7 điều cần biết hàng đầu về sản xuất thông minh

Sản xuất thông minh là một lực lượng đột phá mạnh mẽ có tiềm năng tái cấu trúc bối cảnh cạnh tranh hiện tại và tạo ra một nhóm người dẫn đầu thị trường mới. Những công ty không nhanh chóng áp dụng các công nghệ và quy trình mới đều đối mặt với nguy cơ bị tụt lại. Hãy tìm hiểu chi tiết trong bài viết này để khám phá những hiểu biết chiến lược sâu sắc về sự phát triển của các nhà máy thông minh, quy trình sản xuất liên quan đến dữ liệu lớn, Internet vạn vật trong công nghiệp (IIoT) và trí tuệ nhân tạo. Mỗi xu hướng này không chỉ là động lực riêng lẻ mà còn tạo nên một hệ thống liên kết, hỗ trợ nhau, góp phần quan trọng vào quá trình chuyển đổi hoạt động sản xuất, mở ra những triển vọng mới mà chúng ta chưa từng trải qua.

Sản xuất thông minh là gì

Sản xuất thông minh là sự kết hợp hài hòa của nhiều công nghệ và giải pháp khác nhau, khi chúng được triển khai cùng nhau trong hệ sinh thái sản xuất, tạo nên mô hình được gọi là sản xuất thông minh. Các công nghệ và giải pháp này, được gọi chung là “công cụ hỗ trợ” đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất, từ đó tăng cường lợi nhuận tổng thể. Sản xuất thông minh hướng tới việc tối ưu hóa hiệu suất, giảm chi phí, và tăng cường linh hoạt trong quy trình sản xuất. Các hệ thống thông minh có thể tự động hoá các công đoạn sản xuất, giám sát tình trạng máy móc, dự đoán lỗi, và thậm chí làm cho các dây chuyền sản xuất có khả năng tự tối ưu hóa dựa trên dữ liệu thời gian thực.

Có một số yếu tố hỗ trợ quan trọng đang nổi bật trong bối cảnh sản xuất hiện nay, bao gồm:

• Trí tuệ nhân tạo (AI): Sức mạnh tính toán và khả năng học máy của trí tuệ nhân tạo có thể được tích hợp để tối ưu hóa quy trình và ra quyết định thông minh.
• Chuỗi khối trong sản xuất: Sử dụng công nghệ chuỗi khối để đảm bảo sự minh bạch và an toàn trong toàn bộ chuỗi cung ứng sản xuất.
• Internet vạn vật công nghiệp (IIoT): Kết nối các thiết bị và máy móc thông qua IIoT giúp thu thập dữ liệu từ môi trường sản xuất, từ đó cải thiện hiệu suất và dự báo bảo trì.
• Người máy: Sự kết hợp của con người và máy móc thông minh giúp tối ưu hóa năng suất và chất lượng sản phẩm.
• Giám sát tình trạng: Theo dõi và đánh giá liên tục các thông số vận hành để phát hiện sớm sự cố và tối ưu hóa hiệu suất.
• An ninh mạng: Đảm bảo an toàn và bảo mật của hệ thống thông tin sản xuất trước các mối đe dọa mạng.

Các công ty đang không ngừng đầu tư và khám phá cách áp dụng những biện pháp hỗ trợ này. Bằng cách xem xét kỹ lưỡng các yếu tố hỗ trợ, chúng ta có thể nhận thấy rằng chúng đang không chỉ tạo ra dữ liệu mà còn chấp nhận và phân tích dữ liệu. Việc này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất sản xuất mà còn làm cho quá trình trở nên minh bạch và linh hoạt hơn.

Dữ liệu thúc đẩy sản xuất thông minh như thế nào

Dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy quá trình sản xuất thông minh và hỗ trợ quyết định hiệu quả. Dữ liệu không chỉ cung cấp thông tin về “phải làm gì” mà còn hỗ trợ định rõ “khi nào nên thực hiện điều đó”. Trong môi trường của những nhà máy thông minh, nơi mọi quyết định dựa trên dữ liệu, an ninh mạng trở thành một yếu tố quan trọng và có ý nghĩa to lớn trong toàn bộ hệ sinh thái sản xuất thông minh. Bảo mật dữ liệu là một thách thức quan trọng khi triển khai các công cụ hỗ trợ này.

Các bên liên quan đến sản xuất thông minh thường có thể được phân chia thành ba loại chính, mỗi loại đóng góp một phần quan trọng vào hệ thống:

• Nhà cung cấp giải pháp kiểm soát và sản phẩm: Nhóm này bao gồm các công ty tham gia vào việc phát triển sản phẩm và dịch vụ tự động hóa. Các đại diện nổi bật trong danh sách này có thể kể đến như ABB, Honeywell, Siemens, Emerson, Rockwell Yokogawa và Schneider.
• Nhà cung cấp hoặc nhà hỗ trợ giải pháp CNTT: Cung cấp hỗ trợ cho toàn bộ khái niệm về Internet Vạn Vật trong Công nghiệp (IIoT) và quản lý tài sản, nhóm này đóng vai trò quan trọng trong xây dựng cơ sở hạ tầng kiểm soát, giám sát và phân tích. Những tên tuổi đáng chú ý ở đây bao gồm HP, IBM, Microsoft, SAS, Oracle và Intel.
• Nhà cung cấp giải pháp kết nối: Nhóm này tập trung vào việc cung cấp dịch vụ viễn thông để tạo điều kiện cho luồng dữ liệu liên tục để quản lý tài sản. Các đại diện tiêu biểu của nhóm này có thể kể đến như Cisco, Huawei và AT&T.

Sự hợp tác giữa các loại nhà cung cấp này không chỉ thúc đẩy sự phát triển của sản xuất thông minh mà còn giúp tạo ra một hệ thống toàn diện, linh hoạt và hiệu quả.

Triển khai IIoT

IIoT không chỉ là một hệ sinh thái, mà là một bước tiến lớn trong ngành sản xuất, nơi mà mọi thiết bị, máy móc, và quy trình được kết nối thông qua hệ thống truyền thông dữ liệu. Mỗi máy móc và thiết bị công nghiệp đều tích hợp hoặc kết nối với các cảm biến, tạo ra dữ liệu liên quan. Dữ liệu này sau đó được chuyển đến hệ thống đám mây/phần mềm thông qua hệ thống truyền dữ liệu. Lượng dữ liệu lớn này mang lại nhiều hiểu biết sâu sắc, có thể giúp xác định các vấn đề trong quy trình sản xuất. Sau khi dữ liệu được phân tích, thông tin phản hồi được truyền lại vào hệ thống sản xuất để thực hiện bất kỳ điều chỉnh nào cần thiết.

IIoT mang lại tiềm năng lớn trong việc làm cho sản xuất thông minh trở nên hiệu quả hơn. Bạn không thể chỉ tăng sản lượng mà không tăng lợi nhuận. Vì vậy, cần xem xét các quy trình phụ trợ và làm cho chúng hiệu quả. Điều này chỉ có thể thực hiện được khi bạn có thông tin chi tiết và chính xác về quy trình sản xuất của mình. Đây là nơi IIoT đóng vai trò quan trọng. Dữ liệu từ cảm biến có thể triển khai ở mọi giai đoạn quy trình sản xuất, giúp bạn thu thập, phân tích và thực hiện hành động để tối ưu hóa hiệu suất và tăng lợi nhuận.

Tuy nhiên, triển khai IIoT trong các tổ chức hiện tại và/hoặc cũ không dễ dàng, nhưng có thể được thực hiện ở các cơ sở sản xuất mới. Điều này đòi hỏi triển khai khái niệm sản xuất thông minh từ giai đoạn thiết kế của cơ sở sản xuất.

Sản xuất thông minh, mặc dù chưa phổ biến rộng rãi, nhưng vẫn tồn tại trong một số tổ chức. Việc thay đổi thiết kế cơ bản của máy móc hoặc hệ thống nhà máy để triển khai tất cả các cảm biến và công nghệ liên quan là khó khăn. Điều này làm cho việc triển khai IIoT trong sản xuất hiện tại trở nên thách thức và đôi khi là không khả thi.

Dự báo thị trường sản xuất IoT cho thấy sự tăng từ 12,67 tỷ USD năm 2017 lên 45,30 tỷ USD vào năm 2022, với tốc độ tăng trưởng hàng năm là 29,0% từ 2017 đến 2022.

Các động lực chính đằng sau sự phát triển của IoT trong thị trường sản xuất bao gồm nhu cầu ngày càng tăng về giám sát tập trung và dự báo bảo trì cơ sở hạ tầng sản xuất. Nhu cầu về sản xuất linh hoạt, hiệu quả hoạt động và kiểm soát chuỗi cung ứng, từ cung ứng đến hậu cần, được kỳ vọng sẽ tiếp tục thúc đẩy thị trường IoT trong lĩnh vực sản xuất.

Sự trỗi dậy của trí tuệ nhân tạo trong sản xuất

Mặc dù khái niệm về trí tuệ nhân tạo đã tồn tại từ lâu, nhưng hiện nay nó đang tìm kiếm ứng dụng mạnh mẽ trong hệ sinh thái sản xuất. Trong 5-6 năm gần đây, sự quan tâm và đầu tư vào lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI) trong ngành sản xuất đã tăng đáng kể. Sự gia tăng này chủ yếu xuất phát từ khả năng của AI chỉ khi có sẵn dữ liệu, và gần đây, có khả năng xây dựng các khả năng cần thiết bằng cách:

• Tạo ra lượng dữ liệu lớn thông qua các cảm biến chi phí thấp.
• Lưu trữ dữ liệu trong các hệ thống chi phí thấp.
• Xử lý dữ liệu với chi phí phải chăng.

Những tiến triển này đã mở ra cánh cửa cho triển khai AI trong các phân xưởng sản xuất. Trước đây, sản xuất thường được thực hiện ở các quốc gia có chi phí lao động thấp, nơi triển khai AI với chi phí cao trong hệ sinh thái sản xuất của họ là khó khăn. Tuy nhiên, với sự tăng lương, thậm chí những quốc gia như Trung Quốc, nơi được coi là “nhà máy của thế giới” cũng có thể triển khai AI. Trung Quốc hiện đang đầu tư đáng kể vào trí tuệ nhân tạo, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất và các ứng dụng liên quan.

Ngoài ra, 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 có thể thực hiện quyết định dựa trên nhận thức, một khả năng mà các thuật toán dựa trên quy tắc trong robot truyền thống không thể thực hiện được. Bảo trì dự đoán là một khía cạnh quan trọng khác mà AI đang tìm thấy ứng dụng quan trọng. Bảo trì dự đoán giúp xác định hiệu suất, sự cố và điều kiện vận hành của thiết bị hoặc máy móc trong thời gian thực.

Thị trường trí tuệ nhân tạo (AI) trong lĩnh vực 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 tăng trưởng hàng năm là 52,42% trong giai đoạn dự báo.

Sự sử dụng ngày càng phổ biến của công nghệ dữ liệu lớn, Internet vạn vật công (IIoT) trong sản xuất, sự gia tăng của robot trong quá trình sản xuất, công nghệ thị giác máy tính, quan hệ đối tác và cộng tác xuyên ngành, cùng với sự đầu tư mạnh mẽ vào mạo hiểm vốn, sẽ thúc đẩy sự phát triển của AI trong thị trường sản xuất.

Tương lai của Blockchain trong sản xuất

Mặc dù Blockchain trong lĩnh vực sản xuất vẫn còn ở giai đoạn phát triển non trẻ, nhưng nó đã trở thành một đề tài được nhiều người quan tâm trong hệ sinh thái sản xuất. Hiện tại, blockchain đã được triển khai rộng rãi trong các hệ thống tài chính, và ngày càng nhiều công ty đang nghiên cứu ứng dụng của nó trong lĩnh vực sản xuất.

Nếu nhìn vào tiềm năng của blockchain, các ngành như hàng không, thực phẩm & đồ uống và y tế là những lĩnh vực có thể hưởng lợi lớn từ công nghệ này. Các ngành này, với những quy tắc và quy định nghiêm ngặt, đều yêu cầu sự giám sát chặt chẽ đối với tất cả các nhà cung cấp trong chuỗi giá trị của họ. Blockchain có thể hỗ trợ duy trì kiểm soát chất lượng từ quá trình phát triển nguyên liệu thô. Hiện tại, sự chú ý chủ yếu tập trung vào việc phát triển blockchain cho chức năng quản lý chuỗi cung ứng trong toàn bộ hệ sinh thái sản xuất.

Các ngành như may mặc, năng lượng mặt trời, khai thác mỏ, đánh bắt cá, thực phẩm và đồ uống, vận chuyển hàng hóa, phân bón, chăm sóc sức khỏe và hàng không đang tích cực phát triển blockchain. Danh sách này vẫn còn thiếu sót và theo sự phát triển của công nghệ, nhiều ngành khác có thể tham gia vào việc triển khai blockchain. Các công ty lớn như IBM, Microsoft, GE, Samsung và Moog đang tham gia vào việc phát triển và triển khai blockchain trong hệ sinh thái sản xuất.

Thị trường blockchain trong lĩnh vực sản xuất vẫn chưa được định hình rõ ràng, và do đó, chúng tôi dự kiến thị trường sẽ bắt đầu đạt doanh thu đáng kể từ năm 2020 trở đi. Tuy nhiên, nhiều tổ chức đã bắt đầu đầu tư và khám phá những lợi ích mà công nghệ blockchain mang lại trong hệ sinh thái sản xuất.

Tầm quan trọng của Robot công nghiệp

Bước tiến quan trọng tiếp theo để biến một nhà máy sản xuất truyền thống thành một cơ sở sản xuất thông minh là sự triển khai mạnh mẽ của robot công nghiệp. Mặc dù khái niệm về robot công nghiệp không phải là mới, đã tồn tại từ 40-50 năm trở lại, nhưng điều duy nhất thay đổi là sự thông minh hóa của chúng. Trước đây, robot chỉ được lập trình để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể tại một thời điểm. Nếu bạn muốn chúng thực hiện các nhiệm vụ khác, bạn phải thay đổi mã.

Nhưng ngày nay, robot kết nối tốt với mạng cảm biến triển khai trong xưởng sản xuất, lấy dữ liệu từ các cảm biến và điều chỉnh hành động của mình tương ứng. Trí tuệ nhân tạo cũng đang dần được tích hợp vào hệ thống robot, khiến chúng trở nên tự động. Thông qua trí tuệ nhân tạo, dự kiến hệ thống robot sẽ điều chỉnh hành động dựa trên tình huống thời gian thực.

Hiện nay, đa số robot công nghiệp được triển khai chủ yếu ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, đặc biệt quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Sáng kiến của chính phủ được coi là một động lực quan trọng để thúc đẩy sự phát triển và tăng trưởng của robot. Mỹ và Trung Quốc đang tích cực thúc đẩy nhu cầu về robot bằng cách cung cấp đủ động lực.

Ngoài robot công nghiệp, có một dạng robot mới đang phát triển và được gọi là robot cộng tác. Những thiết bị này sẽ hợp tác với con người để hỗ trợ trong mọi công việc mà con người thực hiện. Ví dụ, robot cộng tác có thể quan sát và học những nhiệm vụ mà người vận hành trên dây chuyền lắp ráp đang thực hiện, sau đó tự động bắt đầu thực hiện nhiệm vụ đó với độ chính xác tương tự. Sự phát triển của robot cộng tác đã đến mức khó phân biệt nó với robot công nghiệp về ứng dụng. Ngày nay, những robot cộng tác không chỉ làm những công việc nhẹ nhàng mà còn có khả năng thực hiện những công việc nặng nhọc, mà thường chỉ robot công nghiệp mới có thể thực hiện.

Thị trường robot công nghiệp dự kiến sẽ đạt giá trị 71,72 tỷ USD vào năm 2023, với tốc độ tăng trưởng CAGR là 9,60% trong giai đoạn dự báo. Trong khi đó, thị trường robot cộng tác dự kiến sẽ đạt giá trị 4,28 tỷ USD vào năm 2023, với tốc độ tăng trưởng CAGR là 56,94% từ năm 2017 đến năm 2023.

Động lực chính cho thị trường robot công nghiệp là sự đầu tư mạnh mẽ vào tự động hóa trong các ngành công nghiệp và nhu cầu ngày càng tăng từ các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME) ở các nước đang phát triển.

Lợi ích của bản song sinh kỹ thuật số

Bản sao kỹ thuật số là một đề xuất đầy triển vọng trong hệ sinh thái sản xuất thông minh. Nó tạo ra một mô hình ảo của tài sản, quy trình hoặc hệ thống bằng cách sử dụng dữ liệu từ các cảm biến và thuật toán để dự đoán các khía cạnh của quy trình. Bảo trì dự đoán, một hệ thống quan trọng, lợi ích lớn từ việc áp dụng bản sao kỹ thuật số. Các ưu điểm của bản sao kỹ thuật số bao gồm khả năng giảm thời gian và chi phí phát triển sản phẩm cũng như loại bỏ thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

Áp dụng IoT và nền tảng đám mây đang ngày càng gia tăng, cùng với sự phát triển của phần mềm mô phỏng 3D và công nghệ in 3D, đều đang thúc đẩy sự tiếp cận và ứng dụng của bản sao kỹ thuật số. Cụ thể, trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ & quốc phòng, ô tô & vận tải, sản xuất điện tử & điện/máy móc, và năng lượng & tiện ích, bản sao kỹ thuật số đang trở thành một công cụ quan trọng.

Khám phá và ứng dụng của bản sao kỹ thuật số cũng mở rộng ra các lĩnh vực phi sản xuất như thị trường bán lẻ và hàng tiêu dùng. Đối với các ngành này, sự phát triển của bản sao kỹ thuật số không chỉ mang lại hiệu quả và dự đoán trong quy trình sản xuất mà còn mở ra khả năng tương tác sâu rộng với khách hàng và thị trường. Bản sao kỹ thuật số không chỉ là một công nghệ tiên tiến trong sản xuất mà còn mở rộng tầm ảnh hưởng của mình đến nhiều ngành công nghiệp khác nhau.