Ứng dụng công nghệ 4.0 trong công nghiệp như thế nào?

Cách mạng công nghệ 4.0 là gì?

Công nghiệp 4.0 được mô tả như là một môi trường hoàn hảo khi máy tính được tự động hóa và làm việc chung với con người theo cách thức hoàn toàn mới. Công nghiệp 4.0 là xu hướng để xóa nhòa ranh giới giữa hệ thống vật lý, kỹ thuật số và sinh học, giúp chúng kết hợp lại với nhau.

Từ sự phát triển trên 3 lĩnh vực chính là Công nghệ sinh học, kỹ thuật số và Vật lý, những yếu tố cốt lõi của Cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ là:

• Trí tuệ nhân tạo (AI)
• Vạn vật kết nối – Internet of Things (IoT)
• Các giải pháp công nghệ Big Data, Robot, 3D,…

Không như các cuộc cách mạng trước đó, CMCN 4.0 có sự khác biệt rất lớn về tốc độ, phạm vi và sự tác động. Cuộc cách mạng này có tốc độ phát triển và lan truyền nhanh hơn rất nhiều so với trước đó. Phạm vi của CMCN 4.0 diễn ra rộng lớn, bao trùm, trong tất cả các lĩnh vực, không chỉ trong sản xuất chế tạo mà trong cả dịch vụ.

Có 4 nguyên tắc để tạo nên điều kiện được gọi là “Công nghiệp 4.0”:

• Khả năng giao tiếp/ tương tác: Các thiết bị, máy móc phải có khả năng giao tiếp, tương tác với con người thông qua mạng lưới vạn vật kết nối.
• Minh bạch thông tin: Hệ thống thông tin phải tạo ra một “bản sao y hệt” của thế giới thật, bản sao này được tạo ra bằng các dữ liệu cảm biến từ máy móc.
• Hỗ trợ của công nghệ: Máy móc, kĩ thuật có thể giúp con người đưa ra quyết định dựa theo các góc nhìn chính xác và đầy đủ nhất.
• Phân quyền quyết định: Những quyết định đơn giản có thể tự động được đưa ra và hành động bởi máy móc, trừ những ngoại lệ như bị nhiễu, hoặc mâu thuẫn với các mục tiêu đề ra thì cần quyết định từ cấp cao hơn.

2. Ứng dụng công nghệ 4.0 trong công nghiệp

- Năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp gắn liền với trình độ ứng dụng công nghệ trong sản xuất và quản trị. Công nghệ giúp doanh nghiệp tăng tốc độ, giảm sai sót và loại bỏ lãng phí. Cách mạng công nghiệp 4.0  xây dựng nên các doanh nghiệp số dựa trên việc kết nối các chuỗi giá trị trong và ngoài doanh nghiệp, số hóa quá trình sản xuất và dịch vụ, và tạo những mô hình kinh doanh mới.

Ứng dụng tí tuệ nhân tạo AI và Bigdata trong công nghiệp 4.0. Ở cấp độ công đoạn sản xuất, những ứng dụng quan trọng có thể kể đến gồm có kiểm tra chất lượng, truy xuất nguồn gốc, bảo trì tiên đoán, sắp xếp và bốc dỡ hàng hóa, IIoT, Big Data và AI.

Việc kiểm tra chất lượng vốn được thực hiện bởi con người và là một trong những công đoạn tốn nhân công trong dây chuyền sản xuất. Với những thiết bị cảm biến hiện đại, đặc biết là cảm biến hình ảnh hoặc camera công nghiệp thế hệ mới kết hợp cùng các bộ PLC tiên tiến, việc kiểm tra chất lượng có thể được tự động hóa hoàn toàn với năng suất, công suất và độ tin cậy. Những PLC hàng đầu thế giới còn có khả năng tích hợp với tất cả các thiết bị hệ thống tự động hóa tạo nên một hệ thống kết nối vạn vật trong sản xuất (IIoT), thu thập và tổng hợp dữ liệu của quá trình sản xuất qua đó cho phép hiện thực hóa việc truy xuất nguồn gốc nguyên liệu và sản phẩm.

Bên cạnh những dữ liệu về sản phẩm và nguyên vật liệu, IIoT còn cho phép thu thập dữ liệu của toàn bộ máy móc, cấu kiện từ các thiết bị cảm biến dưới dạng Big Data. Từ đây, kết hợp với trí tuệ nhân tạo và Machine Learning để phân tích dữ liệu thu thập này để có thể giúp đánh giá tình trạng máy móc, qua đó có những khuyến nghị bảo trì thay thế máy móc và linh kiện theo định kỳ hoặc vào thời điểm phù hợp nhằm giảm thiểu việc gián đoạn sản xuất. Đây chính là việc hiện thực hóa bảo trì tiên đoán.

Một số dòng PLC thông minh thế hệ mới đã tích hợp sẵn tính năng AI (AI PLC) để tự động thu thập, phân tích và điều chỉnh các thông số điều khiển tối ưu cho công đoạn sản xuất mà không cần có sự can thiệp của con người, góp phần liên tục cải tiến và nâng cao chất lượng sản phẩm, giúp cho việc chuyển đổi sản xuất giữa các sản phẩm diễn ra nhanh chóng và chính xác, qua đó nâng cao hiệu quả và tăng cường tính linh động trong sản xuất.

Bên cạnh đó còn là những đóng góp của công nghệ robot trong thời gian gần đây. Ứng dụng của robot trong công nghiệp 4.0 vì thế mà cũng trở nên đa dạng và dần có thể thay thế trong hầu hết các khâu của quá trình sản xuất. Mỗi delta robot với thế mạnh về tốc độ có thể thay thế tới 12 công nhân sắp xếp sản phẩm trong sản xuất hàng thực phẩm tiêu dùng với thời giant hu hôi vốn 18 tháng. Các robot 6 trục với khả năng linh hoạt có thể thay thế công nhân trong các thao tác đòi hỏi độ tỉ mỉ va chính xác cao như hàn vi mạch điện tử. Khi kết hợp với camera công nghiệp có thể thực hiện luôn khâu kiểm tra chất lượng sản phẩm qua đó giúp giảm lượng lớn công nhân thao tác thủ công trong môi trường độc hại và luôn đảm bảo tính đồng nhất của chất lượng sản phẩm.

Đặc biệt robot cộng tác (collaborative robot - cobot) là robot thế hệ mới có thể thao tác với con người và luôn đảm bảo tính an toàn. Đây là tiền đề quan trọng cho việc tự động hóa từng phần của hoạt động sản xuất hoặc đáp ứng yêu cầu tự động hóa ở những nơi vẫn cần có sự hiện diện của con người.

Ở cấp độ dây chuyền sản xuất, yếu tố quan trọng cần lưu tâm là tính linh hoạt trong một không gian hữu hạn. Chìa khóa để giải quyết vấn đề này là module hóa từng công đoạn sản xuất. Việc module hóa các công đoạn sản xuất thay vì thiết lập những dây chuyền sản xuất sẽ cho phép nhanh chóng đáp ứng được nhiều quy trình sản xuất khác nhau, tối ưu hóa không gian nhà xưởng. Tuy vậy thách thức đặt ra là việc luân chuyển linh kiện sản xuất (WIP) hoặc nguyên vật liệu giữa các công đoạn này.

Robot tự hành thông minh (Autonomous Intelligent Vehicle - AIV) là giải pháp cho vấn đề nói trên. AIV hoạt động không cần người điều khiển, không cần hệ thống vạch từ, bang dán màu chỉ đường. Với hệ thống bản đồ nhà máy được quét tự động, AIV có thể di chuyển khắp nhà máy với điểm đi và đến bất kỳ, qua đó có thể đảm bảo bất kể yêu cầu vận chuyển nào giữa các khâu sản xuất, ngay cả khi có những thay đổi về vị trí bố trí từng công đoạn sản xuất.

AIV cũng rất an toàn với con người với khả năng tự động dừng hoặc tránh khi gặp chướng ngại vật, khả năng giao tiếp cơ bản bằng giọng nói. Bên cạnh đó, những robot tự hành thông minh này còn có kết nối mạng không dây đến hệ thống quản lý trung tâm (Fleet Management) qua đó giúp tối ưu hóa việc điều hành hoạt động luân chuyển hàng hóa, đảm bảo tính liên tục của hoạt động truy xuất nguồn gốc giữa các công đoạn sản xuất.

AIV cùng hệ thống quản lý trung tâm còn là tiền đề cho những giải pháp đối với việc luân chuyển hàng hóa trên phạm vi toàn nhà máy, hệ thống kho thông minh và quản lý hàng tồn kho. Những lợi ích cơ bản có thể kế đến bao gồm việc tăng hiệu suất của toàn nhà máy và giảm thiểu hàng hóa trung gian; tối ưu hóa lượng hàng tồn kho và giảm số lần kiểm kê kho; tăng cường khả năng đáp ứng đơn hàng, tốc độ giao hàng và cuối cùng là sự hài lòng của khách hàng.

Nền tảng IoT cho phép kết nối hệ thống vận hành (OT), điều hành sản xuất (MES), quản lý vòng đời sản phẩm (PLM) với hệ thống công nghệ thông tin doanh nghiệp (ERP, SCM, CRM, WMS) qua đó giúp doanh nghiệp có được cái nhìn tổng quát về mọi khía cạnh của hoạt động sản xuất và kinh doanh; kết nối hoàn chỉnh hệ thống truy xuất nguồn gốc hàng hóa trên phạm vi toàn chuỗi cung ứng.

Trong tất cả các ứng dụng nêu trên của từ khóa được nhắc đến nhiều nhất là sự kết nối và tính liên thông giữa các khâu trong hoạt động của toàn nhà máy. Nhưng chính từ khóa "kết nối" này cũng dựa trên tiền đề quan trọng là tính sẵn sàng của một hệ thống thông tin thông suốt trong toàn doanh nghiệp, từ khối quản trị, văn phòng đến nhà máy sản xuất và toàn bộ chuỗi cung ứng. Nền tảng cho hệ thống thông tin trong kỷ nguyên 4.0 này được gọi là sợi dây liên kết số (Digital Thread). Bất kể một doanh nghiệp nào muốn thành công trong chuyển đổi số và ứng dụng hiệu quả các công nghệ của Công nghiệp 4.0 bắt đầu và thành công trong việc xây dựng sợi dây liên kết số. Có một sợi dây liên kết số cũng giống như việc cơ thể con người cần có hệ thống thần kinh.