ملف العدد 3:الذكاء الاصطناعي في فحص اللِّحام بالموجات فوق الصوتية تقنيات حديثة للكشف المتقدِّم وضمان السلامة

المقدمة:

في الصِّناعات الحديثة تُمثِّل جودة اللِّحام وسلامته حجر الزاوية في ضمان كفاءة وأمان المنشآت الحيوية، بدءًا من خطوط أنابيب النفط والغاز، وصولًا إلى هياكل الجسور والمفاعلات النوويَّة. وقد شكَّل فحص اللِّحام بالموجات فوق الصوتية (Ultrasonic Testing – UT) لعقود وسيلةً أساسيةً للكشف عن العيوب الداخلية؛ مثل: الشروخ والمساميَّة، لكن مع تزايد حجم البيانات، وتعقيد الهياكل الهندسية، ظهرت تحديات تتعلق بدقَّة الفحص، والاعتماد الكبير على خبرة الفاحص البشريِّ.

هنا يأتـي دور الذكاء الاصطناعي AI كأداة تقنية متقدِّمة، قادرة على تحليل بيانات الفحص بسرعة ودقَّة فائقة، واكتشاف العيوب الخفيَّة التي قد لا تظهر بوضوحٍ في الفحوص التقليديَّة، ما يُعزِّز السَّلامة الصناعيَّة، ويُقلِّل المخاطر التشغيليَّة بشكل استباقي.

أساسيَّات فحص اللِّحام بالموجات فوق الصوتيَّة، ودور الذكاء الاصطناعي:

يُعدُّ فحص اللِّحام بالموجات فوق الصوتية (Ultrasonic Testing – UT) تقنية غير تدميرية  Non-Destructive Testing – NDT، حيث يتمُّ إرسال موجات صوتية عالية التردُّد داخل المادة. وعند اصطدام هذه الموجات بعيبٍ داخليٍّ (مثل: شقوق أو مساميَّة)، تنعكس على هيئة أصداء تُسجَّل وتُحلَّل لتحديد طبيعة وموقع وحجم العيب، وتُسْتخدم هذه التقنية على نطاقٍ واسعٍ في القطاعات التي تتطلَّب سلامة هيكليَّة صارمة؛ مثل: صناعة الطيران، والطاقة، والنفط،  والغاز.

لكن رغم فاعليَّة هذه التقنية، فإنَّها تواجه تحديات أساسيَّة؛ أهمُّها:

• الاعتماد الكبير على خبرة الفاحص البشريِّ في تفسير الإشارات.
• احتماليَّة حدوث أخطاء بشريَّة بسبب التَّعب، أو تداخل الإشارات.
• الوقت الطويل اللَّازم لتحليل البيانات في المنشآت الكبيرة والمعقَّدة.

هنا يأتـي الذَّكاء الاصطناعي ليُحْدث تَحوُّلًا جذريًّا؛ إذ يتمُّ تدريب خوارزميات التعلُّم الآلي، والتعلُّم العميق على آلاف العيِّنات من بيانات الفحص لتطوير أنظمة قادرة على:

• اكتشاف الأنماط الخفيَّة في الإشارات الصوتيَّة.
• تحديد العيوب، وتصنيفها بدقَّة أعلى.
• تقليل التدخُّل البشري في المراحل الأوليَّة للفحص.

وبهذا، يتحوَّل الفحص من عملية تقليدية تعتمد على التفسير اليدوي إلى نظام تحليلي ذكي يُوفِّر بيانات أكثر موثوقيَّة، ويُعزِّز السلامة الصناعية عَبْر الكشف المبكِّر عن العيوب.

المرجعيَّات الفنية، والمعايير الدولية:

تعتبر المرجعيَّات الفنيَّة والمعايير الدولية أساسًا لضمان جودة وكفاءة عمليَّات فحص اللِّحام، خاصَّة في البيئات الصناعية الحسَّاسة، ومن أبرز هذه المرجعيات:

•  ISO 9712معيار لتأهيل واعتماد فاحِصِي الاختبارات غير الإتلافية (NDT)، ما يضمن امتلاك الخبرة والكفاءة الفنيَّة المطلوبة لإجراء الفحوص الدقيقة.
•  IMO – ISM Codeالكود الدولي لإدارة السلامة في السُّفن، ويرتبط ارتباطًا مباشرًا بسلامة اللِّحام البحري، وضمان التشغيل الآمن للسفن والمنشآت البحرية.
•  API 1104معيار أساسي للحام أنابيب النفط والغاز، ويكتسب أهميَّة كبيرة في منطقتنا؛ نظرًا للدور الحيويِّ لصناعة النفط والغاز في الاقتصاد المحليِّ والعالميِّ.

التقنيات الحديثة للذكاء الاصطناعي في فحص اللِّحام:

مع التقدُّم السريع في علوم البيانات والتعلُّم الآلي، ظهرت تقنيات متطوِّرة تُعزِّز من قدرة أنظمة الفحص بالموجات فوق الصوتيَّة على اكتشاف العيوب بدقَّة وكفاءة غير مسبوقة، ومن أبرز هذه التقنيات:

1. 1. التعلُّم العميق  Deep Learning:
      • تستخدم الشبكات العميقة (Deep Neural Networks) لتحليل الإشارات الصوتيَّة، واكتشاف العيوب المعقَّدة؛ مثل: الشُّروخ الدقيقة أو المساميَّة غير المنتظمة.
      • يتمُّ تدريب هذه الشبكات على قواعد بيانات ضخمة، ما يُمَكِّنها من التعلُّم الذاتـي، وتحسين أدائها بمرور الوقت.
      • يُسْهم ذلك في تقليل احتمالات الإهمال البشريِّ؛ ممَّا يُعزِّز السلامة في المنشآت الحيوية؛ مثل: خطوط الأنابيب النوويَّة، أو النفطية.
   2. خوارزميَّات الرؤية الحاسوبية Computer Vision:
      • تُسْتخدم لتحويل بيانات الموجات فوق الصوتيَّة إلى صور ثنائيَّة أو ثلاثيَّة الأبعاد يمكن تحليلها بصريًّا.
      • تسمح برسم خرائط حراريَّة تُحدِّد مواقع العيوب بدقَّة ميلليمترية؛ ما يساعد المهندسين على اتِّخاذ قرارات صائبة قبل تشغيل المنشآت.
   3. النماذج التنبُّؤيَّة Predictive Models:
      • لا تكتفي باكتشاف العيوب الحاليَّة، بل تُحلِّل البيانات التاريخيَّة لتوقُّع احتمالات تطوُّر العيوب مستقبلًا.
      • يتيح ذلك تنفيذ الصيانة التنبؤية  Predictive Maintenance قبل وقوع الحوادث أو الانهيارات؛ ما يُقلِّل التكاليف، ويحافظ على الأرواح والممتلكات.
   4. الأنظمة الهجينة Hybrid Systems:

• • • تدمج بين الذَّكاء الاصطناعي والفاحص البشريِّ فيما يُعْرف بنموذج Human-in-the-Loop.

• • • في الحالات الحرجة، يتأكَّد الفاحص من قرارات الذكاء الاصطناعي؛ ممَّا يمنع الاعتماد الكامل على الأنظمة الآليَّة، ويضمن أعلى مستويات الموثوقيَّة.

هذه التقنيات جعلت الفحص بالموجات فوق الصوتيَّة أكثر سرعةً ودقةً واستباقيةً، وأسهمت في تحسين السلامة الصناعيَّة، وتقليل المخاطر التشغيليَّة في البيئات عالية التعقيد.

التطبيقات الصناعية المباشرة، وأثرها على السلامة:

أصبحت تقنيات الفحص بالموجات فوق الصوتيَّة المدعومة بالذَّكاء الاصطناعي جزءًا أساسيًّا في البُنْية التحتيَّة للصناعات الحسَّاسة؛ لما تُوفِّره من دقَّة عالية، وكشف استباقي للأخطار، ومن أبرز التطبيقات الصناعيَّة:

1. صناعة النفط والغاز:
   • تُسْتخدم التقنية لفحص خطوط الأنابيب والمنصَّات البحرية؛ حيث يمكن لأيِّ تسريبٍ أو شقٍّ في اللِّحام أن يؤدِّي إلى كوارث بيئيَّة، وانفجارات خطيرة.
   • من خلال التَّحليل الذكي، يمكن اكتشاف العيوب الدَّقيقة قبل أن تتحوَّل إلى تهديدات كبيرة؛ ما يُقلِّل احتمالات الحرائق والانفجارات.
2. قطاع الطاقة، خاصةً المحطات النوويَّة والحراريَّة:
   • يعتمد على هذه التقنية لمراقبة لحامات المفاعلات النوويَّة، وخطوط التبريد ذات الضغط العالي.
   • أي خلل في اللِّحام قد يؤدِّي إلى تسريبات إشعاعيَّة، أو انقطاع في الطاقة، وبالتالي فإنَّ الدقَّة المتناهية في الكشف تُعزِّز من السلامة العامَّة، وحماية البيئة.
3. التَّصنيع والهندسة الدقيقة:
   • في الصِّناعات مثل: السيارات والطائرات، يُعدُّ أي فشل في اللِّحام خطرًا على الأرواح.
   • يُتِـيحُ الفحص المبكِّر إصلاح العيوب قبل دخول المنتج إلى مرحلة التشغيل؛ ممَّا يحافظ على جودة المنتجات، وسلامة المستخدمين.
4. الهياكل الكُبْرى والبُنْية التحتية:
   • مثل: الجسور، ومحطات المعالجة، والمفاعلات الحراريَّة؛ حيث يمكن أن يؤدِّي أي ضعف في اللِّحام إلى انهيارات كارثيَّة.
   • تسمح التقنية بتوفير تقارير دقيقة لمهندسي الصِّيانة؛ ممَّا يُسهِّل اتخاذ قرارات الإصلاح أو الاستبدال في الوقت المناسب.

ومن خلال هذه التطبيقات، أصبح الفحص الذكي بالذكاء الاصطناعي خطَّ الدفاع الأول ضدَّ الحوادث الصناعية؛ حيث يُحوِّل أسلوب الفحص من ردِّ فعلٍ بعد وقوع المشكلة إلى وقاية استباقيَّة تحمي الأرواح والبيئة والاستثمارات.

تطبيقات الذكاء الاصطناعي المتقدِّمة:

مع تطوُّر الذكاء الاصطناعي، أصبح بالإمكان توظيفه في تطبيقات عمليَّة متقدِّمة لتعزيز دقَّة وكفاءة فحص اللحام، وضمان السلامة، ومن أبرز هذه التطبيقات:

• استخدام Digital Twin (التوأم الرقمي) لتمثيل البُنْية التحتية، ومراقبة حالة اللِّحام على مدار الساعة، ما يسمح بتحليل مستمرٍّ ووقائيٍّ.
• ربط الذكاء الاصطناعي مع أنظمة IOT، حيث ترسل الحسَّاسات البيانات مباشرةً إلى المنصات الذكية للتحليل الفوري، واتخاذ القرارات المبكرة.
• تطبيق مفهوم Real-Time Predictive Maintenance في الصِّناعات البحرية؛ ممَّا يتيح تنفيذ الصِّيانة التنبُّؤية في الوقت الحقيقي لتجنُّب الأعطال والحوادث قبل وقوعها

مزايا التِّقنية، وتأثيرها على رفع مستويات السَّلامة:

إنَّ دمج الذَّكاء الاصطناعي مع الفحص بالموجات فوق الصوتيَّة يُقدِّم مجموعةً واسعةً من المزايا الَّتي ترفع من كفاءة الفحص، وتُعزِّز السلامة الصناعية، وأبرز هذه المزايا:

1. زيادة دقَّة الكشف، وتقليل الأخطاء:
   • بفضل خوارزميَّات التعلُّم العميق، يتمُّ تحليل كميات ضخمة من بيانات الفحص بدقَّة متناهية؛ ممَّا يقلل من احتمالية تجاهل العيوب الحرجة، أو تصنيفها بشكل خاطئ.
   • يؤدِّي ذلك إلى رفع معدلات الاكتشاف الحقيقي (True Positives)، وتقليل الإنذارات الكاذبة (False Positives).
2. التشخيص الكمِّي للعيوب:
   • لا يقتصر دور التقنية على تحديد وجود العيب، بل يشمل أيضًا قياس حجمه، وعمقه، وموقعه الدقيق؛ ممَّا يساعد فِرَقَ الهندسة والصيانة في تقدير المخاطر، واتِّخاذ قرارات مدروسة.
3. توحيد الجودة، وتقليل التباين البشريِّ:
   • في الفحوصات التقليدية قد تؤثِّر خبرة الفاحص وحالته الذهنية على النتائج، بينما يضمن الذكاء الاصطناعي اتِّساقًا وثباتًا في الأداء بغضِّ النظر عن الظروف المحيطة.
4. تسريع عمليَّات الفحص، وخفض التكاليف:
   • تقليل الوقت اللَّازم لتحليل البيانات يتيح إجراء فحوصات شاملة بوتيرة أسرع، ما ينعكس على تقليل فترات التوقُّف عن العمل، وخفض تكاليف الصِّيانة الطارئة.
5. تعزيز ثقافة السلامة الاستباقيَّة:
   • من خلال الفحص المستمرِّ والذكيِّ، يمكن اكتشاف المشكلات في مراحل مبكرة جدًّا، ما يسمح بتنفيذ إصلاحات وقائيَّة قبل وقوع الحوادث.
6. التكامل مع النماذج البشرية Human-in-the-Loop:
   • يظلُّ القرار النهائي بيد الخبراء البشريِّين؛ ممَّا يحقق توازنًا مثاليًّا بين قدرات التحليل الآلي وخبرة المهندسين، خاصةً في الحالات المعقَّدة.

أمثلة واقعيَّة، ودراسات حالة توضِّح فعالية التقنية:

أمثلة واقعيَّة ودراسات حالة تطبيقيَّة للذكاء الاصطناعي في فحص اللِّحام بالموجات فوق الصوتيَّة:

• محطة نوويَّة في السويد – تجربة ميدانيَّة باستخدام الذكاء الاصطناعي:

في عام 2025، تمَّ اعتماد أوَّل نظام مدعوم بالذكاء الاصطناعي لفحصٍ بالموجات فوق الصوتية في محطة  Ringhals للطاقة النووية، واستخدمت التكنولوجيا خلال توقُّف التشغيل الدوريِّ، حيث قامت بتحليل بيانات الفحص تلقائيًّا لتوجيه مهندسي التَّفتيش إلى مناطق محتملة لوجود عيوب داخل اللِّحامات، ما دعَّم نتائج أدق بشكل أسرع.

• أنابيب صناعية – تقنيات تنقية الإشارة، وتحسين الدقَّة: 

ركَّزت دراسة أخرى عام 2024 على إضافة خوارزميَّة إزالة الضوضاء القائمة على المويجات (Wavelet) إلى نظام فحصٍ بالموجات الصوتية الموجَّهة، وأظهرت النتائج انخفاضًا في استهلاك الطاقة، وارتفاعًا في دقَّة الكشف؛ ممَّا يجعل التقنية عمليةً ومستدامةً للاستخدام الصناعي.

• فحص السِّكك الحديدية – التعرُّف على العيوب عَبْر الصور باستخدام الشبكات العصبيَّة:

في دراسة أُجْرِيَتْ عام 2023، استخدم الباحثون صور B-scan من السِّكك الحديدية لتدريب شبكة عصبية عميقة (EfficientNet-B7)  على اكتشاف العيوب، وقد حقَّق النموذج دقَّةً تصل إلى (85%) في الكشف التِّلقائي عن العيوب الداخليَّة للعربات؛ ممَّا يُقدِّم نموذجًا عمليًّا تطبيقيًّا لتفادي الحوادث عَبْر فحص أسرع، وأكثر دقةً.

الخاتمة:

تكشف المقالات الثَّلاثة عن تحوُّل جوهري في مفاهيم السلامة الصناعية، بدءًا من استعراض الضغوط النفسيَّة للعاملين في البيئات الخطرة، مرورًا بإجراءات ومعايير السلامة الصَّارمة في قطاع اللِّحام، وصولًا إلى توظيف الذكاء الاصطناعي في تقنيات الفحص المتقدمة بالموجات فوق الصوتية. وهذا التكامل بين العوامل البشريَّة والهندسيَّة والتقنيات الحديثة يُرسِّخ مفهوم السلامة الاستباقيَّة بدلًا من النهج التقليدي القائم على ردِّ الفعل بعد وقوع الحوادث.

لقد أثبتت التجارب الواقعيَّة أنَّ الاعتماد على أنظمة الفحص الذكيَّة والتحليلات التنبُّؤية، يُقلِّل من المخاطر التشغيليَّة، ويُحسِّن جودة البُنْية التحتية، ويُعزِّز الاستدامة الصناعية على المدى الطويل، ومع استمرار تطوُّر الذكاء الاصطناعي والتقنيات الرقمية، من المتوقَّع أن تتَّجه الصِّناعات نحو نماذج أكثر ذكاءً وكفاءةً في إدارة السلامة؛ ممَّا يفتح آفاقًا واسعةً لعصرٍ صناعيٍّ أكثر أمانًا واستعدادًا للتحديات المستقبلية.

العدد58-نوفمبر2025