تولید پیشرفته
نرم‌افزارهای جدید قدرتمند و تولید انبوه
شرکت استنلی بلک اند دکر در کارخانه‌ای در مرز کارولینا دریل‌های برقی بی‌سیم را مونتاژ می‌کند. وقتی دریل‌های نیمه‌تمام در جعبه‌هایی بر روی یک تسمه نقاله حرکت می‌کنند یک بازوی الکتریکی از آنها عکس می‌گیرد و نقایص آنها را اسکن می‌کند. روباتی دیگر موتورهای برقی را در قالب دریل‌ها نصب می‌کند. روبات سوم پیچ‌ها را در محل قرار داده و محکم می‌کند. یک نرم‌افزار واحد بر کل خط تولید نظارت دارد که هر ساعت 130 ابزار بی‌سیم را تحت نظارت هفت انسان بیرون می‌دهد. این خط مونتاژ جانشین یک خط دیگر در چین شده است که 40 کارگر داشت و هر ساعت 100 ابزار تولید می‌کرد.
لیور سوزان، رئیس شرکت برایت‌ماشین مستقر در سان‌فرانسیسکو که نرم‌افزار این کارخانه را نصب کرده است، می‌گوید: «30 سال دیگر ما به نسل انسان‌هایی که محصولات را با دست تولید می‌کنند خواهیم خندید.» صرفاً طرح دریل‌های برقی یا گام‌های مختلف ساخت آنها تغییر نکرده است، بلکه این دستگاه‌های خودکار هستند که با کمک دستورهای کدگذاری‌شده در نرم‌افزار کارها را انجام می‌دهند. این نرم‌افزارها از مغز آن کارگران چینی تقلید می‌کنند که اکثر کارها را به شکل دستی انجام می‌دادند.
این روش انجام کار شبیه مدلی است که قبلاً در صنعت نیمهرساناها به کار می‌رفت. در آنجا تراشه‌ها با استفاده از نرم‌افزاری طراحی می‌شوند که مستقیماً به سخت‌افزار خودکاری متصل است که تراشه را می‌سازد. برای کارخانه فورت‌میل (Fort Mill) و دیگر بنگاه‌هایی که از سامانه‌های تولید مجهز به نرم‌افزار بهره می‌برند، این روش نوید دگرگونی کارخانه‌های آینده را می‌دهد که طراحی و تولید سریع محصولات پیچیده را امکان‌پذیر می‌کنند و صرفه‌جویی بزرگی در هزینه‌ها ایجاد می‌کنند.
لطفاً این را بسازید
برای درک چرایی موضوع، نسخه ساده‌شده‌ای از چگونگی ساخت یک ابزار جدید را در نظر بگیرید. تیمی از طراحان یک ویژگی جدید، مثلاً یک باتری با عمر طولانی‌تر، را معرفی می‌کنند. آنها نقشه تمام عناصر محصول جدید، از جعبه باتری گرفته تا مدارهایی را که باید عوض شوند ترسیم می‌کنند. این کاری پیچیده است، چون هر تغییر کوچک در یک قطعه می‌تواند تاثیری بزرگ بر قطعه دیگر گذارد و این سلسله ادامه یابد.
سپس این طرح به بخش دیگر و به افراد مسوول ساخت آن انتقال می‌یابد. گاهی اوقات آن بخش یک کارخانه ثالث مستقر در چین است. مهندسان، طراحان و کارکنان تولید مرتب اطلاعات را مبادله و جلساتی را برگزار می‌کنند و با توجه به موفقیت‌ها و شکست‌های تولیدات نمونه طراحی‌ها را تغییر می‌دهند. اموری کوچک همانند سفت نشدن کامل یک پیچ، چون پیچ‌گوشتی برقی به آن نمی‌رسد می‌تواند همه چیز را به میز طراحی بازگرداند. این میز طراحی در زمان حال یک برنامه طراحی مبتنی بر کامپیوتر (CAD) است.
سرانجام تمام مشکلات رفع و محصول جدید برای تولید آماده می‌شود. اما ممکن است جزئیات ظریف این فرآیند هنوز در اذهان کارگران خط مونتاژ کالای نمونه باقی بمانند. انسان‌ها به طرزی باورنکردنی انعطاف‌پذیرند و اغلب راه‌های میان‌بر را پیدا می‌کنند.
دهه‌هاست که از این فرآیند استفاده می‌شود، هرچند به‌طور ذاتی ابهام‌آلود و آشفته است. طراحان نمی‌توانند با اطمینان پیش‌بینی کنند که کارخانه چه کارهایی را می‌تواند یا نمی‌تواند انجام دهد. در نتیجه، تیم طراحی ممکن است از روی عمد برخی ویژگی‌ها را مبهم و نظریات نوآورانه را مسکوت گذارد چون می‌ترسد به آنها بگویند این کار انجام‌پذیر نیست یا هزینه بسیار سنگینی دارد.
وقتی به جای انسان یک نرم‌افزار سخت‌افزارها را کنترل کند همه چیز تغییر خواهد کرد. طراحان می‌توانند محصولات جدیدی طراحی کنند و تقریباً مطمئن باشند که آنها قابل ساخت هستند. دلیل این قابلیت آن است که محدودیت‌های خط تولید -حتی ظریف‌ترین جزئیات مانند محل نصب پیچ‌ها- در برنامه‌های کد (CAD) پیش‌بینی می‌شوند. این برنامه‌ها به نوبه خود مستقیماً به سخت‌افزاری وصل می‌شوند که دستگاه‌های کارخانه را کنترل می‌کند. بنابراین اگر طرحی در شبیه‌سازی دیجیتال موفقیت‌آمیز باشد این شانس را دارد که در خط تولید هم موفق عمل کند.
این یکپارچگی نزدیک سخت‌افزار تولید و نرم‌افزار کد (CAD) پیشرفتی بزرگ در تولید نیمه‌رساناهاست که در آن دستگاه‌های بزرگ مدارها را در صفحات سیلیکونی با عرض چند نانومتر (یک‌میلیاردم متر) نصب می‌کنند. طراحان تراشه به همراه بنگاه‌هایی مانند اپل، ان‌ویدیا یا کوالکام از برنامه‌های ویژه‌ای برای نصب مدارها استفاده می‌کنند که عمدتاً به‌وسیله دو شرکت کادنس (Cadence) و سینوپسیس (Synopsys) تولید شده‌اند. سپس پوشه‌های طراحی مستقیماً برای ساخت به کارگاه‌های ریخته‌گری سیلیکون از قبیل TSMC در تایوان فرستاده می‌شوند.
ویلی شیه (Willy Shih) از موسسه تجارت هاروارد می‌گوید تا قبل از اختراع این ابزارها، انسان‌ها مدارهای یکپارچه را با دست می‌ساختند. امروز این کار برای تراشه‌هایی مانند تراشه M1 (ام وان) اپل که 114 میلیارد ترانزیستور دارد غیرممکن است. تولید این پیچیدگی فقط در سامانه‌ای امکان‌پذیر است که در آن انسان‌ها می‌توانند جزئیات را نادیده بگیرند و فقط بر کارکرد تمرکز کنند.
شرکت استنلی بلک اند دکر هنوز از ابزارهای کد (CAD) سامانه برایت‌ماشین برای طراحی محصولات جدید استفاده نکرده است. اما فکر می‌کند به زودی چنین کاری را انجام دهد. آقای سوزان می‌گوید: «کاری که کادنس و سینوپسیس در مورد نیمهرساناها انجام دادند همان کاری است که ما برای طراحی محصول انجام خواهیم داد.»
لایه‌به‌لایه
برخی شرکت‌ها طراحی محصولات به این روش را آغاز کرده‌اند. شرکت ولکان فورمز (Forms Vulcan) یک ریخته‌گری است اما به جای تراشه قطعات فلزی می‌سازد. این کارگاه در یک آشیانه قدیمی هواپیما در شمال ماساچوست استقرار دارد و در آن دستگاه‌های فرمان‌پذیر از کامپیوترها 100 هزار وات نور نامرئی لیزر را بر بستری از پودر فلزات متمرکز می‌کنند. پودر فلز ذوب و سپس لایه‌به‌لایه به الگوهایی پیچیده وارد می‌شود تا قطعه‌ای با ابعاد معین تا یک‌صدم سانتی‌متر ساخته شود.
این قطعه می‌تواند بخشی از موتور یک پهپاد نظامی یا مفصل جایگزین در لگن انسان باشد. این نوع تولید به چاپ سه‌بعدی شهرت دارد. دستگاه‌های ولکان فورمز با نرم‌افزار کد هدایت می‌شوند و می‌توانند هر قطعه فلزی با قطر تا حدود نیم‌متر را بسازند.
ری استتا (Ray Stata) بنیانگذار شرکت تراشه‌ساز آمریکایی آنالوگ دیوایس (Analog Device) و یکی از اعضای هیات‌مدیره ریخته‌گری می‌گوید، «وقتی من با کار ولکان فورمز آشنا شدم می‌توانستم الگوهایی قابل پیش‌بینی را ببینم که بازتابی از آموزه‌های صنعت نیمهرساناها بودند. در آن صنعت، نرم‌افزاری که طراح و تولید‌کننده را به یکدیگر ارتباط می‌داد سودمندی زیادی در کارایی و صرفه حاصل از مقیاس داشت. ولکان فورمز از نرم‌افزار ساخت ان‌توپولوژی (nTopology) استفاده می‌کند که به افراد فاقد مهارت لازم برای کار با لیزر امکان می‌دهد اشیای تولید کارگاه ریخته‌گری را طراحی کنند.
جان هارت، مدیر ارشد فناوری در ولکان فورمز می‌گوید، در نتیجه می‌توان قطعاتی ساخت که از نظر سطح عملکردی با گذشته قابل مقایسه نیستند، چون می‌توان آنها را به شکل ساختارهای هندسی پیچیده‌ای ساخت که تولید آنها در گذشته غیرممکن بود. محصولات را می‌توان در حجم بالا تولید کرد و به عنوان مثال هزار مهره مصنوعی ستون فقرات را از یک بستر فلزی ساخت. همچنین در این روش می‌توان محصولات را یکباره و به شکل قطعات واحد تولید کرد، به جای آنکه مجموعه‌ای از قطعات مونتاژ‌شده باشند.
این امر میزان مواد لازم و وزن قطعات را کاهش می‌دهد و هزینه‌های خط مونتاژ را پایین می‌آورد. تولید مبتنی بر نرم‌افزار تاثیراتی را بر برخی چالش‌های بزرگ تجاری و سیاسی پیش‌روی شرکت‌ها داشته است. بنگاه‌هایی که از اتکا به تولید‌کنندگان چینی ناراضی هستند می‌توانند با استفاده از این روش تولید را به داخل منتقل کنند.
آقای سوزان این موضوع را با عبارات نظامی بیان می‌کند: «تولید یک اسلحه است. وقتی ما پرونده‌های طراحی را به چین می‌دهیم در واقع کد منبع آن اسلحه را در اختیار دشمن خود می‌گذاریم.» این روش تاثیراتی را هم بر مشاغل تولیدی دارد. خودکارسازی تعداد افراد مونتاژکار در کف کارگاه را کاهش می‌دهد، اما همزمان مشاغلی را خلق می‌کند.
برای برنامه‌نویسی و نگهداری سامانه‌های تولید به تکنسین‌ها نیاز داریم و شرکت‌های موفق احتمالاً در ادارات خود افراد بیشتری را برای طراحی، بازاریابی و فروش استخدام خواهند کرد. این مشاغل به مهارت‌های متفاوتی نیاز دارند، بنابراین بازآموزی کارکنان ضرورت پیدا می‌کند. آقای شیه متذکر می‌شود که علاوه بر دستگاه‌ها و فرآیندها، خود کارخانه‌ها هم زیر سلطه نرم‌افزارها در می‌آیند. او به شرکت تکنوماتیکس (Technomatix) وابسته به زیمنس، غول صنعتی آلمان، اشاره می‌کند.
نرم‌افزارهای این شرکت به طراحان امکان می‌دهند تا کل کارخانه را طراحی کنند، به گونه‌ای که ساخت محصولات جدید را بتوان در یک محیط مجازی که به دوقلوی دیجیتال شهرت دارد شبیه‌سازی کرد، قبل از آنکه تولید در محیط فیزیکی آغاز شود. اگر آینده تولید از صنعت نیمهرساناها پیروی می‌کند هنوز مسیرهایی برای پیمودن دارد. تولید کالاهای مکانیکی همانند نصب مدارهای پیچیده‌ای که هیچ قطعه متحرکی ندارند نیست. امور هنوز استاندارد نشده‌اند و قطعات تولیدی کاربردهای نهایی مختلفی دارند.
آقای استتا می‌گوید:« ما در مورد سازه‌های مکانیکی در ابتدای راه هستیم. فرآیند اتصال مواد به یکدیگر با روش نرم‌افزاری هنوز مراحل اولیه را می‌گذراند. انعطاف‌پذیری و امکانی که پدیدار خواهد شد ما را شگفت‌زده خواهد کرد.» برخی تاثیرات در حال آشکار شدن هستند. محصولات به سطحی از کارایی و دقت می‌رسند که در زمان تولید با دستان انسانی غیرقابل دسترس بود. طراحی دوبعدی کارخانه‌ای که در آن کارگران انسانی کار می‌کنند به تاریخ می‌پیوندد. کارخانه‌هایی که نرم‌افزارها طراحی می‌کنند تراکم بیشتری دارند و مکان‌هایی سه‌بعدی و پیچیده‌تر و انباشته از ماشین‌آلات خودکار هستند.
این کارخانه‌های آینده مکان‌هایی تقریباٌ خلوت خواهند بود که فقط چند تکنسین در آنها حضور دارند. اما وقتی نرم‌افزارها مسوولیت تولید را بر عهده می‌گیرد افراد آسان‌تر می‌توانند از آنها برای توسعه و طراحی محصولات جدید استفاده کنند. در این صورت تخیلات و تصوراتشان آزاد می‌شود و به سطوح جدید اوج می‌گیرد.
