במאמר זה נסקור את תפקידה של הבינה המלאכותית במרחב התעשייתי. נושא הבינה המלאכותית (AI) ניצב בכותרות לאחרונה, ככל שהדור המתקדם ביותר של כלי AI מבוססי ענן מבטיח להציע קפיצה גדולה קדימה ביחס ליכולתן של מכונות. בכל הדיונים על הדרך שבה הבינה המלאכותית תשפיע עלינו, היו אך בודדים שדיברו על החומרה שתידרש למכונות אלו. ואולם, גם אם מכונות אלו יהפכו לרבות עוצמה, עדיין תידרש להן תשתית פיסית שתספק מתח ותקשורת. הצורך לחבר את הבינה המלאכותית לחומרה יתעצם באופן נרחב.
אחד השימושים המעניינים ביותר של הבינה המלאכותית יהיה במפעל, במקום שבו יש לה פוטנציאל לעשות שינוי של ממש בסביבה התעשייתית. ההרחבה של האינטרנט של הדברים (IoT) ליישומים תעשייתיים שכינסה את כל האלמנטים בתהליך הייצור יחד, כדי שיתפקדו כיישות יחידה, קיבלה זה מכבר את הכינוי ‘המפעל החכם’. על מנת לדמות איך פועל האינטרנט של הדברים בתחום התעשייתי (IIoT) חשוב להבין את המבנה שקיים בתוך מפעל חכם ואת השפעתו על תהליך הייצור.
מבנה המפעל החכם
במפעל המסורתי, כל האלמנטים של תהליך הייצור היו נפרדים, החל בקבלת חומרי גלם, דרך הייצור ועד שילוח סחורות שהושלמו. כל מכונה בקו הייצור הייתה נפרדת מהאחרות, והתהליך נוהל מלמעלה. המפעל היה מאורגן בדרך מסוימת, כדי להיות יעיל וממוקד במטרה אחת, אך לא גמיש דיו כדי שיוכל להתאים עצמו בקלות לשינויים.
המפעל החכם מספק את הגמישות שאותה מפעלים מסורתיים לא יכולים לספק. ה- IIoT מאפשר לכל מכונה לאסוף נתונים על הפעולות שלה והמצב שלה, כאשר לאחר מכן, נתונים אלו עוברים בשיתוף ברשת כולה. שיתוף מידע זה לא רק שהוא מאפשר ניהול יעיל של המפעל, הוא גם מאפשר זיהוי של כל בעיה פוטנציאלית, כך שאפשר יהיה לנקוט פעולה כדי למזער את ההפרעה.
הטופולוגיה או המבנה של מפעל חכם מהווה גורם חשוב בהצלחתו. הטופולוגיה מתוארת כסדרה של שכבות. הראשונה למעלה היא שכבת הארגון. בתוך שכבה זו נכללות כל המערכות שמנהלות ומבקרות את העסק, החל במכירות ושיווק ועד ללוגיסטיקה ותחזוקה. ברמה הזו מתבצע הניהול הכולל של הארגון.
מתחת לשכבת הארגון נמצאת שכבת השליטה. זו כוללת את המערכות שמקבלות את הדרישות משכבת הארגון וממירות אותן ללוחות זמנים של פעולות עבודה, מוודאות שחומרי הגלם במקום הנכון ושהמפעילים מוכנים.
בשכבה הנמוכה ביותר נמצאת שכבת ההתקנים. זוהי רצפת המפעל שבה כל המכונות מופעלות. במפעל מסורתי שלפני עידן ה- IIoT, כל המכונות האלו היו מבוקרות באופן מקומי. מפעילים מיומנים היו מוודאים שהתהליכים מנוהלים באופן חלק ובמעט אינטראקציות עם שאר הפעולות.
עם הופעתה של IIoT לראשונה, כל המכונות בשכבת ההתקנים הפכו מחוברות ומשתפות נתונים, הן ביניהן, זו עם זו, וגם עם השכבות העליונות של הארגון העסקי. לכן, מידע הופך לחומר גלם קריטי במפעל החכם, שמשותף בין כל שכבות המפעל.
אוטומציה תעשייתית ו-IIoT
לאוטומציה תעשייתית יש תפקיד אינטגרלי בקו הייצור המודרני. מהמנועים הפשוטים ועד לרובוטים המורכבים, תהליכי ייצור רבים משתמשים בטכנולוגיה המודרנית כדי להקטין את הצורך בקלט אנושי. במפעל החכם החדש הפך ציוד האוטומציה הזה לחשוב אף יותר.
בניגוד למפעלים מסורתיים, לדור המתקדם ביותר של ציוד אוטומציה תעשייתית יש תפקיד פעיל וחשוב בדרך שבה IIoT שינתה את הסביבה הייצרנית. מאחר ש- IIoT תלויה במשוב שמגיע מכל האלמנטים ברמת ההתקנים, ציוד האוטומציה התעשייתית צריך שיהיו לו חיישנים שינטרו את הביצועים שלו. המידע הזה הופך להיות מידע בשיתוף ברמת השליטה, כדי להבין את דרך הפעולה של המכונה.
לכך יש כמה יתרונות מנקודת מבטו של המשתמש. הראשון הוא ביכולת לנטר את הביצועים של קו הייצור כולו. אם אחת המכונות תפעל לאט יותר מהאחרות, אפשר להגדיר בקונפיגורציה את קו הייצור כך שיוכל לקבל שינויים. למעשה, לתקשורת דו-כיוונית עם ציוד אוטומציה יש השפעה מכרעת על גמישות הייצור, מפני שהיא מאפשרת למשתמש להגיב במהירות לשינויים הנדרשים.
ניטור הביצועים של מכונות בודדות מביא עימו גם יתרונות נוספים בהגיע המועד לביצוע עבודות תחזוקה בקו הייצור. עם טווח רחב של פרמטרים מתועדים, החל בטמפרטורה ועד צריכת אנרגיה, הנתונים הנאספים מספקים אזהרה מוקדמת לכל פעולת תחזוקה, שמועד הביצוע הנדרש שלה מתקרב. לדוגמה, עלייה ברעידות מנוע יכולה לרמז על הצורך בהחלפת מסבים, או עלייה בצריכת האנרגיה הנדרשת להפעלת מכונות יציקה יכולה לציין כשל באלמנט חימום כלשהו.
שיתוף המידע הזה במפעל חכם, הוא שהופך לחשוב כל כך מבחינת היצרנים. המפעל החכם יהיה מאופיין בגמישות משופרת וביכולת להגיב במהירות לשינויים נדרשים. ניתוח נתוני הביצועים מאפשר לשים יותר דגש על תחזוקה מונעת במטרה להקטין זמני השבתה. בנוסף, טכנולוגיית AI עומדת להשתמש בנתונים האלו, כדי להפוך את סביבת המפעל לאוטונומית באמת.
בחלק השני של סדרה זו, נחקור את הסביבה התעשייתית. נבדוק את הדרך שבה בתנאים קשים אלו לקוחות יכולים לחבר בינה מלאכותית במפעל החכם, ונחקור את הטכנולוגיה שחברת Samtec מפתחת, כגון COM-HPC, המיועדת ליישומים דורשניים שפועלים במהירות גבוהה במפעל העתידי.
חיבור בינה מלאכותית במפעל החכם – חלק 2
מאת דיוויד פייק [David Pike] – 13 ביוני 2023
בחלק הראשון של סדרה זו בחנו את הבינה המלאכותית (AI) ואת תפקידה במפעל החכם. ‘מפעל חכם’ הוא מתקן שמופעל על ידי האינטרנט של הדברים (IoT), אשר מאפשר למכונות לשתף מידע שנאסף באמצעות טווח רחב של מקורות. מתוך דרישות הלקוחות לתפקוד המכונות עצמן, האינטרנט של הדברים בתחום התעשייתי (IIoT) יוצר מפעל שהוא יעיל יותר וניתן יותר להתאמה, מפני שבינה מלאכותית היא המפתח.
תנאים קשיים
גם כאשר הבינה המלאכותית עוברת פרישה אל תוך הסביבה התעשייתית, חשוב לזכור שהמדובר במקום קשוח עבור טכנולוגיה מתקדמת. מפעלים יכולים להיות מקומות שמהווים בית לתנאים מסוכנים, לחומרים כימיים קשים ולתוצרי פסולת. אפילו תעשיות שפעולתן מותנית בסביבות סטריליות, כגון מגזרים שעוסקים בהכנת מזון ומוצרי תרופות, משתמשים במכונות שמפיקות חום ורעידות בזמן שהן פועלות.
תנאים תעשייתיים קשים אפשר למצוא לא רק במפעל
גם בתנאים המחמירים האלו, איסוף נתונים ממכונות הוא חיוני. המפעל החכם תלוי במשוב שמתקבל מהרכב החיישנים, שהם יהיו חלק מכל התקנה של IIoT, וכל אחד מהחיישנים האלו יהיה צריך הן אספקת חשמל כדי לפעול וגם חיבור לרשת, כדי שיוכל לשתף מידע. פירושו של דבר, שמספר החיבורים שיידרש במפעל יילך ויגדל.
נפח המידע שעובר ברחבי המפעל החכם גרם לעלייתם של פתרונות חדשים. עם הריבוי של כוננים, בקרים וחיישנים במפעל המודרני, משך הזמן הנדרש לשיתוף נתונים ולעיבודם, הפך להיות בעיה אמיתית. מחשוב קצה מציב את הבינה המלאכותית על רצפת המפעל וקרוב יותר לנקודה שבה היא נדרשת. כתוצאה מכך, הותקנו פריטי ציוד מתוחכמים על המכונות עצמן או סביבן, כדי ליצור את זמן ההמתנה הקצר ביותר. לפריטי ציוד אלו תידרש הגנה מפני תנאי מפעל קשים, גם כאשר הם מספקים דרכי תקשורת מאובטחות שפועלות במהירות גבוהה, שמאפשרות לו להשתלב ברשת.
הגידול במספר ההתקנים המהווים חלק מהרשת, בצד הפרישה של ציוד מחשוב מתוחכם ברצפת המפעל, הובילו לצורך במחברים, במספרים גדולים יותר בהרבה מאשר אי פעם בעבר. מחברים אלו אמורים להציע ביצועים מעולים, בין אם הם מספקים מתח לתהליכים צורכי אנרגיה, או הם מספקים תקשורת מהירה ומאובטחת לציוד אוטומציה חכם. בה בעת, מחברים אלו צריכים להיות עמידים ואטומים, כאלו שמסוגלים לעמוד בסביבות המחמירות שנמצאות ברצפת המפעל של היום.
המחברים צריכים להיות מתוכננים באופן כזה שיוכלו לספק איטום מפני חדירת מים וחדירה של מזהמים אחרים, והחומרים שמהם הם נוצרו צריכים לעמוד בפני החומרים הכימיים שיימצאו בסביבה. במקרה שהם אמורים להימצא באווירה מסוכנת, יש להבטיח שלא ייווצרו סביבם תנאים שמאפשרים התלקחות אש או פיצוץ.
מחברים עבור המפעל של מחר
באותו זמן, צריך שיהיה קל להרכיב את המחברים ולחבר בהם סיומות. צריך שתהיה אפשרות לחבר את מחברי הנתונים בממשק לרשתות מחשבים קיימות בעזרת שיטות מוכרות כגון RJ45 ו-USB, ובאופן פוטנציאלי אפילו להתחבר דרך סיבים אופטיים. לסיום, כמות החיבורים הדרושה למספר הגדול של חיישנים, התקני דחיפה ובקרות במפעל החכם משמעותה שהמחברים אמורים להיות קטנים וקומפקטיים.
חברת Samtec זיהתה את האתגרים העומדים בפני המתכננים ויצרה פורטל שמיועד למחברים עבור טכנולוגיית AI הפרושה בסביבות דורשניות אלו. כעת, המתכננים יכולים למצוא במקום אחד את המוצרים של Samtec, שהם מושלמים עבור ההתפתחויות המתקדמות ביותר בעולם של בינה מלאכותית. בהסתמך על ההכרה שהיא קיבלה כחברה שמספקת ביצועים גבוהים, Samtec פיתחה גם טווח של תוכניות שמבטיח שהמחברים מתוצרתה יוכלו לפעול בלא כל תקלות בזירה התעשייתית. החל ביוזמה לעריכת בדיקות לסביבות חמורות עד להרשאות לשימוש מתמשך, Samtec עוזרת באפשור ההתקדמויות האדירות בתהליכי עיבוד נתונים, שהם לב ליבו של המפעל החכם.
האינטרנט של הדברים בתחום התעשייתי מציב בפני הייצרנים הזדמנות אדירה לבצע התאמות לדרכי עבודה חדשות. שוק המפעלים החכמים גדל והולך, עם גידול של 10% בשנה, בעתיד הנראה לעין, לפי התחזית של Reuters. אימוץ הטכנולוגיה החדשה הזו יציג הן מפעלים חדשים לחלוטין שנבנים, וגם משתמשים קיימים שמתאימים את המתקנים שלהם, כדי לנצל את היתרונות שהיא תביא עימה. מחברים עומדים ליצור חלק חשוב בהפיכה זו. לא חשוב מה יהיו האפשרויות שהבינה המלאכותית תוכל לספק לנו, יש להקפיד שהמחברים אשר מהווים חלק חיוני מהתשתית שלה יהיו מוכנים לעמוד באתגר שמציבה הסביבה התעשייתית.
