الحديث عن تطبيق أجهزة الاستشعار في الصناعة 4.0

الحديث عن تطبيق أجهزة الاستشعار في الصناعة 4.0

من مبادرة "الصناعة 4.0" الألمانية، إلى "استراتيجية الشراكة في التصنيع المتقدم" الأمريكية، وصولاً إلى "استراتيجية القيمة العالية" البريطانية، بات الإنترنت الصناعي ركيزة أساسية للدول الصناعية الكبرى لتعزيز مكانتها في المنافسة التصنيعية العالمية. وباعتباره المحرك الرئيسي والتركيز الاستراتيجي للتحول الصناعي الحالي، يرتبط التصنيع الذكي ارتباطاً وثيقاً بالإنترنت الصناعي.

بدأ مفهوم التصنيع الذكي في أواخر الثمانينيات. نشر البروفيسور بي كي رايت من جامعة نيويورك والبروفيسور دي إيه بورن من جامعة كارنيجي ميلون كتاب "ذكاء التصنيع"، الذي طرح لأول مرة مفهوم التصنيع الذكي وأشار إلى أن الغرض من التصنيع الذكي هو دمج هندسة المعرفة وأنظمة برمجيات التصنيع ورؤية الآلة والتحكم الآلي، ونمذجة مهارات ومعرفة فنيي التصنيع لتمكين الآلات الذكية من إنتاج دفعات صغيرة دون تدخل بشري.

مع تطور العصر وتقدم التكنولوجيا، اكتسب التصنيع الذكي معاني جديدة، وأصبحت أهدافه أكثر طموحًا. بلادي دولة صناعية كبرى، وقطاع الصناعة التحويلية هو الركيزة الأساسية للاقتصاد الوطني. في الوقت الراهن، يواجه قطاع الصناعة التحويلية في بلادي مهامًا استراتيجية تتمثل في تحسين كفاءة الإنتاج والتصنيع، وترشيد استهلاك الطاقة وخفض الانبعاثات، وتعديل الهيكل الصناعي. وقد أشارت "خطة تطوير التصنيع الذكي (2016-2020)" إلى ما يلي:

إن تعزيز التصنيع الذكي يمكن أن يساهم بشكل فعال في تقصير دورة تطوير المنتج، وتحسين كفاءة الإنتاج وجودة المنتج، وخفض تكاليف التشغيل واستهلاك الموارد والطاقة، وتسريع تطوير التصنيع الذكي. وهذا أمر ذو أهمية بالغة.

يشهد قطاع التصنيع تحولاً من النمط التقليدي إلى النمط الرقمي، والشبكي، والذكي، ومن الإنتاج الكمي إلى الجودة والكفاءة، ومن التلوث العالي واستهلاك الطاقة المرتفع إلى التصنيع الأخضر، ومن الإنتاج إلى "الإنتاج + الخدمة". وفي هذه العملية التحولية، يُعدّ التصنيع الذكي وسيلةً مهمة.

التعريف الأكثر شيوعاً للتصنيع الذكي هو:

يركز هذا النظام على دورة حياة المنتج بأكملها، ويعتمد على الجيل الجديد من تكنولوجيا المعلومات ونظام التصنيع كحامل، ويتمتع في حلقاته أو عملياته الرئيسية بقدرات معينة على الإدراك الذاتي والتعلم والتحليل واتخاذ القرارات والتواصل والتحكم التنسيقي، ويمكنه التكيف ديناميكيًا مع تغيرات بيئة التصنيع لتحقيق أهداف تحسين محددة.

تُقدّم التعريفات المذكورة أعلاه أهدافًا وتوقعات واضحة للتصنيع الذكي ، تتمثل في الكفاءة العالية، والتكلفة المنخفضة، والجودة العالية، كما تُوفّر إرشادات منهجية لمسار تحقيقه. ويُركّز هذا النهج على الإدراك الذاتي، وربط كل ما يُمكن رقمنته عبر إنترنت الأشياء، واستخدام البيانات والخوارزميات لاكتساب الذكاء.

لا يتطلب التصنيع الذكي تبني تقنيات ومعدات تصنيع جديدة فحسب، بل يتطلب أيضًا إدخال تقنيات المعلومات والاتصالات سريعة التطور إلى المصانع، وبناء بيئة سيبرانية الأنظمة الفيزيائية (CPS) في مجال التصنيع، والتغيرات في تنظيم الإنتاج والعلاقات بين الأفراد في الصناعة التحويلية. إحداث تغييرات مبتكرة في أساليب البحث والتطوير والتصنيع ونماذج الأعمال.

ما هو إنترنت الأشياء الصناعي؟

أصبح إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT) مرادفًا للتصنيع الذكي والثورة الصناعية الرابعة. ويمكن لإنترنت الأشياء الصناعي نشر تقنيات ذكية مثل الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي والواقع المعزز/الافتراضي (AR/VR) والتوائم الرقمية/الترابط الرقمي والحوسبة السحابية/الحافة حسب الحاجة، ويتغلغل في جميع جوانب التصنيع الذكي.

كما يوفر إنترنت الأشياء الصناعي منصة لدعم تطبيقات التصنيع الذكية، وعمودًا فقريًا للاتصالات بين أجهزة الاستشعار والأجهزة والآلات وأجهزة التحكم وقواعد البيانات وأنظمة المعلومات، قادرًا على الاتصال بالتقنيات والتغليف الحالية وتوسيع وظائفها وإطالة عمرها.

تتمثل أكبر فائدة لإنترنت الأشياء الصناعية في البيانات المتنوعة التي يتم جمعها وتحليلها لاحقاً. ويمكن للمصنعين استخدام هذه البيانات لتحسين مراقبة الجودة، والمبادرات المستدامة والبيئية، وتتبع سلسلة التوريد، وزيادة كفاءتها.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لإنترنت الأشياء الصناعية أن يساعد الفنيين الميدانيين في تحديد متى تحتاج الآلات إلى إصلاحات، والكشف عن مستويات التآكل في خطوط أنابيب التكرير، ومراقبة البنية التحتية في العمليات الصناعية، وحتى تتبع الأصول.

فيما يتعلق بالأتمتة والتحسين وتحسين سلاسل التوريد والخدمات اللوجستية، توفر شبكات إنترنت الأشياء الصناعية لهذه الصناعات تكاملاً أقوى للأنظمة. وباستخدام أجهزة الاستشعار والمحركات الذكية، يستطيع المختصون مراقبة البنية التحتية والتحكم بها بسهولة وكفاءة أكبر في عمليات مثل النقل والمرافق والرعاية الصحية. وتملك هذه الشبكات الذكية للاتصالات القدرة على إحداث تغيير جذري وتحسين العمليات الصناعية.

استخدام أجهزة الاستشعار في الثورة الصناعية الرابعة

يشير مصطلح "المستشعر" إلى دائرة متكاملة متعددة المكونات، تتضمن وظائف جمع المعلومات ومعالجتها وتبادلها وتخزينها. وهو منتج على مستوى النظام، يدمج رقائق الاستشعار ورقائق الاتصالات والمعالجات الدقيقة وبرامج التشغيل وخوارزميات البرمجيات. يُعدّ المستشعر عنصرًا أساسيًا ورائدًا واستراتيجيًا في الصناعات، ويساهم في التنمية الشاملة للصناعة والأمن الاقتصادي الوطني.

مع التطور السريع لتقنيات المعلومات الحديثة، مثل الإنترنت الصناعي، والبيانات الضخمة، وإنترنت الأشياء، والذكاء الاصطناعي، يشهد سوق تطبيقات أجهزة الاستشعار نموًا هائلاً. ووفقًا لمؤسسات أبحاث السوق، سيبلغ حجم سوق أجهزة الاستشعار في الصين 166 مليار يوان في عام 2019، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ حوالي 11.65% خلال السنوات الخمس المقبلة (2019-2023)، ليصل إلى 258 مليار يوان في عام 2023.

بفضل السياسات والأسواق، يتميز قطاع صناعة أجهزة الاستشعار في بلادي بتكامله، حيث ترتكز البنية التحتية للشركات على حلقات أساسية كالتصميم والتصنيع والتغليف والاختبار. ويوجد حاليًا ما يقارب 2000 شركة تعمل في مجال أبحاث أجهزة الاستشعار في البلاد، من بينها نحو 30 شركة مدرجة في البورصة. وتلبي منتجات أجهزة الاستشعار المتنوعة احتياجات السوق المحلية بشكل عام.

(تقنية استشعار ريكا، صورة عائلية باستخدام المستشعرات)

تُعدّ المستشعرات الذكية أنواعًا متعددة من المستشعرات المستخدمة في مختلف القطاعات الصناعية، مثل الطاقة، والبترول، والكيماويات، والمعادن، والطاقة الكهربائية، وصناعة الآلات، والسيارات، وغيرها من العمليات الصناعية. وتقوم هذه المستشعرات عمومًا بقياس وتحويل خصائص مثل القوة، والحرارة، والضوء، والمجالات المغناطيسية، والصوتية، والرطوبة، والكهرباء، والظروف البيئية، وغيرها، إلى إشارات كهربائية. وهي منتج صناعي يجمع بين تقنيات أساسية متعددة التخصصات، ويتميز بخصائص نموذجية تشمل كثافة التكنولوجيا، وتعدد الأنواع، والإنتاج بكميات صغيرة، ومرونة الاستخدام، وانتشار التطبيقات على نطاق واسع.

أشارت الجمعية الألمانية لتكنولوجيا الاستشعار والقياس (AMA) في تقريرها "تكنولوجيا الاستشعار 2022 - ربط الابتكارات" إلى أن تكنولوجيا الاستشعار تُعدّ التكنولوجيا الأساسية لتنافسية العديد من الآلات والمعدات والمركبات، ووسيلة لزيادة قيمتها. وكما هو الحال مع الإنترنت سريع النمو، فإن تطوير أجهزة الاستشعار يحمل في طياته فرصًا وتحديات. ويُحدد مدى تطور أجهزة الاستشعار المستقبلية القدرة التنافسية الدولية في مجالات صناعة الآلات، والسيارات، والتحكم في العمليات، والتصنيع.

أنشأت الولايات المتحدة فريقًا تقنيًا دوليًا (BGT) في ثمانينيات القرن الماضي لتنسيق الموارد الحكومية والشركات والجهات المعنية لتنفيذ أعمال في مجال تكنولوجيا الاستشعار والمواد الوظيفية وغيرها من الجوانب على المستوى الوطني، خدمةً للصناعات التحويلية والتصنيع الذكي والصناعات العسكرية الأمريكية. وفي نهاية القرن الماضي، صنّفت اليابان تكنولوجيا الاستشعار ضمن أهم عشر تقنيات في هذا القرن. ويؤمن مجتمع الأعمال الياباني إيمانًا راسخًا بأن "العصر الجديد سيُهيمن عليه تكنولوجيا الاستشعار"، وقد أُدرج تطوير واستخدام هذه التكنولوجيا ضمن أولويات اليابان الوطنية في هذا القرن، لتكون إحدى التقنيات الأساسية الست.

خاتمة

واليوم، يتطلب ظهور المدن الذكية والمنازل الذكية والمباني الذكية أيضاً تقنيات الاستشعار، وقد دخلت العديد من ابتكارات الاستشعار في الثورة الصناعية الخامسة حيز التطبيق في أسواق أخرى ذات توجه تقني، مثل الانتشار السريع لأنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) في طرازات المركبات الجديدة. كما أن نشر وتطوير المركبات الكهربائية وشبه ذاتية القيادة وذاتية القيادة بالكامل، يُولّد طلباً هائلاً على تطبيقات الاستشعار والأنظمة الصناعية.

من التطور المستمر للثورة الصناعية الرابعة إلى ظهور مفهوم الثورة الصناعية الخامسة، تبرز أهمية أجهزة الاستشعار بوضوح. فالابتكار التكنولوجي المتواصل في صناعة أشباه الموصلات يعزز تطبيق تكنولوجيا الاستشعار عملياً، ويسهم في الوقت نفسه في تطوير الإنتاج الصناعي، مما يخلق لنا حياة أفضل وأكثر ذكاءً.