تنتشر الروبوتات الصناعية في كل مكان حولنا؛ فهي تُنتج السلع التي نستهلكها والمركبات التي نقودها. وينظر الكثيرون إلى هذه التقنيات على أنها بسيطة بطبيعتها. فمع أنها تتميز بقدرتها الفريدة على إنتاج المنتجات بسرعة وبجودة عالية، إلا أنها تعمل ضمن نطاق محدود من الحركة. فما هو حجم الجهد المبذول في برمجة الروبوت الصناعي؟

في الحقيقة، على الرغم من تفاوت الروبوتات الصناعية في مستويات تعقيدها، إلا أن أبسط استخداماتها لا يزال بعيدًا كل البعد عن التشغيل الفوري. بعبارة أخرى، يتطلب ذراع الروبوت الذي يحتاج إلى حركة محدودة على المحاور س، ص، ع لأداء مهامه يوميًا أكثر من مجرد بضعة أسطر من التعليمات البرمجية. ومع ازدياد تطور الروبوتات الصناعية وتحول المصانع التقليدية إلى مصانع ذكية، سيزداد حجم العمل والخبرة اللازمين لتدريب هذه الروبوتات. دعونا نلقي نظرة على بعض طرق برمجة الروبوتات الحديثة.

قلادة تعليمية

قد يستحضر مصطلح "الروبوت" صوراً ذهنية مختلفة. فبينما قد يقارن عامة الناس الروبوت بشيء شاهدوه في فيلم أو على التلفاز، إلا أن الروبوت في معظم الصناعات يتكون من ذراع آلية مبرمجة لإنجاز مهمة متفاوتة التعقيد بمستوى جودة مقبول.

أحيانًا، يمكن تحديد أوجه الكفاءة أثناء الإنتاج، مما يستدعي إجراء تعديلات طفيفة على حركات الروبوت. إيقاف الإنتاج لإعادة برمجة المعدات سيكون مكلفًا وغير عملي؛ إذ يُفترض تقليديًا أن كل تعديل من هذه الحركات يحتاج إلى برمجة دقيقة في الحاسوب، سطرًا بسطر؛ لكن هذا أبعد ما يكون عن الحقيقة.

صندوق التعليم، أو ما يشار إليه عادةً باسم قلادة التعليم أو مسدس التعليم، هو جهاز محمول صناعي متين يسمح للمشغل بالتحكم في الروبوت في الوقت الفعلي وإدخال أوامر منطقية وتسجيل المعلومات في جهاز كمبيوتر الروبوت.

تميل الروبوتات الصناعية إلى العمل بسرعات تفوق قدرة العين البشرية على الرؤية، ولكن يمكن للمشغل، باستخدام وحدة تحكم يدوية، إبطاء سرعة الجهاز لرسم حركات الروبوت بما يتناسب مع تغيير الإجراءات. قد تبدو هذه العملية سهلة لأي شخص سبق له استخدام وحدة تحكم ألعاب الفيديو، ولكنها في الواقع أكثر تعقيدًا من مجرد معرفة كيفية إدخال البيانات. يحتاج المشغل، على سبيل المثال، إلى تصور المسار الأمثل الذي سيسلكه الروبوت لضمان اقتصار حركاته على الضروري منها فقط. فالحركات غير الضرورية أو زيادة الوقت، مهما بدت طفيفة، قد تؤثر سلبًا على إنتاجية خط الإنتاج. ومع مرور الوقت، قد يؤدي مسار غير فعال في الروبوت إلى خسائر مالية كبيرة للشركة المصنعة.

بالطبع، يجب مراعاة سرعة كل حركة لضمان قدرة الروبوت على أداء حركات المفاصل بأكبر قدر ممكن. تُعدّ هذه الحركات أكثر كفاءة من منظور الحركة، بافتراض امتلاك المبرمج الخبرة اللازمة لتنفيذها. قد يبدو هذا النوع من البرمجة بسيطًا للوهلة الأولى، لكن إتقانه قد يستغرق سنوات. لطالما كانت وحدات التحكم اليدوية (Teach Pendants) موجودة، ولا تزال تُشكّل عنصرًا أساسيًا في عالم برمجة الروبوتات.

محاكاة غير متصلة بالإنترنت

يُعدّ توقف الإنتاج أحد أكبر المخاطر التي تواجه برمجة الروبوتات الصناعية في المصنع. إذ يحتاج المبرمج إلى التفاعل مع الآلة، وإجراء تعديلات على الكود، واختبار حركة المعدات ضمن سياق الإنتاج قبل استئناف العمليات. ولحسن الحظ، يُمكن استخدام برامج المحاكاة غير المتصلة بالإنترنت لتقريب أي تغييرات برمجية ينوي المشغل إدخالها، كما يُمكن إصلاح الأخطاء قبل نشر تحديث البرنامج، وكل ذلك دون توقف العمليات. ولا توجد أي تكلفة مالية لتشغيل عمليات المحاكاة غير المتصلة بالإنترنت، ولا يوجد أي خطر على المشغل، حيث يُمكن تشغيلها على جهاز كمبيوتر موجود بعيدًا عن أرضية المصنع.

هناك العديد من أنواع البرامج المختلفة التي توفر إمكانيات المحاكاة دون اتصال بالإنترنت، ولكن المبدأ واحد، وهو إنشاء بيئة افتراضية تمثل عملية التصنيع وبرمجة الحركات باستخدام نموذج ثلاثي الأبعاد متطور.

تجدر الإشارة إلى أنه لا يوجد برنامج أفضل من غيره بشكل مطلق، ولكن قد يكون أحدها مفضلاً حسب مدى تعقيد التطبيق. تكمن جاذبية هذا النوع من البرمجة في أنه لا يسمح للمبرمج ببرمجة حركات الروبوت فحسب، بل يسمح له أيضاً بتنفيذ وظائف كشف التصادم والاقتراب منه وعرض نتائجها، بالإضافة إلى تسجيل أوقات الدورات.

بما أن البرنامج يتم إنشاؤه بشكل مستقل عن الجهاز على جهاز كمبيوتر خارجي (وليس يدويًا، كما هو الحال بالنسبة لتعليم وحدة التحكم)، فإنه يسمح للمصنعين بالاستفادة من الإنتاج على نطاق قصير من خلال القدرة على أتمتة العملية بسرعة دون إعاقة العمليات العادية.

في حين أن تعليم برمجة وحدة التحكم يوفر نهجًا دقيقًا للغاية لتعديلات الروبوتات في أرضية المصنع، إلا أنه من الممكن القول إن هناك فائدة أكبر من القدرة على تشغيل تحديثات البرمجة في بيئة اختبار قبل تحديث الكود في المعدات المادية.

البرمجة عن طريق العرض التوضيحي

تتشابه هذه الطريقة إلى حد كبير مع عملية وحدة التحكم اليدوية. فكما هو الحال مع وحدة التحكم اليدوية، يستطيع المشغل "عرض" سلسلة من الحركات الجديدة للروبوت بدقة عالية، وتخزين هذه المعلومات في حاسوب الروبوت. ومع ذلك، توجد بعض المزايا التي تُفرّق بين الطريقتين. فوحدة التحكم اليدوية، على سبيل المثال، جهاز محمول متطور يحتوي على العديد من عناصر التحكم والوظائف المختلفة. أما البرمجة بالعرض التوضيحي، فتتطلب عادةً من المشغل تحريك ذراع الروبوت باستخدام عصا التحكم (بدلاً من لوحة المفاتيح). وهذا يجعل عملية البرمجة أبسط وأسرع بكثير، ما يُقلل من وقت التوقف.

كما أن هذا النوع من البرمجة الروبوتية يستغرق وقتًا أقل حتى يصبح المشغل ماهرًا؛ لأن المهمة نفسها تتم برمجتها بنفس الطريقة التي يكملها بها المشغل البشري.

مستقبل برمجة الروبوتات

لكلٍّ من أساليب البرمجة هذه مكانتها في عالم الروبوتات الصناعية، لكن لا يوجد أسلوب مثالي. فكلٌّ منها، بطريقته الخاصة، قد يُعيق الإنتاج ويزيد التكاليف على المُصنِّع. كما يتطلب الأمر وقتًا لتعليم الروبوت كيفية أداء المهمة. وفي كثير من الأحيان، قد تختلف مهارة المُشغِّل أو الفني اختلافًا كبيرًا في هذه المدة من تطبيق لآخر.

تخيل لو أن الروبوت الصناعي يحتاج فقط إلى "رؤية" إنجاز مهمة ما لكي ينفذها بدقة متناهية مرارًا وتكرارًا. سينخفض ​​حينها بشكل هائل كل من التكلفة والوقت المرتبطين ببرمجة الروبوتات الصناعية.

إذا بدا الأمر مثالياً لدرجة يصعب تصديقها، فقد ترغب في إلقاء نظرة فاحصة على صناعة الروبوتات؛ فهذا النوع من تدريب الروبوتات يشغل بال مصممي الروبوتات الصناعية. النظرية الكامنة وراء هذه التقنية سليمة؛ إذ يقوم المشغل بتدريب الروبوت على أداء مهمة معينة، ثم يسمح للروبوت بتحليل هذه المعلومات لتحديد التسلسل الأمثل للحركات اللازمة لتكرار المهمة. ومع تعلم الروبوت للمهمة، تتاح له الفرصة لاكتشاف طرق جديدة لتحسين أدائها.

برمجة روبوتات أكثر تعقيدًا

مع تحوّل المزيد من المصانع إلى مصانع ذكية وتركيب المزيد من المعدات ذاتية التشغيل، ستزداد المهام الموكلة إلى الروبوتات تعقيدًا. وبناءً على ذلك، ستضطر أساليب برمجة هذه الروبوتات الحالية إلى التطور. ورغم الأداء المتميز لأنشطة البرمجة المعاصرة، فلا شك أن الذكاء الاصطناعي سيلعب دورًا محوريًا في كيفية تعلم الروبوتات.