Nhà máy thông minh và sản xuất thông minh

Sản xuất là một lĩnh vực quan trọng và chiến lược của nền kinh tế, nhưng cũng đang đối mặt với nhiều thách thức và cơ hội trong bối cảnh thay đổi của lực lượng lao động và công nghệ tiên tiến. Để thích ứng và phát triển trong thời đại công nghiệp 4.0, các nhà sản xuất cần phải tận dụng các công nghệ thông minh để nâng cao năng suất, chất lượng và an toàn của các sản phẩm.

Một trong những thách thức lớn nhất mà ngành sản xuất đang gặp phải là thiếu hụt nhân lực. Theo một báo cáo của Randstad, 22% công nhân sản xuất ở Canada từ 55 tuổi trở lên, và ngày càng ít người lao động trẻ quan tâm đến việc theo đuổi sự nghiệp trong lĩnh vực này, do họ coi đó là những công việc vất vả, lương thấp và không có triển vọng. Theo một báo cáo khác của Deloitte, nếu xu hướng này tiếp tục, ước tính đến năm 2030, lĩnh vực sản xuất có thể thiếu 2,1 triệu việc làm. Điều này có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho sự cạnh tranh và phát triển của ngành.

Một trong những cơ hội lớn nhất mà ngành sản xuất đang có được là sự phát triển của các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo, internet vạn vật và điện toán đám mây. Những công nghệ này cho phép các nhà sản xuất thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu từ các thiết bị thông minh, kết nối các hệ thống sản xuất với nhau và với khách hàng, và áp dụng các thuật toán phức tạp để tối ưu hóa các quy trình sản xuất. Những công nghệ này giúp các nhà sản xuất tăng sản lượng, tiết kiệm chi phí, giảm lãng phí, bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Để tận dụng được những cơ hội này, các nhà sản xuất cần phải chuyển đổi từ sản xuất truyền thống sang sản xuất thông minh. Sản xuất truyền thống là sản xuất dựa trên sự can thiệp con người và sử dụng các thiết bị cơ khí đơn giản. Sản xuất thông minh là sản xuất dựa trên sự kết nối và hợp tác giữa các thiết bị thông minh và sử dụng các thuật toán phức tạp. Trong sản xuất thông minh, các cảm biến thông minh là những thành phần quan trọng, vì chúng giúp thu thập và cung cấp dữ liệu cho các hệ thống điều khiển hiện đại và khoa học dữ liệu. Các cảm biến thông minh có thể phát hiện và đo các đại lượng vật lý như nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, gia tốc, mức chất lỏng, v.v. và chuyển đổi chúng thành các tín hiệu điện tử có thể được xử lý bởi các hệ thống điện tử. Các cảm biến thông minh có thể được tích hợp vào các thiết bị máy móc, các mạng lưới kết nối và các hệ thống quản lý toàn diện. Các cảm biến thông minh giúp các nhà sản xuất theo dõi, điều khiển và tối ưu hóa quá trình sản xuất, giúp cải thiện hiệu suất, chất lượng và an toàn của các sản phẩm.

Tương lai của sản xuất là tương lai của các nhà máy thông minh, nơi các cảm biến thông minh đóng vai trò then chốt trong việc thu thập và cung cấp dữ liệu cho các hệ thống sản xuất tiên tiến. Bằng cách sử dụng các cảm biến thông minh, các nhà sản xuất có thể thích ứng và phát triển trong thời đại công nghiệp 4.0.

Nhà máy thông minh là một loại nhà máy sử dụng công nghệ số hóa cao để thu thập và gửi dữ liệu giữa các máy móc và hệ thống sản xuất khác nhau. Nhà máy thông minh không chỉ sử dụng các thiết bị cơ khí đơn giản, mà còn tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến, bao gồm trí tuệ nhân tạo, học máy, Internet vạn vật công nghiệp (IIoT), dữ liệu lớn và điện toán đám mây. Những công nghệ này giúp nhà máy thông minh có khả năng tự động hóa, kết nối và tối ưu hóa các quy trình sản xuất.

Mọi máy móc và thiết bị trong nhà máy thông minh đều được kết nối và giao tiếp với nhau qua mạng lưới không dây hoặc có dây. Tính liên kết này cho phép họ phân phối các điểm dữ liệu trong toàn tổ chức để tăng năng suất, giải quyết các mối quan ngại khi chúng phát sinh hoặc thích ứng với các nhu cầu mới. Các kết nối nâng cao như thế này cho phép các nhà máy thông minh giám sát quá trình sản xuất từ ​​đầu đến cuối, từ nguyên liệu đầu vào đến sản phẩm đầu ra. Nhà máy thông minh cũng có thể thu thập và phân tích dữ liệu từ các nguồn khác như khách hàng, nhà cung cấp, thị trường và môi trường để cải thiện chất lượng sản phẩm, tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường và tăng cường an ninh.

Nhà máy thông minh là tương lai của ngành sản xuất, vì chúng giúp các nhà sản xuất thích ứng và phát triển trong thời đại công nghiệp 4.0. Nhà máy thông minh là sự kết hợp của các công nghệ số hóa, tự động hóa và liên kết mạng trong sản xuất. Nhà máy thông minh là sự chuyển đổi từ sản xuất truyền thống sang sản xuất thông minh.

Nhà máy thông minh là một loại nhà máy sử dụng công nghệ số hóa cao để thu thập và gửi dữ liệu giữa các máy móc và hệ thống sản xuất khác nhau. Nhà máy thông minh không chỉ sử dụng các thiết bị cơ khí đơn giản, mà còn tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến, bao gồm trí tuệ nhân tạo, học máy, internet vạn vật công nghiệp (IIoT), dữ liệu lớn và điện toán đám mây. Những công nghệ này giúp nhà máy thông minh có khả năng tự động hóa, kết nối và tối ưu hóa các quy trình sản xuất.

Nhà máy thông minh là một phần nhỏ trong quá trình chuyển đổi kỹ thuật số của công nghiệp 4.0. công nghiệp 4.0 là cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, sau ba cuộc cách mạng trước đó đã phát hiện ra các hệ thống chạy bằng hơi nước, điện, dây chuyền sản xuất lắp ráp và máy tính. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư tập trung vào việc cải tiến công nghệ máy tính từ thời 3.0 và ứng dụng công nghệ thông tin/truyền thông mới để số hóa mọi hoạt động kinh doanh và đời sống, trong đó có quy trình sản xuất. Công nghiệp 4.0 là sự kết hợp của các công nghệ số hóa, tự động hóa và liên kết mạng trong sản xuất.

Đây là nơi xuất phát thuật ngữ “nhà máy thông minh”. Nhà máy thông minh tận dụng các công nghệ đang phát triển từ công nghiệp 4.0 và sử dụng chúng trong môi trường nhà máy. Nhà máy thông minh có thể được hiểu là một ví dụ cụ thể của sản xuất thông minh, là thuật ngữ tập trung vào việc tạo ra sản phẩm với các nhà máy thông minh (Nguồn: Stefanini Group). Trong khi đó, Công nghiệp 4.0 đề cập đến cuộc cách mạng mới đang tạo ra mọi tác động về mặt công nghệ ngày nay.

Công nghiệp 4.0 chỉ mới bắt đầu nhưng chúng ta đã thấy nhiều tiến bộ trong sản xuất thông minh. Lấy Whirlpool làm ví dụ điển hình gần đây, nơi họ sử dụng thiết lập nhà máy thông minh để giảm rác thải bìa cứng (Nguồn: Whirlpool). Bằng cách sử dụng các cảm biến để theo dõi lượng bìa cứng được sử dụng cho từng sản phẩm, họ có thể tiết kiệm được khoảng 1 triệu USD mỗi năm và giảm được lượng rác thải bìa cứng lên đến 10% (Nguồn: Whirlpool). Đây là một ví dụ về cách các nhà máy thông minh gắn kết với Sản xuất thông minh và Công nghiệp 4.0 để tạo ra những lợi ích cho cả doanh nghiệp và môi trường.

Nhà máy thông minh là một loại nhà máy sử dụng công nghệ số hóa cao để thu thập và gửi dữ liệu giữa các máy móc và hệ thống sản xuất khác nhau. Nhà máy thông minh không chỉ sử dụng các thiết bị cơ khí đơn giản, mà còn tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến, bao gồm trí tuệ nhân tạo, học máy, internet vạn vật công nghiệp (IIoT), dữ liệu lớn và điện toán đám mây. Những công nghệ này giúp nhà máy thông minh có khả năng tự động hóa, kết nối và tối ưu hóa các quy trình sản xuất.

Một ví dụ về nhà máy thông minh là Whirlpool, là nhà sản xuất thiết bị gia dụng có nguồn gốc từ Michigan. Whirlpool đã sử dụng cải tiến nhà máy thông minh để làm lợi thế cho mình trong việc loại bỏ chất thải từ các nhà máy của mình trên toàn thế giới. Whirlpool đã quyết định tích hợp nền tảng phân tích của Schneider Electric vào tất cả các khu vực trong nhà máy của mình để theo dõi lượng chất thải mà họ tạo ra. “chất thải” này bao gồm nhiều vật liệu và tiện ích khác nhau như bìa cứng, điện và nước. Để làm được điều này, Whirlpool đã lắp đặt các thiết bị IoT công nghiệp tại các nhà máy này cùng với bảng điều khiển được tích hợp và kết nối để theo dõi lượng chất thải được tạo ra. Các thiết bị IoT công nghiệp là các cảm biến, đèn LED, RFID, camera, v.v. có khả năng kết nối và giao tiếp qua mạng internet. Các bảng điều khiển là các thiết bị điện tử có khả năng xử lý và hiển thị dữ liệu từ các thiết bị IoT công nghiệp.

Sau khi tích hợp hệ thống phức tạp này, Whirlpool nhận thấy những khu vực mà họ có thể giảm chất thải ở nhiều địa điểm tại các nhà máy khác nhau trên toàn thế giới. Chỉ riêng tại các nhà máy ở Ohio, Whirlpool nhận thấy họ đang lãng phí hơn 20 triệu pound bìa cứng và dự đoán sẽ tiết kiệm được hơn 1 triệu USD trong ba năm tới (Nguồn: Altenergymag). Vì vậy, công nghệ nhà máy thông minh không chỉ cải thiện tính bền vững môi trường trong quá trình của họ mà còn cắt giảm chi phí.

Đây là một ví dụ về cách các nhà máy thông minh sử dụng các công nghệ số hóa cao để tạo ra những lợi ích cho cả doanh nghiệp và môi trường. Nhà máy thông minh là một phần của quá trình chuyển đổi kỹ thuật số của Công nghiệp 4.0, là cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.

IIoT là viết tắt của Internet of Things Industrial, là một khái niệm chỉ việc áp dụng công nghệ IoT vào lĩnh vực công nghiệp. IoT là viết tắt của Internet of Things, là một khái niệm chỉ việc kết nối các thiết bị thông minh với internet để thu thập và trao đổi dữ liệu. Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) là tập hợp các cảm biến, máy móc và thiết bị được liên kết với các ứng dụng công nghiệp, như sản xuất, năng lượng, giao thông, y tế, v.v. IIoT đóng vai trò lớn trong các nhà máy thông minh, vì các tổ chức phải kết nối hầu hết các thiết bị/máy móc trong nhà máy của họ với internet để theo dõi và điều khiển quá trình sản xuất.

Việc kết nối các thiết bị IIoT cho phép thu thập và gửi dữ liệu theo thời gian thực đến cơ sở dữ liệu hoặc hệ thống điều khiển chính. Sau đó, dữ liệu có thể được theo dõi và phân tích theo thời gian thực để thực hiện các hành động tự động hoặc báo cáo cho người ra quyết định. Ví dụ: một cảm biến IIoT có thể phát hiện và đo nhiệt độ của một máy móc và gửi thông tin đó đến hệ thống điều khiển chính. Nếu nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, hệ thống điều khiển chính có thể ra lệnh cho máy móc tăng hoặc giảm nhiệt độ để duy trì hiệu suất tốt nhất. Hoặc hệ thống điều khiển chính có thể gửi thông báo cho người quản lý để kiểm tra và sửa chữa máy móc nếu cần. Trong đó IIoT thường đề cập đến mạng thiết bị, việc phân tích dữ liệu được thu thập thường được gọi là phân tích dữ liệu lớn. Phân tích dữ liệu lớn là quá trình sử dụng các thuật toán và công cụ để xử lý và trích xuất thông tin từ các tập dữ liệu lớn và phức tạp (Nguồn: IBM). Phân tích dữ liệu lớn giúp các nhà sản xuất hiểu rõ hơn về quy trình sản xuất của họ, khám phá ra những xu hướng, mẫu và tương quan giữa các biến số khác nhau, và tìm ra những cách để cải thiện hiệu quả, chất lượng và an toàn của sản phẩm.”

Phân tích dữ liệu lớn là một bộ kỹ thuật lưu trữ, tổ chức và phân tích cho các tập dữ liệu khổng lồ, có thể bao gồm dữ liệu được thu thập từ máy móc, thiết bị và người vận hành trong một nhà máy thông minh. Phân tích dữ liệu lớn đóng một vai trò nổi bật trong hoạt động hàng ngày của một nhà máy thông minh, vì nó giúp hiểu rõ tất cả thông tin được truyền giữa các máy, thiết bị và người vận hành. Phân tích dữ liệu lớn phân tích tất cả dữ liệu được thu thập, sử dụng số liệu thống kê nâng cao để xác định điều gì đang xảy ra và sau đó xem xét các bước cần thực hiện sau. Phân tích dữ liệu lớn có thể giúp cải thiện hiệu suất, chất lượng và an toàn của quá trình sản xuất.

Khi các tập dữ liệu trở nên lớn hơn và yêu cầu phân tích phức tạp hơn, Dữ liệu lớn ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào những tiến bộ của trí tuệ nhân tạo và học máy. Trí tuệ nhân tạo là một lĩnh vực khoa học máy tính liên quan đến việc tạo ra các máy và phần mềm có khả năng thực hiện các nhiệm vụ thông minh giống như con người. Học máy là một nhánh của trí tuệ nhân tạo liên quan đến việc tạo ra các máy và phần mềm có khả năng học hỏi từ dữ liệu và kinh nghiệm. Trí tuệ nhân tạo và học máy có thể giúp phân tích dữ liệu lớn khám phá ra những mẫu, xu hướng và tương quan ẩn trong dữ liệu, đưa ra những dự đoán và đề xuất chính xác, và tự động hóa các quyết định và hành động dựa trên dữ liệu (Nguồn: IBM). Ví dụ: một thuật toán học máy có thể được sử dụng để phát hiện các sự cố trong quá trình sản xuất bằng cách phân tích các điểm dữ liệu từ các cảm biến IIoT.IBM

Các thuật toán trí tuệ nhân tạo và học máy là các phương pháp sử dụng khả năng mạng tiên tiến để phân tích tất cả dữ liệu thời gian thực được thu thập trong toàn bộ nhà máy. Trí tuệ nhân tạo là một lĩnh vực khoa học máy tính liên quan đến việc tạo ra các máy và phần mềm có khả năng thực hiện các nhiệm vụ thông minh giống như con người. Học máy là một nhánh của trí tuệ nhân tạo liên quan đến việc tạo ra các máy và phần mềm có khả năng học hỏi từ dữ liệu và kinh nghiệm. Khi dữ liệu đến từ hàng nghìn thiết bị IIoT, các thuật toán sẽ sàng lọc thông tin này để tìm kiếm các mẫu hoặc xu hướng, đưa ra những dự đoán và đề xuất chính xác, và tự động hóa các quyết định và hành động dựa trên dữ liệu. Nếu nhà máy hoàn toàn tự động, AI và ML có thể gửi thông tin trở lại các thiết bị IIoT cùng với thông tin về cách hành động.

Ví dụ: một thuật toán học máy có thể được sử dụng để phát hiện các sự cố trong quá trình sản xuất bằng cách phân tích các điểm dữ liệu từ các cảm biến IIoT Nếu thuật toán phát hiện ra rằng một máy móc nào đó có nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, nó có thể gửi một tín hiệu để điều chỉnh nhiệt độ cho máy móc đó, hoặc gửi một thông báo cho người quản lý để kiểm tra và sửa chữa máy móc đó. Như vậy, trí tuệ nhân tạo và học máy giúp cải thiện hiệu suất, chất lượng và an toàn của quá trình sản xuất.

Điện toán đám mây là nền tảng mạng mà IIoT và Big Data Analytics có thể chạy. Điện toán đám mây là một dịch vụ cho phép người dùng lưu trữ, xử lý và truy cập dữ liệu trên các máy chủ từ xa thông qua internet, thay vì sử dụng các máy tính cá nhân hoặc máy chủ cục bộ. Với tất cả dữ liệu này đến từ các thiết bị IIoT, việc lưu trữ và xử lý thông tin này được thực hiện thông qua đám mây. Điện toán đám mây đóng vai trò lớn trong các nhà máy thông minh vì nó thường linh hoạt hơn và rẻ hơn so với việc lưu trữ dữ liệu tại chỗ. Nó cũng cho phép tải lên dữ liệu lớn hơn, lưu trữ nhiều hơn và dữ liệu có thể truy cập dễ dàng để đưa ra quyết định theo thời gian thực. Điện toán đám mây cũng giúp tăng cường khả năng hợp tác và chia sẻ dữ liệu giữa các nhà máy khác nhau, cũng như với các bên liên quan khác như khách hàng, nhà cung cấp, nhà phân phối, v.v. (Nguồn: IBM)