Cụ thể:

TỔNG QUAN NHÀ MÁY THÔNG MINH

Có nhiều cách để định nghĩa thông minh. Nó phụ thuộc vào từng hệ quy chiếu đánh giá, tuy nhiên dưới góc độ sản xuất, Nhà máy thông minh: là nhà máy áp dụng những thành tựu về công nghệ, giúp giải quyết những vẫn đề của sản xuất, nhằm nâng cao năng xuất, tối ưu hóa chi phí, giảm giá thành, nâng cao chất lượng của sản phẩm..

Theo đó cùng với sự phát triển của công nghệ, mà mô hình của nhà máy thông minh của mỗi thời kỳ sẽ khác nhau.

Theo tiến trình lịch sử có thể thấy nhà máy thông minh trải qua các giai đoạn:

1. Nhà máy thông minh thời cách mạng công nghiệp 1.0

Sử dụng máy móc dụng cụ cơ khí giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, đồng thời sử dụng các loại động cơ hơi nước để thay sức của người hoặc động vật. Việc áp dụng những thành tựu này đã nâng hiệu suất sản xuất nên gấp 4- 8 lần.

2. Nhà máy thông minh thời cách mạng công nghiệp 2.0

Sự phát minh của điện, và động cơ điện. Nhà máy áp dụng những công nghệ này trong nhiều ứng dụng: chiếu sáng, máy móc sử dụng động cơ điện như máy công cụ, dây chuyền sản xuất, các thiết bị gia nhiệt điện…Tạo ra bước đột phá về phương thức sản xuất, thời kỳ này các dây chuyền sản xuất hàng loạt xuất hiện.

3. Nhà máy thông minh thời cách mạng công nghiệp 3.0

Sự ra đời của các chíp điện tử bán dẫn, giúp tạo ra các cỗ máy tính thông minh. Mở ra một kỷ nguyên về công nghệ thông tin. Làm nền tảng cho tất cả các nền sản xuất hiện đại này nay. Máy tính& phần mền ứng dụng đang là công cụ không thể thiếu trong mỗi nhà máy. Từ khâu thiết kế, lên kế hoạch, tổ chức sản xuất, lưu trữ dữ liệu xử lý thông tin, đến thanh toán, giao tiếp kết nối…

Song song với máy tính, sự phát triển các bộ điều khiển logic, Vi điều khiển được tích hợp trong máy móc để tạo ra những máy, hệ thống tự động hóa tinh vi hiện đại, thay thế con người trong nhiều công đoạn cũng như lĩnh vực. Giúp sản xuất nâng cao hiệu quả, chất lượng, tạo ra được những sản phẩm phức tạp tinh xảo hơn.

4. Nhà máy thông minh trong thời kỳ 4.0

Kế thừa những đặc điểm của nhà máy thông minh 3.0. Với máy tính, số hóa dữ liệu, các máy tự động, các hệ thống camera và cảm biến. Là một cuộc cách mạng thay đổi sâu rộng các phương thức sản xuất. Mặc dù đã đưa sản xuất nên một tầm cao mới, tuy nhiên cùng với đó vẫn còn một số tồn tại. Các hệ thống tự động đảm nhiệm những công đoạn tách biệt trong sản xuất. Vai trò vận hành giám sát, bảo trì bảo dưỡng và quản lý cũng như cung cấp những thông tin đầu vào vẫn cần vai trò con người. Máy móc càng hiện đại năng xuất càng cao đồng nghĩa với nó là những dữ liệu đầu vào càng phải xử lý phức tạp. Chỉ cần thông tin không kịp thời có thể một lượng hàng lớn được coi là phế phẩm có thể được sản xuất dẫn đến tổn thất là rất lớn.

VD: Để lên kế hoạch sản xuất cho máy cắt laser. Bộ phận kế hoạch phải xác nhận đơn hàng, dữ liệu tồn kho, năng lực sản xuất thực tế của máy, kế hoạch hiện tại của máy, kế hoạch bảo trì bảo dưỡng của máy… Rất nhiều thông tin cần phải xác nhận xử lý mới đưa ra được kế hoạch sản xuất. Bên cạnh đó các thông tin có thể rất khó kiểm soát ví dụ như, thông tin đánh giá hiệu suất thực tế của máy (Để đánh giá được chính xác cần rất nhiều dữ liệu). Hoặc thông tin tồn kho, chỉ có thể đánh giá được thông tin hàng còn trong kho, còn các hàng đang trong tiến trình sản xuất, vận chuyển, hàng lỗi..vv. Qua đó chúng ta có thể thấy vấn đề tồn tại của sản xuất là:

• Mất thời gian ở khâu trung gian xử lý dữ liệu. -> thời gian sản xuất kéo dài

• Tính chính xác của thông tin: Có thể gây rủi ro trong sản xuất.

• Mất nhân công xử lý khâu trung gian.

• Không tận dụng hết hiệu suất của máy móc…

Áp dụng những thành tựu của của nền công nghiệp 4.0 với các nền tảng IOT, AI, BIG Data…Các đối tượng trong nhà máy được kết nối với nhau (IOT). Với sự phát triển của các cảm biến hiện tại, gần như các thông tin cần thiết để mô tả hệ thống đều có thể thu thập và số hóa (Digitalization), toàn bộ các thông tin, dữ liệu của các thành phần(Things)được cập nhật tức thời lên hệ thống dữ liệu chung (Big Data). Các dữ liệu được tự động xử lý đồng bộ từ khâu đầu vào tới khâu đầu ra, đảm bảo tính liên tục, và thích ứng trong chuỗi sản xuất của nhà máy. Đồng thời qua đó con người gần như có thể kiểm soát hoàn toàn và tức thời toàn bộ chuỗi sản xuất của nhà máy.

LỢI ÍCH NHÀ MÁY THÔNG MINH 4.0

Nhà máy thông minh có những tính năng khác biệt như:

• Smart Factory là một hệ thống chủ động (Proactive): có khả năng đáp ứng và thích nghi các yêu cầu khắt khe của thị trường. Con người có thể kiểm soát máy móc, thiết bị sản xuất, theo dõi và số hóa các hoạt động để nâng cao hiệu quả sản xuất và xử lý kịp thời khi có vấn đề phát sinh.

• Smart Factory - Linh hoạt và nhanh nhẹn (Agile): Doanh nghiệp có thể chủ động phát triển hệ thống sản xuất thông minh của mình theo nhu cầu của thị trường, mở rộng sang thị trường mới linh hoạt.

• Smart Factory - Có thể kết nối (Connected): Smart Factory có khả năng kết nối toàn bộ các máy móc một cách thông minh, giúp doanh nghiệp tạo ra mạng lưới cung ứng hiệu quả hơn.

• Smart Factory thu thập dữ liệu minh bạch (Transparent): Mạng lưới thu thập dữ liệu thông minh giúp doanh nghiệp có được cơ sở dữ liệu để đưa ra các quyết định chính xác hơn.

• Khả năng tối ưu hóa (Optimized): Smart Factory giúp con người không cần can thiệp quá nhiều vào hệ thống sản xuất nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả

Như đã đề cập ở phần trước, nhà máy thông minh là nhà máy áp dụng công nghệ để giải quyết bài toán sản xuất. Mỗi doanh nghiệp sẽ có những vấn đề riêng do đó lợi ích của nhà máy thông minh mang lại sẽ không giống nhau. Dưới đây là một số những ví dụ điển hình về lợi ích của nhà máy thông minh mang lại:

1. Năng suất hoạt động của doanh nghiệp cao hơn

Làm thế nào là một nhà máy thông minh hiệu quả hơn? Nó dựa vào tự động hóa để hoàn thành các quy trình, việc sản xuất trở nên tự động hơn, đòi hỏi ít sự can thiệp của con người hơn. Khi sản xuất phụ thuộc nhiều vào con người thực hiện công việc, có rất nhiều cách sản xuất có thể bị đình trệ: Thiếu lao động, ngày nghỉ, kỳ nghỉ, ngày ốm, nghỉ cần thiết, v.v. Ngoài ra còn có rủi ro tăng lên do những lo ngại về an toàn.

Máy móc thì khác, nó không cần nghỉ ngơi. Nó có thể làm việc trong nhiều giờ hoặc nhiều ngày. Trên thực tế, máy móc tự động có thể được lập trình để hoạt động 24/24. Điều đó làm cho quá trình nhanh hơn và rẻ hơn.

Thay vì thực hiện thường xuyên, các tác vụ sản xuất thủ công – nhân viên có thể được giải phóng để phân tích dữ liệu, tạo ra trải nghiệm khách hàng có giá trị cao hơn và đổi mới.

Tự động hóa đóng gói

Tự động hóa vận chuyển

Tự động hóa phân loại

Tự động hóa kho vận

2. Mức độ hài lòng của khách hàng cao hơn

Một lợi ích khác của một nhà máy thông minh là mức độ hài lòng của khách hàng cao hơn. Tại sao lại như vậy?

Sản xuất thông minh dựa trên dữ liệu. Dữ liệu đó đến từ nhiều nguồn khác nhau: khách hàng, dữ liệu nội bộ, dữ liệu được tạo bởi các sản phẩm được kết nối, v.v… Với thông tin đó, bạn có thể dự đoán nhu cầu cho sản phẩm của mình. Bạn có thể thấy nếu một mặt hàng cụ thể đang bán tốt và tăng sản lượng trong thời gian thực. Với cùng một mã thông báo, bạn có thể thu nhỏ quy mô sản xuất (một lần nữa, trong thời gian thực) của một mặt hàng không bán chạy.
Bạn cũng có thể đảm bảo tính linh hoạt bằng cách tạo cấu hình nhanh của thiết bị. Nó có thể dễ dàng thích nghi để sản xuất các sản phẩm khác nhau. Khi cấu hình nhanh nhẹn, bạn tiết kiệm thời gian và tiền bạc vì việc thích nghi với lịch trình sản xuất mới sẽ ít gây gián đoạn hơn.

3. Kiểm soát chất lượng sản phẩm tốt hơn

Vấn đề kể trên sẽ được giải quyết với giải pháp nhà máy thông minh, khi mà nhà sản xuất có thể kiểm soát chất lượng một cách chủ động. Ở mô hình này, thậm chí sẽ không còn tồn tại bộ phận QC, bởi người ta đã áp dụng IoT để theo dõi và kiểm soát quá trình tạo ra sản phẩm. 

Trong mô hình nhà máy thông minh, các thiết bị như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, lưu lượng không khí và độ ẩm sẽ được giám sát trong thời gian thực để xác định khi nào các thông số có xu hướng vượt quá hiệu chuẩn quy định. Khi đó, hệ thống sẽ sớm đưa ra cảnh báo về việc Sản phẩm hoặc linh kiện có thể không đạt tiêu chuẩn. Không chỉ vậy, việc đo đạc và cảnh báo này còn giúp nhà quản lý nhanh chóng xác định chính xác nguồn và thời gian xảy ra điểm nút, nơi xảy ra sự cố lần đầu tiên, từ đó, đưa ra các biện pháp khắc phục cụ thể. 

Không dừng lại ở đó, các thiết bị đo đạc và phân tích trong mô hình nhà máy thông minh có thể theo dõi kết quả của các bước sản xuất quan trọng, bằng cách đo hoặc kiểm tra các thành phần hoặc sản phẩm đã hoàn thành để đảm bảo chúng phù hợp với thông số kỹ thuật. Việc phát hiện sớm lỗi hỏng trong quá trình sản xuất sẽ giúp doanh nghiệp giảm thiểu thời gian chạy máy cho các thành tố tiếp theo, từ đó giảm chi phí sản xuất.

  4. Bảo trì dự đoán

Mô hình nhà máy thông minh với khả năng hiển thị trạng thái tốt hơn có thể dự đoán và giúp nhà sản xuất giải quyết các vấn đề bảo trì trước khi chúng dẫn đến các vấn đề về thời gian chết hoặc chất lượng sản phẩm.

Ví dụ: các cảm biến được gắn vào máy hoặc thiết bị có thể gửi dữ liệu theo dõi tình trạng hoạt động trong thời gian thực và tự động đưa ra kế hoạch sửa chữa, từ đó doanh nghiệp có thể xây dựng kế hoạch sản xuất một cách tối ưu. 

  5. Nâng cao hiệu suất sử dụng máy móc

Khi các máy móc được mô hình hóa, các dữ liệu được thu thập kịp thời và đầy đủ, con người có thể dễ dàng kiểm soát được hiệu suất của máy móc. Các nguyên nhân ảnh hưởng đến hiệu suất từ đó có thể đưa ra giải pháp để nâng cao hiệu suất của máy.

Ngoài ra khi cả chuỗi sản xuất được mô hình hóa và kiểm soát, Con người có thể dễ dàng phát hiện những nút thắt của sản xuất từ đó đưa ra được những điều chỉnh cũng như cải tiến phù hợp để nâng cao không chỉ năng suất cục bộ của máy nói riêng, mà hiệu suất toàn hệ thống nói chung.

CẤU TRÚC NHÀ MÁY THÔNG MINH

Theo phân tích ở trên thì tùy vào từng thời kỳ mô hình nhà máy thông minh sẽ khác nhau. Tuy nhiên, theo phân tích của các chuyên gia đối với các nước phát triển như châu âu, mỹ và một số nước châu á. Các nhà máy thông minh của các nước nay đang ở cuối giai đoạn 3 và đầu giai đoạn 4.0. Vậy cấu trúc của nhà máy thông minh 4.0 sẽ thế nào?

1. Tự động hóa, số hóa thông tin

Mô hình 3.0 với nền sản xuất hiện đại dựa trên các máy tự động và các ứng dụng công nghệ thông tin. Sản xuất đã trở nên hiệu quả tinh sảo và thông minh hơn.

2. Kết nối (IIOT)

Thông qua mạng vật lý (cyber-physical) mạng lưới giao tiếp trực tuyến giữa các máy móc với nhau, được tổ chức như mạng xã hội. Đơn giản chỉ cần cấp địa chỉ mạng, chúng sẽ tạo liên kết IT với các thành phần cơ - điện tử, sau đó giao tiếp với nhau thông qua hạ tầng mạng.

Các thông tin được thu thập bởi các cảm biến liên tục chia sẻ thông tin: Về lượng hàng hiện tại, về sự cố hoặc lỗi, về những thay đổi trong đơn đặt hàng hoặc mức độ nhu cầu. Quá trình sản xuất và thời hạn sản xuất được phối hợp với mục tiêu tăng hiệu suất và tối ưu hóa thời gian sản xuất, công suất và chất lượng sản phẩm trong các khâu...

3. Big data

Dựa trên các dữ liệu được cập nhật liên tục từ các đối tượng. Toàn bộ các trạng thái của các tiến trình được mô phỏng theo thời gian thực. Lúc này gianh giới giữa thế giới thực và không gian ảo gần như nhòa dần. Con người gần như có thể kiểm soát, và can thiệp hoàn toàn cũng như tức thời các máy móc, đối tượng và các tiền trình trong nhà máy. Ngoài ra trung tâm dữ liệu cũng là nguồn cung cho các phân tích để đưa ra những xu hướng của: chất lượng, thiết kế, sự cố... 

4. Trí tuệ nhân tạo

Toàn bộ các dữ liệu được mô hình hóa, qua đó các ứng dụng AI sẽ phân tích các dữ liệu trong quá khứ, để đưa ra những cảnh báo, xu hướng… và sau đó cao cấp hơn là sẽ đưa ra những điều chỉnh mang tính tự động  thích ứng. 

Ví dụ: Trong quá trình sản xuất hàng hóa, mọi dữ liệu về lỗi sẽ được ghi nhớ, khi có một quy trình sản xuất mới, ứng dụng AI sẽ phân tích dữ liệu trong quá khứ so sánh với quy trình sản xuất  sản phẩm mới, đưa ra những phản hồi nên bộ phận thiết kế sản xuất…Từ đó có sự thay đổi kịp thời để giảm thời gian cũng như tránh được những sai sót gây tổn thất về kinh tế.

Qua đây có thể nói vai trò con người là vô cùng quan trọng, để đưa ra được giải pháp  cho nhà máy thông minh thì không những đòi hỏi những con người hiểu được sản xuất, có kiến thức về cải tiến sản xuất, và không thể thiếu đó là năng lực về công nghệ.

Một số yếu tố ảnh hưởng tới việc triển khai nhà máy thông minh:

• Kế hoạch tài chính

• Sự động bộ giữa con người và máy móc

• Nền tảng công nghệ

• Robotics công nghiệp

• Nguồn cung ứng thiết bị tự động hóa

• Đơn vị triển khai

• Trí tuệ nhân tạo

• Phần mềm theo dõi tình trạng sản xuất

• Công nghệ blockchain trong sản xuất

• Internet công nghiệp

• An ninh mạng

• Robot công nghiệp