About Industry 4.0

طرح تحقیقاتی:about Industry 4.0

چکیده

امروزه در دنیایی سرشار از رقابت در معاملات تجاری ، کارخانجات در رابطه با حجم داده های بالا با چالشی چون تصمیم گیری های آنی برای بهبود تولیداتشان روبروهستند.بسیاری از کارخانجات بزرگ آمادگی لازم برای رویایی با حجم داده ها ی بالا را که در نتیجه فقدان ابزار های تحلیلی هوشمند می باشد،را ندارد. آلمان بعنوان اولین کشور پیشرو در تغییر ماهیت مراکز صنعتی خود ،به سمت انقلاب صنعتی نسل چهارم یا همان industry 4.0 می باشد.کارخانجات آلمانی مجبوربه مقاومت درمقابل افزایش رقابت بین المللی برسرکیفیت محصولات وهزینه های تولیدبودند.همانطورکه هزینه های کارگران افزایش می یابد،بعضی از صنایع به خاطرتغییرمکان تولیدمحصولات به کشورهای درحال توسعه (بخاطرنیروی کار ارزانتر)دچارزیان شدید شده بودنددرنتیجه نیازبه مدیریتی داشتندکه بتواند به کیفیت وسودمندی نزدیک شود.کارخانجات صنعتی کشورآلمان محصولات سفارشی راتولید می کنند.ودرحداقل زمان ممکن به بازارتحویل می دهند.منافع حاصل ازاستراژی های نوظهورتولید مانندagile manufacturing,mass productionباعث شدکارخانه های صنعتی به شبکه های بهم پیوسته تعییرشکل بدهنددرنتیجه تجارب موفق درزمینه های کاری راباهم باشتراک بگذارند....

مقدمه

پدیده Industry 4.0 برای اولین باردرسال ۲۰۱۱در کشور آلمان بعنوان یک پروپوزال برای توسعه مفهوم جدیدسیاست های اقتصادی آلمانی بر أساس استراتژی هایی با تکنولوژی پیشرفته بنانهاده شد.مفهوم چهارمین انقلاب تکنولوژیکی که شامل سیستم های cyber-physical ،اینترنت اشیا ،اینترنت خدمات بر پایه ارتباط همیشگی از طریق اینترنت می باشد که اجازه ارتباط مداوم تراکنش وتبادل اطلاعات نه تنها از طریق مشتری با مشتری (C2C) و مشتری با ماشین (C2M) را میدهد بلکه ارتباط ماشین ها را باخودشان را نیز فراهم می آورد. (M2M)این ارتباط بین ماشین ها از طریق داده های جریانی بوسیله سنسور های وایرلس صورت گرفته و این داده هابه خدمات هوشمند و مراکز تولید محصولات جاییکه مقادیر بزرگی از داده ها در آنجا تحلیل میشود، ارسال می گردد.هدف این اتوماسیون این است که تک تک مشتریان بسمت افزایش سازگاری بامحصولات وخدماتی که ارزش افزوده ای را برای سازمان ها ومشتریان فراهم می آورد ،گرایش پیدا کنند. بوسیله کنترل مداوم زندگی افراد که خدمات ومحصولات شخصی شده رابصورت بلادرنگ استفاده میکنند نتیجه این بررسی وفاداری مشتری به محصولات و خدمات را نشان میدهدواگر این اعتماد بین مشتری وسازمان ایجاد شودبه رضایت مندی مشتری ختم میشود. درطول دوران انقلاب صنعتی Industry 4.0 تمامی مراحل و فرایندها بصورت کاملا اتوماتیک ودیجیتالی شده انجام می پذیردوازالکترونیک وفناوری اطلاعات درساخت کارخانجات وخدمات مرتبط با آن استفاده می شود.نتایج توسعه تکنولوژی هایی مثل چاپگرهای سه بعدی ،توسعه خدمات و فروش آنلاین مثل خدمات ماشین ،معاینات پزشکی از منزل، سفارش غذااز فروشگاه وارسال آن از فروشگاه به یخچال و...تاثیر عمیقی برکاروکاسبی های خردومتوسط خواهدداشت. سیستم های Cyber-Physical که باختصار (CPS) گفته میشوند ،بعنوان تکنولوژی های تغییرماهیتی برای اداره ومدیریت کردن سیستم های بهم پیوسته ،بین دارایی های فیزیکی وتوانایی های محاسباتی آن سیستم ها طراحی شده است.باپیشرفت های اخیرکه در نتیجه قابلیت دردسترس پذیری بیشتر وتوان مالی سنسورها حاصل شده ،سیستم های کسب داده ،شبکه های کامپیوتری و ماهیت رقابتی صنایع امروزی، کارخانجات بیشتری را به حرکت بسمت اجرایی شدن متدهایی با تکنولوژی های پیشرفته سوق داده است.درنتیجه رشد استفاده از سنسورهاوماشین های شبکه شده که درنتیجه تولید مستمرداده های حجیم که بعنوان Big Dataشناخته میشود،روی میدهد.

بررسی ادبیات موضوع

ساختارمعماری پنج سطحی 5C ساختارپیشنهادشده ۵لایه ای CPS که به معماری ۵لایه ای معروف است،راهنمای مرحله به مرحله برای توسعه ومستقر کردن یک CPS برای کاربرددر کارخانجات مورداستفاده قرارمی گیرد.بطور کلی یک CPSازدوقسمت اساسی تشکیل یافته است : ۱-اتصال پیشرفته که دریافت داده های بلادرنگ را ازدنیای فیزیکال وفیدبک داده هاازفضای سایبری رااطمینان می بخشد. ۲-مدیریت داده های هوشمند،توانایی محاسباتی وتحلیلی که فضای سایبری را تشکیل می دهد.

گرچه این چنین نیازمندی هایی بسیارخلاصه است وبرای اجرای هدف کلی مشخصا کافی نیست درعوض ساختار5C که در اینجا بطورواضحی رفتارمرحله به مرحله آنرابیان می کنیم که، چگونه یک CPS از اکتساب اولیه داده ها به تحلیل داده ها برای ایجادارزش نهایی می رسد.

سطح اول : اتصال هوشمند درمرحله نخست بدست آوردن اطلاعات دقیق وقابل اطمینان از ماشین هاواجزایشان

سطح دوم: مکالمه داده ها واطلاعات اطلاعات بامعنی از طریق داده هااستنباط میگردد.درحال حاضرچندین ابزارومتد برای سطح مکالمه داده ها واطلاعات وجوددارد.

سطح سوم :سایبر سطح سایبری بعنوان هاب مرکزی اطلاعات در معماری 5Cمی باشد.اطلاعات دریافت شده از ماشین هاوسنسورها به سمت ماشین های شبکه شده ارسال می گردد.

سطح چهارم :شناخت اجرای CPSدراین سطح دانش سیستم های نظارتی راتولید می کندارایه صحیح ازدانش کسب شده برای کاربران متخصص ازتصمیم درست گرفته شده حمایت میکند.

سطح پنجم : پیکره بندی سطح پیکره بندی ،فیدبکی از فضای سایبری به فضای فیزیکال میباشد.

درجدول زیرمفاهیم پایه ای Industry 4.0 را بررسی خواهیم کردبراساس این جدول پروژه های هوشمند،تکنولوژی ها وتجهیزات هوشمند طراحی میشوند،تکنولوژی هوشمند باعث ایجادتوسعه شهری واجتماعی میگردد.هدف از تکنولوژی کمک به جمع آوری وتحلیل داده هااز محیط انسانی برای طراحی یک اقتصادگردشی ،افزایش درآمد،هزینه کمتر سرمایه وبهبودخدمات میباشد. جدول مفاهیم اصلی Industry 4.0

بیان مفاهیم اصلی	توضیحات
کارخانجات هوشمند،آینده کارخانه ها	درآینده کارخانجات هوشمندتر،انعطاف پذیرتروپویاتر خواهندشد،باتجهیزکارخانه ها به سنسورهاوسیستم های مستقل
سیستم های جدیددرتوسعه محصولات وخدمات	محصولات وخدمات بصورت مجزاتوسعه می یابند.
ماشین های خودسازمان ده	درکارخانجات فرایندهادرتمامی مراحل زنجیره تامین وساخت تغییرخواهندکرد.
محصولات هوشمند	سنسورهاومیکروچیپ هااجازه برقراری ارتباط راازطریق اینترنت اشیابایکدیگروانسان فراهم می آورند
سیستم های تازه درتوزیع وخرید	فرایند خریدوتوزیع بطورفزاینده ای شخصی وانفرادی میشود.
سیستم های سایبر-فیزیکی	سیستم هایی که فرایندهای فیزیکی،شبکه ومحاسباتی رادریکدیگرتجمیع می کنند.
شهرهوشمند	شهرهوشمنددارای شش مولفه بایدباشد:اقتصادهوشمند،جابجایی هوشمند،محیط هوشمند،زندگی هوشمند،مردم هوشمندودولت هوشمند
قابلیت پایداری دیجیتال	کارایی وپایداری منابع بصورت افزاینده ای تمرکز بروی طراحی شهرهای هوشمندوکارخانجات هوشمنددارند.
سازگاری بانیاز انسان	کارخانجات وسیستم های خرده فروشی بسمت هرچه بیشتر برآورده شدن نیازهای انسان پیش میروند.

ازجمله مواردی که دربحث Industry 4.0به آن می پردازیم اینترنت اشیا میباشد که بطورخلاصه طبقه بندی کاربردهای اینترنت اشیارا به مواردزیرتقسیم میشود:

ساختارهوشمند:وسایل هوشمنددرراخل یک ساختمان گردهم آمده است وباعث افزایش انعطاف پذیری وکارایی میشود این ارزش افزوده باعث کاهش هزینه ها میگردد.

مراقبت پزشکی:سنسورهابربیماران نظارت داشته واطلاعات را برای پزشک ارسال میکنند.ضمنا تولیداتی مثل تی شرت هایی باقابلیت اندازه گیری کالری سوزانده شده هم نمونه ای از این موارد می باشد.

حمل ونقل وزنجیره تامین :اینترنت اشیا کارایی وراندمان زنجیره تامین رابوسیله گردآوری اطلاعات بروزوباجزییات کامل را بهبود می بخشد.

امنیت وحفظ حریم خصوصی:بعضی ازوسایل مرتبط بااینترنت اشیابی سیم بوده ودرشبکه های عمومی احتمال مزاحمت ودرمعرض کاربرغیرمجاز بودن افزایش یافته است که بارمز نگاری اطلاعات وانتقال ان به ابر این مورد نیز رعایت میگردد.

بدنه تحقیق

دریک محیط با سیستم سایبر-فیزیکال اداره ومدیریت دیتاهای بزرگ توسعه یافته واعمال فشار برای ارتباط ماشین ها با یکدیگربمنظوردستیابی به ماشین های باهوش،انعطاف پذیروخودسازگارصورت میگیرد،علاوه براین بایکپارچه سازی محصولات وخدمات وحمل ونقل باCPSدرصنایع امروزی،کارخانجات امروزی به شکل Industry 4.0 تغییر شکل میدهند. بعنوان مثال گزارش انستیتوفرانهوفروشرکت بیتکام اعلام کرده اند که ارزش ناخالص صنعت المان تاسال ۲۰۲۵بالغ بر۲۶۷بیلیون یورو بعد از معرفی Industry 4.0 خواهدشد. یک مقایسه مختصر بین کارخانجات امروزی وکارخانجات Industry 4.0مطابق جدول زیر است.

	منبع داده	کارخانجات امروزی	کارخانجات Industry 4.0
		مشخصات-تکنولوژی ها	مشخصات-تکنولوژی ها
اجزا	سنسور	دقت-سنسورهای هوشمندوتشخیص خطا	ماشین خود آگاه وخودپیش بینی کننده-کاهش نظارت وطول عمر مفید پیش بینی
ماشین	کنترلر	قابلیت تولیدواجرا-شرایط برپایه تشخیص ونظارت	ماشین خود آگاه وخودپیش بینی کننده وخود پیکره بند-نظارت بر صحت پیش بینی کنندگی
سیستم تولید	سیستم های شبکه شده	بهره وری وOEE -کاروکاهش تلفات	ماشین های خود پیکره بند وخودنگهداروسازمان ده-بهره وری بی دغدغه

درIndustry 4.0 سه مدل تجمیع وادغام داریم: ۱-تجمیع افقی:

هرشرکتی با سایرشرکت هارقابت وهمکاری می کندکه منجر به ایجاد یک اکوسیستم موثرمیشودوشرکت ها میتوانندبا یکدیگر اطلاعاتی از قبیل مواد مصرفی،اطلاعات مالی و.. راردوبدل نمایند. تجارت الکترونیکی مدل (O2O) بیان مدل جدیدی از تجارت است که از نمونه های تجمیع افقی میباشد.

۲-تجمیع عمودی:

یک کارخانه چندین زیرسیستم فیزیکی واطلاعاتی مثل سنسورها،کنترلرها،مدیریت تولیدوبرنامه ریزی شرکتی دارددر ترکیب عمودی سیستم های فرعی باحفظ سلسله مراتب داخل یک کارخانه بمنظورایجاد یک سیستم کارخانه ای انعطاف پذیروبا قابلیت پیکره بندی مجددقرار دارد.

۳-ادغام End-To-End Engineering :

ترکیب مهندسی فراگیراز کل زنجیره ارزش برای حمایت ازتولید سفارشی

شکل زیرساختارمختصری از کارخانجات هوشمند درIndustry 4.0 میباشد.

alt text

نتیجه گیری

باظهورتکنولوژی های اطلاعاتی مثل اینترنت اشیا،داده های بزرگ ومحاسبات ابری بهمراه تکنولوژی هوش مصنوعی ،ما معتقدیم که کارخانجات هوشمندIndustry 4.0 میتوانند اجرایی شوند.ماشین آلات ومحصولات هوشمندمیتوانندبایکدیگرانتقال اطلاعات نموده وسپس خودراازدوباره پیکره بندی نمایند. داده های بزرگ از طریق سیستم های هوشمند جمع آوری وسپس به ابر ازطریق Industrial Wireless Networkمنتقل میشود فیدبک به سیستم وهماهنگ شدن اجزاسیستم که براساس تحلیل داده های بزرگ بمنظورارتقاعملکرد سیستم رخ می دهدرافعال میکند.

درخت دانش وجدول دانش

alt text

alt text

مقالات ومراجع

1)Implementing Smart Factory of Industrie 4.0: An Outlook

http://dsn.sagepub.com/content/12/1/3159805.full

2)Service Innovation and Smart Analytics for Industry 4.0 and Big Data Environment

http://scholar.google.com/scholar_url?url=http%3A%2F%2Fwww.sciencedirect.com%2Fscience%2Farticle%2Fpii%2FS2212827114000857&hl=en&sa=T&oi=gga&ct=gga&cd=1&ei=chkBWLKiFtPljAGBlZfQCw&scisig=AAGBfm0hU_GyytIKMjcnbvXaneKOrLdS7Q&nossl=1&ws=1305x722

A Complex View of Industry 4.0(3

http://sgo.sagepub.com/content/6/2/2158244016653987.full-text.pdf+html

4)A cyber-physical systems architecture for industry 4.0-based manufacturing systems

http://scholar.google.com/scholar_url?url=https%3A%2F%2Fwww.researchgate.net%2Fprofile%2FJay_Lee10%2Fpublication%2F269709304_A_Cyber-Physical_Systems_architecture_for_Industry_4.0-based_manufacturing_systems%2Flinks%2F549486890cf20f487d2c4523.pdf&hl=en&sa=T&oi=gga&ct=gga&cd=0&ei=mBoBWPbzMpb_jAH-saD4BQ&scisig=AAGBfm2x-bYQqcA96orWRKLbNhsVsku42w&nossl=1&ws=1305x722