מהו מפעל חכם?

מפעלים מודרניים הם דבר מורכב למדי ולעיתים מורכב מאוד. מורכבות זו מציבה אתגרים רבים, אשר עם השנים התפתחו בשבילם פתרונות המסייעים לממש את מטרות המפעל באופן היעיל ביותר, בתוך צמצום צריכת משאבים, סיכוני בטיחות, תקריות אבטחה וכמובן שיבושים לפעילות השוטפת. מדובר בהשתכללות הדרגתית של טכנולוגיות, לצד אימוץ הדרגתי שלהן במפעלים. אף על פי שאין נקודה אחת שממנה הדברים השתנו דרמטית, אפשר לומר שאנחנו נמצאים היום במצב של “מפעל חכם”. מה הכוונה במפעל חכם וכיצד הוא פועל? במאמר זה תמצאו תשובות לשאלות אלה ועוד.

 

כיצד פועל המפעל החכם?

תעשייה 4.0 ((Industry 4.0 הוא כינוי נפוץ לשלב שבו אנחנו נמצאים היום בטכנולוגיה תעשייתית. שלב זה ידוע כמהפכה התעשייתית הרביעית. לכן, אם רוצים לדעת את הקונטקסט ההיסטורי של הדברים, כדאי להבין במה מדובר ומה היה קודם: השימוש הרחב במנועי קיטור בתעשייה נחשב למהפכה התעשייתית הראשונה והוא אכן הביא לתמורות נרחבות ודרמטיות למדי. המהפכה התעשייתית השנייה מתוארת כשלב שבו התחילו להשתמש באופן נרחב במנועים חשמליים ובייצור המוני. באמצע המאה העשרים כבר הגענו למה שמכונה “המהפכה התעשייתית השלישית” (תעשייה 3.0). כאן ראינו מחשוב ואלקטרוניקה משתלבים בתהליכי הייצור, כולל הרכיב החשוב מאוד המכונה בקר מתוכנת. לבסוף, הגענו היום לשלב של מהפכה רביעית, תעשייה 4.0, ואם תרצו – “מפעל חכם”. כמו תמיד, המטרות הן מטרות קלאסיות, כגון השגת יעילות מרבית במפעל. אך כעת אפשר להשיג אותן באופן מתקדם יותר, בשיטות שבעבר אפילו לא חלמו עליהן.

 

אפשר לומר שמפעל מודרני יכול להיות נשלט ומבוקר באופן יסודי מתמיד. ההנהלה מקבלת מבט כולל על הכול – תהליכי עבודה, מכונות, מידע ממקורות שונים במפעל ועוד. המידע הרב והשליטה המרכזית והיסודית, מאפשרים לבצע ניתוחי עומק של המתרחש, להגיע להבנה טובה יותר של מצב המפעל ותפקודו, להסיק מסקנות היטב ולקדם שיפור מתמיד. דוגמה ממחישה לכך מספקת היכולת לצפות לעתיד, בתוך תחזיות באשר למלאים, לכשלים צפויים ועוד. כך אפשר לארגן מראש את שרשרת האספקה או את תהליכים של תחזוקה מונעת באופן אופטימאלי.

 

מהן הטכנולוגיות שבשימוש במפעל החכם?

טכנולוגיות לייצור הן נושא רחב מאוד, אך במפעל “חכם” סביר שנראה בכל מקרה יישום של הטכנולוגיות האלה:

· רובוטיקה ואוטומציה – האוטומציה כפי שהיא מתבטאת בקווי ייצור ואף ברובוטים, היא היבט מרכזי מאוד במפעלים המודרניים. עם הזמן, אפשר לבצע היטב ובעלות סבירה יותר ויותר פעילויות הקשורות ברובוטיקה ואוטומציה באמצעות מכונות כאלה ואחרות, כולל שילוב אוטומציה.

· עיבוד מידע מתקדם – עיבוד מתוחכם של כמויות מידע גדולות מאוד, כולל בזמן אמת. אחד ההיבטים של יכולות אלה הוא מה שנקרא “ביג דאטה”. מונח זה מתייחס למידע בכמויות (Volume) גדולות מאוד, אשר נוצר בקצב (Velocity) גבוה ושהוא מידע מסוגים מאוד מגוונים (Variety). אופני העיבוד כוללים יכולות מתקדמות מאוד מעולם המחשוב המודרני, כגון בינה מלאכותית ולמידת מכונה.

· תקשורת מתקדמת – התקשורת היא נושא טכני חיוני היום במפעלים והיא חייבת להיות זמינה, מהירה מספיק, יציבה ואמינה וגם מאובטחת. משיגים זאת באמצעות פתרונות תקשורת קווית ואלחוטית מהסוגים המתקדמים ביותר. למשל רשתות דור 5 מקומיות אשר מאפשרות תקשורת מהירה מאוד בין מכונות.

· IoT – כדי להשיג מפעל יעיל, חיונית בקרה נרחבת, מדויקת ואמינה. היבט זה מתבטא בשימוש מתקדם בחיישנים במסגרת מה שמכונה “האינטרנט של הדברים”.

· סימולציות מתקדמות – יכולת לבצע סימולציות איכותיות של פעילות מכונות, פסי ייצור ואפילו מפעל שלם. בין השאר, מדובר בהקשר זה על “תאומים דיגיטליים” של מכונות – ייצוג ממוחשב שלהן לצורך סימולציות כאלה, אשר מאפשר לדמות מצבים שונים שעשויים להתרחש בעתיד, לנתח את השפעותיהם האפשריות ולהיערך בהתאם לכך מראש.

· in-memory databases – שימוש בבסיסי נתונים אשר מאחסנים מידע בזיכרון מהיר, במקום בדיסקים קשיחים. תודות לכך אפשר לעבוד עם מידע זה במהירות מרבית.

 

האם המפעל החכם עתיד להחליף את הכוח האנושי?

ללא ספק המכונות והאוטומציה מאפשרים היום לעשות יותר ובפחות כוח אדם. אך האם הם יחליפו בהדרגה את כל העובדים? אולי את רובם? בעקבות הטמעת אוטומציה תעשייתית בקווי ייצור, לצד שילוב טכנולוגיות מתקדמות נוספות, מתחוללות תמורות גדולות גם בנושא כוח האדם בתעשייה. החלפה של עובדים אנושיים בידי מכונות היא אכן השלכה בסיסית ובולטת של השינויים הטכנולוגיים. ראינו זאת לאורך ההיסטוריה של התעשייה המודרנית שוב ושוב. אך לא מדובר בהחלפה פשוטה ותו לא. בפועל, הטכנולוגיות החדשות לא מופיעות בשטח בעצמן ולא פועלות באופן עצמאי לגמרי, אלא דורשות עובדים מומחים. אם ניקח למשל כדוגמה מתוחכמת במיוחד רובוט תעשייתי – הפיתוח שלו דורש עבודה רבה של מקצוענים מכמה תחומים. ייצור הרובוט עצמו מערב עוד לא מעט אנשים. שיווק, מכירה ושינוע של מוצרים אלה למפעלים, גם הוא דורש כוח אדם. לאחר מכן, שילוב הרובוטים במפעלים כרוך בייעוץ ובסיוע בהטמעה. גם התפקוד השוטף של הרובוט עשוי לדרוש התערבות אנושית לא מעטה.

 

כיצד המפעל ישפיע על חווית עובדי הייצור?

התקדמות הטכנולוגית משנה ועוד תוסיף לשנות, גם את האופן שבו עובדי ייצור עובדים. מחשוב ואוטומציה מצמצמים את העבודה הידנית. כמו כן, הדבר עשוי להתבטא באמצעי המחשוב שאיתם עובדים אשר משתנים בהתמדה. ניירת ועטים למשל הוחלפו בלפטופים, אשר הוחלפו בהמשך לעיתים בטאבלטים. במבט לעתיד, מדובר בטכנולוגיות כגון מציאות מורחבת, להרחבת אפשרויות העבודה במפעלים מתקדמים.

 

מה החשיבות של שימוש במחשוב הקצה במפעל?

מחשוב קצה (edge computing) הוא גישה מיוחדת של ארגון מערכות המחשוב. הרעיון המרכזי במחשוב קצה, הוא לעבד מידע קרוב למקור המידע, במקום לשלוח אותו לעיבוד בשרתים מרוחקים (כולל שרתים “בענן”). כך משיגים שורת תועלות חשובות, שבהן שיפור מהירות העיבוד וצמצום סיכוני אבטחה. אם מובן לכם מה זה CAD, יהיה לכם פשוט יחסית להבין את המונח שקרוב לו – Computer Aided Manufacturing. באמצעות טכנולוגיית CAM אפשר לשלוט ישירות על מכונות עיבוד שבבי ו-CNC. טכנולוגיית edge computing מאפשרת להשלים זאת בדרכים שונות, כגון קליטת נתונים ממכונות CNC וניטור מצבן בזמן אמת. כך אפשר לנתח מידע זה במהירות ולהגיב במהירות המרבית, למשל למצבי חירום.

 

האם אפשר לקיים מעקב מרחוק במפעל החכם?

הטכנולוגיה מאפשרת היום “להימצא” במקום מסוים מרחוק, בצורה ראליסטית ויעילה מאוד. עובד יכול למשל ללבוש מצלמה זעירה על הקסדה או במקום אחר, באופן המשדר את מה שהוא רואה לגורם מרוחק המסייע לו. זה עשוי להיות למשל איש תמיכה של יצרן של מכונה חדשה, אשר הותקנה לאחרונה במפעל. העובד יוכל כמובן לדבר עם התומך המרוחק בזמן אמת. אבל אפשר להשיג הרבה יותר מכך – אם רוצים שהתומך יוכל להראות לעובד דברים שונים כאילו הוא היה נוכח במקום, אפשר לעשות זאת באמצעות טכנולוגיות כגון מציאות רבודה (Augmented Reality או AR). אם העובד משתמש במשקפיים מתאימות, הוא יוכל לראות דרכן את הסביבה שבה הוא עובד וגם מידע נוסף, אשר ישולב בתמונה באופן ממוחשב. מידע זה עשוי לכלול למשל, הצבעה של התומך על נקודות מסוימות במכונה.

 

מהם היתרונות הקיימים במפעל החכם?

הקמת מפעל בגישה זו עשויה לספק בעיקר את התועלות האלה:

· יעילות כללית גבוהה יותר – שיפור יעילות המפעל בכל היבט שחשוב לכם. הדבר מתבטא כמובן גם בקצב ובהיקף הייצור. אם כי תמיד יש גבול מסוים מבחינת היכולת לשפר.

· אופטימיזציה של תהליכי עבודה – היעילות מושגת בין השאר תודות ליכולת לנתח לעומק תהליכי עבודה ולשפר אותם. למשל מההיבט של זיהוי צווארי בקבוק.

· אופטימיזציה של שרשרת האספקה – כל מה שמתרחש מסביב לייצור עצמו נהנה גם כן מהשכלול הטכני של “המפעל החכם”. הטיפול בחומרי הגלם ובשרשרת האספקה בכלל יגיע תודות לכך לתפקוד מיטבי.

· שיפור האיכות – “מפעל חכם” מאפשר להביא גם את תהליכי בקרת האיכות לרמה אופטימלית.

· גמישות מרבית – בהתאם לשינויים בדרישות מהמוצרים ולשינויים אשר נדרשים מסיבות נוספות.

· שיפורי בטיחות – ככל שיש פחות עבודה פיזית ישירה של עובדים עם מכונות מסוכנות, כך מצטמצם היקף התאונות. בתחום הרובוטיקה יש גם שימוש בקובוטים, שהם רובוטים שנועדו לעבוד בצורה בטוחה בקרבת בני אדם.

· שיפור אנרגטי – הטכנולוגיה המתקדמת עשויה לסייע גם בצמצום צריכת האנרגייה של המפעל כולו ובכך בצמצום עלויות התפעול השוטפות.

 

מהם האתגרים הקיימים בהקמת המפעל?

אם מעוניינים להקים מפעל מודרני באמת, יש לתת מענה לשורה של אתגרים חשובים:

· התכנון מורכב יותר – כולל הצורך שעולה לעיתים לפתור אתגרי תאימות מול ציוד ישן. עבודה עם שירות תכנון מכונות איכותי, תסייע לכם להתגבר על כך.

· השקעה ראשונית יותר גבוהה – הצטיידות ראשונית במכונות וציוד מחשוב אינה זולה. מצד אחד, אלה מוצרים אשר עוברים בהדרגה תהליכי הוזלה, כמו כל מוצר בשוק תחרותי. מצד שני, טבע הדברים הוא כזה שיש גבול כמה אפשר להוזיל אותם. מה גם שרף התחכום עולה בהדרגה והמוצרים מקבלים יכולות חדשות ונוספות, דבר אשר מוסיף לעלות ייצורם ולמחירם. השקעה ראשונית ב”מפעל חכם” גם דורשת יותר מומחיות והסתייעות בשירותי ייעוץ.

· מורכבות גבוהה יותר של התשתיות הטכנולוגיות – מכאן גם נובע צורך בתמיכה מקצועית יותר. כמו כן, שינוי או תיקון תשתיות אלה עשוי להיות יותר יקר.

· סיכוני אבטחה – כל תוספת מחשוב היא גם תוספת פוטנציאלית של נקודות תורפה. רואים זאת למשל במערכות בקרה תעשייתיות מסוג SCADA, שהן מטרה בולטת בשנים האחרונות למתקפות מרחוק. אופני התקיפה עשויים להיות מגוונים. מפעל עשוי להיות למשל מטרה להתקפת סוחטה, שבה יאיימו לשבש את פעילותו באופן שגורם להפסדים, אם לא ישלם לתוקפים כופר. תסריט שונה מהותית אך עדיין מסוכן, עשוי להיות ריגול שקט מרחוק אחר המתרחש במערכות המחשוב של המפעל.

 

לסיכום

הטכנולוגיות והתפיסות השונות שציינו עד כאן, נמצאות בפיתוח מואץ בשנים האחרונות. סביר שעוד נראה אותן ונוספות, ומוסיפות לקדם את המפעלים המודרניים בארץ ובעולם.