لایه هوشمندی در حال بازتعریف اتوماسیون است
اتوماسیون صنعتی بهطور سنتی بر پایه حسگرها، پیالسیها، درایوها، کنترلرها و دیگر سختافزارهایی ساخته شده است که برای بهبود بهرهوری، یکنواختی و کارایی فرایند طراحی شدهاند. این فناوریها همچنان بنیادی هستند، اما نقشی که ایفا میکنند در حال تغییر است.
اکنون یک لایه هوشمندی جدید به زیرساخت تثبیتشده اتوماسیون افزوده میشود. رایانش لبهای، هوش مصنوعی، کنترل نرمافزارمحور، اتصالپذیری صنعتی و تحلیل پیشرفته به ماشینها امکان میدهند دادههای عملیاتی را تفسیر کنند و با خودمختاری بیشتری واکنش نشان دهند.
از نظر من، تحول مهم این نیست که هوش مصنوعی جایگزین سختافزار متداول اتوماسیون شود. در عوض، هوش مصنوعی قابلیت داراییهای موجود اتوماسیون را افزایش میدهد. فرصت واقعی در ترکیب فناوریهای آزمودهشده کنترل با هوشمندیای نهفته است که میتواند بهطور پیوسته آنچه را در محیط کارخانه رخ میدهد تفسیر کند.
هوش مصنوعی لبهای تصمیمگیری را به ماشین نزدیکتر میکند
یکی از مهمترین تغییرات، انتقال پردازش داده به سمت لبه است. معماریهای متداول اغلب حجم زیادی از اطلاعات را برای تحلیل به سرورهای متمرکز یا پلتفرمهای ابری ارسال میکنند. هرچند این رویکرد همچنان مفید است، همیشه برای کاربردهایی که به پاسخ فوری نیاز دارند مناسب نیست.
هوش مصنوعی لبهای امکان میدهد دادهها مستقیماً در ماشین یا در نزدیکی آن تحلیل شوند. این امر میتواند تأخیر ارتباطی را بهطور چشمگیری کاهش دهد و زمان پاسخگویی را برای کاربردهایی مانند بینایی ماشین، بازرسی کیفیت، پایش وضعیت و نگهداری پیشبینانه بهبود بخشد.
برای مثال، یک سیستم بینایی ماشین میتواند یک نقص تولیدی را بهصورت محلی شناسایی کند و بدون منتظر ماندن برای انتقال داده به یک محیط محاسباتی راه دور، اقدام اصلاحی را آغاز کند. نتیجه میتواند مداخله سریعتر، کاهش هدررفت مواد و یکنواختی بیشتر تولید باشد.
پیامد گستردهتر این تحول مهم است: هوشمندی بهجای آنکه صرفاً در زیرساخت متمرکز فناوری اطلاعات باقی بماند، به بخشی از خود ماشین تبدیل میشود.
تجهیزات قدیمی در حال تبدیل شدن به یک دارایی راهبردی هستند
چشمانداز یک کارخانه هوشمند کاملاً جدید جذاب است، اما واقعیت بیشتر محیطهای تولیدی را منعکس نمیکند. بسیاری از کارخانهها همچنان با ماشینآلات و سیستمهای کنترلی کار میکنند که سالها یا حتی دههها پیش نصب شدهاند.
جایگزینی کامل این سیستمها میتواند پرهزینه، مختلکننده و از نظر فنی غیرضروری باشد. در بسیاری از موارد، راهبرد عملیتر، نوسازی تدریجی است.
میتوان حسگرهای مدرن، درگاههای صنعتی، رابطهای ارتباطی، رایانههای لبهای، پلتفرمهای پایش و تحلیلهای مبتنی بر هوش مصنوعی را در کنار تجهیزات موجود افزود. این رویکرد به تولیدکنندگان امکان میدهد دادههای مفیدتری از داراییهای موجود استخراج کنند و در عین حال از هزینه و ریسک عملیاتی جایگزینی کامل جلوگیری کنند.
از دیدگاه مهندسی، این یکی از ارزشمندترین روندها در اتوماسیون صنعتی است. یک ماشین قدیمی لزوماً فقط به این دلیل که معماری کنترلی اولیه آن قدیمی است، نباید از رده خارج شود. با رابط و راهبرد داده مناسب، تجهیزات موجود میتوانند به بخشی از یک محیط مدرن تولید دیجیتال تبدیل شوند.
معماریهای باز وابستگی به فناوری خاص را کاهش میدهند
با هرچه متصلتر شدن سیستمهای صنعتی، قابلیت همکاری بهاندازه عملکرد تکتک تجهیزات اهمیت پیدا میکند. کارخانههای مدرن ممکن است شامل PLCها، رباتها، حسگرها، سیستمهای بینایی، رایانههای صنعتی، پایگاههای داده، سرویسهای ابری و پلتفرمهای تحلیل از چندین تأمینکننده باشند.
معماریهای بسته میتوانند یکپارچهسازی این سیستمها را دشوار و اصلاح آنها را پرهزینه کنند. معماریهای باز و interoperable با امکان تبادل مؤثرتر اطلاعات میان تجهیزات و نرمافزارهای محیطهای مختلف، انعطافپذیری بیشتری فراهم میکنند.
این انعطافپذیری، سازگاری بلندمدت را نیز بهبود میدهد. تولیدکنندگان میتوانند فناوریهای جدید را بدون بازطراحی کامل ساختار اتوماسیون، هر بار که پلتفرم یا فناوری ارتباطی جدیدی در دسترس قرار میگیرد، وارد کنند.
بااینحال، بازبودن نباید صرفاً بهعنوان اتصال بدون محدودیت تفسیر شود. یک معماری بازِ واقعاً کارآمد به رابطهای کاملاً تعریفشده، شبکهسازی صنعتی قابلاعتماد، مدلهای داده مناسب و رویههای منضبط امنیت سایبری نیاز دارد.
تابآوری باید در کنار بهرهوری طراحی شود
برای سالهای متمادی، سرمایهگذاریهای اتوماسیون عمدتاً با بهبود بهرهوری، کاهش نیاز به نیروی کار، افزایش توان عملیاتی و کاهش هزینههای عملیاتی توجیه میشدند. این موارد همچنان اهمیت دارند، اما سازمانهای تولیدی اکنون با مجموعه گستردهتری از ریسکهای عملیاتی مواجهاند.
اختلالهای زنجیره تأمین، موجود بودن قطعات، مقررات در حال تغییر، تهدیدهای امنیت سایبری، کمبود نیروی کار و شرایط غیرقابل پیشبینی بازار، همگی میتوانند بر تداوم تولید تأثیر بگذارند.
این امر تابآوری را به یک الزام اساسی مهندسی تبدیل میکند. یک سیستم اتوماسیون مدرن نباید فقط در شرایط عادی عملکردی کارآمد داشته باشد؛ بلکه باید هنگام تغییر شرایط نیز قابل نگهداشت و سازگار باقی بماند.
بنابراین، ملاحظات چرخه عمر شایسته توجه بیشتری هستند. دسترسپذیری محصول، پشتیبانی از قطعات یدکی، گزینههای جایگزینی، قابلیت مشاهده زمان تأمین، نگهداشتپذیری و سازگاری با فناوریهای آینده میتوانند تأثیر عمدهای بر ارزش بلندمدت یک سرمایهگذاری اتوماسیون داشته باشند.
امنیت سایبری در حال تبدیل شدن به بخشی از معماری اتوماسیون است
همگرایی فناوری عملیاتی و فناوری اطلاعات مزایای چشمگیری ایجاد میکند، اما سطح بالقوه حمله را نیز افزایش میدهد.
با متصلتر شدن کنترلرها، حسگرها، دروازهها، رایانههای صنعتی و سامانههای تولید، دیگر نمیتوان امنیت سایبری را مسئولیتی مجزا و صرفاً متعلق به فناوری اطلاعات دانست. امنیت باید در سراسر معماری اتوماسیون مورد توجه قرار گیرد.
تفکیک شبکه، کنترل دسترسی، ارتباطات امن، احراز هویت تجهیزات، نگهداری نرمافزار و پایش مناسب، برای حفاظت از دادههای تولید و عملیات فیزیکی اهمیت فزایندهای دارند.
از دیدگاه من، امنیت سایبری باید همانند قابلیت اطمینان، دسترسپذیری و عملکرد، یک پارامتر طراحی در نظر گرفته شود. افزودن امنیت پس از استقرار سامانه اتوماسیون معمولاً دشوارتر از گنجاندن حفاظتهای مناسب در مرحله مهندسی است.
ایمنی عملکردی به هسته طراحی نزدیکتر میشود
ایمنی نیز بیش از پیش در راهبردهای مدرن اتوماسیون ادغام میشود. رباتیک، بینایی ماشین، تجهیزات خودران و فرایندهای خودکارِ پرسرعت فرصتهای جدیدی برای افزایش بهرهوری ایجاد میکنند، اما ملاحظات ایمنی بیشتری نیز به همراه دارند.
راهکارهای مدرن ایمنی شامل پردههای نوری، رلههای ایمنی، کنترلرهای ایمنی، تجهیزات توقف اضطراری، اینترلاکهای در، اسکنرهای لیزری و دیگر فناوریهای حفاظتی هستند. این سامانهها سازوکارهایی برای شناسایی شرایط خطرناک و آغاز واکنشهای حفاظتی مناسب فراهم میکنند.
تغییر مهم این است که ایمنی بیش از پیش در خود سامانه اتوماسیون طراحی میشود، نه اینکه بهعنوان لایهای جداگانه در پایان پروژه به آن افزوده شود.
قابلیتهای بهتر حسگری و تشخیصی نیز میتوانند آگاهی اپراتور را افزایش دهند و به کارکنان کمک کنند وضعیت ماشین و خطرات احتمالی را مؤثرتر درک کنند.
هوش مصنوعی باید مکمل کنترل باشد، نه جایگزین آن
احتمالاً هوش مصنوعی نقش فزایندهای در اتوماسیون صنعتی ایفا خواهد کرد، اما مهم است میان تحلیل هوشمند و کنترل قطعی تمایز قائل شویم.
معماریهای سنتی PLC و کنترل همچنان برای عملیات قابل پیشبینی، تکرارپذیر و حیاتی از نظر ایمنیِ ماشینها ارزش بسیاری دارند. هوش مصنوعی بهویژه برای وظایفی مانند تشخیص الگو، شناسایی ناهنجاری، تفسیر تصویر، بهینهسازی و پردازش حجم زیادی از دادههای عملیاتی مفید است.
بنابراین، بهترین معماری لزوماً یک کارخانه صرفاً مبتنی بر هوش مصنوعی نیست. در عوض، این معماری سامانهای لایهای است که در آن کنترل قطعی، عملکردهای حساس به زمانِ ماشین را بر عهده دارد، در حالی که هوش مصنوعی و تحلیل داده، هوشمندی سطح بالاتر را فراهم میکنند.
این جداسازی میتواند تعادل عملی میان قابلیت اطمینان و سازگاریپذیری ایجاد کند.
مزیت بعدی اتوماسیون از یکپارچهسازی خواهد آمد
نسل بعدی اتوماسیون صنعتی با یک فناوری واحد تعریف نخواهد شد. هوش مصنوعی لبهای بهتنهایی کارخانهای هوشمند ایجاد نمیکند، همانطور که رباتیک یا اتصال ابری بهتنهایی نمیتواند تحول دیجیتال کاملی فراهم کند.
مزیت واقعی از یکپارچهسازی به دست خواهد آمد.
حسگرهای متصل میتوانند داده تولید کنند. رایانش لبهای میتواند دادهها را بهصورت محلی پردازش کند. هوش مصنوعی میتواند الگوها و ناهنجاریها را شناسایی کند. معماریهای باز میتوانند اطلاعات را میان سامانهها جابهجا کنند. امنیت سایبری میتواند از زیرساخت محافظت کند، در حالی که فناوریهای ایمنی از افراد و تجهیزات محافظت میکنند.
وقتی این فناوریها بهعنوان سامانهای یکپارچه مهندسی شوند، تولیدکنندگان میتوانند محیطهای اتوماسیونی بسازند که نهتنها هوشمندتر، بلکه انعطافپذیرتر و تابآورتر نیز باشند.
مسیر عملی به سوی تولید هوشمند
تولیدکنندگان لزوماً برای بهرهمند شدن از این پیشرفتها نیازی به بازطراحی کل محیط تولید خود ندارند. رویکرد مرحلهای اغلب میتواند نتایج فنی و اقتصادی بهتری ارائه دهد.
گام نخست میتواند شناسایی ماشینآلات و فرایندهایی باشد که در آنها حسگری یا اتصالپذیری بیشتر، ارزش قابلاندازهگیری ایجاد میکند. سپس میتوان پایش لبهای را در جاهایی به کار گرفت که تأخیر کم یا پردازش محلی اهمیت دارد. هوش مصنوعی را نیز میتوان بهصورت گزینشی در حوزههایی مانند بازرسی، نگهداری پیشبینانه، بهینهسازی انرژی یا تشخیص ناهنجاری به کار برد.
همزمان، تولیدکنندگان میتوانند قابلیت همکاری، امنیت سایبری و ایمنی کارکردی را بهتدریج بهبود دهند.
این رویکرد، تحول دیجیتال را از پروژهای برای جایگزینی گسترده به فرایندی مهندسیشده و کنترلشده با نقاط عطف قابلاندازهگیری تبدیل میکند.
نگاهی به آینده
اتوماسیون صنعتی وارد مرحلهای میشود که در آن سختافزار، نرمافزار، اتصالپذیری، هوشمندی و تابآوری بیش از پیش به یکدیگر پیوسته میشوند.
ماشینآلات، PLCها، حسگرها، درایوها و سامانههای کنترلیای که تولید مدرن را پایهگذاری کردند، همچنان این شالوده را فراهم خواهند کرد. آنچه تغییر میکند، هوشمندی پیرامون این سامانههاست.
هوش مصنوعی لبهای تصمیمگیریهای محلی سریعتری را ممکن میکند. معماریهای باز انعطافپذیری بیشتری فراهم میکنند. نوسازی سامانههای قدیمی عمر مفید داراییهای موجود را افزایش میدهد. امنیت سایبری و ایمنی به ملاحظات جداییناپذیر طراحی تبدیل میشوند، در حالی که معماریهای تابآور به تولیدکنندگان کمک میکنند به شرایط نامطمئن واکنش نشان دهند.
موفقترین تولیدکنندگان لزوماً آنهایی نخواهند بود که ابتدا پیشرفتهترین فناوری را به کار میگیرند. آنها سازمانهایی خواهند بود که درک میکنند فناوری در کجا ارزش عملیاتی قابلاندازهگیری ایجاد میکند و آن را در معماری اتوماسیونی قابلاعتماد، قابلنگهداری و آماده برای آینده یکپارچه میسازند.
