Sản xuất thông minh: Điều cần thiết cho cuộc cách mạng trí tuệ công nghiệp
Sản xuất thông minh không chỉ đơn thuần là việc áp dụng các công nghệ tiên tiến như máy học, trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT) vào quy trình sản xuất. Nó còn đòi hỏi sự kết hợp thông minh giữa con người và công nghệ để tạo ra một môi trường làm việc hiệu quả, linh hoạt và có khả năng thích ứng. Điều này đặt ra câu hỏi quan trọng: Đâu là những yếu tố cần thiết để đạt được cuộc cách mạng trí tuệ công nghiệp?
Sản xuất thông minh là gì? Cách mà sản xuất thông minh ngày càng phát triển?
Sản xuất thông minh là gì? Sản xuất thông minh là một sự kết hợp đột phá giữa công nghệ và sản xuất truyền thống, mở ra một khối lượng thông tin khổng lồ và tiềm năng lớn cho các ngành công nghiệp. Cuộc cách mạng này đang thay đổi cách chúng ta nhìn vào quá trình sản xuất và mở ra những cánh cửa mới đầy tiềm năng.
Trong thời đại của Công nghiệp 4.0, sản xuất thông minh đã trở thành trọng tâm của sự phát triển công nghiệp. Nó không chỉ tạo ra sự tự động hóa và tăng cường hiệu suất, mà còn đem lại tính linh hoạt và trí tuệ mới cho quy trình sản xuất. Sử dụng trí tuệ nhân tạo, robot, bản sao kỹ thuật số và công nghệ điện toán đám mây mạnh mẽ, sản xuất thông minh mang đến khả năng vận hành tự động và khả năng phục hồi trong một môi trường kết nối thông minh.
Sản xuất thông minh không chỉ tạo ra những lợi ích truyền thống như tăng cường thời gian hoạt động và sức mạnh, mà còn mở ra khả năng tập trung vào chất lượng, năng suất con người và hiệu suất tổng thể của nhà máy. Nhờ sự cải thiện thông lượng, năng suất và giảm chất thải, các công ty thuộc mọi lĩnh vực của ngành sản xuất có thể tăng lợi nhuận và tiến xa hơn trong môi trường cạnh tranh.
Các công nghệ quan trọng trong sản xuất thông minh bao gồm cảm biến tạo ra lượng dữ liệu lớn, trung tâm dữ liệu để phân tích dữ liệu đó, và hệ thống điều khiển cho các máy móc phức tạp xử lý, uốn cong, hàn, và in ra các sản phẩm tiên tiến. Điều đáng chú ý là thay vì thay thế lực lượng lao động của con người, sản xuất thông minh tạo điều kiện cho một sự hợp tác chặt chẽ giữa con người và máy móc. Các “cobots” (robot hợp tác) hoạt động cùng với con người, tuân thủ các giao thức an toàn toàn diện để đảm bảo an toàn và tập trung vào chất lượng, năng suất và nhiệm vụ cao cấp hơn.
Với sự phát triển ngày càng nhanh chóng của công nghệ, sản xuất thông minh đang tiến xa hơn trong việc tạo ra một môi trường sản xuất tối ưu, thông minh và linh hoạt. Đó là một cuộc cách mạng đầy tiềm năng cho trí tuệ công nghiệp, đóng góp vào sự phát triển và thịnh vượng của các ngành công nghiệp trên toàn thế giới.
Những yếu tố nào giúp sản xuất thông minh trở thành một cuộc cách mạnh trí tuệ công nghiệp
Sản xuất thông minh bằng silicon
Mặc dù có thể dễ dàng nhận thấy lợi ích của sản xuất thông minh trong hoạt động của nhà sản xuất ô tô hoặc cửa hàng tạp hóa, nhưng sản xuất thông minh cũng mang lại nhiều lợi ích cho các ngành công nghệ cao.
Sản xuất thông minh bằng silicon đã trở thành một cuộc cách mạnh trí tuệ công nghiệp nhờ vào những yếu tố quan trọng sau đây. Đầu tiên, quy trình sản xuất các thiết bị bán dẫn ngày càng phức tạp khi công nghệ bán dẫn tiếp tục phát triển. Điều này đặt ra những thách thức lớn cho các nhà sản xuất, bởi rủi ro thất bại trong quy trình sản xuất là rất cao. Sản xuất thông minh giúp tăng cường năng suất và đạt được lợi nhuận cao hơn bằng cách sử dụng trí tuệ nhân tạo và phân tích dữ liệu để phát hiện và khắc phục các lỗi nhanh chóng.
Thứ hai, các nhà máy chế tạo chất bán dẫn, hay còn được gọi là fab, là những cơ sở cực kỳ đắt đỏ và tốn kém để xây dựng và bảo trì. Đó là lý do tại sao trên thế giới chỉ có số lượng hạn chế các fab như vậy. Chi phí lớn chủ yếu được dành cho thiết bị và bảo trì thiết bị là một khía cạnh quan trọng để duy trì hoạt động liên tục. Bằng cách sử dụng công nghệ sản xuất thông minh, fab có thể theo dõi tình trạng thiết bị và thực hiện bảo trì dự đoán, từ đó giảm đáng kể thời gian bảo trì ngoài kế hoạch và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Thứ ba, các vấn đề về chuỗi cung ứng toàn cầu trong những năm gần đây đã yêu cầu các phương pháp mới để xử lý tình huống ngừng hoạt động bất ngờ. Sản xuất thông minh đã mở rộng khái niệm này sang việc quản lý chuỗi cung ứng dựa trên dự đoán để nhìn trước và xác định các vấn đề sắp xảy ra cũng như tối thiểu hóa tác động của chúng. Các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực này đã đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động của fab trong giai đoạn thiếu hụt chip toàn cầu diễn ra trong năm 2020-2021.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, sản xuất thông minh đang tiến xa hơn trong việc tạo ra một môi trường sản xuất tối ưu, thông minh và linh hoạt. Điều này đóng góp quan trọng vào sự phát triển và thịnh vượng của các ngành công nghiệp, từ nhà sản xuất ô tô cho đến các ngành công nghệ cao, và tạo ra một cuộc cách mạng đầy tiềm năng cho trí tuệ công nghiệp trên toàn thế giới.
Sản xuất thông minh yêu cầu xử lý dữ liệu cục bộ
Sản xuất thông minh đòi hỏi xử lý dữ liệu cục bộ để đáp ứng các yêu cầu khổng lồ về lượng thông tin. Mỗi tuần, một nhà máy thông minh có thể tạo ra lên đến 5 petabyte (PB) dữ liệu, và việc truyền, lưu trữ và phân tích toàn bộ dữ liệu này trở thành một thách thức đáng kể.
Trước đây, phân tích dữ liệu đã được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Tuy nhiên, lĩnh vực này ban đầu chỉ tập trung vào quy trình và thuật toán, tuân theo các chiến lược được xây dựng bởi sinh viên MBA và kỹ sư phần mềm.
Với sự phát triển của sản xuất thông minh, lượng dữ liệu ngày càng tăng một cách phi tuyến tính, khiến phương pháp tiếp cận theo quy trình trở nên không còn hiệu quả. Sự ra đời của học máy (machine learning) đã mở ra khả năng cho các nhà máy để phân tích các mẫu trong các bộ dữ liệu lớn, phù hợp với phân tích dữ liệu lớn phổ biến trong Công nghiệp 4.0.
Tuy nhiên, dữ liệu chính lại tạo ra một vấn đề. Làm thế nào chúng ta có thể xử lý việc truyền tải và phân tích khối lượng thông tin khổng lồ này? Ví dụ, thị giác máy tính được cho là cần thiết trong sản xuất thông minh để quan sát các chi tiết hoạt động trong nhà máy. Tuy nhiên, mỗi camera thông minh có thể tạo ra hàng nghìn gigabyte dữ liệu video có độ phân giải cao mỗi ngày.
Để đối phó với thách thức này, các trung tâm dữ liệu biên đã trở thành một giải pháp phổ biến trong sản xuất thông minh. Các trung tâm dữ liệu biên là các cơ sở tính toán được đặt gần vật lý với nơi dữ liệu được tạo ra, giảm độ trễ gần như xuống 0 và đảm bảo thời gian tạo ra giá trị quan trọng. Đồng thời, chúng cũng đảm bảo quyền riêng tư dữ liệu và giảm chi phí năng lượng.
Với sự phát triển liên tục của sản xuất thông minh, việc xử lý dữ liệu cục bộ và sử dụng trung tâm dữ liệu biên sẽ trở thành một phần quan trọng trong việc tạo ra môi trường sản xuất thông minh, linh hoạt và hiệu quả. Điều này sẽ đóng góp vào sự phát triển và thịnh vượng của ngành công nghiệp, đồng thời tạo ra tiềm năng cho cuộc cách mạng trí tuệ công nghiệp trên toàn cầu.
Các trung tâm dữ liệu biên tăng lên trước thách thức
Trước những thách thức của việc gửi lượng dữ liệu ngược dòng lên đám mây, các trung tâm dữ liệu biên đang trở thành một giải pháp ngày càng phổ biến trong lĩnh vực sản xuất thông minh. Điều này xuất phát từ nhận thức rằng việc truyền dữ liệu lên đám mây gây ra tắc nghẽn và quá tải mạng dữ liệu, đặc biệt là trong các hệ thống điện toán thời gian thực. Trong các ứng dụng này, giá trị của dữ liệu được đo bằng đơn vị thời gian nhỏ đến mức mili giây, và bất kỳ độ trễ nào trong việc trích xuất thông tin chi tiết cũng có thể làm giảm giá trị của dữ liệu đó xuống gần không.
Vì vậy, để giải quyết vấn đề này, các trung tâm dữ liệu biên công nghiệp đã xuất hiện và ngày càng được ưa chuộng trong lĩnh vực sản xuất thông minh. Những trung tâm dữ liệu này được đặt trong khoảng cách vật lý gần với nơi dữ liệu được tạo ra, đảm bảo rằng độ trễ trở nên gần như không đáng kể. Điều này cho phép duy trì thời gian tạo ra giá trị quan trọng từ dữ liệu, đồng thời tối đa hóa quyền riêng tư của dữ liệu và giảm thiểu chi phí năng lượng.
Bằng cách sử dụng các trung tâm dữ liệu biên, các dữ liệu được xử lý và phân tích gần ngay tại nguồn, giúp giảm thiểu độ trễ và đáp ứng nhanh chóng đến các yêu cầu thời gian thực. Điều này làm tăng hiệu suất và độ tin cậy của quy trình sản xuất thông minh, đồng thời cung cấp khả năng giám sát và kiểm soát chính xác hơn trong thời gian thực.
Ngoài ra, việc sử dụng trung tâm dữ liệu biên còn mang lại lợi ích về quyền riêng tư dữ liệu. Với việc xử lý dữ liệu tại chính nguồn tạo ra, dữ liệu nhạy cảm không cần phải được chuyển đi xa và tiếp xúc với các mạng truyền thông không an toàn. Điều này giúp bảo vệ quyền riêng tư của dữ liệu và giảm rủi ro an ninh.
Ngoài ra, các trung tâm dữ liệu biên cũng giúp giảm chi phí năng lượng. Bằng cách đặt trung tâm dữ liệu gần nguồn tạo ra dữ liệu, ta tránh được việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách xa, giảm thiểu sự tiêu tốn năng lượng và tăng tính hiệu quả của hệ thống.
Tóm lại, việc sử dụng các trung tâm dữ liệu biên trong sản xuất thông minh là một xu hướng quan trọng và phát triển trong lĩnh vực này. Điều này đáp ứng yêu cầu của việc xử lý dữ liệu thời gian thực, đồng thời đảm bảo quyền riêng tư dữ liệu và giảm thiểu chi phCác trung tâm dữ liệu biên đóng vai trò quan trọng trong việc đối phó với những thách thức mà việc truyền dữ liệu ngược dòng lên đám mây mang lại. Truyền dữ liệu trực tiếp lên đám mây có thể gây quá tải mạng và tắc nghẽn, đặc biệt là trong các hệ thống thời gian thực. Trong lĩnh vực này, giá trị của dữ liệu thường được xác định theo thời gian đo bằng mili giây, và bất kỳ độ trễ nào cũng có thể làm giảm giá trị của thông tin chi tiết đó xuống gần bằng không.
Vì vậy, trung tâm dữ liệu biên công nghiệp đang trở nên phổ biến trong lĩnh vực sản xuất thông minh để giải quyết vấn đề này. Chúng được xây dựng gần với nguồn tạo ra dữ liệu, giúp giảm độ trễ gần như tới mức không đáng kể và duy trì thời gian tạo ra giá trị quan trọng từ dữ liệu. Đồng thời, chúng cũng tối đa hóa quyền riêng tư dữ liệu và giảm thiểu chi phí năng lượng.
Thêm trí thông minh vào cảm biến
Sản xuất thông minh không chỉ yêu cầu xử lý dữ liệu cục bộ mà còn đòi hỏi sự sáng tạo và tích hợp trí tuệ vào các cảm biến. Các cảm biến trong nhà máy ngày càng thông minh hơn, với sự hỗ trợ của máy học công suất thấp (ML) trên mỗi thiết bị đầu cuối. Các cảm biến này có khả năng phân tích dữ liệu mà chúng thu thập và giảm lượng dữ liệu được truyền đi bằng cách chỉ gửi lại các kết quả suy luận.
Ví dụ, trong trường hợp thị giác máy tính, một camera thông minh có thể được đào tạo để phát hiện các lỗi vật lý trên các bộ phận trong quy trình sản xuất. Thay vì truyền ngược dòng toàn bộ dữ liệu video từ camera tới trung tâm dữ liệu đám mây hoặc trung tâm dữ liệu biên, thiết bị có thể tự phân tích dữ liệu của nó và chỉ gửi lại các phần video những phần có dấu hiệu lỗi lên đám mây.
Bằng cách kết hợp dữ liệu đó với dữ liệu từ các cảm biến khác thông qua phản ứng tổng hợp cảm biến, chúng ta có thể đạt được mức độ tự động hóa và hiểu biết sâu hơn. Ví dụ, việc sử dụng công nghệ RFID để gắn nhãn từng mặt hàng trong quy trình sản xuất có thể cho phép chúng ta xác định và kiểm tra các bộ phận riêng lẻ một cách dễ dàng.
Với sự liên kết của mỗi cảm biến và hệ thống riêng lẻ thông qua giao thức và hoạt động chung, một nhà máy được hỗ trợ bởi sản xuất thông minh sẽ vượt trội hơn rất nhiều so với tổng số các thành phần riêng lẻ của nó. Nó trở thành một thực thể thông minh, được tối ưu hóa về hiệu suất, năng suất và cộng đồng. Dữ liệu trở thành trục xoay quan trọng, nhanh chóng được diễn giải và thành phần không thể thiếu trong hoạt động sản xuất thông minh.
