Nhà máy thông minh là gì?

Nhà máy thông minh là một cơ sở sản xuất được số hóa sử dụng các thiết bị, máy móc và hệ thống sản xuất được kết nối để liên tục thu thập và chia sẻ dữ liệu. Dữ liệu này sau đó được sử dụng để đưa ra các cải tiến quy trình cũng như giải quyết mọi vấn đề có thể phát sinh.

Một nhà máy được coi là một nhà máy thông minh khi nó áp dụng nhiều công nghệ bao gồm trí tuệ nhân tạo (AI), phân tích dữ liệu lớn, điện toán đám mây và Internet vạn vật (IoT).

Các nhà máy thông minh kết nối thế giới kỹ thuật số và thế giới vật lý để giám sát toàn bộ quy trình sản xuất, từ quản lý chuỗi cung ứng đến các công cụ sản xuất và thậm chí cả công việc của người vận hành cửa hàng.

Các hệ thống sản xuất hợp tác, được tích hợp đầy đủ mang lại nhiều lợi ích cho người vận hành, bao gồm cả việc cho phép các hoạt động có thể thích ứng và sẵn sàng tối ưu hóa.

Lợi ích mà nhà máy thông minh mang lại

Các nhà máy thông minh sử dụng thiết bị và thiết bị được kết nối để cho phép ra quyết định dựa trên các dữ liệu thực nhằm tối ưu hóa hiệu quả và năng suất trong suốt quá trình sản xuất.

Cung cấp một quy trình sản xuất lặp đi lặp lại có thể mở rộng khả năng của cả thiết bị và nhân viên, từ đó làm giảm chi phí, giảm thời gian ngừng hoạt động khi nâng cấp và ít lãng phí hơn trong ngành sản xuất.

Xác định và sau đó giảm hoặc loại bỏ các khả năng sản xuất được sử dụng không đúng chỗ hoặc sử dụng sai mục đích làm tăng hiệu quả và sản lượng mà không cần đầu tư ít vào các nguồn lực mới.

Các lợi ích của việc kỹ thuật số hóa một nhà máy bao gồm những lợi ích liên quan đến lập kế hoạch, kiểm soát chất lượng, phát triển sản phẩm và hậu cần, tất cả các thành phần đều được đánh giá và tối ưu hóa dựa trên phản hồi thực tế.

Ngoài ra còn có những lợi ích lâu dài thu được thông qua việc đưa công nghệ máy học vào quy trình. Bằng cách thu thập và phân tích dữ liệu, có thể lên lịch bảo trì dự phòng và dự đoán - dựa trên thông tin chính xác trong đời thực - để tránh ngừng hoạt động dây chuyền sản xuất.

4 cấp độ của Nhà máy thông minh

Có bốn cấp độ được sử dụng để đánh giá quá trình chuyển đổi từ một nhà máy truyền thống thành nhà máy thông minh:

Cấp độ 1: Tính sẵn có của dữ liệu cơ bản Ở cấp độ này, một nhà máy hoặc cơ sở không được cho là “thông minh”. Tuy có sẵn dữ liệu nhưng không thể dễ dàng truy cập hoặc phân tích. Việc phân tích dữ liệu sẽ gây tốn thời gian và có thể làm kém hiệu quả cho quy trình sản xuất.

Cấp độ 2: Phân tích dữ liệu chủ động Ở cấp độ này, dữ liệu có thể được truy cập ở dạng có cấu trúc hơn và dễ hiểu hơn. Dữ liệu sẽ được cung cấp tập trung và được sắp xếp với sự trực quan hóa và hiển thị hỗ trợ quá trình xử lý. Tất cả điều này cho phép phân tích dữ liệu một cách chủ động.

Cấp độ 3: Dữ liệu chủ động Ở cấp độ này, dữ liệu có thể được phân tích với sự hỗ trợ của máy học và trí tuệ nhân tạo, tạo ra được cái nhìn trực quan, bao quát mà không cần nhiều sự giám sát của con người. Hệ thống tự động hơn ở cấp độ hai và có thể dự đoán các vấn đề chính hoặc sự bất thường để chủ động dự đoán các lỗi tiềm ẩn.

Cấp độ 4: Dữ liệu điều hướng hành động Cấp độ thứ tư được xây dựng dựa trên cấp độ ba để tạo ra các giải pháp cho các vấn đề mà ở đó máy móc chủ động giải quyết mà không cần (hoặc rất ít) sự có mặt của con người. Ở cấp độ này, dữ liệu được thu thập và phân tích các vấn đề trước khi hệ thống tự đưa ra cách giải quyết phù hợp.

Các công nghệ được sử dụng trong một nhà máy thông minh

Nhà máy thông minh sử dụng nhiều loại công nghệ khác nhau liên quan đến cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (Công nghiệp 4.0) để tối ưu hóa quy trình sản xuất thông minh.

Các công nghệ được sử dụng có thể kể tới:

Cảm biến

Cảm biến trên các thiết bị và máy móc được sử dụng ở các giai đoạn cụ thể của quy trình sản xuất để thu thập dữ liệu và sử dụng để giám sát các quy trình. Ví dụ, cảm biến có thể theo dõi nhiệt độ hoặc các biến khác và tự khắc phục mọi sự cố hoặc cảnh báo cho nhân viên. Các cảm biến này có thể được liên kết với một mạng nội bộ để cung cấp khả năng giám sát kết hợp trên một số máy.

Điện toán đám mây

Việc lưu trữ và xử lý dữ liệu thu thập được từ các cảm biến được thực hiện thông qua điện toán đám mây. Điều này nếu linh hoạt hơn và rẻ hơn so với lưu trữ tại chỗ truyền thống, cho phép một lượng lớn dữ liệu được tải lên, lưu trữ và đánh giá để cung cấp phản hồi cho việc ra quyết định trong thời gian thực.

Phân tích Dữ liệu lớn

Khi thu thập được nhiều dữ liệu hơn, bạn có thể sử dụng dữ liệu đó để cung cấp thông tin chi tiết về quá trình sản xuất đang hoạt động như thế nào. Dữ liệu lớn cho phép phát hiện các mẫu lỗi và đảm bảo chất lượng sản phẩm được thực hiện với mức độ chính xác cao hơn. Dữ liệu này có thể được chia sẻ giữa các nhà máy khác nhau hoặc các tổ chức khác để giải quyết các vấn đề chung và tối ưu hóa hơn nữa các quy trình.

Thực tế ảo và tương tác thực tế ảo

Tương tác thực tế ảo là một công nghệ kỹ thuật số liên quan đến việc thông tin kỹ thuật số được phủ lên trên thực thể vật lý và có thể được xem qua điện thoại thông minh. Trong khi đó thực tế ảo là một thế giới ảo sống động hơn yêu cầu phải sử dụng một loại kính đặc biệt - Kính VR mới có thể xem được. Cả hai công nghệ này đều có thể giúp các nhà vận hành nhà máy thông minh tổ chức sản phẩm, nhiệm vụ sản xuất, bảo trì và sửa chữa thiết bị.

Giả lập kỹ thuật số

Công nghệ giả lập kỹ thuật số được sử dụng để đại diện cho một quá trình hoặc đối tượng vật lý và mô phỏng hiệu suất trong thế giới thực. Điều này giúp cải thiện hiệu quả đồng thời hỗ trợ việc lập kế hoạch hoạt động và kiểm soát quá trình sản xuất.

Nhà máy thông minh trong Internet vạn vật

IoT là nơi các thiết bị, máy móc hoặc quy trình được kết nối thông qua hệ thống truyền thông dữ liệu Internet để chúng có thể chia sẻ thông tin với các máy móc và con người khác.

IoT sử dụng công nghệ cảm biến và điện toán đám mây. Iot trong công nghiệp (IIoT) giúp tự động hóa rất nhiều công việc cần thiết cũng như theo dõi và tạo ra các cải tiến trong quy trình sản xuất.

IIoT là một phần của Công nghiệp 4.0 và liên quan đến việc máy tính hóa nhiều ngành công nghiệp truyền thống, bao gồm cả sản xuất. Nhà máy thông minh kết hợp các hệ thống kỹ thuật số và vật lý với IoT. Các hệ thống này bao gồm kết nối không dây, cảm biến và các chương trình thu thập dữ liệu.

Việc giám sát liên tục và sự hỗ trợ của IIoT sẽ không chỉ giúp giảm chi phí và thời gian cho các quy trình sản xuất, mà còn cải thiện sự an toàn của môi trường sản xuất bằng cách giám sát các hư hỏng tiềm ẩn và cho phép bảo trì khi đến hạn, cũng như giảm thiểu các tác động vật lý của con người vào quá trình sản xuất. Sử dụng máy học để tối ưu hóa quy trình sản xuất cũng có thể giảm tiêu thụ năng lượng, mang lại lợi ích môi trường rộng lớn hơn.

Làm thế nào để tạo ra một nhà máy thông minh?

Nâng cấp nhà máy nhà máy truyền thống thành nhà máy thông minh được xem như một bài toán chi phí tốn kém, nhưng các doanh nghiệp có thể thực hiện những thay đổi mà không cần phải thay thế mọi máy móc trong dây chuyền sản xuất của mình.

Chỉ cần chọn ra những bộ phận quan trọng nhất trong dây chuyền và tiến hành thay đổi từ những bộ phận đó trước tiên. Sau đó, dựa vào những thông tin thu được từ những thay đổi này để tiến hành những thay đổi tiếp theo trong quy trình sản xuất trong tương lai.

Công nhân và nhân viên cũng là những đối tượng cần thay đổi. Họ cần được đào tạo để đảm bảo có thể sử dụng bất kỳ thiết bị mới nào. Nó cũng sẽ đặt ra bài toán về đào tạo, cũng như tuyển dụng nhân sự chất lượng cao vào doanh nghiệp.

Công việc nâng cấp sẽ do các kỹ sư, ban quản lý và I.T tiến hành nghiên cứu và đề xuất ý kiến. Các chuyên gia hệ thống này sẽ tìm ra các khu vực cần nâng cấp và nên lập một kế hoạch để xem xét tối ưu hóa các quy trình, tăng doanh số bán hàng, giảm chi phí và tiết kiệm thời gian trong toàn bộ quy trình sản xuất.

Vấn đề bảo mật

Vì các nhà máy thông minh phụ thuộc vào hệ thống máy tính và kỹ thuật số, nên an ninh mạng là một điều vô cùng quan trọng.

Bảo vệ dữ liệu và quyền riêng tư là rất quan trọng đối với bất kỳ doanh nghiệp nào. Trong một số trường hợp, các công ty có thể chia sẻ các tài nguyên của mình với nhau thông qua một hệ thống chung, nhưng đối với các tài nguyên quan trọng và công nghệ lõi của doanh nghiệp, đây là những thứ cần được bảo vệ.

Vấn đề về an ninh mạng có thể tạo ra một bài toán chi phí đối với doanh nghiệp khi quyết định xem có nên nâng cấp nhà máy của mình thành nhà máy thông minh hay không.

Lược dịch từ TWI Ltd