استخدام إنترنت الأشياء (IoT) في مراقبة جودة الخرسانة وإدارة المخزون

أحدثت تكنولوجيا إنترنت الأشياء (IoT) ثورة في شتى مجالات الحياة، وخاصة في قطاعات التصنيع والبناء؛ فقد قدمت هذه التكنولوجيا حلولًا مبتكرة لمراقبة جودة الخرسانة وإدارة المخزون بتوفيرها لبيانات دقيقة وآنية، مع رفع مستوى الأتمتة والتحكم الفوري في العمليات؛ مما يرفع من كفاءة العمليات، يعزز الإنتاجية، يضمن السلامة، ويقلل الأخطاء والهدر. 

في هذا المقال، نستعرض مفهوم إنترنت الأشياء وآلية عمله، بالإضافة إلى تطبيقاته في مراقبة جودة الخرسانة وإدارة المخزون.

ما هو إنترنت الأشياء (IoT)؟

يشير مصطلح إنترنت الأشياء إلى شبكة واسعة ومترابطة من الأجهزة المادية "الأشياء" المزودة بمستشعرات (Sensors) وبرامج مدمجة (Embedded Software) ووحدات اتصال مثل Wi-Fi أو Bluetooth أو 5G تمكنها من الاتصال بالانترنت والتواصل مع بعضها البعض، وتعمل هذه الأشياء على جمع البيانات من محيطها، معالجتها وتحويلها لمعلومات قابلة للتطبيق؛ وذلك من أجل الأتمتة واتخاذ قرارات ذاتية بناءً على هذه البيانات في الوقت الفعلي ودون الحاجة لتدخل الإنسان.

قد تشمل هذه الأشياء الحواسيب والهواتف، الأجهزة المنزلية الذكية مثل الثلاجات ومنظمات الحراراة وأنظمة الإضاءة والأمان، السيارات، المعدات الصناعية، الأجهزة القابلة للارتداء كالساعات الذكية وأجهزة تتبع اللياقة، أو حتى البنية التحتية الذكية كأعمدة الإنارة الذكية وأنظمة مراقبة جودة الهواء، ويتصور الخبراء إمكانية خلق مدن ومصانع ذكية كاملة في المستقبل بتبني هذه التقنية.

ما هي آلية عمل إنترنت الأشياء؟

يمكن تقسيم آلية عمل إنترنت الأشياء إلى الخطوات الأربع التالية:

1. الاستشعار وجمع البيانات: حيث تقوم المستشعرات المضمّنة بالأجهزة بجمع البيانات من البيئة المحيطة بشكل دوري ومستمر؛ فمثلًا، يقوم المستشعر الموجود داخل منظم الحرارة الذكي بقراءة درجة حرارة الغرفة.

2. الاتصال وإرسال البيانات: يتم نقل البيانات المجمعة إلى منصة سحابية بهدف التخزين والمعالجة المركزية باستخدام بروتوكولات اتصال مثل  Wi-FiوBluetooth للاستخدام المنزلي، شبكات الجيل الرابع والخامس 4G/5G للسيارات، أو بتقنيات اتصال أخرى منخفضة الطاقة في حالة المشروعات الزراعية والمدن الذكية.

3. معالجة البيانات وتحليلها: تُخزن البيانات في قواعد بيانات على المنصة السحابية، ثم يتم تحليلها بتقنيات الذكاء الاصطناعي والتحليلات المخصصة لرصد الأنماط والانحرافات عن المعدلات الطبيعية، ثم يتم مقارنة نتائج التحليلات بالقواعد المعرفة مسبقًا ليتم اتخاذ القرار الأمثل، مثل تشغيل وضع التوفير تلقائيًا إذا انخفضت كفاءة آلة ما عن المستوى (X).

4. الاستجابة: بناء على القرار المتخذ في الخطوة الثالثة، يتم إرسال تعليمات أو تنبيهات إلى نفس الجهاز أو إلى جهاز آخر إما لتنبيه المستخدم أو لاتخاذ إجراء تلقائي كتغيير إعدادات ما بالجهاز.

استخدامات إنترنت الأشياء (IoT) في المصانع

يعرف استخدام إنترنت الأشياء في المصانع بإنترنت الأشياء الصناعي (Industrial Internet of Things- IIoT) وهو ما أحدث طفرة في المصانع من خلال ربطه للآلات والمستشعرات وأنظمة الإدارة ضمن شبكة موحدة؛ الأمر الذي حول المصانع التقليدية المعتمدة على التقدير البشري إلى أنظمة ذكية ومترابطة قادرة على اتخاذ قرارات معتمدة على البيانات بشكل شبه مستقل؛ مما أدى إلى زيادة الإنتاجية، تعزيز الجودة، رفع مستوى السلامة، وخفض تكاليف التشغيل، وفيما يلي نستعرض مجالات استخدام إنترنت الأشياء (IOT) في المصانع:

1. الصيانة الاستباقية التنبؤية

تعتبر الصيانة الوقائية القائمة على التنبؤ من أفضل تطبيقات إنترنت الأشياء الصناعي من حيث التكلفة؛ فبدلًا من صيانة الآلات بعد تعطلها فعليًا أو صيانتها بشكل دوري، تقوم المستشعرات المدمجة بالمعدات بمراقبة حالتها في الوقت الفعلي؛ فتقوم بمراقبة درجة الحرارة، مستوى الضوضاء، الزيت، الاهتزارات، أو غير ذلك من المعاملات.

بعد ذلك، يتم تحليل البيانات التي جمعتها المستشعرات لرصد الانحرافات والأنماط غير الطبيعية التي تنذر باحتمالية بتعطل الآلة، ثم يتم إرسال تنبيهات تلقائية للمهندسين للتدخل وصيانة الآلة قبل حدوث العطل؛ مما يخفض تكاليف الإصلاحات الكبيرة، ويطيل من عمر الآلة، ويقلل من أوقات التوقف.

2. مراقبة العمليات والتحكم فيها في الوقت الفعلي

يمكّن إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT) المديرين من مراقبة خطوط الإنتاج ومتابعة كافة مراحل التصنيع في الوقت الفعلي عن طريق لوحات تحكم مركزية، بدءًا من دخول المواد الخام ووصولاً إلى خروج المنتج النهائي؛ وذلك بالاستعانة بمستشعرات تقيس معدل الإنتاج، جودة المنتج، كفاءة التشغيل، واستهلاك الطاقة.

على سبيل المثال، يُمكن للنظام رصد أي اختناق في خط الإنتاج؛ وهو عبارة عن أي نقطة على خط الإنتاج تتسبب في تباطؤه أو توقفه؛ وذلك من خلال مراقبة خريطة تدفق الإنتاج الموجودة على لوحة التحكم؛ فإذا لاحظ النظام أن المخزون يتراكم أمام آلة معينة؛ فإنه ينبه المديرين تلقائيًا بموقع المشكلة لاتخاذ إجراءات استباقية كصيانة الآلة قبل توقف الخط بالكامل.

علاوة على ذلك، يمكن للمديرين تعديل معاملات التشغيل عن بعد مباشرةً من خلال لوحة التحكم، مثل خفض درجة الحرارة أو زيادة سرعة الآلات أو إيقاف آلة تحتاج إلى الفحص، إذا كانت البيانات الواردة تشير إلى الحاجة لإجراء مثل هذا التعديلات.

3. إدارة المخزون وسلسلة التوريد

استطاع إنترنت الأشياء تحويل المخازن إلى أنظمة ذكية ومترابطة بقدرته على تتبع المخزون بدقة عالية،؛وذلك بالاعتماد على أجهزة استشعار أو ملصقات RFID يتم تثبيتها على البضائع ليتمكن النظام من تتبع مكانها وكمياتها في الوقت الفعلي؛ وبالتالي ينبه النظام المسؤولين تلقائيًا حين تصل كمية المخزون إلى حد إعادة الطلب، كما مكّنت هذه التقنية الروبوتات الآلية من تحديد مواقع العناصر في المخزن واستردادها دون تدخل بشري. 

4. رفع مستوى الأمن والسلامة

تتبنى بيئات العمل المتقدمة تقنيات إنترنت الأشياء من أجل حماية المنشآت وتعزيز سلامة العمال، يمكن تحقيق ذلك من خلال ارتداء العمال لأجهزة قابلة للارتداء كالساعات والخوذات الذكية لمراقبة مؤشراتهم الصحية والكشف المبكر عن تعرضهم للمخاطر في العمل، ومن ثم إرسال تنبيهات فورية للمشرفين في حالة الطوارئ.

وكذلك يتم استخدام أنظمة مراقبة ذكية تشمل بوابات يتم التحكم فيها عن بعد، مستشعرات رصد التسلل، الحرائق، أو التسرب الكيميائي؛ وذلك بهدف حماية المنشآت والبيانات من الوصول غير المصرح به والحد من الحوادث.

5. تحسين الجودة

يُساهم إنترنت الأشياء الصناعي في مراقبة جودة المنتجات وتحسينها خلال عملية التصنيع؛ وذلك من خلال استخدام كاميرات ذكية ومستشعرات الرؤية التي تتمكن من رؤية وفهم البيئة المحيطة ومعالجة الصور الرقمية وتحليلها بواسطة الذكاء الاصطناعي؛ وذلك بهدف الكشف التلقائي عن عيوب المنتجات، والتي قد لا تراها العين المجردة، ومن ثم إخراج المنتجات المعيبة بشكل تلقائي من خط الإنتاج دون تدخل بشري.

كيفية استخدام إنترنت الأشياء (IoT) في مراقبة جودة الخرسانة 

تعتبر مرحلة صب الخرسانة وتصلبها هي المرحلة الأهم في البناء؛ فمن خلالها تٌحدد جودتها ومدى قوتها في تحمل الأحمال ومقاومة العوامل الجوية، وعليه، تٌحدد قوة ومتانة المنشأ؛ حيث أن أي خلل في جودة الخرسانة يمكن أن ينجم عنه عواقب وخيمة مثل تشقق، هبوط، أو حتى انهيار المنشأ.

ولأن الطرق التقليدية لمراقبة جودة الخرسانة _ والتي لا تزال مستخدمة بشكل كبير_  مثل أخذ عينات من الخلطة وصبها في قوالب مكعبات واختبارها في المعمل، تعتبر غير فعالة من حيث الوقت والتكلفة؛ أصبح من الضروري تبني حلول أكثر كفاءة وتقدمًا، وهنا يبرز دور إنترنت الأشياء (IOT) كحل ممتاز في مراقبة جودة الخرسانة بدقة وفي الوقت الفعلي، ويتم ذلك على أربعة خطوات، نستعرضهم فيما يلي:

1. زرع المستشعرات الذكية

وهي الخطوة الأولى والأساسية في النظام؛ حيث يتم دفن مستشعرات لاسلكية متينة وصغيرة الحجم داخل الصب الخرساني كالقواعد والأعمدة مباشرةً؛ فيتم تثبيتها في القوالب الحديدية قبل صب الخرسانة لتقوم هذه المستشعرات بقياس معاملات هامة مثل درجة الحرارة، الرطوبة، وكذلك الإجهادات والانفعالات للخرسانة.

2. نقل البيانات

وبالاعتماد على تقنيات اتصال منخفضة الطاقة مثل بلوتوث، LoRaWAN، و NB-IoT، تقوم المستشعرات في الوقت الفعلي بإرسال البيانات التي جمعتها إلى بوابة (Gateway) لاستقبال الإشارات الضغيفة من المستشعرات، وتكون هذه البوابة موضوعة في مكان قريب من الموقع من أجل الحصول على تغطية أفضل؛ لتقوم البوابة بعد ذلك بترشيح وضغط البيانات التي جمعتها ثم إرسالها إلى منصة سحابية عبر  Wi-Fiأو شبكات الجيل الرابع أو الخامس.

3. معالجة وتحليل البيانات

في هذه المرحلة تُحول البيانات الخام التي تم تجميعها إلى معلومات ورؤى تفيد متخذي القرار؛ حيث يتم معالجتها وتحليلها على المنصة السحابية بخوارزميات ذكية تعتمد على الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML)، حيث تقوم هذه الخوارزميات بمقارنة قراءات درجة الحرارة والرطوبة بمنحنيات النضج النموذجية؛ وهي عبارة عن نماذج رياضية يتم إعدادها مسبقًا لكل خلطة من خلال اختبارات دقيقة؛ فمثلًا يوضح لنا منحنى درجة الحرارة العلاقة بين درجة الحرارة والزمن وتطور قوة الخرسانة؛ فيخبرنا أن الخلطة إذا تعرضت لدرجة حرارة X لمدة Y من الزمن، فإن قوتها المحتملة تكون Z

تقوم الخوارزميات بمقارنة منحنى درجة الحرارة الفعلي الذي سجلته المستشعرات بالمنحنى النموذجي لاستنتاج قوة الخرسانة في الوقت الفعلي دون الحاجة إلى أخذ عينات

4. تنبيه متخذي القرار

في حال استنتاج النظام لحدوث أي انحراف عن المعايير المطلوبة كارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير أو انخفاضها عن الحد الأدنى أو انخفاض معدل الرطوبة، فإنه يقوم تلقائيًا بإرسال تنبيهات إلى متخذي القرار كالمهندسين ومديري المشروعات للتدخل واتخاذ اجراءات استباقية.

أهمية استخدام إنترنت الأشياء في مراقبة جودة الخرسانة 

يساعد استخدام إنترنت الأشياء في توفير بيانات آنية ودقيقة عن جودة الخرسانة، وهي ميزة لا توفرها الطرق التقليدية، كما يضمن إنترنت الأشياء جودة الخرسانة بالكشف المبكر عن العيوب؛ مما يتيح اتخاذ إجراءات سريعة لإنقاذ الصب الخرساني، وكذلك يساهم في التحقق من مطابقة الخرسانة للمواصفات التصميمية وضمان السلامة الهيكيلة للمنشأ.

علاوة على ذلك، يعمل إنترنت الأشياء على تسريع عملية البناء؛ فبمجرد وصول الخرسانة إلى القوة المطلوبة، يمكن للعمال استئناف العمل؛ مما يقلل من وقت الانتظار ويسرع الجدول الزمني للمشروع 

كيفية استخدام إنترنت الأشياء (IoT) في إدارة المخزون

إدارة المخزون التقليدية، التي تعتمد على العد اليدوي والسجلات الورقية والتقديرات، غالبًا ما تكون عرضة للأخطاء البشريّة وعدم الدقة، مما يؤدي إلى نفاد المخزون أو التكدس، وارتفاع التكاليد، وعدم كفاءة العمليات. تقوم إنترنت الأشياء (IoT) بإحداث تحول جذري في هذا المجال من خلال تحويل المخزون إلى نظام ذكي ومترابط وقادر على إدارة نفسه ذاتيًا إلى حد كبير.

1. التوسيم والتعريف الذكي

في هذه الخطوة، يتم إعطاء كل منتج داخل المخزن هوية رقمية للتمكن من تتبعه ومراقبته فيما بعد، في هذه المرحلة، يمكن استخدام اي من التقنيات التالية:

1. بطاقات RFID: عبارة عن ملصقات إلكترونية تخزن رقمًا تعريفيًا فريدًا (ID)، ويمكن قراءتها بسرعة وبمجرد المرور على بعد عدة أمتار منها ودون الحاجة لرؤيتها بشكل مباشر كالباركود.

2. مستشعرات: تتميز بقدرتها على تقييم ظروف تخزين المنتجات كدرجة الحرارة، الرطوبة، الصدمات، والإمالة (في حالة المنتجات الحساسة وسريعة التلف).

3. أجهزة تتبع: يتم تثبيتها على الشاحنات أو الحاويات لتتبع البضائع أثناء نقلها من مستودع لآخر

2. التتبع في الوقت الفعلي

تقوم قارئات RFID أو البوابات (Gateways) المثبتة عند الأبواب، الرفوف، أو في الممرات بشكل تلقائي بالتقاط إشارات بطاقات RFID وعند تحرك أي صنف من وإلى المخزن أو بداخله، يقوم النظام بتسجيل موقعه الجديد فورًا، كما توفر المستشعرات بيانات مستمرة وآنية عن ظروف التخزين.

3. نقل وتحليل البيانات والأتمتة

تٌنقل البيانات المُجمعة من قبل القارئات والبوابات إلى منصة إدارة المخزون المركزية ليتم معالجتها وتحليلها وعرضها على لوحات تحكم سهلة الفهم، كما تعتمد المنصة على خوارزميات ذكية تستخدم هذه البيانات لتوقع الطلب والحفاظ على مستوى المخزون وتجنب النفاد أو التكدس؛ حيث يقوم النظام بإصدار أمر شراء تلقائي للمورد في حالة انخفاض مستوى مخزون صنف ما عن الحد الأدنى.

أهمية استخدام إنترنت الأشياء في إدارة المخزون

يسهم استخدام إنترنت الأشياء الصناعي في إدارة المخزون في تحقيق فوائد عديدة، من أبرزها:

• رفع كفاءة العمليات بتتبع موقع وكمية كل صنف في الوقت الفعلي بسرعة ودقة عالية، مع توفير الوقت المهدر في الجرد اليدوي والبحث عن الأصناف.
• القضاء على الأخطاء البشرية في العد والتسجيل 
• الحد من نفاد أو تكدس المخزون عن طريق التنبيهات التلقائية والتنبؤ بالطلب
• تحسين تخطيط المخزون بقدرته على تحليل حركة الأصناف وتحديد البضائع سريعة وبطيئة الحركة
• ضمان جودة المنتجات وعدم تلفها أو خروجها من المواصفات بمراقبة ظروف تخزينها.

الملخص

يشير إنترنت الأشياء (IoT) إلى شبكة مترابطة من الأجهزة المزوّدة بمستشعرات وبرمجيات قادرة على جمع البيانات من البيئة المحيطة، معالجتها، وإرسالها عبر الإنترنت لاتخاذ قرارات ذكية في الوقت الفعلي، وقد أحدثت هذه التقنية ثورة في قطاع التصنيع بفضل قدرتها على تعزيز الكفاءة، رفع الجودة، وخفض التكاليف.

في مجال مراقبة جودة الخرسانة، يتيح إنترنت الأشياء جمع بيانات دقيقة وآنية عن معاملات حيوية مثل درجة الحرارة والرطوبة والإجهادات داخل الصب الخرساني عبر مستشعرات مدفونة، ثم تحليلها بخوارزميات تعتمد على الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بقوة الخرسانة؛ مما يسمح بالكشف المبكر عن العيوب، ضمان مطابقة الخرسانة للمواصفات، رفع مستوى السلامة الهيكلية، وتسريع عملية البناء بتقليل أوقات الانتظار.

أما في إدارة المخزون، فقد حوّل إنترنت الأشياء المخازن إلى أنظمة ذكية تعتمد على تقنيات مثل بطاقات RFID، المستشعرات، وأجهزة التتبع؛ فبفضل هذه الأدوات، يمكن متابعة موقع وكميات وحالة الأصناف بدقة عالية في الوقت الفعلي، مراقبة ظروف التخزين، إصدار تنبيهات تلقائية عند انخفاض المخزون أو زيادته، والتنبؤ بالطلب، والنتيجة هي رفع كفاءة العمليات، تقليل الأخطاء البشرية، تقليل الهدر، وضمان جودة المنتجات.

الأسئلة الشائعة

ما هي إدارة المخزون في إنترنت الأشياء؟

يشير إدارة المخزون في إنترنت الأشياء إلى استخدام تقنيات مثل بطاقات RFID والمستشعرات وأجهزة التتبع من أجل تتبع الأصناف وكمياتها ومواقعها وحالتها في الوقت الفعلي، وكذلك للتنبؤ بالطلب، وأتمتة أوامر الشراء؛ مما ينتج عنه تقليل الأخطاء البشرية، منع تكدس أو نفاد المخزون، وتحسين كفاءة العمليات وسلسلة التوريد.