ماهنامه شماره 16 (آذر ماه 1395)
مقدمه
فرآیندهای تولید فیزیکی – مجازی، ماشینهای هوشمندی را فراهم کرده است تا سیستمهای تدارکات و تسهیلات تولید موجب ترکیب بیهمتایی برمبنای فنآوری اطلاعات و تولیدات شبکهای باشند. یکی از پروژههای دهگانه آیندهنگر که توسط دولت آلمان بهعنوان بخشی از برنامه استراتژیهای پیشرفته سال 2020 به جهت پیگیری اهداف مبتکرانه در یک بازه زمانی 10 تا 15 ساله برای رویارویی با انقلاب صنعتی چهارم هدفگذاری شده است، فرصتهای بزرگی را برای کشور آلمان به جهت تضمین نقش تکنولوژیکی و استمرار رهبری این کشور بهعنوان توسعهدهنده بازار مناسب برای انقلاب صنعتی چهارم به وجود میآورد. آلمان شرایط ایده آلی برای تبدیلشدن به یک رهبر جهانی در ارائه راهکارهای مبتکرانه، خلاقیت، تکنولوژی تولیدات اینترنت محور و ارائه خدمات مربوط به آن را داراست. رهبری تکنولوژیکی در زمینه تولیدات، خودکارسازی و سامانههای نهفته نرمافزار محور و همچنین شبکه صنعتی قدرتمند تاریخی آن، زیربنایی است برای موفقیتهای طولانیمدت آلمان در پروژههای مرتبط با انقلاب صنعتی چهارم. در ادامه مبحث انقلاب صنعتي چهارم همانطور كه اشاره شد اقدام به ترجمه نقشه راه ملي كشور آلمان بهعنوان يكي از كشورهاي پيشرو در اجراي برنامههای زيربنايي براي تحقق اين امر در سطح ملي و بینالمللی و بررسي مسير طي شده براي نيل به اين اهداف کردهایم تا با بهرهگیری از تجربيات اين كشور صنعتي و بومیسازی آن ما نیز به سندي براي حركت به همراه بزرگان صنعت دنيا براي حركت در مسير طي شده آنها دستیابیم. ترجمه حاضر با توجه به وسعت در نسخه اصلي به بخشهای مختلف تقسیمشده است كه به تفكيك به حضور شما خوانندگان محترم تقديم میگردد. لازم به ذكر است كه در بررسي مستند فوقالذکر با توجه به جديد بودن مبحث در كشورمان لازم ديدم به تشريح واژههای پركاربرد در اين مستند براي تنوير ذهن مخاطب عزيز بپردازم.
بهرهگیری از نسل جدیدی از سیستمهای دستیاران صنعتی در چرخه تولید با استفاده از واقعیتهای تکاملیافته و تعاملات چندحالتی با نیروی کار، به کارخانهها و خطوط تولید برای رویارویی با همین پیچیدگیهای محصولات حاصل از فنآوریهای فیزیکی- مجازی کمک کرده و با استفاده از قابلیتهای شبکههای اینترنتی و نیز اجتماعی شکلهای جدیدی از تشریکمساعی این نیروهای بالقوه را فعال خواهد کرد. تا زمانی که تولید محصولات بسیار شخصیسازیشده نظیر ماشینها و یا تجهیزات آشپزخانه با چرخه تأمین کوتاه در فرایند فروش تضمین شوند همین تولیدات همچون ستون فقرات اقتصاد آلمان نقش بازی خواهند کرد.
واژه | product | manufacture |
مفهوم | محصول | توليد |
اصطلاح | بخشي از فرايند توليد محصول |
تبديل مواد اوليه به محصول نهايي |
نقشآفرینان | نيروي انساني | نيروي انساني و ماشینآلات |
خروجي | كالا و خدمات | كالا |
واژه | Embeded system | Computer |
معنا و مفهوم | سامانه نهفته | رايانه |
تشريح | جزء كوچك حسگر | متشكل از چندين سامانه نهفته |
پيچيدگي | ساده | پيچيده |
انجام امور | فقط يك كار را انجام میدهد | كارهاي متنوعي انجام میدهد |
ورودي | فقط ورودیهای تعریفشده را میپذیرد | ورودیهای متنوعي را دريافت میکند |
خروجي | يك خروجي ساده به شكل يك چراغ و يا يك جريان الكتريكي ساده |
خروجیهای متنوع |
برنامههای كاربردي | فقط يك برنامه از قبل تعریفشده را میپذیرد | چندين برنامه را دريافت میکند |
نام برنامه | Firmware | Software |
واحدهای عملياتي | حسگرها، محاسبه و پردازش، تك خروجي |
ورودیها، محاسبه و منطق، خروجیها |
مثال | اندامهای مستقل بدن انسان | مجموعه كل بدن انسان |
سخن مؤلفین:
یکی از ده پروژه آیندهنگر شناساییشده توسط دولت آلمان بهعنوان بخشی از استراتژی برنامه عملیاتی تکنولوژیهای پیشرفته در سال 2020 (پروژه انقلاب صنعتی چهارم) فرصتی بسیار منحصربهفرد برای آلمان است تا خود را بهعنوان یک صنعت یکپارچه، رهبری و هدایت کند.
ما در سازمان تجارت و سرمایهگذاری آلمان، توسعه بخش تولید و نیز تولید هوشمند را بهعنوان بخشی از برنامه در دست اقدام کمپین بینالمللی تجارت، با عنوان «آلمان راهکارهای هوشمند کسبوکار» شناسایی و رصد کردهایم. بسیار خرسند و مشتاقیم تا حاصل اولین همکاریمان را تحت عنوان انقلاب صنعتی چهارم در این مقال به جهت کمک به حفظ و تداوم جایگاه صنعت آلمان بهعنوان رهبر تجاری و صنعتی در انقلاب صنعتی چهارم ارائه دهیم. ما همچنین از همکاری صمیمانه همکاران دانشمند و نیز شرکای تجاریمان که بدون کمک گرفتن از آنها دستیابی به این مستند ممکن نبود قدردانی میکنیم. ما هماکنون از شما دعوت به عمل میآوریم تا در طی این مسیر که باعث بازتولید مؤثری از محصولات خواهد شد به ما ملحق شوید. مسیری که در حال حاضر در حال گزار به سمت دوران صنعت متحد هستیم.
دکتر بنوبنسه
رئیس هیئتمدیره و مدیرعامل سازمان تجارت و سرمایهگذاری آلمان
پروژه انقلاب صنعتی چهارم ابتکار عملی است برای جهش و گرفتن نقش پیشتازی در فنآوری اطلاعات صنعتی که در حال حاضر در حال تکامل در بخشهای مختلف ازجمله در بخش مهندسی تولید است. جهتگیریهای این پروژه به آلمان برای باقی ماندن بهعنوان اقتصادی رقابتی و پرسود کمک خواهد کرد.
استفاده از فرآیندها و راهکارهای فیزیکی- مجازی موجب بهبود دسترسی به منابع تولید، بهرهوری و بازدهی شده و الگوهای رفتاری سازمانها و صنایع را بسیار منعطف خواهد نمود.
شرکتهای استفادهکننده از فنآوریهای فیزیکی- مجازی با استخدام و بهکارگیری بهترین نیروی کار منافع مشخص و معینی خواهند داشت و بهترین تعادل را در زندگی کاری و شخصی را تجربه خواهند کرد. کشور آلمان دارای استعدادها و پتانسیلهای بالقوه در جهت حفظ و توسعه جایگاه خویش بهعنوان رهبر تأمین و فروش در حوزه راهکارهای مبتنی بر انقلاب صنعتی چهارم و درنتیجه افزایش قدرت اقتصادی آلمان تشدید همکاریهای بینالمللی و خلق تجارتی مبتنی بر اینترنت است.
پروفسور هنینگ کاگرمان
مدیر سازمان آکاتک – آکادمی ملی علوم و مهندسی
انقلاب صنعتي چهارم
3-1 انقلاب صنعتی چهارم چیست؟
3-1-1 زمینههای تکنولوژیکی
3-1-2 آلمان؛ رهبر سامانههای نهفته
3-1-3 سیستمهای فیزیکی- مجازی
3-1-4 سیستمهای فیزیکی- مجازی و اینترنت چیزها، اطلاعات و شبکه خدمات
3-1 انقلاب صنعتی چهارم چیست؟
انقلاب صنعتی چهارم با ایجاد پیوند میان تکنولوژی تولیدات سامانههای نهفته و پروسه تولیدات هوشمند، راه را بهسوی عصر جدید تکنولوژی هموار میکند.
صنایع هوشمند چیست و واژه انقلاب صنعتی چهارم دقیقاً به چه معناست؟ انقلاب صنعتی چهارم یا صنایع هوشمند به دگرگونی تکنولوژیکی از سامانههای نهفته به سامانههای فیزیکی- مجازی اشاره میکند. به زبان سادهتر، انقلاب صنعتی چهارم نشاندهنده حرکت به سمت اینترنت چیزها، دادهها و شبکه خدمات است. ابتکار تمرکززدایی به ایجاد و خلق شبکهای از تولیدات هوشمند کمک میکند و مدیریت مستقل پروژههای تولید با ایجاد تعامل سازنده میان دنیای واقعی و دنیای مجازی موجب بروز جنبههای خارقالعادهای از پروسه ساخت و تولید میشود. در دنیای انقلاب صنعتی چهارم که نمونه چرخش از تولیدات متمرکز بهسوی تمرکززدایی است، پیشرفتهای تکنولوژیکی که روشهای سنتی مرسوم در تولید محصولات را دگرگون میکند، ممکن شده است. به عبارت سادهتر، این بدان معناست که خط تولید محصولات پیشرفته آینده تنها یک پردازنده سادهی محصولات در خط تولید نخواهند بود بلکه این محصولات با تمامی عناصر خط تولید در تماس هستند تا دقیقاً به آنها بگویند که چهکار کنند.
انقلاب صنعتی چهارم، تکنولوژی تولید سامانههای نهفته را با پردازش محصولات هوشمند درآمیخته است تا راهگشای دوره جدید تکنولوژیکی باشد که بهصورت شتابانی صنایع و زنجیره ارزش محصولات و مدلهای کسبوکار را دگرگون میکند.
3-1-1 زمینههای تکنولوژیکی؛ سامانههای نهفته و شبکهها
سامانههای نهفته و شبکههای جهانی همچون اینترنت، بانکهای اطلاعاتی و شبکه خدماتی بهعنوان موتور محرک این انقلاب شناساییشدهاند و هماکنون نیز نقش پررنگی در زندگی روزمره ما دارند.
هماکنون سامانههای نهفته در بیش از 98% از تمامی پروسههای پردازشگر در سراسر دنیا حضور دارند و در تنظیمکنندهها، کنترلکنندهها و نیز در تمامی فرآیندهای مرتبط با رصد قوانین و رخدادهای زندگی روزمره ما مؤثرند. به فرض مثال، آنها در سیستمهایی نظیر ترمزهای اتومبیل (ABS)، سیستمهای (EPS)، ارتباطات تلفنهای هوشمند و خدمات انتقال اطلاعات و از لوازمخانگی معمولی تا تجهیزات بسیار پیشرفته در کارخانهها حضورداشته و در حال فعالیت هستند.
سامانههای نهفته مراکز کنترل قدرتمند و هوشمندی هستند که در بسیاری از دستگاههای پیشرفته امروزی قرارگرفتهاند. آنها بهعنوان سامانههای نهفته پردازنده اطلاعات برای طیف وسیعی از دستگاههای کاربردی فعالیت میکنند و با بهرهگیری از مجموعهای از حسگرها و ابزارها بهصورت فزایندهای با یکدیگر و با دنیای مجازی اینترنت در تعامل هستند.
از انقلاب صنعتی اول تا انقلاب صنعتی چهارم:
با استفاده از منابع DFKI 2011
انقلاب صنعتی اول:
آشنایی با تسهیلات تولیدات مکانیکی با کمک نیروی بخارآب.
انقلاب صنعتی دوم:
رویارویی با تنوع محصولات و گستردگی محصولات و حجم انبوه تولیدات با کمک نیروی الکتریسیته.
انقلاب صنعتی سوم:
استفاده از الکترونیک و فناوری اطلاعات برای خودکارسازی خط تولید محصولات.
انقلاب صنعتی چهارم:
استفاده از سامانههای فیزیکی- مجازی.
3-1-2 آلمان رهبري استفاده از سامانههای نهفته:
آلمان كشوري پيشرو در زمينه رهبري بینالمللی در موضوع سامانههای نهفته و همچنين در زمينه ارائه راهكارها و نرمافزارهای ايمن سرمایهگذاری در کسبوکار است. جايگاه صنعت آلمان در زمينه فني و مهندسي و نيز در مورد تکنولوژیهای پيشرفته مرتبط با دنياي مجازي و سامانههای نهفته و راهكارهاي آنها همواره تضمینشده است و به آن میبالد.بازار سامانههای نهفته آلمان در حال حاضر سالانه 20 ميليارد يورو درآمد دارد و پیشبینیها حاكي از رشد آن به ميزان 40 ميليارد يورو در سال 2020 است. بخش كاربردي سامانههای نهفته بهتنهایی گردش مالي سالانهای در حدود 4 ميليارد يورو و باارزش افزودهای در حدود 15 ميليارد يورو رادار است و بازار سامانههای نهفته آلمان در حال حاضر در مكان سوم پس از آمريكا و ژاپن قرار دارد.
نقشه راه ملي سامانههای نهفته:
در سال 2009 گروهي متشكل از بيش از 40 تصمیمگیرنده از شرکتهای مهم، مؤسسات تحقيقاتي و نيز شركاي صنعتي مرتبط آلماني گردهم آمدند تا در خصوص ايجاد نقشه راه ملي سامانههای نهفته براي بهکارگیری فناوري سامانههای نهفته تبادلنظر كنند و كه مشاركت حاصل از بخشهای گوناگوني از صنعت شامل ساختوساز خودكار، فناوریهای خودكار سازي و تجهيزات مرتبط با کارخانهها و نيز صرف 2.5 ميليارد يورو در 6 تحقيق و در يك بازه زماني 10 ساله معين گرديدند.
3-1-3 سامانههای فيزيكي-مجازي:
سامانههای فيزيكي- مجازي فناوري را قادر میسازند تا دنياي فيزيكي و مجازي براي ساخت يك شبكه سالم جهاني به هم متصل شوند تا در اين بستر توليدات هوشمند باهم در ارتباط و در تعامل باشند. سامانههای فيزيكي – مجازي مرحلهای ديگر از سير تكاملي سامانههای نهفته موجود را ارائه میدهند تا با كمك اينترنت و دادهها و نيز شبکه خدمات در بستر اينترنت سامانههای نهفته نيز به تشكيل اين دنياي فيزيكي و مجازي ملحق شوند. براي تحقق انقلاب صنعتي چهارم، سامانههای فيزيكي – مجازي زيربنايي براي خلق تركيبي ميان اينترنت چيزها و شبکه خدمات فراهم آورده است. همين تکنولوژیهای پيشرفته و كاربردي خلاقانه تمامي مرزهاي ميان ما و نيز اينترنت و ارتباطات شخصي و تعاملات ما را درنوردیدهاند بهعنوان مثالهایی از سامانههای فيزيكي – مجازي شده در زندگی روزمره ما هستند.
تعامل ميان برنامههای كاربردي بر اساس سامانههای نهفته و رابط كاربران اختصاصي كه باهم در شبکهای ديجيتال ادغامشدهاند جهاني کاملاً جديد را خلق میکنند. تلفنهای همراه جديد و مدرن كه با چندين دوجين از برنامههای كاربردي و خدماتي بهخوبی از نمونههای پيشين جلو میافتند، مثالي واضح از اين ادغام میباشند. سامانههای فيزيكي – مجازي علاوه بر اینها نمونه متحولي از روشهای کسبوکار و نيز فروش را كه بهعنوان تحولي كاربردي ميان توسعهدهندگان خدمات و نيز زنجيره ارزشها میباشند ارائه میدهد. بهعنوان مثالي ديگر، بخش صنعت شامل صنايع خودكار، اقتصاد انرژي و نيز فناوري توليد محصول در اين زنجيره ارزش متحول خواهند شد. حرکتهای جهانیسازی، مدنيت، تغييرات جمعيت شناختي و تغييرات انرژي نيروهاي دگرگونکنندهای هستند براي حركت پرانگیزه به سمت معرفي راهكارهاي خلاقانه در اين جهان با تغييرات بسيار. فرایندهای فيزيكي- مجازي در آیندهای نزديك دست به ساخت تركيباتي خواهند زد كه حاصل آن ايجاد امنيت بيشتر براي انسانها، افزايش بهرهوری، راحتي و سلامت به سبكي است كه بشر تابهحال تجربه نكرده است و در اين دگرگونیها همين سامانههای فيزيكي – مجازي براي حل چالشهای اساسي امروزي همچون كاهش منابع طبيعي، توسعه پايدار و نيز تغييرات انرژي حاصل از افزايش بیمهابای جمعيت بهعنوان هسته مركزي به ايفاي نقش میپردازند.
سطح اول: سامانههای نهفته همانند ايربگ ها.
سطح دوم: سامانههای نهفته شبكه شده مثل هوانوردي خودكار.
سطح سوم: سامانههای فيزيكي-مجازي مثل شبكه تقاطعهای جادهای هوشمند.
سطح آرماني: اينترنت چيزها، دادهها و شبکه خدمات مثل شهرهای هوشمند.
3-1-4 سامانههای فيزيكي – مجازي و اينترنت چيزها، دادهها و شبکه خدمات:
«تحول سامانههای نهفته در اينترنت چيزها، دادهها و شبکه خدمات» نمايانگر تصوير و چشمانداز جهاني «اينترنت چيزها، دادهها و خدمات» در خلال توسعه و تحول سامانههای نهفته بهعنوان يكي از نتایج شبكه شدن از طريق اينترنت است. سامانههای نهفته بسته همانند ايربگ خودروها بهعنوان نقطه شروعي هستند براي مراحل بعدي كه در آن اين سامانهها باهم شبكه خواهند شد و در برنامههای پيشين نقشه راه ملي سامانههای نهفته در سال 2009 به آن پرداختهشده است. واحد سامانههای فيزيكي- مجازي شركت آكاتك تحقيقات گستردهای را به جهت ايجاد شبكه جهاني ميان سامانههای نهفته انجام داده است كه يكي از مثالهای آن شبكه كردن اين سامانهها براي استفاده در تقاطعهای جادهای و استفاده بهينه از اطلاعات ترافيكي است و در مراحل نهايي نيز بنابراین است تا با استفاده از اين سامانهها در خلال ايجاد اينترنت چيزها، دادهها و شبکه خدمات براي ايجاد ابر شهرهاي هوشمند بهره جست.
انقلاب صنعتي چهارم در بخش نرمافزارها به چه معناست:
EPR: برنامهریزی براي منابع سازماني و يا MES: سیستمهای توليد اجرايي، کدامیک مناسبترند؟
انقلاب صنعتي چهارم علاوه بر تمامي تحولات ایجادشده، در صنعت نرمافزاری آلمان نيز مباحث جدي را برانگیخته است، با اين عنوان كه کدامیک از دو روش مديريت توليد و برنامهریزی EPR يا MES براي دوران پيش رو مؤثر و كاربردي خواهند بود و کدامیک بهعنوان سيستم نرمافزاری غالب بر ديگري چيره خواهد شد؟ برخي از صاحبنظران بر اين باورند كه تطابق و ارتباط تنگاتنگ ميان سیستمهای EPR و نيز سامانههای فيزيكي – مجازي باعث انتخاب EPR بهعنوان نرمافزارهای پرکاربرد خواهد شد و در مقابل برخي ديگر نرمافزارهای MES را به دليل همخواني بيشتر با نيازهاي گسترده انقلاب صنعتي چهارم مفيد میدانند. انقلاب صنعتي چهارم به خاطر ايجاد تحولات شگرف در صنعت نرمافزارهای توليدي بخش صنعت مانع از رسيدن به جواب واضحي براي اين پرسشهاست؛ اما آنچه به واقعيت نزدیکتر مینماید آن است كه به علت وجود ساختارهای سنتي در هردو سيستم نرمافزاری EPR و MES، به نظر میرسد هردو بهعنوان نيازي ضروري باقي خواهند ماند و بعيد به نظر میرسد وجود يكي بتواند بهتنهایی نياز به ديگري را برطرف سازد. سناريوي بيشتر محتمل همگرايي هر دو سيستم و از ميان رفتن تدريجي خط تمايز ميان فناوري اطلاعات و نيز فناوري اطلاعات توليد است. اين سناريو با ذات ادغام ميان بخشي با مراحل مختلف چرخه توليد پیشبینیشده در انقلاب صنعتي چهارم همچون ايده پردازي، توسعه، توليد و نيز خدمات، بسيار منطبق است. البته اين بدان معناست كه سیستمهای نرمافزاری نيز نياز به دگرگونیهای گسترده دارند تا نيازهاي انقلاب صنعتي چهارم را مرتفع ساخته و براي حل چالشهای پيش رو انقلاب صنعتي چهارم همچون بههمپیوستگی دادههای گوناگون حاصل از ايجاد شبکههای مجازي، برنامههای آموزشي كاربردي و درزمینه مديريت احجام بسيار بزرگ و پيچيده اطاعات چارهاندیشی كنند. ازاینروی فناوري اطلاعات بهعنوان موتور خلاق براي تمامي نیازمندیهای مرتبط با اينترنت آينده شناختهشده است.
نتيجه گيري
در جهانی که در آن دستگاههای هوشمندی مبتنی بر فنآوری اطلاعات فرآیندها و شبکههای رایانهای تولیدات هوشمند به امری عادی بدل میگردد، فرآیندهایی که همگی قادرند بهصورت غیر وابسته به تغییر و پاسخگویی به اطلاعات بپردازند و از آن در جهت مدیریت بهتر فرایندهای تولید صنعتی بهره میبرند. شرایطی که انقلاب صنعتی چهارم را محقق میسازد منحصراً در اختیار آلمانهاست و به جرات میتوان گفت که هیچ جای دیگری در دنیا دارای شرایط لازم برای تحقق اهداف انقلاب صنعتی چهارم نیست. دنیای صنعتی تمرکززدایی خودکار تولیدات آنی، دو دستاورد اساسی برای انقلاب صنعتی در آلمان به دنبال دارد: اول اینکه کشور آلمان نقش خود را بهعنوان یکی از کشورهای رقابتی و تولیدات نوآورانه بخش صنعت تداوم میبخشد و از دیگر روی رهبری تکنولوژیکی در تولیدات صنعتی و توسعه آن را به دست میآورد. جایگاه آلمان بهعنوان رهبر فنآوری سامانههای نهفته که برای توانمندسازی سیستمهای فیزیکی- مجازی متولد شد است و نیز باعث ادغام دنیای مجازی دیجیتال با دنیای واقعی شده است، بسیار ممتاز است. آنچه به روشني در خصوص حركت اين قدرت صنعتي به سمت دنياي پيش رو مشخص است آن است كه نگاه بلند مدت براي مطالعه و برنامه ريزي در خصوص نيل به اهداف اصلي كشور آلمان براي ورود به اين عرصه جديد از جايگاه ممتازي نزد سياستگذران صنعتي اين كشور برخوردار است. تاكيد گردآوران اين مستند به حفظ و استمرار نقش رهبري آلمان براي سامانه هاي نهفته حداقل در اروپا سوالات گوناگوني در ذهن پديد مي آورد كه در بخش هاي آينده به آن پاسخ خواهيم داد.