Sản xuất thông minh: Tương lai của việc chế tạo là kỹ thuật số P1
- Sản xuất thông minh đề cập đến việc số hóa sản xuất ở tất cả các cấp độ: thiết kế sản phẩm, chuỗi cung ứng, sản xuất, phân phối và bán hàng.
- Bằng cách phân tích dữ liệu từ tất cả các bước trong quy trình sản xuất thông qua học máy, trí tuệ nhân tạo và robot được kết nối, các nhà sản xuất có thể duy trì sự linh hoạt và điều chỉnh nhanh chóng các mô hình kinh doanh của mình.
- Quá trình chuyển đổi sang sản xuất thông minh bắt đầu bằng việc đưa dữ liệu tương tự vào cơ sở dữ liệu kỹ thuật số.
Các công nghệ của cách mạng công nghiệp lần thứ tư (Công nghiệp 4.0)—robot kết nối, in 3D, điện toán đám mây, trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet vạn vật (IoT)—đã giúp sản xuất thông minh trở nên khả thi và đẩy nhanh quá trình đổi mới đến chóng mặt.
Buổi bình minh của ngành sản xuất cơ khí xảy ra trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất vào khoảng cuối thế kỷ 18, sử dụng năng lượng bằng nước và hơi nước. Hai thế kỷ dài sau đó, điện đã tạo điều kiện cho các dây chuyền lắp ráp và phân công lao động sản xuất hàng loạt trong cách mạng công nghiệp lần thứ hai. Sự tiến bộ nhanh chóng đã dẫn tới cuộc cách mạng công nghiệp lần III vào khoảng năm 1970, khi máy tính và công nghệ thông tin tự động hóa một số quy trình công nghiệp và dẫn đến truyền thông phức tạp hơn.
Kể từ khi thuật ngữ công nghiệp 4.0 được đặt ra vào năm 2011, các công nghệ liên quan của nó đã phát triển để tạo ra một hình thức sản xuất giàu dữ liệu, kết nối và tự động hóa cao được gọi là sản xuất thông minh.
Sản xuất thông minh là gì?
Theo Paul Wellener, phó chủ tịch kiêm lãnh đạo sản phẩm công nghiệp và xây dựng Hoa Kỳ tại Deloitte LLP , sản xuất thông minh đề cập đến việc số hóa rộng rãi tất cả các hoạt động sản xuất, từ sàn nhà máy đến mọi khía cạnh kinh doanh. Điều này bao gồm thiết kế sản phẩm, chuỗi cung ứng, sản xuất, phân phối và bán hàng.
Sản xuất thông minh thúc đẩy công nghiệp 4.0, được đặc trưng bởi các hệ thống vật lý không gian mạng được kết nối với nhau như robot và máy móc thông minh có thể tự chẩn đoán và cảnh báo các lỗi có thể xảy ra. IoT ngày càng phát triển mang đến nhiều thiết bị và máy móc mạnh mẽ hơn với cảm biến thông minh tải các luồng dữ liệu sử dụng liên tục lên đám mây để phân tích.
Các bộ dữ liệu lớn đó được xử lý bằng AI với công nghệ học máy trở nên chính xác và có khả năng dự đoán hơn khi nó hấp thụ nhiều dữ liệu hơn. Tự động hóa và kết nối dữ liệu tạo ra chuỗi cung ứng linh hoạt hơn, trong đó tàu và xe tải “giao tiếp” với nhà kho, phương tiện tự hành hoặc bán tự động và máy bay không người lái. Robot di động và cobots (robot cộng tác) cũng được đưa vào quy trình này, giúp việc vận chuyển và hậu cần trở nên tự động hóa hơn. Sản xuất thông minh giúp các nhà sản xuất hoạt động hiệu quả hơn, đón đầu xu hướng cạnh tranh và khám phá các mô hình và thực tiễn kinh doanh mới.
Lợi ích của việc áp dụng sản xuất thông minh
Các doanh nghiệp có thể áp dụng sản xuất thông minh để giúp hợp lý hóa các quy trình, tăng năng suất, duy trì tính cạnh tranh và chuẩn bị cho tương lai, bao gồm cả những sự kiện chưa từng có, chẳng hạn như đại dịch.
Một cuộc thăm dò đang diễn ra từ hiệp hội giải pháp doanh nghiệp sản xuất phi lợi nhuận ( MESA ) hỏi các công ty rằng thách thức chính đang làm chậm tiến độ hướng tới sản xuất thông minh của họ là gì. Khoảng 58% cho rằng họ lo ngại về tài chính hoặc thiếu kiến thức về các công nghệ liên quan. Chắc chắn, việc áp dụng sản xuất thông minh đòi hỏi phải đầu tư đáng kể về tài chính và nhân lực và tiềm ẩn một số rủi ro. Tuy nhiên, “nghiên cứu nhà máy thông minh” năm 2019 của Deloitte và liên minh các nhà sản xuất kết luận rằng bất kỳ nhà sản xuất nào, dù đã bắt đầu các sáng kiến về nhà máy thông minh hay chưa, đều có thể thu được giá trị cho hoạt động kinh doanh của mình bằng cách làm như vậy—và giá trị của những sáng kiến đó thường lớn hơn những rủi ro tài chính và hoạt động.
Nghiên cứu chia người trả lời thành hai nhóm: Nhóm A (49% công ty) không có sáng kiến nhà máy thông minh nào đang diễn ra; Nhóm B (51%) có một số sáng kiến về nhà máy thông minh đang diễn ra ở một mức độ nào đó. Nghiên cứu xác định rằng chỉ số năng suất của nhóm A trong giai đoạn 2015–2018 có thể giảm 2,3% mỗi năm trong khi nhóm B chứng kiến năng suất trung bình hàng năm tăng 3,3% trong cùng khoảng thời gian. Hơn nữa, các công ty thuộc Nhóm B có sản lượng sản xuất tăng trung bình 10% và công suất sử dụng công suất nhà máy tăng trung bình 11%.
Hầu hết các công ty chưa triển khai sản xuất thông minh vẫn thấy được tầm quan trọng của nó. Wellener cho biết: “Trong nghiên cứu, 86% nhà sản xuất được khảo sát tin rằng trong vòng 5 năm tới, các giải pháp sản xuất thông minh sẽ là động lực chính cho khả năng cạnh tranh”. “Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của khả năng sản xuất thông minh để giúp các nhà sản xuất có thể cạnh tranh trong những năm tới.”
Bất chấp tình trạng suy thoái kinh tế và gián đoạn chuỗi cung ứng do đại dịch COVID-19, giờ là lúc các doanh nghiệp phải xem xét các sáng kiến sản xuất thông minh để duy trì tính cạnh tranh. Trên thực tế, một báo cáo của Deloitte và liên minh các nhà sản xuất phát hành vào tháng 10 năm 2020, “tăng tốc sản xuất thông minh”, đã tiết lộ rằng nhiều nhà sản xuất đang mở rộng công nghệ sản xuất thông minh vào năm 2020 và có khả năng sẽ tiếp tục điều đó đến năm 2021.
“Các nhà điều hành đã chia sẻ các ví dụ về việc cài đặt hệ thống thị giác máy tính để hỗ trợ khách hàng tham quan nhà máy ảo; bổ sung thêm các thiết bị đeo để nhân viên trực tuyến ra hiệu khi họ đi vào không gian cá nhân 6 feet của đồng nghiệp; và thậm chí nhanh chóng bổ sung cobot để tăng cường lực lượng lao động, vì công nhân không thể kề vai sát cánh cùng làm việc nữa” Wellener nói.
Srinath Jonnalagadda, phó chủ tịch chiến lược tiếp cận thị trường và tiếp thị của Autodesk cho bộ phận thiết kế và sản xuất, cho biết chỉ là vấn đề thời gian trước khi tất cả các nhà sản xuất phải áp dụng các công nghệ sản xuất thông minh. “Đây thực sự là một vấn đề mang tính sống còn,” ông nói. “Quan điểm của tôi là không có con đường nào khác ngoại trừ thế giới vật chất và thế giới kỹ thuật số hội tụ.”
Cách bắt đầu hành trình sản xuất thông minh
Đối với các doanh nghiệp quan tâm đến sản xuất thông minh nhưng bị đe dọa bởi các rào cản tài chính hoặc kỹ thuật, tin tốt là họ không cần phải chuyển đổi nhà máy trong một bước nhảy vọt. Trên thực tế, “nghiên cứu nhà máy thông minh” cho thấy những bước đi nhỏ thường dẫn đến thắng lợi lớn. Các công ty thành công trong nghiên cứu này thường bắt đầu bằng việc nhận được sự hỗ trợ từ các giám đốc điều hành trong nhóm C—đặc biệt là giám đốc công nghệ—và triển khai nhiều dự án nhỏ với mức đầu tư ban đầu thấp. Bằng cách gắn các dự án đó với các số liệu kinh doanh có thể đo lường được, họ có thể sử dụng bất kỳ thành công ban đầu nào làm động lực để tìm kiếm các khoản đầu tư gia tăng bổ sung.
Jonnalagadda khuyến nghị các nhà sản xuất khi bắt đầu hành trình sản xuất thông minh nên bắt đầu bằng cách chuyển đổi dữ liệu tương tự thành kỹ thuật số: Loại bỏ các quy trình tương tự thủ công và tìm một hệ thống ghi lại mọi thứ trong một cơ sở dữ liệu kỹ thuật số. Đó là dữ liệu cơ bản để xây dựng các vòng phản hồi bằng cách nhập thêm thông tin từ các quy trình tại nhà máy. Đầu vào bổ sung này có thể đến từ dữ liệu cảm biến, nhưng cũng có thể là từ công nhân nhập dữ liệu tại các điểm khác nhau trong quy trình.
Jonnalagadda cho biết: “Khi bạn thu thập ngày càng nhiều điểm dữ liệu, bạn sẽ hiểu rõ hơn về những gì đang xảy ra”. “Và nó mang đến cho bạn cơ hội tốt hơn để thực sự hiểu được hiện trạng. Sau đó, bạn sẽ có được con đường dẫn đến giác ngộ, có thể nói như vậy. Một khi bạn nhận thức được những gì đang xảy ra trong nhà máy thì bạn có thể phát hiện ra những điểm nghẽn.”
Sau khi dữ liệu tiết lộ vấn đề của nhà sản xuất, họ có thể bắt đầu nghĩ đến việc thực hiện các thay đổi trên nhiều khía cạnh—đó là lúc việc áp dụng nhiều tính toán và thuật toán hơn có thể hữu ích. Jonnalagadda nói: “Bạn để các thuật toán cung cấp cho bạn những khả năng khám phá khác nhau để bạn có thể tìm ra con đường tốt nhất phía trước và đó là Chén Thánh”. “Bây giờ, bạn đã có xương sống kỹ thuật số . Bạn có các vòng đầu vào và phản hồi cung cấp cho bạn thông tin chi tiết cũng như sự trợ giúp của các thuật toán cung cấp cho bạn các tùy chọn để tiếp tục tinh chỉnh và tối ưu hóa các hoạt động tại nhà máy.”
10 ví dụ về công nghệ sản xuất thông minh
Công nghệ thông minh không ngừng phát triển. Ví dụ: sản xuất thông minh không yêu cầu mạng di động 5G mới , nhưng kết nối 5G giúp giảm sự phụ thuộc vào phần cứng và Wi-Fi, có thể đơn giản hóa việc thiết lập và cung cấp băng thông lớn hơn 4G.
Các công nghệ sau đây tạo nên nguyên lý của sản xuất thông minh công nghệ cao, nhưng chúng không rời rạc; rất thường xuyên, một thiết bị, máy móc hoặc hệ thống sẽ kết hợp một vài trong số chúng. Ví dụ: một thiết bị IoT có thể có các cảm biến được kết nối không dây với đám mây và có bộ xử lý được nhúng AI có thể gửi cảnh báo hoặc đưa ra quyết định xử lý một cách độc lập.
Trí tuệ nhân tạo/Học máy (AI/ML)
Trí tuệ nhân tạo và học máy đóng vai trò quan trọng trong ngữ cảnh sản xuất thông minh, bởi khả năng của chúng xử lý và phân tích dữ liệu nhanh chóng, cũng như nhận dạng các mẫu ẩn trong dữ liệu, vượt xa khả năng của con người. Các cấp độ của trí tuệ nhân tạo thường được tích hợp vào các “cobot” (robot hợp tác) trong các nhà máy thông minh và các hệ thống robot khác. Với việc giá thành của công nghệ AI giảm đi, nó cũng được tích hợp vào các bộ vi xử lý trên các thiết bị IoT (Internet of Things) tính toán biên và các máy móc trong môi trường nhà máy thông minh.
Công nghệ thị giác máy tính dựa trên trí tuệ nhân tạo cũng đang phát triển đáng kể, cho phép nó trích xuất hiểu biết sâu sắc từ hình ảnh và video liên quan đến hoạt động sản xuất trong nhà máy. Ví dụ, hệ thống phân tích dây chuyền lắp ráp thủ công được hỗ trợ bởi công nghệ AI, như hệ thống của Drishti, có khả năng cung cấp hướng dẫn đào tạo cho công nhân, giảm lỗi sản phẩm, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nhiều ứng dụng khác. Điều này đại diện cho sự tiến bộ đáng kể trong việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo và học máy trong lĩnh vực sản xuất thông minh, tạo nên sự kết hợp mạnh mẽ giữa con người và công nghệ để cải thiện hiệu suất và chất lượng sản xuất.
Thực tế tăng cường/Thực tế ảo
Thực tế tăng cường (AR) và thực tế ảo (VR) đang phát triển và phát triển đối với ngành sản xuất thông minh với nhiều trường hợp sử dụng đa dạng. Chúng đặc biệt phù hợp và trở nên ngày càng quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh hiện tại, khi cần đào tạo và giúp người lao động thu hẹp khoảng cách ngày càng lớn về kỹ năng.
Kể từ khi đại dịch bùng phát, ngành sản xuất thông minh đã tận dụng AR và VR để thực hiện đào tạo từ xa và sửa chữa, hướng dẫn từ xa. Một ví dụ tiêu biểu là việc sử dụng kính thực tế hỗn hợp HoloLens 2 của Microsoft, trong đó một nhân viên tại nhà máy có thể nhận được hướng dẫn từ một chuyên gia ở xa. Chuyên gia này có thể nhìn thấy môi trường làm việc của nhân viên như thể anh ta đang ở đó mặc dù vị trí thực tế của họ khác nhau.
Như vậy, AR và VR đóng vai trò quan trọng trong việc nắm bắt tri thức chuyên môn và chia sẻ thông tin giữa các công nhân và chuyên gia từ xa. Điều này giúp tối ưu hóa quy trình đào tạo và cải thiện khả năng sửa chữa và hướng dẫn trong ngành sản xuất thông minh. Các ứng dụng này đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu sự gián đoạn và nâng cao hiệu suất lao động, đặc biệt trong bối cảnh hiện tại của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và mô hình làm việc từ xa.
Tự động hóa/Robot
Tự động hóa và sử dụng robot trong ngành sản xuất thông minh ngày càng đa dạng và hợp tác hơn, đặc biệt khi các robot hợp tác (cobot) trở nên phổ biến hơn để đáp ứng các yêu cầu về giãn cách xã hội. Mỗi loại robot và hệ thống tự động hóa có đặc điểm riêng về mức độ trí tuệ nhân tạo, khả năng ra quyết định tự động, khả năng cảm nhận, khả năng giao tiếp và tính di động. Tuy nhiên, chung quy, trong ngành sản xuất thông minh, các hệ thống robot này thường thu thập và xử lý một lượng lớn dữ liệu và được tích hợp chặt chẽ với các hệ thống đám mây cũng như môi trường nhà máy thông minh nói chung.
Sản xuất phụ gia/Sản xuất lai
Sản xuất phụ gia, hay còn gọi là in 3D, đã mang đến một cuộc cách mạng trong việc tạo mẫu nhanh chóng và hiện nó đã tiến xa hơn, bổ sung vào ngành sản xuất truyền thống bằng cách sản xuất các sản phẩm hoàn chỉnh, thậm chí cả các cơ sở hạ tầng như các tòa nhà và cầu quy mô nhỏ. Có dự định rằng nó sẽ dần được áp dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt. Trong khi đó, sản xuất lai kết hợp sự sáng tạo trong sản xuất kim loại dạng lắp ráp và sản xuất trừ dần trên cùng một máy móc để giảm thiểu sự lãng phí vật liệu và tạo ra các bộ phận một cách nhanh chóng.
Phân tích dữ liệu lớn
Phân tích dữ liệu lớn đang có ảnh hưởng đến mọi khía cạnh của sản xuất thông minh và trong một số trường hợp, dữ liệu lớn đóng vai trò quyết định trong việc tạo nên khía cạnh “thông minh” của công nghệ. Sản xuất thông minh dựa vào việc sử dụng dữ liệu để học hỏi và kết nối với đám mây để lưu trữ và xử lý thông tin. Tuy nhiên, phân tích dữ liệu lớn cũng chính là chìa khóa cho các lĩnh vực sản xuất thông minh ngoài nhà máy, cung cấp thông tin quan trọng để hỗ trợ quá trình ra quyết định liên quan đến hậu cần, đánh giá rủi ro, quản lý chi phí, xây dựng chiến lược tăng trưởng, kiểm soát chất lượng, thực hiện sản xuất theo đơn đặt hàng, và nhiều mô hình kinh doanh khác, bao gồm cả dịch vụ sau bán hàng.
Thực tế tăng cường và thực tế ảo, hoặc trong trường hợp của sản phẩm kính HoloLens 2 của Microsoft, thực tế hỗn hợp, mang lại những công cụ đột phá cho việc đào tạo và nâng cao kỹ năng, cho cả những người lao động làm việc tại chỗ và từ xa. Đây là những công nghệ cho phép cách mạng hóa quá trình đào tạo và tạo hiệu quả mới cho nhân viên, với sự ủng hộ từ Microsoft.
