Cuộc cách mạng 4.0 ngày nay đã tạo ra nhiều bước tiến đột phá, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Quá trình chuyển đổi số từ đơn giản đến phức tạp đang len lỏi và diễn ra ở mọi khía cạnh, chúng đã và đang hình thành nên quy trình và những nhà máy sản xuất thông minh. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ giúp doanh nghiệp tiến đến xu hướng sản xuất của tương lai - sản xuất thông minh.

Smart Manufacturing - Sản xuất thông minh là gì?

Sản xuất thông minh (Smart Manufacturing) là một phương pháp sản xuất dựa trên các công nghệ hiện đại, sử dụng máy móc tiên tiến được kết nối Internet để quản lý và giám sát quá trình sản xuất. Mục tiêu của Smart Manufacturing là phân tích dữ liệu tức thì, cải thiện hiệu quả sản xuất. Sản xuất thông minh được thực hiện dựa trên sự tích hợp của công nghệ tự động hóa, Kết nối vạn vật (IIoT), Big Data và Trí tuệ nhân tạo AI với các phần mềm quản lý doanh nghiệp ERP, PLM, … 

Bằng việc ứng dụng công nghệ hiện đại, các doanh nghiệp trong lĩnh vực sản xuất hiện nay có thể giảm 50% thời gian hoàn thiện sản phẩm, giảm 25% chi phí vận hành, đặc biệt là giúp cung cấp chất lượng sản phẩm hoàn hảo.

Hiện nay, bằng cách phân tích thông tin dữ liệu trực tuyến được truyền từ nhà máy (hoặc nhiều cơ sở khác nhau), các kỹ sư và nhà phân tích dữ liệu có thể tìm ra các dấu hiệu cho thấy bộ phận nào gặp lỗi, đưa ra kế hoạch bảo trì phòng ngừa để tránh thời gian tạm dừng hoạt động nằm ngoài dự kiến cho các thiết bị đó. Đồng thời, các nhà sản xuất cũng có thể phân tích xu hướng trong tương lai để đưa ra các kế hoạch phù hợp và xác định cách thức hoạt động sao cho hiệu quả nhất.

Ngày nay, khi sản xuất thông minh ngày càng trở nên phổ biến hơn và nhiều máy móc được kết nối thông qua Internet of Things, các thiết bị có khả năng giao tiếp với nhau dễ dàng hơn, linh hoạt hơn từ đó thúc đẩy khả năng tự động hóa được hỗ trợ ở mức cao hơn.

Những nguyên tắc trong sản xuất thông minh

Tính an toàn

Sản xuất thông minh cung cấp khả năng kết nối an toàn và rộng rãi giữa các thiết bị, máy móc, quy trình, con người và doanh nghiệp trong hệ sinh thái, đảm bảo tính an toàn cho dữ liệu, bảo vệ tài sản trí tuệ, chống lại các cuộc tấn công mạng, rò rỉ thông tin và duy trì tính liên tục hoạt động kinh doanh.

Tính chủ động và bán tự động

Sản xuất thông minh giúp nhà sản xuất tạo ra một quy trình chủ động, tự động mang tính chất dự báo dựa trên các dữ liệu được cập nhật chuyên sâu. Trong công đoạn lặp đi lặp lại thường ngày, sản xuất trong các nhà máy thông minh sẽ kích hoạt những hoạt động và xử lý sự cố một cách tự động. Ngoài ra với một số tình huống bất thường, vẫn cần có sự tham gia hỗ trợ kịp thời của con người.

Thực hiện theo thời gian thực

Các thông tin, dữ liệu được theo dõi, tổng hợp và đánh giá liên tục theo thời gian thực từ đó giúp ra quyết định nhanh hơn, chính xác hơn.

Tính sắp xếp và phục hồi

Sự thích ứng với những thay đổi về quy trình và sản phẩm với sự can thiệp tối thiểu sẽ giúp tối ưu hóa quy trình và dòng nguyên liệu. Điều này giúp nhà sản xuất nhanh chóng phản ứng với những thay đổi nhu cầu khách hàng linh hoạt, khả năng chống lại sự gián đoạn sản xuất và khả năng duy trì tính liên tục của hoạt động kinh doanh thông qua thích ứng, module và dự phòng tối thiểu.

Tính mở rộng và tương tác

Sản xuất thông minh tạo ra một hệ sinh thái bao gồm các thiết bị, máy móc, con người, dịch vụ và các đối tác được kết nối với nhau trực tiếp. Việc sản xuất thông minh sẽ được thực hiện xuyên suốt trên nền tảng từ việc lưu trữ tại chỗ (on-premise) hay điện toán đám mây (cloud). Cho phép trao đổi thông tin diện rộng dựa trên các chuẩn tích hợp và API kết nối các giải pháp từ nhiều nhà cung cấp.

Tính bền vững và tiết kiệm năng lượng

Khi các quy trình và hệ thống được tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên sẽ giúp giảm tiêu hao năng lượng, giảm tác động tiêu cực đến môi trường và tối đa hóa các kết quả tích cực. Khi các nguyên tắc và quy định được xây dựng sẽ giúp doanh nghiệp đạt được các lợi ích nhất định bao gồm: tốc độ, tính minh bạch, tính cộng tác, linh hoạt và khả năng phục hồi.

Công nghệ sản xuất thông minh cốt lõi trong nhà máy hiện đại

Trong thực tế, một nhà máy sản xuất thông minh có thể ứng dụng nhiều công nghệ khác nhau. Tuy nhiên, có một số công nghệ được xem là nền tảng cốt lõi, quyết định khả năng vận hành, mở rộng và tối ưu hiệu suất của toàn hệ thống.

1. Điện toán đám mây (Cloud Computing) – Nền tảng hạ tầng số linh hoạt

Điện toán đám mây đóng vai trò là “xương sống dữ liệu” của Smart Manufacturing,cho phép doanh nghiệp truy cập và lưu trữ dữ liệu sản xuất, dữ liệu vận hành thiết bị, dữ liệu chất lượng và dữ liệu chuỗi cung ứng thông qua internet.

Thay vì đầu tư hệ thống máy chủ vật lý lớn, doanh nghiệp có thể sử dụng tài nguyên điện toán theo nhu cầu, giúp giảm chi phí đầu tư ban đầu, tăng khả năng mở rộng và đảm bảo tính liên tục của hệ thống. Cloud còn hỗ trợ kết nối dữ liệu đa nhà máy, tạo tiền đề cho mô hình quản trị sản xuất tập trung.

2. Học máy (Machine Learning) – Tối ưu vận hành dựa trên dữ liệu

Machine Learning là một nhánh của trí tuệ nhân tạo cho phép hệ thống “học” từ dữ liệu sản xuất thực tế. Trong môi trường Smart Manufacturing được ứng dụng mạnh mẽ trong:

• Bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance)

• Tối ưu tiêu hao năng lượng

• Phát hiện lỗi sản phẩm sớm

• Tối ưu lịch sản xuất và vận hành thiết bị

3. Thực tế tăng cường (Augmented Reality – AR) – Nâng cao năng lực con người

Trong nhà máy thông minh, AR được triển khai thông qua kính thông minh hoặc thiết bị hiển thị di động, cung cấp thông tin kỹ thuật theo thời gian thực cho kỹ sư và công nhân.

Ứng dụng AR giúp:

• Hỗ trợ bảo trì và sửa chữa nhanh hơn

• Giảm sai sót thao tác kỹ thuật

• Rút ngắn thời gian đào tạo nhân sự

• Tăng hiệu suất làm việc tại hiện trường

AR đặc biệt hữu ích trong các ngành có yêu cầu kỹ thuật cao như điện tử, cơ khí chính xác và tự động hóa.

4. Công nghệ cảm biến & IIoT – Giám sát sản xuất theo thời gian thực

Hệ thống cảm biến công nghiệp và IIoT cho phép thu thập dữ liệu liên tục từ thiết bị, dây chuyền và môi trường sản xuất. Các thông số có thể bao gồm:

• Nhiệt độ

• Áp suất

• Rung động

• Tốc độ

• Dòng điện

• Chất lượng sản phẩm

Nhờ giá thành ngày càng hợp lý và độ chính xác cao, công nghệ cảm biến IIoT giúp doanh nghiệp giám sát sản xuất theo thời gian thực, phát hiện sớm bất thường và tối ưu hiệu suất thiết bị tổng thể (OEE).

5. Sản xuất bồi đắp (Additive Manufacturing – In 3D) – Linh hoạt hóa sản xuất

Sản xuất bồi đắp cho phép chế tạo chi tiết trực tiếp từ mô hình số bằng cách in từng lớp vật liệu. Công nghệ này giúp:

• Rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm

• Giảm chi phí chế tạo khuôn mẫu

• Tối ưu thiết kế sản phẩm phức tạp

• Sản xuất linh hoạt theo nhu cầu cá nhân hóa

Các ngành như ô tô, hàng không, y tế và cơ khí chính xác đang ứng dụng mạnh công nghệ này trong sản xuất hiện đại.

6. Digital Twin – Song sinh kỹ thuật số cho tối ưu toàn hệ thống

Digital Twin là mô hình số hóa của nhà máy, thiết bị hoặc quy trình sản xuất ngoài thực tế. Đây là công cụ quan trọng giúp doanh nghiệp:

• Mô phỏng vận hành trước khi triển khai thực tế

• Phân tích dữ liệu vận hành lịch sử

• Tối ưu quy trình sản xuất

• Dự đoán sự cố thiết bị

Nhờ Digital Twin, doanh nghiệp có thể thử nghiệm thay đổi mà không ảnh hưởng đến sản xuất thực tế, giúp giảm rủi ro và tăng hiệu quả đầu tư.

Trong bối cảnh chuyển đổi số diễn ra mạnh mẽ, Smart Manufacturing đang trở thành yếu tố chiến lược giúp doanh nghiệp sản xuất phát triển bền vững và thích ứng nhanh với thị trường.

Sản xuất thông mính sẽ là giải pháp giúp doanh nghiệp "chuyển mình bứt phá" thành công trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa hoạt động sản xuất, nâng cao hiệu quả, đổi mới công nghệ, tiết kiệm chi phí, thời gian và tạo sự kết nối giữa con người và máy móc sản xuất.

Xem thêm:

• Các nguyên tắc chuyển động của xe tự hành AGV
• Giới thiệu về robot AMR và những ứng dụng trong thực tiễn
• Chuyển đổi số nhà máy thông minh