تطور الروبوتات ومستقبلها في التصنيع

غالباً ما تنطوي الوظائف الصناعية على القيام بنفس المهام البدنية مراراً وتكراراً، مثل رفع وتجميع الأجزاء الثقيلة. قد تكون هذه الأنواع من المهام اليدوية محفوفة بالمخاطر. في عام 2023، تم الإبلاغ عن 5,283 إصابة عمل قاتلة في الولايات المتحدة وحدها.

ولكن، مع الاستخدام المتزايد للروبوتات الصناعية الذكية والتقنيات مثل الذكاء الاصطناعي (AI) والرؤية الحاسوبية، يتم الآن التعامل مع العديد من هذه المهام عالية الخطورة بواسطة الآلات. أصبحت الروبوتات في التصنيع الآن قادرة على رفع المواد الثقيلة وفحص المعدات بحثاً عن المشاكل، والعمل جنباً إلى جنب مع الأشخاص لتحسين السلامة والكفاءة في أرض المصنع.

في هذه المقالة، سنلقي نظرة على كيفية تغيير الروبوتات الصناعية لطريقة عمل المصانع والمساعدة في إنشاء أماكن عمل أكثر أمانًا وإنتاجية. دعونا نبدأ!

ما هي الروبوتات الصناعية؟

الروبوتات الصناعية هي آلات ذكية مصممة خصيصاً للمساعدة في مهام التصنيع. على وجه الخصوص، عادةً ما تُصمم 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 غالباً ما نراها في أفلام الخيال العلمي مثل The Terminator أو I, Robot، فإن الروبوتات الصناعية ثابتة بشكل عام ومصممة بذراع روبوتية واحدة. عادةً، يمكن أن تتحرك هذه الذراع الروبوتية في عدة اتجاهات ويمكن برمجتها للقيام بوظائف مختلفة في التصنيع، مثل اللحام أو التجميع أو نقل المواد. 

الروبوتات الصناعية جيدة بشكل خاص في القيام بالأعمال 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 عمل المصانع أكثر كفاءة وأمانًا: 

• الروبوتات الديكارتية: تُعرف أيضاً باسم الروبوتات الجسرية، تتحرك هذه الروبوتات على طول خطوط مستقيمة باستخدام ثلاث وصلات منزلقة على طول المحاور X و Y و Z. يتيح تصميمها البسيط دقة عالية، مما يجعلها مثالية لمهام التصنيع والأتمتة.

• الروبوتات المفصلية: تحاكي هذه الروبوتات ذات الذراع المفصلية حركة الذراع البشرية باستخدام مفاصل دوارة متعددة. وهي توفر مرونة ونطاقاً واسعاً من الحركة، وتُستخدم عادةً في التجميع والطلاء والتغليف.

• روبوتات دلتا: تتميز روبوتات دلتا بثلاثة أذرع خفيفة الوزن متصلة بقاعدة مثلثة، وهي مصممة للسرعة وخفة الحركة. وهي مناسبة تمامًا لعمليات الالتقاط والوضع عالية السرعة، خاصة في صناعة التعبئة والتغليف.

• الروبوتات القطبية: من بين الأنواع الأولى من الروبوتات الصناعية، تستخدم الروبوتات القطبية مزيجاً من المفاصل الدوارة والخطية لتوفير نطاق كروي للحركة. وهي مفيدة للمهام التي تتطلب وصولاً واسعاً ومتعدد الاتجاهات.

• روبوتات SCARA: اختصار لـ "ذراع روبوت التجميع الانتقائي المتوافق مع الروبوتات"، تستخدم روبوتات SCARA مفصلين دوارين ومفصل خطي واحد. وهي مثالية للمهام التي تتطلب حركات أفقية ورأسية سريعة ودقيقة، مثل تجميع الإلكترونيات ومعالجة الأغذية.

تاريخ الروبوتات في التصنيع

قبل أن نتعمق في أمثلة محددة عن كيفية تأثير الروبوتات الصناعية في إحداث فرق، دعونا نلقي نظرة على تطور الروبوتات في التصنيع ونفهم بشكل أفضل كيف تغيرت الروبوتات الصناعية على مر السنين:

• التصنيع المبكر (عصر ما قبل الروبوتات): قبل الروبوتات، كان التصنيع يعتمد بالكامل على العمل اليدوي والأدوات الأساسية. وقد 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 روبوت Unimate، وهو أول روبوت قابل للبرمجة. وبحلول عام 1961، كانت شركة جنرال موتورز قد استخدمته في صب القوالب واللحام، وأصبح أول روبوت صناعي مستخدم. وشكّل ذلك تحولاً كبيراً، حيث تم أتمتة المهام الخطرة والمتكررة، خاصة في تصنيع السيارات.

• التوسع والتحسين (التسعينيات - العقد الأول من القرن الحادي والعشرين): أصبحت الروبوتات أسرع وأكثر دقة وأقل تكلفة. وتوسع استخدامها في صناعات مثل الإلكترونيات والأدوية وتجهيز الأغذية. أتاحت الأتمتة المرنة للروبوتات التعامل مع مهام متعددة بأقل قدر من إعادة البرمجة.

• ظهور الروبوتات التعاونية (2010 - حتى الآن): ظهرت الروبوتات التعاونية، أو الروبوتات التعاونية، للعمل بأمان إلى جانب البشر. وبفضل أجهزة الاستشعار المدمجة وأنظمة الذكاء الاصطناعي وأنظمة الكاميرا، يمكنها التكيف مع بيئتها والمساعدة في المهام المعقدة أو الدقيقة.

‍

وبالنظر إلى المستقبل، من المرجح أن تصبح الروبوتات الصناعية أكثر ذكاءً وقدرة على التكيف. يعمل الباحثون والمهندسون بنشاط على تقنيات تمكّن الروبوتات من التعلم والتكيف مع المواقف الجديدة والتعاون بشكل أوثق مع الناس بطرق داعمة وديناميكية.

أمثلة على الروبوتات الصناعية

بعد ذلك، سنستكشف أمثلة واقعية للروبوتات في التصنيع وكيفية استخدامها في أرض المصنع.

الروبوتات الصناعية في تصنيع الطائرات

ينطوي تصنيع الطائرات على عمليات معقدة ودقيقة، خاصةً بالنسبة للطائرات الكبيرة مثل بوينج 777. فعلى سبيل المثال، يتطلب تجميع طائرة 777 واحدة أكثر من 60,000 مسمار برشام. وتقليدياً، كانت هذه المهمة تنطوي على عاملين: أحدهما لتشغيل مسدس البرشام والآخر لتثبيت قضيب فولاذي خلف اللوحة لتأمين القفل. 

قد تتطلب هذه الأنواع من المهام جهداً بدنياً كبيراً وتؤدي إلى إصابات في الذراعين والظهر والكتفين. بالإضافة إلى ذلك، فإن الدقة أمر بالغ الأهمية في تصنيع الطائرات، ولا يوجد مجال كبير للخطأ.

ولتعزيز سير العمل هذا، اعتمدت بوينج على الروبوتات الصناعية. ففي مصنعها 777 في إيفريت بواشنطن، قدمت الشركة في مصنعها 777 في إيفريت، واشنطن، نظام البناء الآلي العمودي لجسم الطائرة (FAUB) ، وهو عبارة عن عملية تجميع روبوتية مصممة لأتمتة عمليات الحفر والتثبيت لأجزاء جسم الطائرة.

‍

وبمجرد برمجتها، يمكن لهذه الروبوتات حفر عشرات الآلاف من الثقوب المثالية للمسامير. وعلى عكس الإعدادات القديمة ذات 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 عملية الحفر والتثبيت، مما يزيد من السرعة والدقة. يتماشى هذا النهج مع التطورات الأخيرة في صناعة الروبوتات، التي تواصل الدفع باتجاه حلول أكثر ذكاءً وأماناً وكفاءة في التصنيع.

تمكين تصنيع الأغذية بواسطة الروبوتات الصناعية

كما يتم اعتماد الروبوتات في التصنيع على نطاق واسع في صناعة الأغذية. ففي مصنع نستله في ألمانيا، على سبيل المثال، تتم إدارة إنتاج أغذية الأطفال من خلال خط تعبئة وتغليف مؤتمت بالكامل. تتولى الروبوتات مهام مثل نقل صواني الطعام المعبأة والمختومة إلى صناديق التعقيم، وبعد ذلك إلى التغليف للشحن. وهذا يجعل العملية بأكملها أسرع وأكثر أماناً 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 اكتشاف 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.

يستطيع سبوت صعود السلالم والتنقل في الأماكن الضيقة والتعامل مع الأرضيات غير المستوية. وهو مزوّد بمستشعرات خاصة تساعده على فحص آلات المصنع مثل المحركات والضواغط بحثاً عن الحرارة أو الضوضاء أو غيرها من علامات التحذير. يمكن لـ Spot أيضاً اكتشاف المشاكل مبكراً بسهولة، مما يساعد في إصلاح المشاكل قبل أن تصبح خطيرة. 

‍

تصنيع السيارات بمساعدة الروبوتات الصناعية

لطالما كانت الروبوتات الصناعية جزءاً أساسياً من صناعة السيارات. وفي الواقع، فإن 33% من جميع تركيبات الروبوتات الصناعية في الولايات المتحدة تعمل في صناعة السيارات. 

ومن الأمثلة المثيرة للاهتمام على ذلك مصنع سبارتانبرج التابع لشركة BMW في عام 2013. في هذا المصنع، عمل الأشخاص والروبوتات جنباً إلى جنب على خط تجميع الأبواب بدون أسوار أمان، مما يجعلها أول منشأة لشركة BMW تستخدم هذا النوع من التعاون المباشر بين الإنسان والروبوت في الإنتاج المنتظم.

تم استخدام أربعة روبوتات لتركيب عازل الصوت والرطوبة داخل أبواب موديلات BMW X3. يقوم العمال أولاً بوضع الرقاقة اللاصقة وضغطها برفق في مكانها، ثم تتولى الروبوتات المهمة باستخدام رؤوس أسطوانية لإتمام المهمة بدقة عالية.

كان النظام مؤتمتاً بالكامل ويمكنه قياس الضغط الدقيق المطبق أثناء العملية، مما يسمح بمراقبة الجودة باستمرار. إذا توقف عمل الروبوت في أي وقت، يمكن للعامل البشري التدخل بسهولة وإنهاء المهمة يدويًا، مما يحافظ على استمرار الإنتاج دون تأخير.

‍

فوائد الروبوتات في التصنيع

بعد ذلك، دعنا نلقي نظرة فاحصة على بعض الفوائد الرئيسية لاستخدام الروبوتات في التصنيع.

• الدقة والدقة: توفر الروبوتات الصناعية مستويات عالية من الدقة والسرعة. بعضها قادر على أداء المهام في حدود ميكرون من الدقة.
  ‍
• الموثوقية: مع عمر افتراضي يصل إلى 100,000 ساعة دون عطل، يمكن للروبوتات الصناعية أن تعمل لفترات طويلة 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. ويمكنها العمل على مدار الساعة، مما يعزز الإنتاجية بشكل كبير. 

• فعالية التكلفة: على الرغم من أن شراء هذه الروبوتات وتركيبها قد يكون مكلفاً في البداية، إلا أنها تؤدي إلى توفير كبير مع مرور الوقت. فهي تخفض تكاليف العمالة، وتقلل من 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. وهذا يعني أنه يمكن للمصنعين الاستجابة بسرعة للطلب المتزايد والحفاظ على المرونة في السوق المتغيرة.

تحديات وقيود الروبوتات في التصنيع

على الرغم من أن الروبوتات الصناعية تقدم العديد من المزايا، إلا أنها تأتي أيضًا مع بعض التحديات، خاصة فيما يتعلق بالخبرة والصيانة. تتطلب هذه الروبوتات في المصانع مهنيين مهرة لبرمجتها وتشغيلها وصيانتها. 

على الرغم من أن العديد من الروبوتات في حالات استخدام الصناعة اليوم تستخدم الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، إلا أنها لا تزال بحاجة إلى صيانة منتظمة لمنع الأعطال. وإذا لم يكن لدى فريق من المصنعين هذه المعرفة بالفعل، فإن تدريب الموظفين قد يكون مكلفاً ويستغرق وقتاً طويلاً.

ومن المثير للاهتمام أن حل هذه التحديات يأتي أيضاً في شكل ذكاء بصري مرئي، وبشكل أكثر تحديداً، الرؤية الحاسوبية، وهو فرع من فروع الذكاء الاصطناعي يركز على فهم البيانات المرئية. على سبيل المثال، يمكن تدريب نماذج الرؤية الحاسوبية مثل Ultralytics YOLO11 على اكتشاف الروبوتات الصناعية وتتبعها. 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 أن تدعم الرؤية الحاسوبية أيضًا إنشاء توائم رقمية في الوقت الفعلي. التوائم الرقمية عبارة عن نماذج افتراضية للآلات والروبوتات المادية، تم إنشاؤها باستخدام البيانات المرئية التي تم جمعها من بيئة التصنيع. 

تسمح التوائم الرقمية للمصنعين بمراقبة المعدات في الوقت الحقيقي، وتحديد المشكلات قبل أن تتسبب في حدوث أعطال، واختبار تحسينات العملية دون مقاطعة الإنتاج الفعلي. تعمل هذه التقنية على زيادة اتساق الأداء وتحسين عملية اتخاذ القرار وتقليل وقت التعطل المكلف.

تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي

أثناء مناقشة التحديات التي تواجه 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. فهي تتبع التعليمات المبرمجة مسبقًا ولا يمكنها التكيف بسهولة مع التغييرات على خط الإنتاج. وهذا يجعلها أقل كفاءة في البيئات التي تتطلب المرونة والسرعة والدقة. 

وبدون الذكاء الاصطناعي، لا يمكن للروبوتات اكتشاف 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 اكتشاف 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 متعلقان بالروبوتات الصناعية هما إنترنت الأشياء في التصنيع والحوسبة المتطورة. يشير مصطلح إنترنت الأشياء إلى شبكة من الأجهزة المتصلة التي تجمع البيانات وتشاركها (عبر الإنترنت بشكل أساسي). من ناحية أخرى، تتعامل حوسبة الحافة مع البيانات مباشرةً من المصدر، مثل الروبوت أو المستشعر، دون الحاجة إلى إرسالها إلى خادم مركزي أولاً. 

عندما تقوم أجهزة إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT) بجمع كميات كبيرة من البيانات، فإن إرسالها إلى نظام مركزي على السحابة لتحليلها يمكن أن يتسبب في حدوث تأخير (يُعرف باسم زمن الوصول) وإبطاء الأمور. ولكن باستخدام حوسبة الحافة مع إنترنت الأشياء، يمكن للمصنعين معالجة البيانات على الفور، مما يجعل من الممكن الحصول على استجابات في الوقت الفعلي وتمكين الأتمتة. 

من الأمثلة الواضحة على عمل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء معاً في التصنيع 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، واكتشاف 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

والآن بعد أن أصبح لدينا فهم أفضل لتقنيات مثل الذكاء الاصطناعي والرؤية الحاسوبية وإنترنت الأشياء والحوسبة المتطورة، 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. خذ على سبيل المثال مصنعاً يقوم بتجميع الإلكترونيات الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية. يمكن للأذرع الروبوتية التي تدعم الرؤية التعامل مع المهمة الحساسة المتمثلة في وضع المكونات الصغيرة على لوحات الدوائر الإلكترونية بدقة. 

وفي الوقت نفسه، يمكن لأنظمة الرؤية التي تعمل بالذكاء الاصطناعي فحص كل خطوة من خطوات التجميع، وتحديد العيوب مثل الأجزاء غير المتناسقة 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 المتطورة، يمكن للنظام معالجة هذه البيانات على الفور وإجراء تعديلات فورية، مثل إيقاف الخط مؤقتًا أو إعادة معايرة الروبوت، دون انتظار الاستجابات المستندة إلى السحابة. يمكن أن يؤدي التصنيع الآلي معًا إلى إنشاء خط إنتاج أسرع وأكثر دقة وقدرة عالية على التكيف، مما يؤدي إلى زيادة جودة المنتج وانخفاض تكاليف التشغيل.

كيف تُحدث الروبوتات تحولاً في مستقبل التصنيع

إن مستقبل الروبوتات الصناعية يتحرك بسرعة، حيث تلعب تقنيات مثل الذكاء الاصطناعي المرئي في التصنيع وإنترنت الأشياء دوراً رئيسياً. باستخدام هذه الأدوات، يمكن للروبوتات رؤية ما تعمل عليه، واكتشاف العيوب، والتحقق من جودة المنتج، والتنبؤ بالمشاكل فور حدوثها. يستخدم العديد من المصنعين بالفعل هذه الأنظمة لجعل عملياتهم أكثر كفاءة واتساقاً.

ينمو سوق الروبوتات الصناعية بشكل مطرد، ويأتي هذا النمو من التحسينات المستمرة في مجال الروبوتات، وسهولة الوصول إلى المهندسين المهرة، واستخدام المحاكاة والاختبارات الافتراضية. هذه التطورات تجعل من الأسرع تصميم الروبوتات وضبطها للاستخدام في العالم الحقيقي. ومع تبني المزيد من المصانع للأدوات الرقمية والأتمتة، أصبحت أكثر مرونة وموثوقية وجاهزية للتعامل مع التحديات المستقبلية.

انضم إلى مجتمعنا ومستودع GitHub لاستكشاف المزيد عن الذكاء الاصطناعي. اطلع على صفحات الحلول الخاصة بنا للقراءة عن الذكاء الاصطناعي في البيع بالتجزئة والرؤية الحاسوبية في الزراعة. اكتشف خيارات الترخيص لدينا وابدأ في البناء باستخدام الرؤية الحاسوبية اليوم!