Nhà máy thông minh và ý nghĩa của nó đối với các nhà sản xuất

Khái niệm ‘nhà máy thông minh‘ là một mô hình sản xuất hiện đại, được gọi là ‘nhà máy số hóa’ hoặc ‘nhà máy kỹ thuật số’ xuất hiện lần đầu tại Hội chợ Hanover vào năm 2011. Tuy nhiên, ý tưởng và thực tiễn của sản xuất thông minh đã phát triển và tiến hóa trong nhiều thập kỷ trước đó.

Các thành phần cơ bản, mà trước đây thường xuất hiện trong một nhà máy sản xuất truyền thống, vẫn được áp dụng trong một nhà máy thông minh. Nhưng điều đặc biệt làm cho một nhà máy trở nên ‘thông minh’ là sự số hóa cao cấp trong việc kiểm soát cả máy móc và quy trình sản xuất. Điều này bao gồm sử dụng cảm biến, trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (ML), điện toán đám mây và các công nghệ Internet vạn vật trong ngành công nghiệp (IIoT) để thu thập, truyền tải và phân tích dữ liệu theo thời gian thực.

Khi nghĩ về một nhà máy thông minh, hầu hết mọi người hình dung một môi trường sản xuất sạch sẽ và hiệu quả, trong đó mọi hoạt động hoạt động đồng bộ, giống như một bộ máy đồng hồ hoạt động chính xác, với ít thời gian ngừng hoạt động, ít lỗi, và giảm thiểu các yếu tố gây gián đoạn sản xuất. Đây là một môi trường sản xuất mà lãnh đạo của nhà máy và bộ phận công nghệ thông tin (CNTT) hoàn toàn hài hòa và tương tác.

Tuy nhiên, trong thực tế, đối với hầu hết các nhà sản xuất, không có gì như một sự hài hòa hoàn hảo. Thay vào đó, xuất hiện các câu hỏi như: ‘Có gì có thể xảy ra?’ và ‘Thực tế sẽ ra sao?’

Những nhà lãnh đạo trong ngành sản xuất đã nhận ra rằng việc bỏ lỡ cơ hội chuyển đổi thành mô hình nhà máy thông minh (hoặc duy trì trạng thái hiện tại) chỉ khiến họ tụt lại so với các đối thủ cạnh tranh. Ngược lại, việc cố gắng thực hiện sự chuyển đổi hoàn toàn của nhà máy thông qua một sự đột phá công nghệ có thể khiến hầu hết các nhà sản xuất tiên phong phải đối mặt với những thách thức lớn.

Sự phát triển của nhà máy thông minh mở ra những cơ hội đáng kể để nâng cao hiệu suất và năng suất sản xuất, nhưng cần phải tiếp cận một cách thực tế và chi tiết hơn về điều này sẽ được trình bày dưới đây.

Sự khác biệt giữa nhà máy thông minh và sản xuất thông minh nằm ở việc chúng đề cập đến các khía cạnh khác nhau của mô hình sản xuất hiện đại. Sản xuất thông minh liên quan đến việc áp dụng công nghệ kỹ thuật số trong hoạt động của nhà máy, nơi mà máy móc, con người và quy trình sản xuất được kết nối với nhau thông qua công nghệ số hóa để tạo ra sản phẩm một cách hiệu quả hơn. Sự kết hợp của phần cứng, máy tính đám mây và dữ liệu lớn này tạo nên một bức tranh chi tiết hơn về các cơ hội có sẵn để tối ưu hóa quá trình sản xuất. Sản xuất thông minh tập trung vào việc cải thiện quá trình sản xuất bằng cách tối ưu hóa quy trình và tận dụng các công nghệ tiên tiến.

Trong khi đó, nhà máy thông minh là một thuật ngữ đơn giản chỉ mô tả một cơ sở sản xuất có khả năng vận hành trong môi trường sản xuất thông minh. Nó bao gồm sự kết hợp của phần cứng và phần mềm trong một không gian vật lý có mạng lưới. Một nhà máy thông minh có thể được xây dựng bằng việc áp dụng các yếu tố công nghệ để cải thiện quản lý sản xuất và tối ưu hóa hoạt động trong nhà máy, nhưng nó tập trung vào môi trường tổng thể của nhà máy. Cả nhà máy thông minh và sản xuất thông minh đều nằm trong tầm tầm nhìn của Công nghiệp 4.0, là những ví dụ tiêu biểu về sự chuyển đổi kỹ thuật số trong lĩnh vực sản xuất, nhằm cải thiện hiệu suất, năng suất và quản lý toàn bộ quá trình sản xuất.

Những lợi ích mà một nhà sản xuất cụ thể đang mong muốn đạt được sẽ thúc đẩy các quyết định về việc có nên triển khai hay không và triển khai công nghệ nhà máy thông minh ở đâu. Như Steven R. Covey đã dạy, “hãy bắt đầu từ mục tiêu cuối cùng”.

Nói rộng ra, lợi ích dành cho nhà sản xuất bao gồm cải tiến về hiệu quả, chất lượng, an toàn và giảm chi phí theo nhiều cách khác nhau. Cuối cùng, những lợi ích này sẽ dẫn đến tăng khả năng cạnh tranh và lợi nhuận trên thị trường.

Hiệu quả sử dụng tài sản

Bằng việc kết nối các tài sản, như máy móc và cơ sở vật chất, thông qua Internet of Things công nghiệp (IIoT), chúng ta có khả năng thu thập và phân tích dữ liệu một cách toàn diện. Điều này cho phép chúng ta xác định những vấn đề liên quan đến hiệu suất của tài sản một cách chi tiết và khám phá những khía cạnh mà trước đây có thể đã tồn tại mà không được chú ý bởi lãnh đạo nhà máy.

Khi chúng ta có khả năng xác định và giải quyết những vấn đề tài sản cản trở nhất, chúng ta có thể làm giảm thời gian máy móc ngừng hoạt động không cần thiết và tối ưu hóa năng lực sản xuất của mình. Tuy nhiên, điều quan trọng cần nhớ là việc có nhiều dữ liệu hơn không nhất thiết mang lại cái nhìn rõ ràng hơn về nơi cần tập trung nguồn lực để đạt được những cải tiến đáng kể nhất. Dữ liệu phải được tích hợp vào hệ thống sản xuất thông minh, như nền tảng sản xuất và độ tin cậy kỹ thuật số của L2L, để có khả năng xem xét và nghiên cứu sâu hơn về những vấn đề đang ảnh hưởng nhiều nhất đến hiệu suất của công ty. Điều này là rất quan trọng để đảm bảo chúng ta tập trung vào những khía cạnh quan trọng nhất và thực hiện những cải tiến đáng kể mà chúng ta hằng mong muốn.

Chất lượng

Chất lượng sản phẩm là một yếu tố quan trọng trong mọi ngành công nghiệp, và nó có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm các sai sót liên quan đến môi trường, thiết bị máy móc và con người. Một phần quan trọng của việc đảm bảo chất lượng là khả năng xác định những vấn đề này một cách sớm và thường xuyên, để có thể giải quyết chúng trước khi chúng phát triển thành những vấn đề lớn và tiềm ẩn.

Việc nắm bắt và giải quyết những vấn đề này từ đầu thường dẫn đến cải thiện đáng kể về tỷ lệ sản phẩm bị loại bỏ, thời gian sản xuất và năng suất tổng thể. Chất lượng sản phẩm tốt hơn đồng nghĩa với việc giảm số lượng lỗi sản phẩm. Trong các lĩnh vực như công nghiệp ô tô, điều này có thể có ý nghĩa lớn hơn nữa, bởi vì nó có thể giúp tránh được việc thu hồi hàng loạt sản phẩm hoặc nguy cơ thảm kịch tiềm ẩn đối với khách hàng.

Cải tiến quy trình

Khi chúng ta thực hiện tối ưu hóa các quy trình sản xuất, hiệu suất tối ưu đạt được sẽ có tác động tích cực đến lợi nhuận của nhà máy. Dựa trên sự hiểu biết từ khách hàng của chúng tôi tại L2L, chúng tôi đã nhận thấy rằng gần 90% các vấn đề hoặc quy trình không phụ thuộc vào thiết bị máy móc, nhưng vẫn có khả năng gây gián đoạn trong quá trình sản xuất khi gặp sự cố.

Công nghệ hiện đại cung cấp khả năng xác định và ưu tiên các vấn đề này. Công nhân trong nhà máy có thể tập trung vào việc xác định và giải quyết những vấn đề có tác động tiêu cực lớn nhất đối với quy trình sản xuất. Sự rõ ràng và tập trung này không chỉ tạo ra hướng dẫn mà còn khi kết hợp với các biện pháp hành động, nó sẽ dẫn đến những cải tiến đáng kể và giảm chi phí trong hoạt động sản xuất.

Đóng góp ở mức độ cao hơn từ mọi người

Khả năng của một nhà máy thông minh mở ra cơ hội để lực lượng lao động đóng góp ở mức độ cao hơn. Trong khi tự động hóa và trí tuệ nhân tạo ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong quá trình sản xuất, chúng giảm bớt nhu cầu cho nhân công con người thực hiện các công việc tầm thường và lặp đi lặp lại, những công việc mà có thể gây mệt mỏi và buồn ngủ. Đồng thời, chúng cũng tạo ra nhu cầu mới về phân tích dữ liệu ở mức độ cao hơn và ra quyết định, ngay cả ở cấp độ quản lý thấp hơn.

Công nghệ trong mô hình nhà máy thông minh cung cấp khả năng truy cập vào dữ liệu thời gian thực một cách tốt hơn và toàn diện hơn tại xưởng sản xuất. Điều này trao quyền cho người vận hành máy để xác định, ưu tiên, và giải quyết các vấn đề có thể gây gián đoạn cho hiệu suất sản xuất, đồng thời đảm bảo sự tương tác thông minh giữa con người và công nghệ.

Con đường trở thành nhà sản xuất thông minh gắn liền với khả năng thu thập và phân tích dữ liệu của cơ sở. Các cấp độ sau đây có thể giúp bạn đánh giá tiến độ cơ sở của bạn hướng tới việc trở thành một nhà máy thông minh.

Cấp độ 1: Dữ liệu tích hợp

Yêu cầu cơ bản nhất trong quá trình triển khai công việc thông minh là khả năng hợp nhất và tích hợp dữ liệu vào một kho lưu trữ trung tâm. Việc này cho phép các kỹ sư, người quản lý và những người vận hành hệ thống theo dõi cơ sở hạ tầng theo thời gian thực và tạo điều kiện thuận lợi cho việc ra quyết định nhanh chóng và linh hoạt hơn. Điều này cung cấp một nền tảng cốt lõi để đảm bảo tích hợp thông tin và quản lý dữ liệu một cách hiệu quả trong môi trường làm việc thông minh.

Cấp độ 2: Phân tích dự đoán

Bước tiến tiếp theo đòi hỏi một sự tiếp cận tích cực và chi tiết hơn. Thay vì chỉ đơn giản là thu thập dữ liệu và phản ứng đối với thông tin bạn tìm thấy, ở cấp độ này, bạn đã có khả năng dự đoán tình huống. Ví dụ, một nhà máy ở cấp độ này có thể sử dụng các công nghệ máy học và Trí tuệ Nhân tạo để kết hợp dữ liệu lịch sử với dữ liệu thời gian thực và dự đoán các sự cố tiềm ẩn trong tài sản đầu vào. Thực hiện điều này tạo ra một cơ hội để quản lý tình huống một cách tích cực, giúp cải thiện hiệu suất và tăng tính linh hoạt của hệ thống. Đây là một giai đoạn quan trọng trước khi tiến tới cấp độ tiếp theo.

Cấp độ 3: Phân tích theo quy định

Một bước tiến quan trọng trong quá trình phát triển là khả năng phân tích dữ liệu trở nên mạnh mẽ hơn, cho phép tự động hóa quyết định theo cách hợp lý và theo quy định. Với sự tích lũy đáng kể của dữ liệu lịch sử, chúng ta có thể xây dựng và triển khai các hệ thống phân tích dựa trên quy tắc, vượt xa khái niệm của thuật toán dự đoán.

Các thuật toán dựa trên quy định tạo khả năng tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên sản xuất bằng cách thiết kế và thử nghiệm các “kịch bản giả định”. Đồng thời, chúng đề xuất các giải pháp để quản lý thiết bị và quy trình sản xuất một cách hiệu quả hơn. Quá trình này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất, mà còn cải thiện khả năng tương tác và quản lý dựa trên thông tin chính xác.

Hệ thống phân tích theo quy định này giúp dự đoán các tình huống phức tạp và đưa ra quyết định trong thời gian thực, đảm bảo sự linh hoạt và hiệu quả trong quá trình sản xuất. Chúng cung cấp khả năng áp dụng quy định, tiêu chuẩn và chính sách vào các quyết định hàng ngày, giúp đảm bảo tuân thủ và tuân thủ quy trình công việc. Một nhà máy ở cấp độ này có thể tận dụng toàn bộ tiềm năng của dữ liệu và Trí tuệ Nhân tạo để thúc đẩy sự phát triển và tối ưu hóa quá trình sản xuất.

Cấp độ 4: Tự động hóa dựa trên AI

Tầm nhìn tương lai của nhà máy thông minh đặt ra mục tiêu tự động hóa tất cả các hoạt động ngay lập tức khi hệ thống xác định nhu cầu. Để đạt được sự thành công trong việc xây dựng một nhà máy hoàn toàn tự động, điều này đòi hỏi tích lũy một lượng dữ liệu lịch sử và các tình huống sử dụng đáng kể, cùng với việc áp dụng các thuật toán Trí tuệ Nhân tạo để đưa ra các quyết định chính xác và thông minh.

Tuy nhiên, không thể tránh khỏi việc tồn tại các rủi ro kèm theo các hệ thống tự động hóa cao cấp. Do đó, một số nhà máy có thể vẫn muốn duy trì vai trò của con người trong việc xem xét và chấp nhận các đề xuất của hệ thống tự động, và điều này có thể kéo dài hơn gấp ba lần so với quá trình tự động hóa ban đầu.

Ví dụ về nhà máy thông minh

Sáng kiến ​​nhà máy thông minh ô tô ADAC

ADAC Automotive là nhà cung cấp các sản phẩm kỹ thuật cho ngành công nghiệp ô tô. Trong lịch sử, cơ chế ghi lại quy trình của họ được thực hiện thủ công một cách tỉ mỉ, dựa vào các hệ thống trên giấy, gây lãng phí thời gian và hạn chế khả năng hiển thị thời gian thực đối với các hoạt động tại nhà máy của họ. Họ có một bức tranh rõ ràng hơn về cách thức hoạt động của nhà máy của họ so với cách thức hoạt động của nhà máy tại bất kỳ thời điểm nào. Và khi có sự cố xảy ra, không có cách kết nối nào để thông báo, phân loại và khắc phục sự cố.

“Thời gian ngừng hoạt động của máy có tác động lớn đến sự biến động lao động trực tiếp và gián tiếp cũng như tổn thất thông lượng sản xuất, do đó, ADAC cần phải chuyển sang khái niệm Nhà máy thông minh để tối đa hóa khả năng sẵn sàng của máy.” – Brent Warren Giám đốc điều hành lắp ráp

ADAC đã chọn nền tảng sản xuất thông minh của L2L để thống nhất dữ liệu của họ, trao quyền cho lực lượng lao động và tăng hiệu quả. Họ bắt đầu với những dự án nhỏ, có khả năng đo lường cao và mở rộng quy mô khi đạt được thành công. Ngày nay, 287 tài sản lắp ráp và 58 máy đúc khuôn được tích hợp đầy đủ và tự động báo cáo các sự kiện mô tả thời gian ngừng hoạt động của máy vào L2L, đồng thời ADAC có quy trình thời gian thực tiêu chuẩn để theo dõi và ứng phó nhanh chóng với các vấn đề này trên hơn 200 dây chuyền sản xuất tại bốn dây chuyền có trụ sở tại Michigan của họ. cơ sở. Nền tảng nhà máy thông minh này đã cho phép ADAC thực hiện bảo trì phòng ngừa theo chu kỳ và tăng cường sử dụng máy móc.

Công ty điện tử Siemens Amberg (EWA)

Nhà máy điện tử Amberg (EWA) là một cơ sở của Siemens sản xuất bảng mạch, bộ điều khiển và các thiết bị điện khác. Với 17 triệu linh kiện được sản xuất mỗi năm, EWA sử dụng trình độ công nghệ ấn tượng không kém.

Ví dụ: thiết bị sản xuất của cơ sở sử dụng trí tuệ nhân tạo để phân tích dữ liệu được thu thập bởi các cảm biến. Hệ thống này sử dụng thuật toán dựa trên AI để tự động đánh giá chất lượng của các phần được hàn trên bảng mạch.

Các ứng dụng khác của sản xuất thông minh được thể hiện rõ trong hệ thống cảnh báo của cơ sở. Những bất thường trong điều kiện vận hành của các máy cụ thể có thể dự đoán thời gian ngừng hoạt động và các sự kiện hỏng hóc. Thông qua đám mây, thông tin này dễ dàng được phổ biến đến những người vận hành nhà máy có liên quan, cho phép họ phản hồi kịp thời.

Xem tiếp phần 2