NGÀNH CÔNG NGHIỆP 4.0: TƯƠNG LAI CỦA SẢN XUẤT THÔNG MINH

Ngành công nghiệp 4.0 chỉ là một cách nói thông dụng cho chúng ta biết rằng, thời điểm để thay đổi sản xuất cuối cùng đã đến.

Trong thập kỷ vừa qua, chúng ta có thể quan sát thấy một nền kỹ thuật số hoá gần như hoàn chỉnh với hầu hết mọi khía cạnh trong cuộc sống hàng ngày. Những chiếc máy tính giá cả phải chăng là một nền tảng vững chắc của quá trình đó, tuy nhiên sự thay đổi  trong cách sống hiện nay của chúng ta đã được tăng tốc một cách đáng kể bởi một thiết bị khác – đó là chiếc điện thoại thông minh (smartphone). Khả năng kết nối internet liên tục từ bất kỳ nơi nào trên thế giới cho phép chúng ta kết nối toàn cầu nhanh hơn bao giờ hết một cách thuận tiện và dễ dàng. Truyền thông kỹ thuật số và các dịch vụ hiện nay được xem là điều hiển nhiên và có vẻ như khó có thể tưởng tượng cuộc sống sẽ thế nào nếu không có chúng. Sự đánh thủng này không chỉ vĩnh viễn thay đổi chúng ta mà còn thay đổi cả những doanh nghiệp cần điều chỉnh mô hình kinh doanh của họ theo thế giới đang thay đổi một cách nhanh chóng này. Thực tế mới tạo ra nhiều cơ hội mới chưa từng được biết đến, và cũng sàng lọc những kẻ thua cuộc. Trong tất cả những cuộc đua tiến độ công nghệ này, một số ngành công nghiệp đứng sang một bên một chút, ví dụ như lĩnh vực sản xuất đã hoàn toàn tụt hậu. Các ngành công nghiệp sản xuất vẫn luôn truyền thống hơn. Độ tin cậy, sự an toàn và tiêu chuẩn hoá luôn được ưu tiên, tuy nhiên sự đổi mới và gián đoạn lại không diễn ra quá thường xuyên.

Tự động hoá, đó là cuộc cách mạng công nghiệp cuối cùng, đem lại cho chúng ta hệ thống sản xuất khối lượng lớn hiệu quả. Xu hướng hiện tại cho việc tuỳ biến sản phẩm và độ biến thiên cao đến từ nhu cầu định hướng, sản xuất linh hoạt cho thấy cách nhìn hiện tại của chúng ta về việc sản xuất có thể không đáp ứng đủ nhu cầu và chúng ta cần phải tạo ra một bước nhảy vọt để bắt kịp với những kỳ vọng về phát triển. Công nghệ 4.0 chỉ là một cách nói thông dụng cho chúng ta biết rằng, thời điểm để thay đổi sản xuất cuối cùng đã đến.

Nếu được trả lời bằng một từ, thì đó chính là về kết nối. Tất nhiên không chỉ có thế nhưng kết nối máy móc công nghiệp với nhau và với hệ thống đám mây là một trong những trụ cột chính của công nghiệp 4.0. Thông tin sẽ được truyền đi bằng một luồng chảy rộng từ các nhà máy đến đám mây. Ở đó, dữ liệu sẽ được phân cụm một cách thích hợp bởi những thuật toán khác nhau và cuối cùng được xử lý để thu thập thông tin một cách tổng hợp và hữu ích mà có thể thu hút được nhiều người quan tâm. Ở một nơi khác, người dùng có thể có được cái nhìn sâu sắc về hệ thống sản xuất của họ, biết cách xử lý những đơn hàng của khách hàng, những gì đã lỗi thời, những gì đang thiếu, tình trạng sức khoẻ máy móc của họ và những hoạt động sắp tới sẽ được thực hiện để giữ cho mọi việc được suôn sẻ. Một tập hợp đầy đủ các thông tin về tình trạng của một hệ thống sản xuất chắc chắn sẽ cải thiện thông tin liên lạc dọc theo chuỗi cung ứng bằng cách vượt khỏi những gì có thể với một hệ thống quản lý chuỗi cung ứng hiện có (SCMS). Một giá trị gia tăng khác của ngành công nghiệp 4.0 là các nhà xây dựng máy móc cũng có thể truy cập thông tin về cách phần cứng của họ đang được sử dụng thế nào, và những gì thường bị thiếu. Dữ liệu tin cậy được thu thập sẽ là một động cơ để cải tiến, thứ mà chắc chắn sẽ kéo dài vòng đời của máy. Thông tin về việc sử dụng máy móc cũng có thể mang lại lợi ích về hiệu suất năng lượng, khi biết rõ hơn về chi tiết và cách giải quyết về cách quá trình sản xuất được quản lý thế nào sẽ cho phép thực hiện áp dụng các chiến lược tiết kiệm năng lượng phù hợp. Các máy được trang bị các thuật toán bảo trì tiên đoán thông minh sẽ tư vấn trước cho cả người dùng và nhà sản xuất máy móc về xu hướng nhu cầu cần thiết cho phần thay thế.

Có rất nhiều nguồn dữ liệu tiềm năng. Trong các hệ thống sản xuất hiện đại, đã có hàng ngàn mẫu dữ liệu đi qua một cơ sở hạ tầng mạng nội bộ khép kín thông qua một số liên kết truyền thông công nghiệp khác nhau. Những mẫu dữ liệu này đến từ các cảm biến độc lập khác nhau hoặc cảm biến bên trong của máy. Tuy nhiên, một số đại lượng không thể được đo chỉ đơn giản bằng cảm biến hoặc nó sẽ rất đắt / không thực tế, ví dụ như độ tin cậy hoặc độ mòn. Các nhà nghiên cứu của lĩnh vực này tin rằng việc thực hiện thứ gọi là vật lý mạng ảo hoá của thiết bị có thể là một giải pháp. Khái niệm này thực ra khá đơn giản.

Mỗi máy sẽ có mô hình toán học ảo của mình đại diện cho các tính năng, thuộc tính và chức năng chính của máy. Khi máy thực hiện hành động trong thực tế, ảo hoá kỹ thuật số được cung cấp thông tin đến từ các cảm biến và logic của máy, tái tạo thực tế các hành động của nó.

Liên kết ảo hoá đồng chỉnh tốt có thể tiết lộ như mong muốn thông qua các biến số trạng thái của mô hình toán học nội bộ, nhưng số lượng thực tế thì không thể đo lường được.

Truyền thẳng đến đám mây

Mục tiêu của ngành công nghiệp 4.0 là chuyển hướng các phần của các luồng dữ liệu này thông qua cổng internet trực tiếp tới đám mây (với các giao thức bảo mật rõ ràng và tuân thủ các quy tắc bảo mật), nơi chúng sẽ được xây dựng  bởi một số thuật toán dữ liệu lớn mạnh. Không chỉ toàn bộ hệ thống sản xuất là một nguồn thông tin tốt – bất kỳ máy, thiết bị hoặc cảm biến độc lập nào cũng có thể được kết nối trực tiếp với bộ nhớ đám mây của nó, tạo thành cái gọi là Mạng lưới vạn vật kết nối (IoT). Chúng tôi ước tính kích thước của IoT sẽ tăng lên khoảng 20-30 tỷ thiết bị vào năm 2020. Công trình như thế rất linh hoạt vì nó có thể không chỉ hưởng lợi từ mạng lưới tập trung cao độ của các hệ thống sản xuất mà còn trong các ngành công nghiệp có nguồn tài nguyên phân tán như nông nghiệp.

Đọc biết về ngành công nghiệp 4.0 người ta có thể nghĩ rằng trong việc sản xuất thông minh và hoàn toàn tự động hoá của tương lai, con người đã bị loại bỏ hoàn toàn khỏi phương trình. Không có điều gì sai lầm hơn thế. Nhu cầu về sự thay đổi hàng loạt sẽ bỏ xa những dây chuyền sản xuất vô hồn tạo ra hàng ngàn bản sao của những sản phẩm giống hệt nhau. Con người, với thể chất nhanh nhẹn tuyệt vời, nhận thức chưa từng có và quyết sách của mình sẽ là một trong những yếu tố quan trọng của hệ thống sản xuất thế hệ tiếp theo. Các nhà khai thác sẽ làm việc tay trong tay cùng với máy móc, chia sẻ không gian vật lý của họ với cánh tay của những con rô bốt. Để sự hợp tác này thành công, điều cần thiết là việc trao đổi thông tin giữa con người và máy móc. Bản thân nhà điều hành có thể được coi là một ngọn hải đăng của thông tin, truyền đi các lệnh tổng hợp và phản hồi tổng hợp của mình lên vùng dữ liệu đám mây.

Ngành công nghiệp 4.0 và máy tính người dùng cấu hình tối thiểu (Thin Clients)

Loại giao tiếp này đòi hỏi một giao diện linh hoạt và một ví dụ tuyệt vời chính là các bảng HMI chạy bằng một máy tính người dùng có cấu hình tối thiểu. Những thiết bị gọn nhẹ, tiết kiệm chi phí và hiệu quả này cho phép người dùng truyền thông tin của họ thông qua một bảng điều khiển cảm ứng đến máy chủ và nhanh chóng nhận được phản hồi từ nó. Người dùng có thể gửi lệnh, báo cáo lỗi hoặc trạng thái bất thường, đề nghị hỗ trợ hoặc yêu cầu hướng dẫn hay tài liệu kỹ thuật cần thiết để hoàn thành công việc của mình một cách suôn sẻ. Lịch sử phân tích được lưu trữ trên hệ thống đám mây theo như yêu cầu của khách hàng có thể được sử dụng để cải thiện môi trường làm việc của họ và cá nhân hoá các tác vụ được giao.

Cân nhắc về thứ mà nền công nghệ 4.0 đang trở thành, các thiết bị thông minh đóng một vai trò quan trọng bên trong các nhà máy. Trên thực tế, số lượng thiết bị thông minh cần thiết từ các nhà máy đang gia tăng khi họ cần phải đối mặt với những thách thức như giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, giảm chi phí bảo trì và quản lý cũng như đảm bảo hệ thống đáng tin cậy và an toàn. Những thách thức có thể dễ dàng khắc phục bằng cách chọn các máy tính người dùng có cấu hình tối thiểu đáng tin cậy, có thể giúp quản lý CNTT trong việc cải thiện hiệu suất tổng thể của công ty. Hơn nữa, những lợi thế quan trọng khác mà máy tính người dùng có cấu hình tối thiểu có thể cung cấp cho các nhà máy mà chúng ta có thể tìm thấy trong sự đơn giản của chúng: chúng thực sự rất dễ dàng thiết lập, định hình cũng như quản lý, những đặc tính ngày càng trở nên quan trọng trong các nhà máy hiện nay. Nhưng lợi ích của các thiết bị này đều vượt xa tiêu chuẩn đó. Bên trong các nhà máy, trong nhiều trường hợp, các thiết bị được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt hoặc trong điều kiện bụi bặm, điều kiện mà PC sẽ kém hiệu quả hơn, nhưng ở đó các máy tính người dùng cấu hình tối thiểu sẽ không bị chặn, như phần cứng dài hạn. Cuối cùng nhưng cũng không kém phần quan trọng, nếu được sử dụng với cấu hình tự động, các máy tính người dùng cấu hình tối thiểu cũng có thể đảm bảo tính liên tục của máy trong trường hợp cần thiết.

Tác giả: Jeremi Wójcicki, Kỹ sư & Nghiên cứu viên. Chương trình tiến sĩ tại Khoa Cơ khí của Đại học Bách khoa Milan.