انقلاب صنعتی چهارم: هوشمند سازی صنایع و معادن
سعید کشاورز کرمانی (سردبیر)
انقلاب صنعتی واژهای است که امروزه دوباره سر زبانها افتاده و طیف گستردهای از مشاغل و کسب و کارها را درگیر خودش کرده. صنعت بُعد جدایی ناپذیر زندگی بشر است و طی قرنها دست خوش پیشرفت و تکاملهای فراوانی شده. اما انقلاب دیگری در راه است. انقلاب صنعتی چهارم، با ما همراه باشید.
برای شروع بهتر است سری به تاریخچه انقلابات صنعتی بزنیم تا تفاوت این مرحله را با مراحل قبلی بهتر درک کنیم.
اولین انقلاب صنعتی
شاخصه اصلی انقلاب صنعتی اول، تحول تولیدات دستی به ماشینی با استفاده از نیروی بخار و آب بود. عمده این تحولات بین سالهای ۱۷۶۰ تا ۱۸۴۰ متوجه اروپا و آمریکا بود که بر صنعت تولید پارچه، معدن و کشاورزی تاثیرات به سزایی گذاشت.
دومین انقلاب صنعتی
انقلاب فناوری (انقلاب صنعتی دوم) که به وجود آورنده خطوط راهآهن و شبکههای تلگراف بود، در بین سالهای ۱۸۷۱ تا ۱۹۱۴ واقع شد. این امر در تسهیل حمل و نقل و ارتباطات عصر جدیدی را رقم زد. از طرف دیگر اختراع الکتریسیته، باعث گسترش خطوط تولید مدرن در کارخانهها و تولیدیهای مختلف شد. گرچه با ماشینی شدن مشاغل نرخ بیکاری بالا رفت ولی با افزایش بهرهوری و سود آوری، اقتصاد رشد سریعی را تجربه کرد.
سومین انقلاب صنعتی
در اواخر قرن بیستم و دوره رکود وحشتناک حاصل از دو جنگ جهانی، تولید اولین رایانه z1، انقلاب دیجیتال (انقلاب صنعتی سوم) را به دنیا معرفی کرد. رفته رفته این تحول با حضور ابررایانهها که ارتباطات را در فرایند تولید تسهیل میکردند، ابعاد گستردهتری نیز به خود گرفت.
انقلاب صنعتی چهارم
اما امروزه مردم جهان در حال تجربه کردن تحولی دیگر هستند که از آن به نام انقلاب صنعتی چهارم یا صنعت ۴/۰ یاد میکنند.
همانطور که متخصصین این امر میگویند این انقلاب با هدف افزایش اتصالهای متقابل و اتوماسیون هوشمند فراگیر، از فناوریهای جدید روز از جمله اینترنت اشیا، رایانش ابری و هوش مصنوعی، استفاده میکند. گفته میشود که این انقلاب درک ما را از دنیای پیرامون دگرگون کرده و باعث تغییرات سریع و عمیق در صنایع و الگوهای اجتماعی و عملیاتی خواهد شد.
اصطلاح انقلاب صنعتی چهارم اولین بار توسط بنیانگذار و مدیر اجرایی مجمع جهانی اقتصاد، کلاوس شواب استفاده شد. او معتقد است که این تغییرات تنها پیشرفتهایی در زمینه بهینهسازی نیست، بلکه تحولی کلی را در زمینه مدیریت و سرمایهداری صنعتی نشان میدهد. در واقع به کارگیری فناوریهایی مانند هوش مصنوعی، ویرایش ژن، حتی رباتیک پیشرفته منجر جابجایی مرز بین دنیای فیزیکی، دیجیتال و بیولوژیکی میشود.
چه مواردی باعث به وجود آمدن انقلاب صنعتی چهارم شدند؟
- تغییرات هرم جمعیتی
- تغییرات شدید در بازار
- افزایش تنوع تولید
- کمبود نیروی کار متخصص
- پیدایش فناوریهای پیشرفته
- فشار برای کاهش هزینهها
- تغییر مدلهای کسب و کار از سنتی به دیجیتال
- افزایش همکاری بین مشاغل
- افزایش تقاضا برای سفارشی سازی
- قوانین حفاظت محیط زیست و تولید سبز
کلمه کلیدی انقلاب صنعتی چهارم اتصال و همگرایی است یعنی علاوه بر هوشمند سازی، اتصال و یکپارچه سازی اطلاعات هم از اهمیت ویژهای برخوردار است.
از طرف دیگر لازم به ذکر است که این انقلاب دیگر منحصر به یک فناوری یا یک پلتفرم یا یک نرم افزار نیست بلکه مجموعهای از همه این موارد را در خود جای داده است.
همچنین بخوانید:
فناوریهای مورد تاکید در صنعت ۴/۰
- رایانش ابری (Cloud computing): یعنی استفاده از منابع محاسباتی (مثل سرورها، ذخیرهسازی، شبکه و نرمافزارها) که در اینترنت میزبانی میشوند، برای انجام و مدیریت سرویسها و برنامههای مختلف. این فناوری امکان دسترسی آسان به منابع محاسباتی، انعطافپذیری بالا، صرفهجویی در هزینههای IT و مقیاسپذیری را فراهم میکند.
- رایانش لبهای: رایانش لبهای به فرآیند پردازش دادهها و اجرای برنامهها در نزدیکی منابع محاسباتی فیزیکی گفته میشود. این فناوری برای کاهش تأخیر در انتقال داده و افزایش پاسخگویی سیستمها مورد استفاده قرار میگیرد و به خصوص در برنامههایی که به سرعت واکنش نیاز دارند، مؤثر است.
- چاپ سه بعدی (Three-Dimensional Printing): این اطلاح به مجموعهای از فرایندها اطلاق میشود که مواد را به شکل لایه لایه و کنترل شده به هم پیوند میدهد تا یک شیء سه بعدی ایجاد شود. تفاوت آن با چاپ دو بعدی این است که در چاپ دو بعدی مقداری مرکب یا جوهر روی کاغذ پاشیده میشود ولی در چاپ سه بعدی این عمل با تبلور مواد مایع یا پودر شده همراه است تا جسم مورد نظر چاپ و ایجاد شود. طراحی اینگونه چاپ به طور کامل متکی به رایانه و کدنویسی میباشد.
- رباتیک: شاخهای بین رشتهای محسوب میشود که مهندسی مکانیک، مهندسی برق و علوم رایانه و برخی دیگر از علوم در آن دخیل هستند. این رشته شامل طراحی، ساخت، راهاندازی رباتها بوده و از سامانههای رایانهای، کنترلرها، انواع حسگر و پردازندههای اطلاعات برای کنترل و راهاندازی رباتها استفاده میکند.
- اینترنت اشیاء (Internet of Things): به زبان ساده این تکنولوژی عبارت است از متصل کردن وسایل و ابزار مختلف به وسیله حسگرها به شبکه اینترنت. هدف این است که بتوان توسط انواع رایانه یا موبایل یا ساعت هوشمند و غیره اشیا پیرامون خود را کنترل کنیم. در ادامه بیشتر با این مطلب آشنا خواهید شد.
- امنیت سایبری: امنیت سایبری مربوط به حفاظت از دادهها، شبکهها، سیستمها و اطلاعات در مقابل حملات و تهدیدات دیجیتالی است. این فرایند شامل استفاده از رمزنگاری، برنامههای ضدویروس، آموزش کاربران در مورد پیامدهای امنیتی و نظارت مداوم بر شبکهها میشود. هدف آن، حفاظت از اطلاعات حساس و پیشگیری از دسترسی غیرمجاز به سیستمها و اطلاعات مهم است.
- واقعیت افزوده (Augmented Reality): در این تکنولوژی سعی میشود با استفاده و پردازش اطلاعاتی که حسگرهای ورودی مثل صدا، ویدئو، تصاویر گرافیکی یا دادههای جیپیاس برای کامپیوتر جمعآوری میکنند، عناصر و نماهای فیزیکی زنده (به شکل مستقیم یا غیر مستقیم) به دنیای واقعی افراد اضافه شود.
- همزاد دیجیتال یا دوقلوی دیجیتال (Digital Twin): به مدل دیجیتال یک سیستم فیزیکی یا محیط واقعی اشاره دارد. این مدل دقیقاً ویژگیها، وضعیت، عملکرد و رفتار سیستم را در زمان واقعی شبیهسازی میکند. همزاد دیجیتال معمولاً برای مانیتورینگ، پیشبینی، بهینهسازی و تحلیل عملکرد سیستمها استفاده میشود. این تکنولوژی به کمک حسگرها، دادههای واقعی را به مدل دیجیتال تزریق میکند و از آن برای انجام تحلیلهای پیشرفته و اتخاذ تصمیمات مؤثر در زمینههای مختلف مانند صنعت، حمل و نقل، محیط زیست و بهداشت استفاده میشود.
- یادگیری ماشین و هوش مصنوعی: یادگیری ماشین (ماشین لرنینگ) یک زیرشاخه از هوش مصنوعی است که به کامپیوترها امکان میدهد از دادهها و تجربیات یاد بگیرند و الگوها و قوانینی را تشخیص دهند. با استفاده از الگوریتمها و مدلهای ریاضی، ماشینها میتوانند پیشبینیها، تصمیمگیریها و تفسیر دادهها را انجام دهند. یادگیری ماشین در حوزههای مختلفی مانند تشخیص تصاویر، پردازش متن، مدیریت ریسک، اتوماسیون و بسیاری دیگر از زمینهها به کار میرود و در حال حاضر یکی از تکنولوژیهای مهم و رو به رشد در دنیای تکنولوژی محسوب میشود.
- تحلیل کلان دادهها (Big Data Analytics): به فرآیند جمعآوری، ذخیرهسازی، تجزیه و تحلیل دادههای حجیم و متنوع اشاره دارد. این فرآیند اطلاعات مفهومی و ارتباطات مهم را از دادههای بزرگ استخراج میکند تا تصمیمات بهتری گرفته شود، الگوهای جدید شناسایی شوند و اطلاعات ارزشمندی از دادهها استخراج شود. تحلیل کلان داده در صنایع مختلف مانند بازاریابی، بهداشت، مالی و علوم پیشرفته مورد استفاده قرار میگیرد و به کمک تکنیکهای متنوعی مانند تجزیه و تحلیل آماری، یادگیری ماشین و مدلسازی پیشرفته دادهها، اطلاعات حائز اهمیتی را از دادههای بزرگ استخراج میکند.
- IROC: به ادغام IT و OT در صنعت و معدن اشاره دارد. این ادغام امکان نظارت متمرکز بر فرآیندهای معدنی را فراهم میکند و به بهره وری زنجیره ارزش معادن و صنایع کمک میکند. در ادامه بیشتر با این مطلب آشنا خواهید شد.
- بلاکچین (Blockchain): یک فناوری دیجیتال است که اطلاعات را به صورت بلوکهای رمزنگاری شده در زنجیرهای امن ذخیره میکند. این فناوری بدون نیاز به واسطهگران معتبر (بانک یا سازمان مرکزی) امکان انتقال ارز و انجام تراکنشهای معتبر و امن را فراهم میکند. این تکنولوژی به عنوان پایه اصلی برای رمز ارزهای پایه (Cryptocurrency) مثل بیتکوین (Bitcoin) معرفی میشود.
- ماشینهای خودران (Self-driving cars): یا همان خودروهای اتوماتیک، وسایل نقلیهای هستند که با استفاده از تکنولوژیهای مانند حسگرها، دادهپردازش، و یادگیری ماشینی، قادر به حرکت بدون نیاز به راننده انسانی هستند. این خودروها توانایی تشخیص محیط اطراف، تصمیمگیری برای جلوگیری از تصادفات و رسیدن به مقصد مشخص را دارند.
- شبکه 5G: نسل پنجم از فناوری ارتباطات بیسیم است که سرعت بالا، تاخیر کم، و افزایش عملکرد اتصال اینترنتی از جمله شاخصههای اصلی آن به شمار میآیند. این فناوری از فرکانسهای باند پهنتر و تکنولوژیهایی مانند Massive MIMO و Beamforming استفاده میکند تا ارتباطات بیسیم را بهبود بخشد. شبکه 5G قدرت اتصال دستگاههای مختلف را به یکدیگر (IoT) نیز داراست و در توسعه برنامههای جدیدی از جمله واقعیت افزوده و اتوماسیون صنعتی نقش بسزایی دارد.
- محاسبات کوانتومی: محاسبات کوانتومی یک حوزه پیشرفته در علوم کامپیوتر است که از ویژگیهای کوانتومی مکانیک کوانتومی برای انجام محاسبات استفاده میکند. این تکنولوژی با استفاده از کیوبیتها (معادل کوانتومی بیت) به جای بیتها، محاسبات پیچیده را با سرعت بسیار بالا و در مقیاسهای بزرگ انجام میدهد. محاسبات کوانتومی میتواند در بهینهسازی فرآیندهای استخراج و فرآوری مواد معدنی کارآمد باشد.
دستاوردها
صنعت ۴٫۰ در زمینه انواع تولیدات انقلابی ایجاد کرده که باعث افزایش بهرهوری، تسریع و تسهیل مراحل کار و بهبود محصولات شده است. کارخانههای هوشمند با استفاده از سنسورهای پیشرفته، نرمافزارهای تعبیه شده و ابزارهای رباتیک به جمعآوری دادهها میپردازند. آنالیز این دادههای جمع آوری شده تصمیمگیری سریعتر و دقیقتر را برای مدیران میسر میسازد. از طرفی همزادهای دیجیتال و اپراتور هوشمند نقشی مهم و اساسی در کارخانههای هوشمند ایفا میکنند. در کارخانههای هوشمند با اتصال و همگرایی فرآیندهای مختلف، جریانهای اطلاعاتی و در نتیجه ایجاد چارتهای اطلاعاتی متنوع، به شکل جدیدی از انعطافپذیری و بهرهوری دست مییابند.
تاریخچه هوشمندسازی
از اوایل قرن بیستم و زمانی که تکنولوژیهای کامپیوتری پیشرفت کردند، کم کم فرایند اتوماسیون و هوشمندسازی نیز در جوامع صنعتی مطرح شد و در پی آن برخی از فرایندهای جزئی بهصورت خودکار در آمدند. در بدو امر، هوشمند سازی تجهیزات تنها متوجه اتوماسیون و خودکار کردن عملیات تکراری بود که قبلا به وسیله نیروی انسانی انجام میشدند.
با پیدایش و پیشرفت تکنولوژی هوش مصنوعی و یادگیری ماشین (Machine Learning) این محدودیتها از بین رفت و متخصصین توانستند فعالیتهای پیچیدهتر را نیز به دست اتوماسیون بسپارند. عملکرد این سیستمهای هوشمند به این شکل بود که ابتدا به جمعآوری اطلاعات دقیق میپرداختند و بعد با استنتاج از این دادهها یاد میگرفتند که یک فعالیت مخصوص چگونه باید انجام شود.
به تدریج با تحول دنیای دیجیتال، این تکنولوژیها پیشرفت کرده و مراحل دشوارتر را هم بر عهده گرفتند به طوری که امروزه در بسیاری فعالیتهای پیچیده، تجهیزات هوشمند عملکرد بسیار دقیقتر و سریعتری نسبت به یک انسان ارائه میدهند. یکی از اولین نمونههای هوشمند سازی تجهیزات در سال 1992 میلادی رخ داد که فعالیتهای شرکت IBM بود، آنها موفق به طراحی قطعهای برای تشخیص عملکرد نادرست مین فریمها (mainframes) شدند.
آنچه در این مقاله به طور خاص در صدد بررسی آن هستیم هوشمند سازی صنايع و معادن است. بخشهای مختلف این زمینه در سه لایه کلی قابل دستهبندی هستند.
استفاده از فناوری دیجیتالی در جهت بهبود مدیریت: ارائه بینش مبتنی بر اطلاعات واقعی و دقیق به مدیران معادن کمک میکند تا از اتلاف منابع جلوگیری کرده و بهرهوری را افزایش دهند.
یکپارچهسازی دادهها: با یکپارچهسازی دادهها و خودکار کردن مراحل مختلف کار در معادن و صنایع توسط فناوری، میتوان تصمیمگیری سیستماتیک را بهبود ببخشید و به تسریع و تسهیل کار کمک شایانی کرد.
طراحی دوباره و یکپارچهسازی سیستمها: فراموش نکنید همانطور که گفتیم کلید واژه انقلاب صنعتی چهارم اتصال همگرایی است. پس با بهرهگیری از زیرساخت فناوری مناسب، میتوان به سمت ادغام و بهینهسازی همه فناوریهای مرتبط با زنجیره ارزش معدن و صنعت حرکت کرد.
هدف از هوشمندسازی معادن و صنایع این است که همه عملیات را تحت یک سیستم واحد مدیریت کنیم تا بتوانیم قابلیتهایی همچون پیشبینی، اطمینان و پایداری را در همه عملیات تقویت کنیم. با این کار عملا هزینههای اضافی را حذف کرده و تولید را به سطح بالاتری هدایت میکنیم. مدیران و برنامهریزان معدن با تفکر انتقادی و حل خلاقانه مسائل تنها با تجزیه، تحلیل و ترکیب این اطلاعات دقیق و با کیفیت که به صورت در لحظه (Real-time) در داشبوردهای صنایع و معادن ثبت میشوند، میتوانند راهحلهایی برای بهبود عملیات مختلف خود پیدا کنند که قبلاً هرگز برایشان فراهم نبوده.
به قول هانس پیتر لانکس، معاون IFC در امور اقتصادی و توسعه بخش خصوصی، که میگوید:"ما باید اطلاعات را قابل دسترس، استاندارد و قابل مقایسه کنیم"
همچنین بخوانید:
برخی از مراحل هوشمند سازی صنایع و معادن
یکپارچه سازی اطلاعات
اتصال و همگرایی بخشهای مختلف صنعت و معدن، همچنین جمع آوری اطلاعات از همه آنها به طور یکپارچه باعث به وجود آمدن دید و آگاهی منسجم بر روی عملکرد و وضعیت کلی آن صنعت یا معدن میشود. این امر یکی از مهمترین موهبتهای هوشمندسازی به شمار میآید.
اینترنت اشیا و مکانیزاسیون
اتوماسیون و هوشمند کردن فرایندهای مختلف که از آن با نام اینترنت اشیا یاد میشود، به منظور کاهش دخالت انسان و انجام عملیات به صورت دستی صورت میگیرد. این کار باعث حذف خطاهای انسانی، بهبود کیفیت محصولات و بالا رفتن سرعت و بهبود دقت اطلاعات میشود. همه این مزایا در کنار هم باعث شده بسیاری از مدیران معادن استفاده از اینترنت اشیا و هوشمندسازی معادن را در برنامههای اصلی خود قرار دهند.
انجام مراحل هوشمند سازی گرچه در بدو امر کمی هزینهبر به نظر میرسد ولی در آینده نزدیک باعث کاهش هزینههای اضافی و جلوگیری از اتلاف انرژی شده و برگشت سرمایه بلکه افزایش تولید و بهرهوری را به همراه خواهد داشت. به زبانی دیگر مدیران با این سرمایه گذاری هوشمند، به ایجاد مزیت رقابتی بلند مدت فکر میکنند.
تفکر غالبی که نسبت به اتوماسیون وجود دارد خودکار کردن عملیات فیزیکی است. اما آمار بیانگر خلاف این است. عملیات غیر فیزیکی مثل جمعآوری، پردازش و تجزیه و تحلیل دادهها، به مراتب پتانسیل بالاتری برای اتوماسیون دارند. چراکه با خودکار شدن این فرایندها میتوان برنامههای موثرتری در جهت اتوماسیون و دیجیتالی شدن بخشهای فیزیکی در نظر داشت.
مککینزی (McKinsey) طی تحقیقاتش بیان میکند که تا حدود ۵۰ درصد از فرایندهای موجود را میتوان با فناوری فعلی، خودکار کرد.
مراکز یکپارچه کنترل عملیات از راه دور (IROC)
اصطلاح IROC که امروزه زیاد به گوش میخورد در واقع بر ادغام و همگرایی دو بخش دیجیتالی کردن فناوری اطلاعات (IT) و فناوری قطعات متصل به شبکه (OT) اطلاق میشود. این ادغام از آن جهت حائز اهمیت است که در نتیجه آن امکان نظارت و کنترل همه فرایند ها اعم از اکتشاف و استخراج و فراوری مواد معدنی، در یک مکان فیزیکی به طور متمرکز فراهم میشود. از ارزشمند بودن IROC همین بس که، بهرهوری و سودآوری را در سراسر زنجیره ارزش معادن افزایش میدهد.
سند جامع هوشمند سازی صنایع و معادن
با وجود اینکه کشور عزیزمان ایران، طبق اکتشافات معدنی که تا کنون انجام شده از نظر دارایی منابع زیرزمینی طبیعی در خاورمیانه جایگاه نخست، در قاره آسیا رتبه سوم و به طور کل در بین ۱۰ کشور برتر دنیا جا دارد، اما متاسفانه از بهرهبرداری کافی محروم ماندهایم، چراکه هوشمند سازی معادن در ایران تا حدود بسیار زیادی مغفول مانده و در این زمینه از سایر رقبای بین المللی خود عقب ماندهایم.
طبق گزارشی که در سال ۱۴۰۰ مرکز پژوهشهای مجلس فراهم کرد، حدود %۱۰ از چالشهای بخش معدن مربوط به مسائل و محدودیتهای بینالمللی و %۱۳ ناشی از مشکلات محیط زیستی است. و در این میان حجم قابل توجه %۳۳ متوجه بخش مدیریتی معدنداران است. علت این ضعف را میتوان در کمبود کاربرد فناوریهای نوین در اکتشاف، استخراج، فرآوری و بهرهبرداری از منابع معدنی جستجو کرد.
با به وجود آمدن تحریمهای سنگین که ما را در خریدن سخت افزارها عملا فلج کرده همچنین پاندمی جهانی کرونا، جای خالی این بخش هر چه بیشتر حس شد لذا به واسطه سیاست گذاریهای کلان با عنوان سند جامع هوشمندسازی معادن و صنایع معدنی که از ابتدای ۱۴۰۲ اجرایی شده، توجه مدیران صنعتی بیش از پیش به هوشمند سازی معادن جلب شده است. همچنین بودجه و سرمایه گذاری خاصی نیز به این طرح اختصاص یافته است. همانطور که به گزارش روابط عمومی صحا، مدیر عامل صندوق حمایت از صنایع پیشرفته، در نشست هوشمندسازی معادن در ایران گفت: صندوق حمایت از صنایع پیشرفته در سیاستهای جدید وزارت صمت و هیأت دولت، مسئولیت تامین مالی توسعه فناوری و هوشمندسازی در صنایع و معادن را بر عهده گرفته است.
محورهای برنامه جامع هوشمند سازی
همچنین به گزارش دنیای معدن از روابط عمومی ایمیدرو، برنامه جامع هوشمند سازی صنایع و معادن که با همکاری نهادهای علمی و دانشگاهی و معاونت علمی ریاست جمهوری تهیه شده است، بر ۵ محور اصلی استوار است:
- توسعه مهارت های انسانی
- حکمرانی هوشمند
- سرمایه گذاری و مشوق های مالی
- نوآوری، فناوری و زیرساخت
- امنیت فراگیر
بحث هوشمندسازی و دیجیتالی شدن در همه مراحل کار از اکتشاف گرفته تا استخراج و فراوری مواد معدنی همچنین بحث توزین، تحلیل آمار، نگهداری و اطمینان از سلامت دستگاهها و بسیاری مباحث دیگر عملی است. همانطور که گفتیم فناوریهای مختلفی در این زمینه مورد استفاده قرار میگیرند، به عنوان مثال دورسنجی، استفاده از پهباد، هوشمصنوعی، اینترنت اشیاء (IOT) تنها برخی از این موارد هستند.
جذب شدن مدیران به سمت هوشمند سازی به جهت مزایا و فواید بیشمار آن است. طبق آمار، کشورهای معدنی دنیا با اجرای هوشمند سازی در سطوح مختلف صنعت و معدن، سالانه توانسته اند حدود ۱۰ درصد افزایش بهروهوری را تجربه کنند. این موفقیت مرهون تسریع مراحل، جلوگیری از خطاهای انسانی و همچنین جلوگیری از ضرر و زیان به منابع انسانی و منابع مالی میباشد که همه این دستاوردها توسط هوشمندسازی و اتوماسیون در اختیار مدیران قرار میگیرند.
برای قدم گذاشتن در راه هوشمند سازی با ما همراه باشید:
یکی از محصولات کنترل اعداد در جهت هوشمند سازی صنایع و معادن: