الحوسبة الطرفية في المصنع المتصل - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 الحوسبة الطرفية في المصنع المتصل وصناعة النفط والغاز

المفاهيم الأساسية

الحوسبة الطرفية (Edge Computing): نشر قدرات حوسبية (تبديل، توجيه، أمن) في الشبكات الطرفية القريبة من الآلات داخل المصنع لحل مشاكل تخزين ومعالجة البيانات.

الرقمنة: عملية الاستفادة من التقدم الكبير في تقنية المعلومات لتطوير حلول وتقنيات جديدة للأعمال وإجراءاتها.

خريطة المفاهيم

```markmap

تأثير إنترنت الأشياء على الصناعة

مقدمة

تأثير كبير على جميع مجالات الحياة

هدف الصناعة: تقليل التكلفة الإجمالية

تحدي: تأثير خفض التكلفة السلبي على خدمة العملاء والجودة

الصناعة الذكية

استخدام البيانات الضخمة

#### المراقبة الفورية للجودة

#### تحسين كفاءة الآلات الكلية (OEE)

#### تقليل وقت الإنتاج

الاستجابة لتحولات السوق وحاجات المستهلكين

التصنيع القائم على البيانات

تقارب التقنية التشغيلية (OT) والمعلوماتية (IT)

تكامل أعمق بين الآلات وعمليات التصنيع

إزالة الفجوة بين شبكات الصناعة والأعمال

دمج العمليات في بنية تحتية موحدة

تقارب التقنية التشغيلية والمعلوماتية

اتصال ومراقبة وتحسين الأجهزة القابلة للتطوير

اعتبار الآلات جزءاً من نظام شبكة متصل متكامل

تقليل تكلفة توصيل الأجهزة في النظام المتكامل

تقنية أفضل وتكلفة أقل

ظهور تقنيات جديدة

تحسين بيئات التشغيل

تعزيز الكفاءة والسلامة

التحكم الآلي والأتمتة (خاصة في الأغذية والمشروبات)

استخدام الروبوتات ومعالجة الصور

تحسين الكفاءة والسلامة في المصانع الحديثة

هيكلية المصنع المتصل

الدمج بين (IACS) وتقنية المعلومات

#### التحكم في العمليات الأساسية

#### مراقبة الاستخدام

#### سير السلامة عند الطوارئ

#### الهدف: الجودة والكفاءة مع التكامل والموثوقية

بروتوكول مودبس (Modbus)

#### بروتوكول معياري مفتوح للقطاع الصناعي

#### يعمل على بروتوكولات Ethernet و TCP/IP

#### آلية إدارة الأجهزة الرئيسة والتابعة

تحديات المصنع المتصل

هدف للقرصنة الإلكترونية

التقارب بين الشبكات يخلق ثغرات أمنية

الحل التقليدي: فصل شبكة المصنع عن شبكة تقنية المعلومات

#### عيوب الحل: يمنع التواصل مع عمليات الطبقة العليا ويحد من إمكانيات تحسين الأعمال

مخاطر إضافية من الأجهزة المحمولة والوصول غير المقيد

الحوسبة الطرفية في المصنع المتصل

مشكلة: الآلات تنتج كميات هائلة من البيانات

الحل التقليدي: نشر حواسيب لتخزين البيانات

#### مشاكل الحل التقليدي:

##### مشاكل صيانة وترقية أنظمة التشغيل

##### أعطال الأجهزة بسبب ظروف المصنع

##### عائق أمام جمع ومعالجة والاستجابة للبيانات بكفاءة

الحل الحديث: الحوسبة الطرفية

##### توصيل الآلات بأجهزة حوسبة طرفية مدمجة

##### تتضمن قدرات التبديل والتوجيه والأمن

##### تساعد على تطوير تحليلات البيانات الصناعية

صناعة النفط والغاز

أهمية: مورد أساسي للمواصلات والصناعات (مثل البلاستيك)

أهداف الشركات:

#### خفض التكاليف

#### زيادة الكفاءة والسرعة

#### زيادة عوائد الاستثمارات

مؤشرات الأداء الرئيسة (KPIs):

#### التحكم في التكاليف

#### تعزيز الصحة والسلامة

استخدامات إنترنت الأشياء في القطاع:

#### مراقبة حالة وسلوك المعدات

#### تحقيق أقصى قدر من كفاءة العمليات والموارد

#### تحسين عملية اتخاذ القرارات

مثال تطبيقي:

#### معمل الغاز في العثمانية (السعودية)

##### استخدام الطائرات دون طيار والكائنات الذكية

##### استخدام تحليلات البيانات لتحسين الاستخدام

##### آلاف مستشعرات إنترنت الأشياء في حقل خريص النفطي

تحديات الصناعة كمحركات للتحول إلى الرقمنة

إنترنت الأشياء والرقمنة يمهدان الطريق لتحسينات مستحيلة سابقاً ونماذج أعمال جديدة

محركات التحول الرقمي:

#### النمذجة والتحليلات المتقدمة

#### البيانات الضخمة

#### تقارب تقنية المعلومات (IT) والتقنية التشغيلية (OT)

#### الآلات الذكية

#### التنقل والتخزين السحابي

#### إدارة أداء الأصول

```

نقاط مهمة

• مشكلة تخزين ومعالجة بيانات المصانع تم حلها جزئياً بالحواسيب، لكنها جلبت تحديات صيانة وأمان.
• الحوسبة الطرفية تضع قدرات حوسبية قريبة من الآلات، مما يحل مشاكل الكفاءة ويطور تحليلات البيانات.
• صناعة النفط والغاز تعتمد على إنترنت الأشياء لتحقيق أهدافها الأساسية: خفض التكاليف وزيادة الكفاءة والسلامة.
• الرقمنة (باستخدام IoT) تمكن من تحقيق مكاسب تحسين الكفاءة ونماذج أعمال جديدة كانت مستحيلة سابقاً.

الحوسبة الطرفية في المصنع المتصل Edge Computing in the Connected Factory

يمكن للآلات الموجودة في المصنع إنتاج كميات هائلة من البيانات، وبالتالي تبرز مشكلة تخزين تلك البيانات. وقد عالجت العديد من المصانع هذه المشكلة من خلال نشر الحواسيب لتخزين هذه البيانات. أدى جمع البيانات من أجهزة الحاسب الموجودة في المصنع إلى ظهور مشكلات عديدة تتعلق بالصيانة والأمان، فكما هو معروف، يتطلب كل حاسب تصحيحات وترقيات لنظام تشغيله. كما تزداد أعطال الأجهزة بشكل ملحوظ في المصانع؛ إذ إن معظم تلك الأجهزة لا تصمم لتحمل الظروف المختلفة فيها. وتشكل هذه المشكلات عائقًا أمام عمليات التصنيع في جمع البيانات ومعالجتها والاستجابة لها بكفاءة. يمثل هذا النهج عائقًا كبيرًا أمام تطوير الأفكار والفوائد التجارية المحتملة التي قد توفرها تحليلات البيانات الصناعية. تساعد التطورات الجديدة في إضافة القدرات الحوسبية في الشبكات الطرفية على حل هذه المشكلات. بدأ المصنعون بإدراك ميزات توصيل الآلات بخدمات الحوسبة المتطورة مع أجهزة الحوسبة الطرفية المدمجة بالآلة القريبة من الحافة، والتي تتضمن قدرات التبديل والتوجيه والأمن معًا بشكل دائم.

صناعة النفط والغاز Oil and Gas Industry

يعد كل من النفط والغاز من أهم الموارد التي يستخدمها المجتمع الحديث، وذلك بدءًا بالبنى التحتية للمواصلات، إلى تصنيع المواد البلاستيكية. يعتمد كل عنصر من عناصر الحياة الحديثة تقريبًا على توفر السلع التي تعتمد على هذه الصناعة. تهتم شركات النفط والغاز بشكل أساسي بخفض التكاليف، وزيادة الكفاءة والسرعة، وزيادة عوائد الاستثمارات. يعد التحكم في التكاليف وتعزيز الصحة والسلامة العامة وخاصة في الصناعات الخطرة من بين مؤشرات الأداء الرئيسة (Key Performance Indicators – KPLs) الأكثر أهمية في القطاع الصناعي.

على غرار القطاعات الأخرى، تستخدم شركات النفط والغاز إنترنت الأشياء للعديد من الأغراض بما فيها ما يلي: • مراقبة حالة المعدات الصناعية أو سلوكها للرؤية والتحكم. • تحقيق أقصى قدر من الكفاءة للعمليات والموارد. • تحسين عملية اتخاذ قرارات الأعمال التجارية.

شكل 8.2: مراقبة إنتاج النفط

تحديات الصناعة الرئيسية كمحركات للتحول إلى الرقمنة Industry Key Challenges As Digitization Drivers

إن إنترنت الأشياء (IoT) والرقمنة – وهي عملية الاستفادة من التقدم الكبير في تقنية المعلومات لتطوير حلول وتقنيات جديدة للأعمال وإجراءاتها – تمهد الطريق لتحقيق مكاسب تحسين الكفاءة التي كانت مستحيلة سابقًا وكذلك نماذج الأعمال الجديدة.

• النمذجة والتحليلات المتقدمة. • البيانات الضخمة. • تقارب تقنية المعلومات (IT) / التقنية التشغيلية (OT). • الآلات الذكية. • التنقل والتخزين السحابي. • إدارة أداء الأصول.

يعد معمل الغاز في العثمانية أحد أكبر المصانع لمعالجة الغاز في المملكة العربية السعودية. تعمل حلول إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي على تحسين الإنتاجية وموثوقية هذه المنشأة. فتستخدم الطائرات دون طيار، والكائنات الذكية لمراقبة معدات مصفاة خطوط أنابيب الغاز وتستخدم طرائق تحليل البيانات لتحسين الاستخدام. يوجد الآلاف من مستشعرات إنترنت الأشياء تراقب حقل خريص النفطي.

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

--- SECTION: الحوسبة الطرفية في المصنع المتصل --- الحوسبة الطرفية في المصنع المتصل Edge Computing in the Connected Factory يمكن للآلات الموجودة في المصنع إنتاج كميات هائلة من البيانات، وبالتالي تبرز مشكلة تخزين تلك البيانات. وقد عالجت العديد من المصانع هذه المشكلة من خلال نشر الحواسيب لتخزين هذه البيانات. أدى جمع البيانات من أجهزة الحاسب الموجودة في المصنع إلى ظهور مشكلات عديدة تتعلق بالصيانة والأمان، فكما هو معروف، يتطلب كل حاسب تصحيحات وترقيات لنظام تشغيله. كما تزداد أعطال الأجهزة بشكل ملحوظ في المصانع؛ إذ إن معظم تلك الأجهزة لا تصمم لتحمل الظروف المختلفة فيها. وتشكل هذه المشكلات عائقًا أمام عمليات التصنيع في جمع البيانات ومعالجتها والاستجابة لها بكفاءة. يمثل هذا النهج عائقًا كبيرًا أمام تطوير الأفكار والفوائد التجارية المحتملة التي قد توفرها تحليلات البيانات الصناعية. تساعد التطورات الجديدة في إضافة القدرات الحوسبية في الشبكات الطرفية على حل هذه المشكلات. بدأ المصنعون بإدراك ميزات توصيل الآلات بخدمات الحوسبة المتطورة مع أجهزة الحوسبة الطرفية المدمجة بالآلة القريبة من الحافة، والتي تتضمن قدرات التبديل والتوجيه والأمن معًا بشكل دائم. --- SECTION: صناعة النفط والغاز --- صناعة النفط والغاز Oil and Gas Industry يعد كل من النفط والغاز من أهم الموارد التي يستخدمها المجتمع الحديث، وذلك بدءًا بالبنى التحتية للمواصلات، إلى تصنيع المواد البلاستيكية. يعتمد كل عنصر من عناصر الحياة الحديثة تقريبًا على توفر السلع التي تعتمد على هذه الصناعة. تهتم شركات النفط والغاز بشكل أساسي بخفض التكاليف، وزيادة الكفاءة والسرعة، وزيادة عوائد الاستثمارات. يعد التحكم في التكاليف وتعزيز الصحة والسلامة العامة وخاصة في الصناعات الخطرة من بين مؤشرات الأداء الرئيسة (Key Performance Indicators – KPLs) الأكثر أهمية في القطاع الصناعي. على غرار القطاعات الأخرى، تستخدم شركات النفط والغاز إنترنت الأشياء للعديد من الأغراض بما فيها ما يلي: • مراقبة حالة المعدات الصناعية أو سلوكها للرؤية والتحكم. • تحقيق أقصى قدر من الكفاءة للعمليات والموارد. • تحسين عملية اتخاذ قرارات الأعمال التجارية. --- SECTION: شكل 8.2 --- شكل 8.2: مراقبة إنتاج النفط --- SECTION: تحديات الصناعة الرئيسية كمحركات للتحول إلى الرقمنة --- تحديات الصناعة الرئيسية كمحركات للتحول إلى الرقمنة Industry Key Challenges As Digitization Drivers إن إنترنت الأشياء (IoT) والرقمنة – وهي عملية الاستفادة من التقدم الكبير في تقنية المعلومات لتطوير حلول وتقنيات جديدة للأعمال وإجراءاتها – تمهد الطريق لتحقيق مكاسب تحسين الكفاءة التي كانت مستحيلة سابقًا وكذلك نماذج الأعمال الجديدة. • النمذجة والتحليلات المتقدمة. • البيانات الضخمة. • تقارب تقنية المعلومات (IT) / التقنية التشغيلية (OT). • الآلات الذكية. • التنقل والتخزين السحابي. • إدارة أداء الأصول. --- SECTION: مثال --- يعد معمل الغاز في العثمانية أحد أكبر المصانع لمعالجة الغاز في المملكة العربية السعودية. تعمل حلول إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي على تحسين الإنتاجية وموثوقية هذه المنشأة. فتستخدم الطائرات دون طيار، والكائنات الذكية لمراقبة معدات مصفاة خطوط أنابيب الغاز وتستخدم طرائق تحليل البيانات لتحسين الاستخدام. يوجد الآلاف من مستشعرات إنترنت الأشياء تراقب حقل خريص النفطي. وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: مراقبة إنتاج النفط Description: An illustrative image depicting an oil rig at night with digital overlays showing data points and numerical values. The oil rig is a large industrial structure with multiple towers and pipes, illuminated against a dark background. Digital elements, including hexagonal shapes, lines, and glowing points, are superimposed on the image, suggesting a network or data flow. Prominently displayed in orange and white are the numbers '93.50' and '12.30', possibly representing production metrics or sensor readings. Another number '93.50' is visible near the base of the rig. The overall visual conveys the theme of digital monitoring and data analysis in the oil and gas industry, emphasizing the integration of technology. X-axis: N/A Y-axis: N/A Data: Digital overlays show numerical values '93.50' and '12.30' and a network of connected points, indicating data visualization. Key Values: 93.50, 12.30 Context: This figure illustrates the application of digital technologies, such as IoT and data analytics, in monitoring and managing oil production processes, as discussed in the accompanying text about the oil and gas industry.