Trở thành nhà máy của tương lai: Cách chuẩn bị ngay bây giờ cho Internet vạn vật công nghiệp
Tính đến thời điểm hiện tại, Internet đã trở thành một phương tiện truyền thông kỹ thuật số vô cùng phổ biến và phát triển trên toàn thế giới. Tuy nhiên, việc tận dụng dữ liệu tức thời thông qua kết nối toàn cầu qua Internet để ứng dụng vào lĩnh vực sản xuất công nghiệp vẫn đang ở giai đoạn khá trễ so với tiềm năng mà nó mang lại. Đến nay, vẫn chưa có nhiều công nghệ công nghiệp thân thiện với Internet có khả năng đưa khái niệm này vào thực tế một cách hiệu quả hay còn gọi là Internet vạn vật công nghiệp.
Tuy nhiên, dự đoán cho thấy rằng trong khoảng thời gian ngắn hơn, chưa đầy 10 năm, các nhà máy hiện đại sẽ tiến xa hơn trong việc tận dụng sức mạnh của Internet. Họ sẽ sử dụng Internet không chỉ để kết nối và quản lý các thiết bị trong nhà máy mà còn để truy cập và quản lý dữ liệu có ý nghĩa thông qua World Wide Web, tạo ra một sự kết nối liền mạch giữa thế giới số và sản xuất vật lý.
World Wide Web là gì? World Wide Web (viết tắt là WWW hoặc Web) là một hệ thống thông tin toàn cầu trên Internet, được sáng tạo bởi Sir Tim Berners-Lee vào năm 1989. Nó là một phần quan trọng của Internet, cho phép người dùng truy cập và duyệt thông tin, tài liệu, ảnh, video, và nhiều loại dữ liệu khác thông qua các trang web và trình duyệt web. World Wide Web hoạt động bằng cách sử dụng siêu văn bản (hypertext) để liên kết các trang web với nhau thông qua các liên kết (hyperlinks). Người dùng có thể điều hướng qua các trang web bằng cách nhấp chuột vào các liên kết này. Mỗi trang web có một địa chỉ duy nhất được gọi là URL (Uniform Resource Locator) để dễ dàng truy cập.
Với sự cạnh tranh ngày càng khốc liệt trong nền kinh tế tương lai, khả năng tích hợp với Internet of Things (IoT) và Internet công nghiệp (IIoT) trở thành yếu tố quyết định cho sự thành công của các nhà máy hiện nay. Cuốn sách trắng này không chỉ cung cấp một cái nhìn sâu sắc và chi tiết về cuộc cách mạng của nhà máy trong tương lai mà còn trình bày một loạt các bước cơ bản mà mọi nhà sản xuất cần thực hiện ngay bây giờ để chuẩn bị cho quá trình tích hợp liền mạch khi Internet of Things và Internet công nghiệp trở thành một phần không thể thiếu trong ngành công nghiệp.
Các bước này bao gồm:
- Thu thập dữ liệu kỹ thuật số một cách tự động và liên tục từ các thiết bị và quy trình sản xuất.
- Tự động hóa các quy trình sản xuất và quản lý thông tin một cách hiệu quả, từ lập kế hoạch đến kiểm soát chất lượng.
- Kết nối toàn bộ hệ thống sản xuất với mạng Internet và với nhau để tạo một môi trường sản xuất thông minh và tương tác.
- Cho phép truy cập từ xa và quản lý dữ liệu trong thời gian thực qua mạng, giúp theo dõi hiệu suất và thực hiện điều chỉnh từ xa.
- Sử dụng các công cụ thân thiện với Internet để tối ưu hóa quy trình sản xuất, quản lý dữ liệu và phát triển các ứng dụng mới dựa trên dữ liệu để cải thiện hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.
Điều này đánh dấu một bước quan trọng trong sự tiến bộ của ngành sản xuất, và nó cũng là một phần không thể thiếu của việc tiếp tục phát triển và tối ưu hóa quy trình sản xuất trong môi trường công nghiệp ngày nay.
Nhà máy của tương lai
Trong thập kỷ tới, quang cảnh của nhà máy sẽ thay đổi đáng kể. Các nhà máy trong tương lai sẽ không được đo lường bằng khả năng sản xuất mà bằng cách sản xuất linh hoạt nhất. Lợi thế cạnh tranh của việc thu thập dữ liệu theo thời gian thực và khả năng đáp ứng kịp thời và thích ứng với nhu cầu thị trường sẽ thúc đẩy các doanh nghiệp áp dụng các công nghệ dựa trên web phổ biến hơn. Hãy tưởng tượng một kịch bản trong đó tất cả các thiết bị trong nhà máy (bất kể nhà sản xuất) liên lạc liền mạch và ngay lập tức với nhau về số lượng nguyên liệu đi vào dây chuyền, cũng như số lượng bị loại khỏi dây chuyền và có thể cảnh báo cho ERP của nhà máy (lập kế hoạch nguồn lực doanh nghiệp) hoặc MES (hệ thống thực hiện sản xuất) về hàng tồn kho theo yêu cầu và bắt đầu đặt hàng lại khi nguồn cung trở nên thấp. Hãy tưởng tượng xa hơn rằng “dữ liệu lớn” có thể xâm nhập vào nhà máy này từ thế giới bên ngoài, cung cấp cho hệ thống số liệu thống kê về thói quen mua hàng của người tiêu dùng và tự động tăng sản lượng vào những thời điểm trong năm khi xu hướng dữ liệu cho thấy nhu cầu về một sản phẩm đang ở mức cao nhất. Khai thác luồng dữ liệu toàn cầu, nhà máy trong tương lai không chỉ có thể tự động hóa các quy trình thông minh để đáp ứng các mục tiêu nội bộ của mình mà còn có thể dự đoán các cơ hội và thất bại dựa trên các sự kiện bên ngoài trước khi chúng xảy ra.
Trọng tâm của nhà máy tương lai này là khả năng kết nối của các thiết bị trên một phương tiện thống nhất, cả trong và ngoài nhà máy. Nhiều nhà máy ngày nay tận dụng các giao thức công nghiệp cụ thể (như EtherNet/IP™ hoặc PROFINET I/O ®) yêu cầu hầu hết các thiết bị tự động hóa phải nói cùng một ngôn ngữ cũng như kỹ năng chuyên môn để lập trình và cài đặt thiết bị trên dây chuyền. Điều gì sẽ xảy ra nếu cấu trúc liên kết của nhà máy trông giống Internet hơn, được xây dựng trên các tiêu chuẩn mở, nơi các thiết bị – bất kể nhà sản xuất hay loại nào – có thể giao tiếp với nhau mà không bị hạn chế? Thế giới tiêu dùng đã tập trung vào một phương tiện liên lạc duy nhất; một hệ thống toàn cầu cung cấp quyền truy cập vào nhiều thông tin hơn, nhanh hơn và từ mọi nơi. Mạng này dựa trên phương tiện truyền thông phổ biến nhất: các giao thức Internet. World Wide Web và các thiết bị sử dụng nó đang mở rộng sang mọi thị trường nhờ các tiêu chuẩn mở, đơn giản, giúp phần lớn dữ liệu được thu thập có sẵn trên Internet.
EtherNet/IP™ là gì? EtherNet/IP™ là một giao thức mạng công nghiệp và một dự án của Open DeviceNet Vendor Association (ODVA) để phát triển và thúc đẩy sự phát triển của mạng Ethernet trong các ứng dụng công nghiệp. Nó là một phần của họ các giao thức Ethernet công nghiệp và được phát triển dựa trên chuẩn Ethernet thông thường, nhưng được tối ưu hóa cho các mục tiêu và yêu cầu riêng của môi trường công nghiệp.
PROFINET I/O ® là gì? PROFINET I/O (PROcess FIeld NETwork Input/Output) là một giao thức mạng công nghiệp dùng để kết nối và truyền thông giữa các thiết bị tự động hóa trong môi trường công nghiệp. Nó là một phần của hệ thống PROFIBUS & PROFINET International (PI), một tổ chức quốc tế chuyên về giao thức mạng công nghiệp. PROFINET I/O được phát triển dựa trên công nghệ Ethernet và TCP/IP, cho phép nhanh chóng và hiệu quả truyền thông giữa các thiết bị tự động hóa như cảm biến, bộ điều khiển, motor, và các thành phần khác trong quy trình sản xuất công nghiệp. Nó hỗ trợ truyền thông thời gian thực và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp để kiểm soát và giám sát quy trình sản xuất.
Internet vạn vật công nghiệp
Vì các nhà máy trong quá khứ đã tận dụng những tiến bộ về năng lượng hơi nước, điện, công nghệ thông tin và tự động hóa để đạt được lợi thế cạnh tranh trên thị trường của mình, nên các nhà máy trong tương lai sẽ tận dụng Internet để thúc đẩy cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo của thế giới – Cuộc cách mạng Internet công nghiệp. Các doanh nghiệp muốn tích hợp liền mạch hơn với mạng toàn cầu thông qua World Wide Web sẽ thay thế các nền tảng công nghiệp truyền thống như phần mềm và bộ điều khiển logic lập trình (PLC) bằng các công nghệ không phụ thuộc vào thiết bị, hệ điều hành hoặc giao thức. Điện toán đám mây an toàn sẽ thay thế các mạng cục bộ, các dịch vụ web sẽ thay thế phần mềm và các thiết bị có giao thức Internet sẽ thay thế các thiết bị sử dụng lợi thế độc quyền để ràng buộc các nhà máy với các giao thức công nghiệp hạn chế của quá khứ. Bằng cách thực hiện những thay đổi này đối với cơ sở hạ tầng Internet, các doanh nghiệp sẽ có thể – theo một nghĩa nào đó – vượt qua những giới hạn về không gian và thời gian. Thông tin được các thiết bị trên sàn nhà máy thu thập sẽ có thể truy cập được từ bất kỳ vị trí nào trong thời gian thực, mở cổng liên lạc theo cả chiều dọc (kết nối các máy trong nhà máy và cho phép cung cấp dữ liệu ngay lập tức cho các bên liên quan trong các silo vận hành) và theo chiều ngang (một khung cho toàn bộ chuỗi cung ứng, giữa các phòng ban, đơn vị kinh doanh, địa điểm nhà máy trên toàn cầu và thậm chí vào các thị trường khác).
Chìa khóa để mở cánh cổng này là công nghệ có thể truy cập Internet. Bất kỳ thiết bị nào có địa chỉ IP đều có thể được định vị và truy cập bởi các dịch vụ web thiết lập một mạng mở, chung cho tất cả các thiết bị trên khuôn khổ Internet. Internet of Things (IoT) này bao gồm tất cả, xác định một mạng thu thập dữ liệu trên mọi “vật” có thể có trên thế giới – từ máy theo dõi thể dục cá nhân, theo dõi thời tiết, đến nhà thông minh, đến nhà máy. Khi thảo luận cụ thể về nhà máy (trong đó các thiết bị công nghiệp như cảm biến, công tắc, robot, máy tự động hóa và cơ điện tử là những “vật thể” được kết nối), tập hợp con này của Internet vạn vật được gọi là Internet vạn vật công nghiệp ( IIoT). Internet vạn vật công nghiệp kết hợp người tiêu dùng và doanh nghiệp trên một phương tiện Internet duy nhất, nơi dữ liệu lớn được thu thập bởi tất cả các thành phần trong mạng có thể được tận dụng để đưa ra các quyết định kinh doanh nhanh hơn, quan trọng hơn và tự động hơn.
Để đưa ra một ví dụ, hãy tưởng tượng tác động của việc đưa ngành sản xuất dược phẩm tiếp xúc với dữ liệu lớn từ các lĩnh vực khác. Ngành chăm sóc sức khỏe có thể thu thập dữ liệu về số lượng bệnh nhân đến các cơ sở y tế để giải quyết một bệnh nhiễm trùng thông thường. Với dữ liệu này được chia sẻ trên Internet toàn cầu, các công ty được kết nối trong ngành dược phẩm có thể tận dụng số liệu này để tăng đầu tư vào các loại thuốc giải quyết tình trạng lây nhiễm hoặc tăng sản xuất thuốc ở một số khu vực nhất định nơi lây nhiễm phổ biến nhất. Việc sử dụng IoT cho mục đích này mang lại lợi ích to lớn cho cả người tiêu dùng và doanh nghiệp – các vấn đề về sức khỏe người tiêu dùng được giải quyết nhanh chóng và các nhà sản xuất phản ứng nhanh nhất sẽ có lợi nhuận cao nhất.
Quan niệm sai lầm phổ biến
Một sai lầm phổ biến và thiếu hiểu biết về Internet of Things (IoT) mà nhiều người vẫn mắc phải là đối diện với một sự đơn giản hóa về IoT, trong đó nó chỉ đơn giản là kết nối các thiết bị thông minh và cho phép chúng tương tác với nhau. Tuy nhiên, để hiểu đúng bản chất của IoT, chúng ta cần xem xét nó qua ba khía cạnh quan trọng:
- Thiết bị thông minh và trí thông minh cục bộ: IoT không chỉ đơn thuần là việc nối kết các thiết bị thông minh với nhau. Điều quan trọng là chúng phải có khả năng nhận dữ liệu, xử lý thông tin, và đưa ra phản hồi thông minh. Các thiết bị này được trang bị trí tuệ cục bộ, cho phép họ thực hiện các tác vụ thông minh và tự động.
- Chia sẻ dịch vụ và giao tiếp thông qua API: IoT cung cấp cơ hội cho các thiết bị này để tương tác và chia sẻ dữ liệu thông qua các dịch vụ chung hoặc giao diện chương trình ứng dụng (API). Điều này có nghĩa rằng chúng không chỉ tương tác một cách ngẫu nhiên mà còn phải hoàn thành các nhiệm vụ cụ thể và hữu ích thông qua các giao thức tiêu chuẩn, đảm bảo tính liên kết và hiệu suất.
- Kết nối toàn cầu với Internet: IoT không giới hạn trong một mạng cục bộ. Thay vào đó, các thiết bị IoT được kết nối với Internet toàn cầu thông qua các phương tiện kết nối. Điều này cho phép họ truyền và nhận thông tin không chỉ trong phạm vi mạng cục bộ mà còn từ khắp nơi trên thế giới. Điều này tạo ra một khả năng kết nối mạng lưới toàn cầu, mở ra khả năng phân tích và phản hồi trên một khối lượng dữ liệu lớn được tạo ra trong quá trình giao tiếp giữa các thiết bị.
Nhầm lẫn về IoT thường xuất phát từ việc đánh giá nó chỉ qua góc nhìn của các công nghệ mạng hiện tại, như M2M (máy với máy) và mạng công nghiệp. Mặc dù những yếu tố này đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển của nhà máy và ngành công nghiệp, nhưng chúng không đại diện cho khía cạnh toàn cầu và mạng lưới các thiết bị thông minh được kết nối với Internet toàn cầu để thực hiện chia sẻ, phân tích và phản hồi trên khối lượng dữ liệu khổng lồ được tạo ra trong quá trình giao tiếp giữa các thiết bị, điều quan trọng nhất để hiểu và khai thác giá trị của IoT.
Kết nối thiết bị qua giao thức công nghiệp
Môi trường sản xuất và nhà máy hiện đang chứng kiến một sự bùng nổ về sự phổ biến của mạng “máy với máy” (M2M) công nghiệp, một hệ thống giúp kết nối và tự động hóa các thiết bị trên khắp sàn nhà máy. Từ thập kỷ 1980, các hệ thống PLC (Programmable Logic Controller) đã sử dụng các giao thức công nghiệp như EtherNet/IP, PROFINET I/O và các giao thức tương tự để thiết lập các kết nối giữa các máy, bằng cách thu thập và truyền dữ liệu từ một trung tâm điều khiển tới các thiết bị khác trên sàn.
Một trong những thách thức quan trọng đối diện M2M công nghiệp là việc mỗi thiết bị trong hệ thống này thường sử dụng một hoặc một bộ giao thức độc quyền. Điều này đồng nghĩa rằng mỗi thiết bị phải sử dụng ngôn ngữ riêng của nó để giao tiếp với các thiết bị khác. Chẳng hạn, để tham gia vào mạng EtherNet/IP, một thiết bị như đầu đọc mã vạch, robot hoặc PLC phải hỗ trợ giao thức EtherNet/IP. Mã nguồn thường được phát triển riêng cho mỗi hệ thống này, dẫn đến việc dữ liệu thu thập và giao diện truy cập đều độc nhất vô nhị cho từng hệ thống cụ thể.
Hai khía cạnh chính của thách thức này đáng lưu ý:
- Thứ nhất, việc chia sẻ dữ liệu trở nên phức tạp trong môi trường nhà máy, vì mỗi thiết bị được thiết kế cho mục đích cụ thể và không phải lúc nào cũng sử dụng cùng một ngôn ngữ giao tiếp.
- Thứ hai, các thiết bị công nghiệp không sử dụng ngôn ngữ chung của Internet như HTTP (HyperText Transfer Protocol), mà thay vào đó, các giao thức công nghiệp chiếm ưu thế, gây khó khăn khi cố gắng kết nối toàn cầu và triển khai Công Nghiệp Internet of Things (IIoT).
Kết quả của những thách thức này là ràng buộc chúng ta trong phạm vi mạng cục bộ và gây khó khăn khi cố gắng mở rộng quyền truy cập dữ liệu và triển khai IIoT trên quy mô toàn cầu. Điều này đặt ra câu hỏi về cách chúng ta có thể thực hiện việc kết nối toàn cầu cho các thiết bị công nghiệp và chia sẻ thông tin một cách hiệu quả trong bối cảnh ngày nay, nơi tích hợp mạng lưới và kết nối toàn cầu đang trở thành một yếu tố quan trọng trong việc phát triển công nghệ IIoT thực sự.
Hy vọng thông tin trong bài viết đã giúp bạn biết được sâu hơn về cách chuẩn bị ngay bây giờ cho Internet vạn vật công nghiệp phần 1. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, xin vui lòng truy cập vào trang website COMIT và Fanpage của chúng tôi.
