Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (Industry 4.0) đang diễn ra mạnh mẽ trên các lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất. Thường được gọi là Công nghiệp 4.0, với các khái niệm được nhắc đến có liên quan trực tiếp đến nền công nghiệp tự động hóa, đã và đang đặt ra hàng loạt thách thức đáng kể cho các nhà sản xuất trên toàn cầu.
CMCN 4.0 gắn liền với những đột phá chưa từng có về công nghệ được dự đoán sẽ tác động mạnh mẽ đến mọi quốc gia, chính phủ, doanh nghiệp và người dân khắp toàn cầu, cũng như làm thay đổi căn bản cách thức mà tất cả chúng ta sống, làm việc và sản xuất.
Trong các nhà máy thông minh – smart factory này, hệ thống vật lý không gian ảo sẽ giám sát các quá trình vật lý, tạo ra một bản sao ảo của thế giới vật lý. Với IoT, các hệ thống vật lý không gian ảo này tương tác với nhau, và với con người theo thời gian thực; và thông qua IoT, người dùng sẽ được tham gia vào chuỗi giá trị thông qua việc sử dụng các dịch vụ này…CMCN 4.0 là xu hướng hiện tại của tự động hóa và trao đổi dữ liệu trong công nghệ sản xuất. Công nghiệp 4.0 bao gồm các hệ thống mạng vật lý, mạng Internet kết nối vạn vật (IoT) và điện toán đám mây. Công nghiệp 4.0 tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các “nhà máy thông minh – smart factory” (Smart Factory) hay “nhà máy số”.
Smart Factory – nhà máy thông minh là gì?
Thuật ngữ này về cơ bản là mô tả một môi trường nơi máy móc và thiết bị có thể cải thiện quy trình thông qua tự động hóa và tự tối ưu hóa.
Những lợi ích này không chỉ trên chức năng sản xuất hàng hóa mà còn mở rộng trên các tính năng như lập kế hoạch, chuỗi cung ứng và thậm chí phát triển sản phẩm. Đó là nơi khả năng kết nối con người, máy móc và các vật thể thông qua mạng Internet, rút ngắn khoảng cách giữa thế giới thực và thế giới ảo, trao quyền quyết định nhanh chóng cho con người trong thời gian thực.
Lộ trình hướng đến Smart Factory – nhà máy thông minh
Tâm điểm của cuộc CMCN 4.0 chính là các nhà máy thông minh – smart factory. Thế nhưng, có một thực tế rằng, phần lớn doanh nghiệp tại Việt Nam lại chưa thực sự chuẩn bị đầy đủ cho việc tiếp cận với cuộc cách mạng được xác định là “thay đổi mạnh mẽ nền sản xuất của thế giới”.
Các nhà sản xuất đang tìm kiếm giải pháp công nghệ hiện đại trong nền công nghiệp 4.0 nhằm mục đích giám sát và tạo ra các nhà máy thông minh – smart factory của riêng họ. Đó chính là nhà máy sản xuất nơi mà IoT (Internet of Things) và hệ thống các mạng thực – ảo (cyber-physical systems) kết hợp với nhau để nâng cao hiệu quả, an toàn và năng suất lao động.
Bạn có thể thích
Chính sự phát triển công nghệ của CMCN 4.0 đã đem đến sự ra đời của Nền tảng cộng tác số (Digital Collaboration Platform), giúp tối ưu hóa và tích hợp toàn bộ các hệ thống hiện hữu từ các nhà cung cấp giải pháp công nghệ khác nhau, không những không thay thế mà còn duy trì và không làm ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất hàng ngày của doanh nghiệp.
Hai nhân tố công nghệ và con người trong CMCN 4.0 đã có những tác động mạnh mẽ nhằm giúp Doanh nghiệp đạt được thành công trong lộ trình xây dựng nhà máy thông minh – smart factory.
Thay đổi công nghệ là nhân tố cốt của CMCN 4.0, hệ thống an ninh mạng thực – ảo nơi mà các máy móc vật lý có thể giao tiếp trực tiếp với nhau thông qua mạng kỹ thuật số sẽ trở thành trụ cột chính cho nhà máy thông minh – smart factory.
Các xu hướng công nghệ mới nổi được dùng để định nghĩa trong CMCN 4.0 bao gồm, hệ thống an ninh mạng thực ảo (Cyber-Physical Systems), Mạng lưới vạn vật kết nối (IoT), phân tích dữ liệu lớn (Big Data), công nghệ cảm biến tiên tiến (Advanced Sensor Technologies), trí tuệ nhân tạo (AI) tân tiến, công nghệ nhận thức (Cognitive) và hơn thế nữa.
Hiện tại, có rất ít công ty công nghệ có thể theo kịp hoặc đồng thời sở hữu những công nghệ trên, do đó, để đi nhanh và bắt xu hướng các nhà sản xuất phải cân nhắc chọn lựa những nền tảng công nghệ toàn diện mở và linh động giúp doanh nghiệp có thể ứng dụng các công nghệ vào một cách dễ dàng và hiệu quả nhất.
Chuyển đổi về con người
Công nghiệp 4.0 đòi hỏi một quan điểm hoàn toàn mới khi nói đến việc sản xuất nói chung, do đó việc thay đổi lớn về vai trò, kiến thức và kỹ năng của nguồn nhân lực trong nhà máy thông minh – smart factory chắc chắn là yếu tố vô cùng cần thiết.
Khi các nhà máy thông minh – smart factory từng bước xuất hiện, con người sẽ đảm nhận vai trò phức tạp hơn, trong khi quá trình tự động hóa của máy móc sẽ chinh phục các nhiệm vụ có thể lặp đi lặp lại, hoặc những công việc nguy hiểm vốn khan hiếm nguồn lao động.
Khi ấy, con người sẽ dịch chuyển từ vai trò “công nhân lao động thủ công” sang “người theo dõi và đưa ra quyết định” thông qua những dữ liệu do máy móc mang lại, giải quyết vấn đề một cách nhanh chóng, không làm gián đoạn dây chuyền sản xuất.
Các nghiên cứu chỉ ra rằng công nghệ không loại bỏ việc làm của con người. Khi các nhà máy nhận được nhiều công nghệ tiên tiến hơn, số lượng công việc gián tiếp cần thiết để hỗ trợ họ sẽ tăng tương ứng. Đổi lại, các nhà cung cấp mới trong các ngành công nghiệp mới sẽ nổi lên, thúc đẩy sự tiến bộ từ bên ngoài nhà máy thông minh – smart factory.
Cuối cùng, việc đầu tư xây dựng một nhà máy thông minh – smart factory và đội ngũ nhân sự phù hợp mang lại lợi ích cho nhà sản xuất bằng cách tạo ra một nhà máy an toàn hơn và đáng tin cậy hơn.
Công nghệ Sản xuất thông minh và nhà máy thông minh
Sản xuất thông minh là một khái niệm rộng; nó không phải là thứ có thể được thực hiện trực tiếp trong quy trình sản xuất. Nó là sự kết hợp của nhiều công nghệ và giải pháp khác nhau, nếu được thực hiện trong một hệ sinh thái sản xuất, được gọi là sản xuất thông minh .
Sản xuất thông minh là tất cả về khai thác dữ liệu; dữ liệu sẽ cho chúng ta biết những gì cần làm và làm gì khi làm điều đó. Vì các nhà máy thông minh được xây dựng dựa trên dữ liệu, an ninh mạng, trên hết, sẽ đóng một vai trò quan trọng và quan trọng trong toàn bộ hệ sinh thái của sản xuất thông minh. Bảo mật dữ liệu là một thách thức quan trọng trong khi thực hiện các trình hỗ trợ này. Chúng ta gọi những công nghệ và giải pháp này là “enablers”, giúp tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất và do đó làm tăng lợi nhuận chung.
Một số trình hỗ trợ nổi bật trong kịch bản thị trường hiện tại bao gồm:
- Trí tuệ nhân tạo
- Blockchain trong sản xuất
- Internet công nghiệp
- Rô bốt
- Theo dõi tình trạng sản xuất
- An ninh mạng
Các công ty không ngừng đầu tư và khám phá làm thế nào để có được lợi ích thông qua việc thực hiện các yếu tố hỗ trợ. Nếu chúng ta xem xét kỹ các trình hỗ trợ, thì chúng ta sẽ quan sát rằng chúng đang tạo dữ liệu, chấp nhận dữ liệu hoặc cả hai. Phân tích dữ liệu sẽ giúp làm cho quá trình sản xuất hiệu quả, minh bạch và linh hoạt.
Tất cả các bên liên quan của sản xuất thông minh có thể được mô tả điển hình trong ba loại công ty có thể được gọi chung là nhà cung cấp giải pháp và sản phẩm điều khiển, nhà cung cấp giải pháp IT hoặc nhà cung cấp giải pháp IT
- Các nhà cung cấp giải pháp sản phẩm và kiểm soát bao gồm tất cả các công ty tham gia phát triển các sản phẩm và dịch vụ tự động hóa. Ví dụ bao gồm ABB, Honeywell, Siemens, Emerson, Rockwell Yokogawa và Schneider.
- Các nhà cung cấp giải pháp hoặc trình hỗ trợ IT cung cấp năng lượng cho toàn bộ khái niệm về IIoT và quản lý tài sản. Họ giúp xây dựng cơ sở hạ tầng kiểm soát, giám sát và phân tích. Ví dụ bao gồm HP, BM, Microsoft, SAS, Oracle và Intel.
- Các nhà cung cấp giải pháp kết nối là các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tạo điều kiện cho luồng dữ liệu trôi chảy để quản lý tài sản. Ví dụ bao gồm Cisco, Huawei và AT & T.
Nhà máy thông minh sẽ gắn liền với công nghệ IIoT
Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) không là gì ngoài một hệ sinh thái nơi mọi thiết bị, máy móc và / hoặc quy trình được kết nối thông qua các hệ thống truyền thông dữ liệu. Mỗi máy và thiết bị công nghiệp được nhúng hoặc kết nối với các cảm biến thường tạo ra dữ liệu liên quan. Điều này tiếp tục được chuyển đến các hệ thống đám mây / phần mềm thông qua các hệ thống truyền thông dữ liệu. Lượng dữ liệu khổng lồ này có nhiều thông tin chuyên sâu mà nếu được phân tích có thể giúp xác định các khu vực tối nhất định trong quy trình sản xuất. Sau khi phân tích dữ liệu, nó được gửi dưới dạng phản hồi cho các hệ thống sản xuất cho bất kỳ hành động khắc phục nào.
Có nhiều tiềm năng rất lớn cho IIoT trong sản xuất thông minh. Bạn không thể tăng sản xuất vượt quá giới hạn nhất định, vậy bạn sẽ làm gì để tăng lợi nhuận? Bạn không thể tăng sản xuất vì không có nhu cầu cho điều đó. Vì vậy, bạn cố gắng xem xét quá trình phụ trợ và làm cho nó hiệu quả. Bây giờ điều này chỉ có thể khi bạn có các chi tiết chính xác về quy trình sản xuất của bạn. Đây là nơi IIoT đi vào hình ảnh. Dữ liệu tạo cảm biến có thể được thực hiện tại mỗi quy trình sản xuất để bạn có thể lấy dữ liệu, phân tích dữ liệu và thực hiện hành động khắc phục để tăng hiệu quả, do đó tăng lợi nhuận.
Tuy nhiên, không dễ để thực hiện IIoT trong các tổ chức hiện tại và / hoặc cũ, nhưng bạn có thể triển khai nó trong các cơ sở sản xuất mới thành lập. Điều này là do kết quả chỉ có thể đạt được nếu việc triển khai khái niệm sản xuất thông minh có ngay từ khi bắt đầu quá trình thiết kế cho một cơ sở sản xuất.
Sản xuất thông minh không được thực hiện rộng rãi; tuy nhiên, nó có bit và miếng trong một số tổ chức. Bạn không thể thay đổi thiết kế cơ bản của máy móc hoặc hệ thống nhà máy để thực hiện tất cả các cảm biến và công nghệ liên quan khác. Điều này làm cho việc triển khai IoT trong cơ sở sản xuất hiện tại hoặc cũ hơi khó khăn và trong một số trường hợp là không thể.
Các lực lượng chính thúc đẩy IoT trong thị trường sản xuất là nhu cầu ngày càng tăng về giám sát tập trung và bảo trì dự đoán cơ sở hạ tầng sản xuất. Nhu cầu ngày càng tăng đối với sản xuất nhanh, hiệu quả hoạt động và kiểm soát, và chuỗi cung ứng theo nhu cầu và hậu cần kết nối cũng được dự kiến sẽ thúc đẩy thị trường.
Công nghệ Trí tuệ nhân tạo trong sản xuất thông minh và nhà máy thông minh
Khái niệm trí tuệ nhân tạo đã cũ, nhưng hiện đang tìm kiếm các ứng dụng trong sản xuất hệ sinh thái. Trong 5-6 năm qua, đã có sự gia tăng lớn về lợi ích và đầu tư liên quan đến AI trong sản xuất . Điều này chủ yếu là do một vài lý do, vì AI sẽ chỉ hoạt động nếu có sẵn dữ liệu và gần đây chỉ có thể xây dựng khả năng cần thiết để:
- Tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ với các cảm biến chi phí thấp
- Lưu trữ dữ liệu trong các hệ thống chi phí thấp
- Xử lý dữ liệu ở mức giá phải chăng
Những thứ này đã cùng nhau tạo điều kiện cho AI được triển khai trong các sàn sản xuất. Việc sản xuất trước đó đã được thực hiện bởi các quốc gia có chi phí thấp, nơi rất khó để biện minh cho chi phí thực hiện AI cao trong hệ sinh thái sản xuất của họ. Nhưng do tiền lương tăng, giờ đây có thể triển khai AI ngay cả ở các quốc gia như Trung Quốc, nơi được coi là nhà máy của mọi thứ. Trung Quốc hiện đang đầu tư đáng kể vào trí tuệ nhân tạo, đặc biệt là sản xuất và các ứng dụng liên quan khác.
Hơn nữa, robot có khả năng AI cũng đang tìm kiếm ứng dụng quan trọng trong hệ sinh thái sản xuất của Trung Quốc. Robotics với khả năng AI đã có thể liên quan đến việc ra quyết định dựa trên nhận thức mà các thuật toán dựa trên quy tắc trong robot không thể thực hiện được. Bảo trì dự đoán là một khía cạnh quan trọng khác, nơi AI tìm thấy ứng dụng quan trọng. Bảo trì dự đoán cho phép khả năng xác định hiệu suất, sự cố và điều kiện vận hành của thiết bị hoặc máy trên cơ sở thời gian thực.
Trí tuệ nhân tạo (AI) trong quy mô thị trường sản xuất dự kiến sẽ tăng từ 272,5 triệu USD năm 2016 lên 4,882,9 triệu USD vào năm 2023, với tốc độ CAGR là 52,42% trong giai đoạn dự báo.
Việc sử dụng ngày càng nhiều công nghệ dữ liệu lớn, IoT công nghiệp trong sản xuất, sử dụng rộng rãi robot trong sản xuất, công nghệ thị giác máy tính trong sản xuất, hợp tác và hợp tác xuyên ngành, và tăng đáng kể đầu tư vốn mạo hiểm sẽ thúc đẩy sự phát triển của AI trong thị trường sản xuất.
Tương lai của Blockchain trong sản xuất thông minh
Blockchain trong sản xuất vẫn còn ở giai đoạn rất mới; tuy nhiên, nó là một công nghệ mới được thảo luận nhiều trong các hệ sinh thái sản xuất. Hiện tại, nó đang được thực hiện trong các hệ thống tài chính, nhưng các công ty đang khám phá ứng dụng của nó trong sản xuất.
Nhìn vào khả năng của blockchain, hàng không, thực phẩm & đồ uống và y tế là một số ngành công nghiệp có thể hưởng lợi rất nhiều từ công nghệ này. Những ngành này, do một số quy tắc và quy định nghiêm ngặt, đòi hỏi sự xem xét kỹ lưỡng của tất cả các nhà cung cấp của họ trong chuỗi giá trị. Blockchain có thể giúp duy trì kiểm soát chất lượng ngay từ khi phát triển nguyên liệu thô. Hiện tại, hầu hết sự chú ý là về sự phát triển của blockchain cho chức năng chuỗi cung ứng trên toàn hệ sinh thái sản xuất.
Một số ngành công nghiệp đang tích cực phát triển blockchain bao gồm may mặc, năng lượng mặt trời, khai thác, đánh bắt, thực phẩm và đồ uống, vận chuyển (vận chuyển hàng hóa), phân bón, chăm sóc sức khỏe và hàng không. Danh sách này không đầy đủ và khi công nghệ trưởng thành, ngày càng nhiều ngành công nghiệp có thể tham gia vào việc triển khai blockchain. Các công ty như IBM, Microsoft, GE, Samsung và Moog có liên quan đến việc phát triển và triển khai chuỗi khối trong các hệ sinh thái sản xuất.
Thị trường blockchain trong sản xuất vẫn chưa khái niệm đầy đủ, và do đó chúng tôi hy vọng thị trường sẽ bắt đầu tạo doanh thu đáng kể từ năm 2020 trở đi. Tuy nhiên, nhiều tổ chức đã bắt đầu đầu tư và khám phá lợi ích từ công nghệ blockchain trong các hệ sinh thái sản xuất.
Tầm quan trọng của Robotics công nghiệp
Điều tiếp theo làm cho một nhà máy sản xuất điển hình trở thành một nhà máy sản xuất thông minh là việc ứng dụng robot công nghiệp. Robot công nghiệp không phải là một khái niệm mới, nó đã có trong các hệ thống trong 40-50 năm qua. Điều duy nhất đã thay đổi liên quan đến robot công nghiệp là giờ đây chúng đã trở nên thông minh. Trước đó, các robot đã được lập trình để thực hiện một nhiệm vụ duy nhất tại một thời điểm. Nếu bạn muốn thực hiện các loại nhiệm vụ khác, thì bạn phải thay đổi mã.
Bây giờ robot được kết nối tốt với mạng cảm biến được triển khai trong khu vực sản xuất sản xuất và chúng lấy dữ liệu từ các cảm biến và thay đổi hành động của chúng theo đó. Trí tuệ nhân tạo cũng đang được triển khai chậm trong các hệ thống robot, và do đó nó làm cho các hệ thống trở nên tự chủ. Thông qua AI, các hệ thống robot dự kiến sẽ thay đổi hành động của chúng theo tình huống trên cơ sở thời gian thực.
Hiện tại, phần lớn robot công nghiệp được triển khai ở khu vực châu Á – Thái Bình Dương. Robot công nghiệp đóng vai trò chính trong ngành công nghiệp ô tô. Sáng kiến của chính phủ được coi là một trong những động lực quan trọng cho sự phát triển và phát triển của robot. Hoa Kỳ và Trung Quốc đang tích cực cung cấp tất cả các động lực cần thiết để thúc đẩy nhu cầu về robot hơn nữa.
Ngoài robot công nghiệp, còn có loại robot mới đang nổi lên và được gọi là robot hợp tác – Cobot. Những cỗ máy này sẽ hoạt động cùng với con người để hỗ trợ tất cả các công việc được thực hiện bởi con người. Ví dụ, một robot hợp tác có thể quan sát những gì người vận hành ở dây chuyền lắp ráp đang làm, tìm hiểu nhiệm vụ của con người và tự động bắt đầu thực hiện nhiệm vụ đó với cùng một độ chính xác. Hơn nữa, sự phát triển của robot hợp tác đã đạt đến mức khó có thể phân biệt nó với robot công nghiệp liên quan đến ứng dụng của nó. Giờ đây, các robot hợp tác được cho là chỉ làm công việc nhẹ giờ đã đủ khả năng hoàn thành các công việc nặng hơn mà thường chỉ được thực hiện bởi các robot công nghiệp.
Các thị trường robot công nghiệp dự kiến sẽ có giá trị 71,72 tỷ USD vào năm 2023, tăng trưởng với tốc độ CAGR là 9,60% trong giai đoạn dự báo.
Các thị trường robot hợp tác (cobot) dự kiến sẽ có giá trị 4.28 tỷ USD vào năm 2023, tăng trưởng với tốc độ CAGR là 56,94% giữa năm 2017 và 2023.
Động lực chính cho thị trường robot công nghiệp là tăng đầu tư cho tự động hóa trong các ngành công nghiệp khác nhau và nhu cầu ngày càng tăng từ các doanh nghiệp nhỏ và vừa (DNNVV) ở các nước đang phát triển.
Lợi ích của song sinh kỹ thuật số – Digital Twin
Digital Twin là một khái niệm khác trong hệ sinh thái của sản xuất thông minh. Nó tạo ra mô hình ảo của một tài sản, quy trình hoặc hệ thống bằng cách sử dụng dữ liệu thu được từ các cảm biến trong hệ thống hoặc tài sản và thuật toán để đưa ra các dự đoán hợp lý về quy trình. Bảo trì dự đoán là một trong những hệ thống quan trọng sẽ sử dụng Song sinh số – Digital TWin. Lợi ích của Song sinh số – Digital TWin bao gồm giảm tiềm năng về thời gian và chi phí phát triển sản phẩm và loại bỏ thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến. Việc áp dụng IoT và nền tảng đám mây ngày càng tăng, và phần mềm mô phỏng 3D và in 3D đang thúc đẩy việc áp dụng song sinh kỹ thuật số.
Hàng không vũ trụ và quốc phòng, ô tô & vận tải, điện tử & sản xuất điện / máy, và năng lượng & tiện ích là những ứng dụng chính của Song sinh số – Digital TWin. Một khi khái niệm về Song sinh số – Digital TWin phát triển và trưởng thành, thì chúng ta có thể thấy ứng dụng ngày càng tăng của nó trong các lĩnh vực phi sản xuất như bán lẻ và thị trường hàng tiêu dùng.
Bài tiếp Theo : Nhà máy thông minh là gì ?
