Sản xuất thông minh: Tương lai của việc chế tạo là kỹ thuật số P2
Tiếp nối phần 1, chúng ta sẽ đế với phần 2 của “Sản xuất thông minh: Tương lai của việc chế tạo là kỹ thuật số” để tìm hiểu xem sản xuất thông minh tác động thế nào đến nền công nghiệp thế giới.
10 ví dụ về công nghệ sản xuất thông minh
Điện toán đám mây
Trong sự kết hợp của điện toán đám mây, dữ liệu từ các thiết bị cảm biến IoT được tự động lưu trữ và phân tích thông qua các thuật toán trí tuệ nhân tạo/học máy được triển khai trên các máy chủ nằm bên ngoài môi trường sản xuất. Một ví dụ tiêu biểu về tiềm năng mà điện toán đám mây mang lại cho ngành sản xuất thông minh là Đám mây Công nghiệp của Volkswagen. Hệ thống này tổng hợp dữ liệu từ 122 cơ sở sản xuất thuộc Tập đoàn Volkswagen và thực hiện phân tích dữ liệu này trong thời gian thực để thúc đẩy các cải tiến và tối ưu hóa quá trình sản xuất. Volkswagen đã đặt ra mục tiêu dài hạn là kết nối hơn 30.000 địa điểm từ 1.500 nhà cung cấp trên toàn thế giới với đám mây công nghiệp, và điều này cũng mở ra cơ hội phát triển các ứng dụng phần mềm cho sản xuất thông minh tại thị trường toàn cầu.
Gia công CNC
Công nghệ máy điều khiển số (CNC) đã đạt đến một giai đoạn tiên tiến mới, cho phép thực hiện các hoạt động như phay, tiện, cắt, khoan và nhiều hoạt động chính xác trên nhiều trục dựa trên các thiết kế và mô hình sản xuất được tạo ra bằng phần mềm hỗ trợ sản xuất (CAM) trên máy tính. Trong ngành sản xuất thông minh, máy CNC không chỉ thực hiện các công việc này một cách chính xác, mà còn được tích hợp vào hệ thống Internet of Things (IoT) thông qua cảm biến không dây, mở ra khả năng theo dõi và quản lý quá trình sản xuất theo cách thông minh hơn và hiệu quả hơn, tạo ra một sự kết nối mạnh mẽ trong quy trình sản xuất.
Thiết kế sản xuất
Thiết kế để sản xuất (DFM) hoặc thiết kế để sản xuất và lắp ráp (DfMA) là một phương pháp thiết kế chiến lược, được xây dựng dựa trên nền tảng của việc tối ưu hóa quá trình sản xuất thông qua việc áp dụng một loạt các nguyên tắc và quyết định thiết kế. Trong bối cảnh sản xuất thông minh, DFM và DfMA đóng vai trò quan trọng trong việc áp dụng sự sáng tạo kỹ thuật và công nghệ vào quy trình thiết kế, đặc biệt bằng cách sử dụng phần mềm CAD và CAM chuyên nghiệp để tối ưu hóa từ giai đoạn sơ bộ của thiết kế cho đến sản xuất và lắp ráp cuối cùng. Mục tiêu cuối cùng của DFM và DfMA là giúp giảm thiểu lãng phí, tăng năng suất và tối ưu hóa quy trình sản xuất, nhằm đảm bảo sự dễ dàng và hiệu quả hơn trong sản xuất sản phẩm và linh kiện, và từ đó tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp sản xuất.
Điện toán IoT/Edge
Trong ngữ cảnh sản xuất thông minh, các thiết bị, máy móc, và robot thường được tích hợp vào mạng Internet of Things (IoT), tức là chúng được trang bị với các cảm biến kết nối không dây, cho phép thu thập dữ liệu và truyền dữ liệu lên hệ thống để tiến hành phân tích. Điều đáng chú ý là với sự giảm giá cảm biến, các bộ xử lý chi phí thấp cũng ngày càng được tích hợp vào các thiết bị IoT, cho phép thực hiện các tác vụ tính toán cục bộ trước khi dữ liệu được truyền lên đám mây. Khía cạnh này thường được gọi là điện toán biên (Edge Computing).
Thuật ngữ IIoT (Internet vạn vật công nghiệp) ám chỉ sự tiến xa hơn trong việc ứng dụng IoT trên các dây chuyền sản xuất. Cụ thể, các thiết bị IoT trong ngành công nghiệp này thường có khả năng thực hiện các quyết định dựa trên dữ liệu đầu vào, thậm chí có tính dự đoán, giúp giảm thiểu chi phí và lãng phí trong quá trình sản xuất. Điều này đồng nghĩa với việc tận dụng thông tin từ cảm biến và thiết bị để tạo ra quyết định thông minh và nhanh chóng, đóng góp vào hiệu suất và hiệu quả của quy trình sản xuất.
Mô phỏng/Kỹ thuật số song sinh
Sản xuất thông minh sử dụng phần mềm mô phỏng để tạo ra các phiên bản kỹ thuật số song sinh của các bộ phận và sản phẩm vật lý, mục đích là kiểm tra, xác thực và tối ưu hóa chúng trước khi bước vào quá trình sản xuất thực tế. Giá trị và tính quan trọng của mô phỏng ngày càng tăng lên khi phiên bản kỹ thuật số song sinh tiến gần đến việc tạo ra một biểu diễn số hóa cực kỳ chính xác và rất tương đồng với sản phẩm vật lý thực tế. Khi mô phỏng này đạt đến độ tương tự và độ chính xác cao, nó có thể giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, đảm bảo tính đồng nhất và đáng tin cậy của sản phẩm cuối cùng, đồng thời giảm thiểu lãng phí và chi phí trong quy trình sản xuất.
Tác động của sản xuất thông minh là gì?
Sản xuất thông minh: Tác động và cơ hội
Sản xuất thông minh mang theo nhiều tác động và cơ hội quan trọng đối với doanh nghiệp và ngành sản xuất. Đầu tiên, nó giúp doanh nghiệp tận dụng nguồn lực hiệu quả hơn đáng kể. Việc sử dụng công nghệ và quy trình sản xuất thông minh cho phép tối ưu hóa hoạt động, giảm lãng phí, và cải thiện hiệu suất sản xuất. Điều này cũng đồng nghĩa với việc tạo ra môi trường làm việc an toàn hơn cho người lao động, với ít nguy cơ tai nạn lao động và môi trường làm việc tốt hơn.
Theo Chủ tịch Ủy ban kiến thức MESA, Khris Kammer, sản xuất thông minh cũng giúp doanh nghiệp trở nên linh hoạt hơn. Kammer lưu ý rằng trong bối cảnh đại dịch COVID-19, nhiều công ty đã nhanh chóng chuyển hướng sản xuất sang các sản phẩm cần thiết như thiết bị bảo vệ cá nhân (PPE) và thiết bị y tế. Khả năng nhanh chóng thích nghi với thay đổi là một lợi thế của sản xuất thông minh, đặc biệt khi cần đưa các sản phẩm mới vào quy trình sản xuất, cung cấp đào tạo và thực hiện điều này một cách nhanh chóng. Hơn nữa, các công ty thực hiện sản xuất thông minh có khả năng linh hoạt trong việc sản xuất các sản phẩm tùy chỉnh hoặc với khối lượng thấp và độ biến động cao. Điều này đặt nền tảng cho các mô hình kinh doanh mới dựa trên sản phẩm theo đơn đặt hàng hoặc sản xuất “kích thước lô một.” Mô hình này mở ra cơ hội cho việc tùy chỉnh sản phẩm theo yêu cầu của khách hàng, cho phép họ lựa chọn các tính năng và tùy chọn riêng của họ.
Sản xuất thông minh cũng có tiềm năng cải thiện kết quả cho từng doanh nghiệp và ngành sản xuất. Nó đã thúc đẩy xu hướng sản xuất như một dịch vụ (Manufacturing as a Service – MaaS), trong đó doanh nghiệp sản xuất sản phẩm tùy theo nhu cầu của khách hàng. MaaS, được thể hiện bởi nhà cung cấp Xometry, cho phép sản xuất sản phẩm theo đơn đặt hàng, phù hợp với nhu cầu sản xuất và các nhà cung cấp có đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu đó. Đây có thể được coi là sự “Uber-ization trong sản xuất” nơi học máy được sử dụng để nhanh chóng kết nối nhà sản xuất với khách hàng một cách hiệu quả.
Nếu MaaS và hoạt động sản xuất dưới dạng dịch vụ trở nên mạnh mẽ, chúng có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất bằng cách giảm bớt các tắc nghẽn trong chuỗi cung ứng trong tương lai. Điều này có tiềm năng làm cho chuỗi cung ứng trở nên linh hoạt hơn đối mặt với những gián đoạn như những gì chúng ta đã trải qua trong năm 2020.
Báo cáo “Tăng tốc sản xuất thông minh” tập trung vào một sự phát triển quan trọng khác trong ngành sản xuất, đó là lợi ích của “hiệu ứng mạng” trong hệ sinh thái sản xuất thông minh. Điều này bao gồm việc nhiều công ty và tổ chức làm việc cùng nhau một cách chặt chẽ, sử dụng các công nghệ kết nối tiên tiến để đáp ứng các mục tiêu chung. Một ví dụ là các sáng kiến sản xuất đáp ứng đại dịch COVID-19, như nỗ lực của cộng đồng sản xuất phụ gia tại Mỹ. Họ đã thiết lập một cổng thông tin trực tuyến để các nhà thiết kế, nhà sản xuất và ngành chăm sóc sức khỏe cùng hợp tác để sản xuất hơn 280.000 đơn vị thiết bị bảo vệ cá nhân trong vòng hai tháng.
Hệ sinh thái sản xuất thông minh đem lại lợi ích lớn bởi việc chia sẻ kiến thức và đổi mới một cách tập thể. Báo cáo chỉ ra rằng các công ty sản xuất hàng đầu trong danh sách Fortune 500, nơi có hơn 15 liên minh chiến lược, đã tăng gấp đôi mức tăng trưởng doanh thu hàng năm so với các doanh nghiệp có ít liên minh hơn. Các doanh nghiệp trong hệ sinh thái sản xuất thông minh cũng có tốc độ giới thiệu sản phẩm và dịch vụ nhanh hơn, khả năng đổi mới được mở rộng, công nghệ kỹ thuật số trưởng thành nhanh hơn và hiệu quả cao hơn, giúp giảm chi phí hoạt động. Sản xuất thông minh không chỉ là một cuộc cách mạng công nghiệp mà còn là một cơ hội to lớn để nâng cao hiệu suất và tăng trưởng doanh nghiệp.”
Tác động của sản xuất thông minh đến tính bền vững
Tác động của sản xuất thông minh đến tính bền vững đang trở thành một xu hướng quan trọng trong thế giới công nghiệp hiện đại. Công nghệ sản xuất thông minh, trong đó trí tuệ nhân tạo (AI) và các công nghệ số đóng vai trò quan trọng, đã định hình lại cách chúng ta sản xuất và tiêu dùng. Từ việc giảm lượng chất thải đến tối ưu hóa sử dụng tài nguyên và thiết kế sản phẩm, sản xuất thông minh đang đóng góp vào mục tiêu bền vững của thế giới.
Một ví dụ rõ ràng về tác động tích cực của công nghệ sản xuất thông minh là việc sử dụng phần mềm mô phỏng. Phần mềm mô phỏng có khả năng mô phỏng các quy trình sản xuất và thử nghiệm một cách chi tiết, từ thử nghiệm va chạm xe cộ đến đánh giá độ bền của vật liệu. Nhờ đó, nó có thể giảm đáng kể lượng chất thải vật lý bằng cách chuyển một phần lớn các thử nghiệm từ môi trường vật lý sang môi trường mô phỏng. Điều này không chỉ giúp giảm tác động đến môi trường mà còn tiết kiệm tài nguyên quý báu và giảm chi phí sản xuất.
Ngoài ra, phần mềm mô phỏng cũng có khả năng dự đoán độ bền và tuổi thọ của các vật liệu khác nhau, cho phép chúng ta thử nghiệm các vật liệu thay thế cho sản phẩm cuối cùng mà không cần tiến hành các thử nghiệm vật lý đáng tốn kém. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế, mà còn giúp giảm tác động đến môi trường bằng cách sử dụng các vật liệu có hiệu suất cao và ít tác động đến hành tinh.
Hơn nữa, công nghệ sản xuất thông minh có thể tích hợp các yếu tố bền vững vào sản phẩm. Ví dụ, phần mềm thiết kế tổng quát sử dụng trí tuệ nhân tạo để tạo ra nhiều tùy chọn thiết kế khác nhau có khả năng giảm trọng lượng sản phẩm và lượng vật liệu cần thiết mà vẫn duy trì độ bền và giảm chi phí sản xuất. Các sản phẩm này có thể được thiết kế sao cho dễ tái chế hoặc có tuổi thọ cao, giúp giảm thiểu lượng sản phẩm cuối cùng được bỏ đi và tác động đến môi trường.
Những nỗ lực tiên tiến như nhà máy thông minh @Wichita là một minh chứng khác về tác động tích cực của sản xuất thông minh đến tính bền vững. Nhà máy này kết hợp các tài sản sản xuất truyền thống với các công nghệ thông minh như hệ thống robot, máy in 3D, máy quét laser 3D, AR/VR, phần mềm mô phỏng và trực quan hóa để tối ưu hóa quá trình sản xuất. Hơn nữa, nhà máy này sử dụng điện thông minh và không có lưới điện thông minh để giảm tác động đến môi trường. Đây là một ví dụ rõ ràng về cách công nghệ tiên tiến trong sản xuất thông minh có thể giải quyết vấn đề bền vững bằng cách hợp lý hóa các hoạt động sản xuất để giảm tác động đến môi trường.
Các chuyên gia công nghiệp 4.0, chẳng hạn như tổ chức tư vấn Bernard Marr & Co., đánh giá cao tiềm năng của những công nghệ này. Họ tin rằng nếu được áp dụng một cách hiệu quả, quản lý tài sản thông qua công nghệ sản xuất thông minh có thể đóng góp đáng kể vào việc tái tạo hệ sinh thái thế giới và khắc phục những thiệt hại môi trường do các cuộc cách mạng công nghiệp và hoạt động sản xuất trước đây gây ra. Chúng ta đang chứng kiến sự hội nhập ngày càng mạnh mẽ của công nghệ và bền vững trong lĩnh vực sản xuất, mở ra triển vọng mới và thúc đẩy mục tiêu bền vững toàn cầu.
Thực hiện chuyển đổi sang sản xuất thông minh
Quá trình chuyển đổi từ sản xuất truyền thống sang sản xuất thông minh đang đòi hỏi sự kỷ luật và quyết tâm của các doanh nghiệp để thích nghi với bối cảnh công nghiệp 4.0 ngày nay. Sách trắng năm 2016 của MESA, có tựa đề “Sản xuất thông minh – Giải thích về bối cảnh,” đã thúc đẩy một cuộc cách mạng về việc thiết lập các tiêu chuẩn ngành về dữ liệu và truyền thông. Điều này là cần thiết để tạo ra sự tương tác mượt mà giữa máy móc và phần mềm trong quy trình sản xuất thông minh. Sự đồng thuận trong ngành công nghiệp là quan trọng để đảm bảo rằng việc chuyển đổi này diễn ra một cách hiệu quả và đồng nhất.
Krishna Jonnalagadda đã lưu ý về thách thức lớn là việc có quá nhiều tiêu chuẩn khác nhau và hiện tại, phần mềm sản xuất thông minh gặp khó khăn trong việc kết nối và tương tác với những tiêu chuẩn này. Ví dụ, trong lĩnh vực máy CNC, mỗi nhà cung cấp thường áp dụng một cách riêng biệt trong việc quản lý và kết nối. Tuy nhiên, để thúc đẩy quy trình sản xuất thông minh, cần thiết phải có một hệ thống đồng nhất để kết nối với mọi loại máy. Điều này sẽ giúp giảm bớt sự phức tạp và tạo điều kiện thuận lợi cho sự tương tác mượt mà hơn giữa các phần tử trong quy trình sản xuất thông minh.
Một ví dụ tưởng tượng về quá trình chuyển đổi này có thể được thấy qua nhà máy thông minh @ Wichita, một dự án hợp tác giữa Deloitte và Đại học bang Wichita. Với diện tích rộng lớn là 60.000 foot vuông, đây sẽ là một tòa nhà thông minh tiên tiến, không chỉ về công nghệ sản xuất mà còn về thiết kế môi trường làm việc. Việc thiết lập một không gian không ảnh hưởng lưới điện thông minh đánh dấu sự hướng tới tích hợp công nghệ tiên tiến trong sản xuất thông minh.
An ninh mạng và bảo vệ dữ liệu là một loạt ưu tiên hàng đầu trong quá trình chuyển đổi này. Báo cáo “Tăng tốc sản xuất thông minh” đã thể hiện rằng 58% nhà sản xuất tỏ ra lo lắng về việc đánh cắp dữ liệu và tài sản trí tuệ trong quá trình tham gia vào hệ sinh thái sản xuất thông minh. Tuy nhiên, mặc dù có những thách thức này, 62% trong số các công ty được khảo sát vẫn đang tiếp tục hoặc gia tăng đầu tư vào các sáng kiến công nghệ của họ.
Lori Kammer đã nêu rõ rằng trong những tình huống nghịch cảnh, thường xuất hiện sự khéo léo và tiến bộ. Sự đổi mới trong sản xuất thông minh thường đi kèm với việc vượt qua những rào cản và tận dụng các công nghệ hỗ trợ. Những tâm hồn có tầm nhìn xa luôn đang nỗ lực để thúc đẩy tiến trình chuyển đổi và biến những ý tưởng thành hiện thực. Sự kết hợp giữa công nghệ tiên tiến và nhu cầu thúc đẩy tiềm năng cho những sáng tạo đáng kinh ngạc trong lĩnh vực sản xuất thông minh.
Hy vọng thông tin trong bài viết đã giúp bạn biết được sâu hơn về sản xuất thông minh: ương lai của việc chế tạo là kỹ thuật số. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, xin vui lòng truy cập vào trang website COMIT và Fanpage của chúng tôi.
