشاف أهم أنواع الروبوتات الصناعية وتسليط الضوء على أكثر تطبيقاتها شيوعاً في عالم الصناعات المختلفة:

1.        الروبوتات المفصلية (الأذرع الآلية):

الروبوتات المفصلية هي أكثر أنواع الروبوتات الصناعية شهرة، وتتميز بأذرعها متعددة المفاصل التي تشبه الذراع البشرية. تتيح هذه المفاصل نطاقاً واسعاً من الحركة، مما يجعلها مثالية للمهام التي تتطلب المرونة والدقة، وتشمل تطبيقاتها الشائعة اللحام، التجميع، مناولة المواد، والدهان. الروبوتات المفصلية لها مكانة مميزة في صناعة السيارات، حيث إن لها دور محوري في تجميع المكونات المعقدة مثل المحركات ونواقل الحركة.

2.        روبوتات SCARA:

تم تصميم روبوتات (SCARA) للقيام بالمهام عالية السرعة والدقة. يوفر الهيكل المشترك للمحاور قابلية تكرار موقع ممتازة، مما يجعلها مناسبة لمهام مثل عمليات الالتقاط والمناولة، واللحام، وفك البراغي وتركيبها، ويُعتبر قطاع تصنيع الإلكترونيات من أكثر القطاعات اعتماداً على هذا النوع من الروبوتات وبخاصة في وضع المكونات على اللوحات الإلكترونية بسرعة ودقة.

3.        روبوتات دلتا:

تتفوق روبوتات دلتا في المهام السريعة والمعقدة حيث تكون السرعة والدقة في غاية الأهمية. يتضمن تصميمهم الفريد ثلاثة أو أربعة أذرع متصلة بقاعدة مشتركة، مما يسمح لهم بأداء مهام مثل التعبئة والتغليف والفرز والاختيار والمناولة عالية السرعة في صناعات مثل الأغذية والمشروبات والأدوية وتجميع الإلكترونيات.

4.        الروبوتات الديكارتية (الخطية):

تتحرك الروبوتات الديكارتية على طول محورين أو ثلاثة محاور خطية، وهو ما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب حركات خطية بسيطة مع حمولات ثقيلة، وبخاصة لتطبيقات مثل مناولة المواد والتعبئة.

5.        الروبوتات التعاونية (Cobots):

تم تصميم الروبوتات التعاونية للعمل جنباً إلى جنب مع البشر، مما يعزز بيئة عمل أكثر أماناً وفعالية، وبخاصة أنها مجهزة بأجهزة استشعار متطورة لضمان ميزات السلامة. يُمكن أن تؤدي هذه الروبوتات مهام مثل التجميع ومراقبة الجودة وحتى المساعدة في العمليات الجراحية الدقيقة في المجال الطبي. تتميز هذه الروبوتات بقدرتها على إعادة البرمجة بسهولة ودمجها في العمليات بسهولة وهو ما يجعلها أصول متعددة الاستخدامات في مختلف الصناعات.

6.        الروبوتات المتنقلة:

تم تجهيز الروبوتات المتنقلة بعجلات ومسارات مما يسمح لها بالتنقل بشكل ذاتي داخل مساحات العمل. يكتسب هذا النوع من الروبوتات زخماً كبيراً في القطاعات اللوجستية والتخزين لمهام مثل نقل البضائع وإدارة المخزون، كما تُستخدم في زراعة المحاصيل ومراقبتها وحتى الحصاد.

التطبيقات الروبوتية عبر الصناعات:

تشمل تطبيقات الروبوتات الصناعية مجموعة واسعة من الصناعات:

·         صناعة السيارات: من اللحام والطلاء إلى التجميع والتفتيش والفحص، أحدثت الروبوتات ثورة في قطاع السيارات من خلال تعزيز الكفاءة والدقة والسلامة.

·         صناعة الإلكترونيات: يعتمد تصنيع الإلكترونيات بشكل كبير على الروبوتات في عمليات اللحام والاختيار والاختبار والفحص، مما يضمن جودة متسقة في الإنتاج بكميات كبيرة.

·         الأغذية والمشروبات: تُستخدم الروبوتات في التعبئة والتغليف والفرز وحتى في الطهي، مما يؤدي إلى تحسين معايير النظافة والإنتاجية.

·         صناعة المستحضرات الصيدلانية: في صناعة الأدوية تتعامل الروبوتات مع المهام الدقيقة مثل التوزيع ووضع العلامات وتقليل أخطار التلوث وتحسين الدقة.

·         صناعات الفضاء والصناعات الدفاعية: تساعد الروبوتات في تجميع المكونات المعقدة، وتقليل هامش الخطأ وزيادة سرعة الإنتاج.

·         اللوجستيات والتخزين: تعمل الروبوتات المتنقلة على تطوير الخدمات اللوجستية من خلال أتمتة تنفيذ الطلبات وإدارة المخزون ونقل البضائع في المستودعات.

·         القطاع الطبي: تساعد الروبوتات الجراحين في إجراء العمليات الجراحية طفيفة التوغل بدقة أكبر، مما يؤدي إلى أوقات شفاء أسرع ومضاعفات أقل.

·         في الآونة الأخيرة، لم يعد استخدام الروبوتات الصناعية حكراً على القطاعات الأكثر تقدماً وعلى الشركات الأكبر حجماً، بل إنه مع تطور هذه الروبوتات واتساع حجم إنتاجها فقد اتسع حجم استخدامها عالمياً حتى في الشركات الأصغر حجماً.

خاتمة

تطورت الروبوتات الصناعية لتصبح جزءاً لا يتجزأ من عالم الصناعات الحديثة، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة والدقة والسلامة في مختلف القطاعات حيث إنها تُقدم مجموعة متنوعة من الحلول المخصصة لتناسب احتياجات الصناعة، ومع استمرار تقدم التكنولوجيا، يمكننا أن نتوقع أن نشهد المزيد من التطبيقات المبتكرة لتشكيل مستقبل الصناعة في عالم الغد.