بالنقر فوق “قبول جميع ملفات تعريف الارتباط”، فإنك توافق على تخزين ملفات تعريف الارتباط على جهازك لتحسين التنقل في الموقع وتحليل استخدام الموقع والمساعدة في جهودنا التسويقية. مزيد من المعلومات
إعدادات ملفات تعريف الارتباط
بالنقر فوق “قبول جميع ملفات تعريف الارتباط”، فإنك توافق على تخزين ملفات تعريف الارتباط على جهازك لتحسين التنقل في الموقع وتحليل استخدام الموقع والمساعدة في جهودنا التسويقية. مزيد من المعلومات
غالبًا ما تنطوي الوظائف الصناعية على القيام بنفس المهام البدنية مرارًا وتكرارًا، مثل رفع وتجميع الأجزاء الثقيلة. يمكن أن تكون هذه الأنواع من المهام اليدوية محفوفة بالمخاطر. في عام 2023، تم الإبلاغ عن 5283 إصابة عمل مميتة في الولايات المتحدة وحدها.
ومع ذلك، مع الاستخدام المتزايد للروبوتات الصناعية الذكية والتقنيات مثل الذكاء الاصطناعي (AI) و الرؤية الحاسوبية، يتم الآن التعامل مع العديد من هذه المهام عالية الخطورة بواسطة الآلات. أصبحت الروبوتات في التصنيع قادرة الآن على رفع المواد الثقيلة وفحص المعدات بحثًا عن المشكلات والعمل جنبًا إلى جنب مع الأشخاص لتحسين السلامة والكفاءة في أرضية المصنع.
في هذه المقالة، سنلقي نظرة على كيف تقوم الروبوتات الصناعية بتغيير طريقة عمل المصانع والمساعدة في خلق أماكن عمل أكثر أمانًا وإنتاجية. هيا بنا نبدأ!
ما هي الروبوتات الصناعية؟
الروبوتات الصناعية هي آلات ذكية مصممة خصيصًا للمساعدة في مهام التصنيع. على وجه الخصوص، عادةً ما يتم بناء الروبوتات في التصنيع إما لرفع مكونات المنتجات الثقيلة، مثل أجزاء السيارات أو الطائرات، أو للتعامل مع المهام الصغيرة والمفصلة بسرعة كبيرة، مثل تجميع الدوائر الإلكترونية أو تغليف المنتجات.
على عكس الروبوتات الشبيهة بالبشر التي غالبًا ما نراها في أفلام الخيال العلمي مثل The Terminator أو I, Robot، فإن الروبوتات الصناعية تكون بشكل عام ثابتة ومبنية بذراع روبوتية واحدة. عادةً، يمكن أن تتحرك هذه الذراع الروبوتية في عدة اتجاهات ويتم برمجتها لوظائف مختلفة في التصنيع، مثل اللحام أو التجميع أو نقل المواد.
تتفوق الروبوتات الصناعية بشكل خاص في أداء الأعمال المتكررة بسرعة ودقة دون الحاجة إلى فترات راحة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في المصانع والمستودعات. ونتيجة لذلك، يتم استخدام أكثر من 4 ملايين روبوت في المصانع على مستوى العالم.
أنواع الروبوتات الصناعية
أصبحت الروبوتات في المصانع أكثر شيوعًا وتتولى مجموعة واسعة من المهام. فيما يلي بعض الأنواع المختلفة من الروبوتات الصناعية وكيفية استخدامها لجعل العمل في المصنع أكثر كفاءة وأمانًا:
الروبوتات الديكارتية: تُعرف أيضًا باسم الروبوتات الجسرية، تتحرك هذه الروبوتات على طول خطوط مستقيمة باستخدام ثلاثة مفاصل منزلقة على طول المحاور X و Y و Z. يسمح تصميمها البسيط بدقة عالية، مما يجعلها مثالية لمهام التصنيع والأتمتة.
الروبوتات المفصلية: تحاكي هذه الروبوتات ذات الذراع المفصلية حركة ذراع الإنسان باستخدام مفاصل دوارة متعددة. إنها توفر المرونة ونطاقًا واسعًا من الحركة وتستخدم بشكل شائع في التجميع والطلاء والتعبئة والتغليف.
روبوتات دلتا: تتميز روبوتات دلتا بثلاثة أذرع خفيفة الوزن متصلة بقاعدة مثلثة، وهي مصممة للسرعة وخفة الحركة. إنها مناسبة تمامًا لعمليات الالتقاط والوضع عالية السرعة، خاصة في صناعة التعبئة والتغليف.
الروبوتات القطبية: من بين الأنواع الأولى من الروبوتات الصناعية، تستخدم الروبوتات القطبية مزيجًا من المفاصل الدورانية والخطية لتوفير نطاق حركة كروي. وهي مفيدة للمهام التي تتطلب وصولاً واسعًا ومتعدد الاتجاهات.
روبوتات SCARA: اختصار لعبارة Short for Selective Compliance Assembly Robot Arm، تستخدم روبوتات SCARA مفصلين دوارين ومفصلًا خطيًا واحدًا. إنها مثالية للمهام التي تتطلب حركات أفقية ورأسية سريعة ودقيقة، مثل تجميع الإلكترونيات وتجهيز الأطعمة.
تاريخ الروبوتات في التصنيع
قبل أن نتعمق في أمثلة محددة لكيفية إحداث الروبوتات الصناعية فرقًا، دعنا نلقي نظرة على تطور الروبوتات في التصنيع ونكتسب فهمًا أفضل لكيفية تغير الروبوتات الصناعية على مر السنين:
التصنيع المبكر (عصر ما قبل الروبوتات): قبل الروبوتات، اعتمد التصنيع بالكامل على العمل اليدوي والأدوات الأساسية. أدخلت الثورة الصناعية الطاقة البخارية والآلات وخطوط التجميع، مما عزز الإنتاجية ولكنه ترك العديد من المهام متكررة أو خطرة أو كثيفة العمالة.
إدخال الروبوتات الصناعية (الخمسينيات - الثمانينيات): في عام 1954، اخترع جورج ديفول Unimate، أول روبوت قابل للبرمجة. بحلول عام 1961، نشرت شركة جنرال موتورز هذا الروبوت لصب القوالب واللحام، وأصبح أول روبوت صناعي قيد الاستخدام. شكل هذا تحولًا كبيرًا، حيث أدى إلى أتمتة المهام الخطرة والمتكررة، خاصة في صناعة السيارات.
التوسع والتحسين (تسعينيات القرن العشرين - العقد الأول من القرن الحادي والعشرين): أصبحت الروبوتات أسرع وأكثر دقة وبأسعار معقولة. توسع استخدامها ليشمل صناعات مثل الإلكترونيات والأدوية وتجهيز الأغذية. أتاحت الأتمتة المرنة للروبوتات التعامل مع مهام متعددة بأقل قدر من إعادة البرمجة.
ظهور الروبوتات التعاونية (منذ عام 2010 حتى الآن): ظهرت الروبوتات التعاونية، أو الكوبوتات، للعمل بأمان جنبًا إلى جنب مع البشر. بفضل المستشعرات المدمجة والذكاء الاصطناعي و أنظمة الكاميرات، يمكنها التكيف مع بيئتها والمساعدة في المهام المعقدة أو الدقيقة.
بالنظر إلى المستقبل، من المحتمل أن تصبح الروبوتات الصناعية أكثر ذكاءً وقدرة على التكيف. يعمل الباحثون والمهندسون بنشاط على تطوير تقنيات تمكن الروبوتات من التعلم والتكيف مع المواقف الجديدة والتعاون بشكل أوثق مع الأشخاص بطرق داعمة وديناميكية.
أمثلة على الروبوتات الصناعية
بعد ذلك، سنستكشف أمثلة واقعية للروبوتات في التصنيع وكيف يتم استخدامها في أرضية المصنع.
الروبوتات الصناعية في صناعة الطائرات
تتضمن صناعة الطائرات عمليات معقدة وحساسة، خاصة بالنسبة للطائرات الكبيرة مثل بوينج 777. على سبيل المثال، يتطلب تجميع طائرة 777 واحدة أكثر من 60,000 مسمار برشام. تقليديًا، تضمنت هذه المهمة عاملين: أحدهما لتشغيل مسدس البرشام والآخر لحمل قضيب فولاذي خلف اللوحة لتأمين المثبت.
يمكن أن تكون هذه الأنواع من المهام متطلبة بدنيًا وتؤدي إلى إصابات في الذراعين والظهر والكتفين. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر الدقة بالغة الأهمية في صناعة الطائرات، ولا يوجد مجال كبير للخطأ.
لتحسين مثل هذه العمليات، اعتمدت Boeing الروبوتات الصناعية. في مصنع 777 التابع لها في إيفريت، واشنطن، قدمت الشركة نظام البناء الآلي للجزء العلوي من جسم الطائرة (FAUB)، وهي عملية تجميع روبوتية مصممة لأتمتة حفر وتثبيت أقسام جسم الطائرة.
الشكل 2. روبوتات FAUB تعمل على جسم طائرة بوينج. (المصدر)
بمجرد برمجتها، يمكن لهذه الروبوتات حفر عشرات الآلاف من الثقوب المثالية للمسامير. على عكس الإعداد الأقدم مع الحفارات الثابتة، فإن روبوتات FAUB متحركة ويمكنها التحرك على طول خطوط التجميع على مركبات موجهة. بعد أن يقوم العمال بوضع ألواح جسم الطائرة، تتولى الروبوتات الحفر والتثبيت، مما يزيد من السرعة والدقة. يتماشى هذا النهج مع التطورات الأخيرة في صناعة الروبوتات، التي تواصل الدفع نحو حلول أكثر ذكاءً وأمانًا وكفاءة في التصنيع.
تصنيع المواد الغذائية باستخدام الروبوتات الصناعية
تستخدم الروبوتات في التصنيع على نطاق واسع أيضًا في صناعة الأغذية. ففي مصنع نستله في ألمانيا، على سبيل المثال، تتم إدارة إنتاج أغذية الأطفال من خلال خط تعبئة آلي بالكامل. تتولى الروبوتات مهام مثل نقل صواني الطعام المملوءة والمغلقة إلى صناديق التعقيم، وبعد ذلك، إلى عبوات الشحن. وهذا يجعل العملية بأكملها أسرع وأكثر أمانًا وموثوقية.
تستخدم نستله أيضاً روبوتات متنقلة مثل روبوت "سبوت" من بوسطن ديناميكس لمراقبة مشاكل الصيانة في منشآتها. وخلافاً لأجهزة الاستشعار التقليدية الثابتة التي لا يمكنها detect المشاكل إلا في مناطق محددة، يمكن لروبوت سبوت التحرك بحرية في جميع أنحاء المصنع. هذا المفهوم للأتمتة المتنقلة والمرنة هو اتجاه متزايد في صناعة الروبوتات.
يمكن لـ Spot تسلق السلالم والتنقل في المساحات الضيقة والتعامل مع الأرضيات غير المستوية. إنه مزود بأجهزة استشعار خاصة تساعده في فحص آلات المصنع مثل المحركات والضواغط بحثًا عن الحرارة أو الضوضاء أو علامات التحذير الأخرى. يمكن لـ Spot أيضًا اكتشاف المشكلات بسهولة في وقت مبكر، مما يساعد في إصلاح المشكلات قبل أن تصبح خطيرة.
الشكل 3. Spot، وهو روبوت صناعي، يقوم بفحص منشأة لتصنيع الأغذية. (المصدر)
تصنيع السيارات بمساعدة الروبوتات الصناعية
لطالما كانت الروبوتات الصناعية جزءًا أساسيًا من صناعة السيارات. في الواقع، 33٪ من جميع تركيبات الروبوتات الصناعية في الولايات المتحدة موجودة في صناعة السيارات.
مثال مثير للاهتمام على ذلك هو مصنع BMW في سبارتانبورغ في عام 2013. في هذا المرفق، عمل الناس والروبوتات جنبًا إلى جنب على خط تجميع الأبواب دون حواجز أمان، مما يجعله أول منشأة BMW تستخدم هذا النوع من التعاون المباشر بين الإنسان والروبوت في الإنتاج المنتظم.
تم استخدام أربعة روبوتات لتركيب عزل الصوت والرطوبة داخل أبواب طرازات BMW X3. قام العمال أولاً بوضع ورق الألمنيوم اللاصق والضغط عليه برفق في مكانه، ثم تتولى الروبوتات المهمة، باستخدام رؤوس الأسطوانات لإكمال المهمة بدقة عالية.
كان النظام مؤتمتًا بالكامل ويمكنه قياس الضغط الدقيق المطبق أثناء العملية، مما يسمح بالمراقبة المستمرة للجودة. إذا توقف عمل الروبوت في أي وقت، يمكن للعامل البشري التدخل بسهولة وإكمال المهمة يدويًا، مما يحافظ على استمرار الإنتاج دون تأخير.
الشكل 4. روبوتات تعمل جنبًا إلى جنب مع العمال في مصنع لتصنيع السيارات. (المصدر)
فوائد الروبوتات في التصنيع
بعد ذلك، دعنا نلقي نظرة فاحصة على بعض الفوائد الرئيسية لاستخدام الروبوتات في التصنيع.
الدقة والضبط: توفر الروبوتات الصناعية مستويات عالية من الدقة والسرعة. بعضها قادر على أداء المهام بدقة تصل إلى ميكرون واحد.
الموثوقية: مع فترات حياة تصل إلى 100000 ساعة دون فشل، يمكن للروبوتات الصناعية أن تعمل لفترات طويلة من الزمن دون انقطاع.
تعزيز السلامة في مكان العمل: تتعامل الروبوتات أيضًا مع المهام الخطرة، مثل العمل في الأماكن الضيقة أو حول المواد الخطرة، مما يساعد على تقليل 35٪ من أيام العمل الضائعة بسبب الإصابة.
زيادة الإنتاجية: على عكس البشر، لا تحتاج الروبوتات إلى فترات راحة أو أيام إجازة أو راحة. يمكنهم العمل على مدار الساعة، مما قد يعزز الإنتاجية بشكل كبير.
فعالية التكلفة: في حين أن شراء هذه الروبوتات وتركيبها قد يكون مكلفًا في البداية، إلا أنها تؤدي إلى توفير كبير بمرور الوقت. فهي تقلل تكاليف العمالة وتقلل الأخطاء المحتملة وتقلل من النفقات المتعلقة بالإصابات.
قابلية التوسع: بمجرد إعداد الروبوتات، يمكن للمصنعين زيادة الإنتاج بسهولة أكبر دون الحاجة إلى توظيف عمال إضافيين أو إجراء تغييرات كبيرة. هذا يعني أنه يمكن للمصنعين الاستجابة بسرعة للطلب المتزايد والبقاء مرنين في سوق متغير.
تحديات وقيود الروبوتات في التصنيع
في حين أن الروبوتات الصناعية تقدم العديد من المزايا، إلا أنها تأتي أيضًا مع بعض التحديات، خاصة فيما يتعلق بالخبرة والصيانة. تتطلب هذه الروبوتات في المصانع متخصصين ماهرين لبرمجتها وتشغيلها وصيانتها.
على الرغم من أن العديد من الروبوتات في حالات الاستخدام الصناعي اليوم تستخدم الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، إلا أنها لا تزال تتطلب صيانة منتظمة لمنع الأعطال. إذا لم يكن لدى فريق من الشركات المصنعة هذه المعرفة بالفعل، فقد يكون تدريب الموظفين مكلفًا ويستغرق وقتًا طويلاً.
ومن المثير للاهتمام أن حل هذه التحديات يأتي أيضاً في شكل الذكاء الاصطناعي للرؤية، وبشكل أكثر تحديداً، الرؤية الحاسوبية، وهو فرع من فروع الذكاء الاصطناعي يركز على فهم البيانات المرئية. على سبيل المثال، نماذج الرؤية الحاسوبية مثل Ultralytics YOLO11 يمكن تدريبها على detect الروبوتات الصناعية track . يمكن استخدام الرؤى المستقاة من تتبع هذه الروبوتات باستخدام YOLO11 لاكتشاف المشاكل في وقت مبكر (المعروفة باسم الصيانة التنبؤية). وهذا يقلل من الحاجة إلى إشراف الخبراء ويقلل من الأعطال غير المتوقعة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لرؤية الكمبيوتر أيضًا دعم إنشاء توائم رقمية في الوقت الفعلي. التوائم الرقمية هي نماذج افتراضية للآلات والروبوتات المادية، تم إنشاؤها باستخدام البيانات المرئية التي تم جمعها من بيئة التصنيع.
تتيح التوائم الرقمية للمصنعين مراقبة المعدات في الوقت الفعلي، وتحديد المشكلات قبل أن تتسبب في تعطيل الإنتاج، واختبار تحسينات العمليات دون مقاطعة الإنتاج الفعلي. تعزز هذه التقنية الأداء المتسق، وتحسن عملية اتخاذ القرارات، وتقلل من فترات التوقف المكلفة.
تقنيات الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة
بينما نناقش تحديات استخدام الروبوتات الصناعية، رأينا أن العديد منها يعمل الآن بالذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. ولكن كيف يعمل هذا في الواقع، وما هو دور الذكاء الاصطناعي في الروبوتات؟
تقتصر الروبوتات الصناعية التقليدية على المهام الثابتة والمتكررة. إنها تتبع التعليمات المبرمجة مسبقًا ولا يمكنها التكيف بسهولة مع التغييرات في خط الإنتاج. وهذا يجعلها أقل كفاءة في البيئات التي تكون فيها المرونة والسرعة والدقة ضرورية.
وبدون الذكاء الاصطناعي، لا يمكن للروبوتات detect عيوب المنتج في الوقت الحقيقي أو التكيف مع الاختلافات الطفيفة في المواد أو تحديد المواقع، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى عمليات أبطأ، والمزيد من الأخطاء، وزيادة وقت التوقف عن العمل. يسمح الذكاء الاصطناعي في التصنيع للروبوتات بتجاوز المهام البسيطة المبرمجة مسبقاً.
على وجه التحديد، مع التعلم الآلي في التصنيع، يمكن للروبوتات تحليل البيانات من بيئتها والتعرف على الأنماط وتحسين أدائها بمرور الوقت. على سبيل المثال، يمكن للروبوت المدعوم بالرؤية تحديد الأجسام المختلفة على خط التجميع، وتعديل تحركاته بناءً على ما يراه، وحتى detect العيوب أو الحالات الشاذة في الوقت الفعلي. وخلف الكواليس، تُعد الرؤية الحاسوبية هي القوة الدافعة وراء هذا الابتكار.
عادةً ما يتم تجهيز الروبوت الذي يدعم الرؤية بالبنية التحتية للأجهزة اللازمة لتشغيل نماذج الرؤية الحاسوبية مثل Ultralytics YOLO11. عند دمجها مع الكاميرات والرؤية الحاسوبية، يكتسب الروبوت قدرات النموذج الأساسي. في حالة YOLO11 هذا يعني أن الروبوت يمكنه تنفيذ مهام الرؤية الحاسوبية مثل اكتشاف الأجسام وتتبعها وتجزئتها.
تأثير إنترنت الأشياء (IoT)
هناك مفهومان آخران مرتبطان بالروبوتات الصناعية وهما إنترنت الأشياء في التصنيع و الحوسبة الطرفية. يشير إنترنت الأشياء إلى شبكة من الأجهزة المتصلة التي تجمع البيانات وتشاركها (بشكل أساسي عبر الإنترنت). من ناحية أخرى، تعالج الحوسبة الطرفية البيانات مباشرة في المصدر، مثل الروبوت أو المستشعر، دون الحاجة إلى إرسالها بالكامل إلى خادم مركزي أولاً.
عندما تجمع أجهزة إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT) كميات كبيرة من البيانات، فإن إرسالها إلى نظام مركزي على السحابة لتحليلها يمكن أن يتسبب في تأخيرات (تُعرف باسم زمن الوصول) وإبطاء الأمور. ولكن باستخدام الحوسبة الطرفية جنبًا إلى جنب مع إنترنت الأشياء، يمكن للمصنعين معالجة البيانات على الفور، مما يجعل من الممكن الحصول على استجابات في الوقت الفعلي وتمكين الأتمتة.
المثال الواضح على عمل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء معًا في التصنيع هو الصيانة التنبؤية. في المصانع الذكية، يتمثل أحد الأهداف الرئيسية للصناعة 4.0 في توقع أعطال المعدات قبل حدوثها.
ولتحقيق ذلك، يجب أن تظل أجهزة إنترنت الأشياء IIoT تعمل بكامل طاقتها وموثوق بها. من خلال الجمع بين الحوسبة المتطورة والذكاء الاصطناعي والرؤية الحاسوبية، يمكن لهذه الأجهزة مراقبة حالتها باستمرار، detect متى تكون هناك حاجة إلى الصيانة أو إعادة الشحن، وتشغيل الإجراءات اللازمة تلقائيًا. وهذا يحافظ على تشغيل الآلات بسلاسة، ويقلل من وقت التعطل غير المخطط له، ويحسن الكفاءة الكلية.
كيف تعمل الأتمتة والروبوتات على تحسين كفاءة التصنيع
الآن بعد أن أصبح لدينا فهم أفضل للتقنيات مثل الذكاء الاصطناعي والرؤية الحاسوبية وإنترنت الأشياء والحوسبة الطرفية، دعنا نستكشف كيف يمكن أن تعمل هذه التقنيات معًا لجعل أتمتة التصنيع أكثر كفاءة.
الهدف الرئيسي من الأتمتة هو تبسيط العمليات وجعلها أسرع وأكثر موثوقية وأقل عرضة للخطأ البشري. لنأخذ على سبيل المثال مصنعًا يقوم بتجميع الإلكترونيات الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية. يمكن للأذرع الروبوتية المزودة بتقنية الرؤية التعامل مع مهمة وضع المكونات الصغيرة على لوحات الدوائر بدقة.
في الوقت نفسه، يمكن لأنظمة الرؤية المدعومة بالذكاء الاصطناعي فحص كل خطوة من خطوات التجميع، وتحديد العيوب مثل الأجزاء غير المحاذاة أو وصلات اللحام المعيبة في الوقت الفعلي. وفي الوقت نفسه، يمكن لأجهزة استشعار إنترنت الأشياء مراقبة العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والغبار والاهتزاز، والتي يمكن أن تؤثر على جودة المكونات الحساسة.
باستخدام الحوسبة الطرفية، يمكن للنظام معالجة هذه البيانات على الفور وإجراء تعديلات فورية، مثل إيقاف الخط مؤقتًا أو إعادة معايرة الروبوت، دون انتظار الاستجابات المستندة إلى السحابة. بشكل عام، يمكن لـ التصنيع الآلي إنشاء خط إنتاج أسرع وأكثر دقة وقابلية للتكيف بدرجة كبيرة، مما يؤدي إلى جودة منتج أعلى وتكاليف تشغيل أقل.
كيف تحول الروبوتات مستقبل التصنيع
إن مستقبل الروبوتات الصناعية يتحرك بسرعة، مع لعب تقنيات مثل Vision AI في التصنيع وإنترنت الأشياء دورًا رئيسيًا. باستخدام هذه الأدوات، يمكن للروبوتات أن ترى ما تعمل عليه، وتكتشف العيوب، وتتحقق من جودة المنتج، وتتوقع المشكلات فور حدوثها. يستخدم العديد من المصنّعين بالفعل هذه الأنظمة لجعل عملياتهم أكثر كفاءة واتساقًا.
يشهد سوق الروبوتات الصناعية نموًا مطردًا، ويأتي هذا النمو من التحسينات المستمرة في الروبوتات، وسهولة الوصول إلى المهندسين المهرة، واستخدام المحاكاة والاختبار الافتراضي. هذه التطورات تجعل تصميم الروبوتات وضبطها للاستخدام في العالم الحقيقي أسرع. مع تبني المزيد من المصانع للأدوات الرقمية والأتمتة، فإنها تصبح أكثر مرونة وموثوقية واستعدادًا للتعامل مع تحديات المستقبل.
