Thứ sáu, 29/03/2024 | 21:46 - GMT+7

Triển khai thực hiện sản xuất thông minh 4.0 - Phần 1

Bài viết này sẽ giới thiệu tổng quan về cách thức các cơ sở, doanh nghiệp triển khai áp dụng sản xuất thông minh.

07/05/2020 - 16:57
Cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ mang lại những thay đổi sâu sắc cho xã hội của chúng ta, trong đó phải kể đến xu hướng dịch chuyển cực kỳ quan trọng trong sản xuất: số hóa. Hiện tại, nhiều cơ sở sản xuất đang cố gắng ứng dụng các công nghệ của công nghiệp 4.0 vào toàn bộ chuỗi cung ứng. Bài viết này sẽ giới thiệu tổng quan về cách thức các cơ sở, doanh nghiệp triển khai áp dụng sản xuất thông minh.
Tóm tắt: 
Cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ mang lại những thay đổi sâu sắc cho xã hội của chúng ta, trong đó phải kể đến xu hướng dịch chuyển cực kỳ quan trọng trong sản xuất: số hóa. Hiện tại, nhiều cơ sở sản xuất đang cố gắng ứng dụng các công nghệ của công nghiệp 4.0 vào toàn bộ chuỗi cung ứng. Bài viết này sẽ nghiên cứu cách thức các cơ sở, doanh nghiệp sản xuất áp dụng sản xuất thông minh, từ đó đảm bảo thúc đẩy sản xuất với độ chính xác cao hơn và ít sự can thiệp của con người. Bài viết còn xem xét một số công nghệ và yếu tố quyết định, hình thành nên hệ thống sản xuất thông minh. Những công nghệ có thể kể đến  là kỹ thuật in 3D (công nghệ sản xuất đắp dần - additive manufacturing), quản lý sản xuất dựa trên công nghệ thông tin (information technology-based production management), sản xuất dựa trên công nghệ đám mây (cloud manufacturing)... và các yếu tố không thể bỏ qua khác là các quy định, luật, đổi mới giáo dục và đào tạo. Ngoài ra, bài viết cũng tìm hiểu phương pháp tiếp cận từng bước nhằm thực hiện sản xuất thông minh. Trong đó, các bước chính bao gồm xác định mục tiêu kinh doanh, phát triển - thẩm định - nhân rộng mẫu và sản xuất. Các công ty có thể gặp phải một số thách thức trong quá trình thực hiện, như kỹ năng mới, bảo mật dữ liệu hiệu quả và nhu cầu vốn (hoặc đầu tư). Tuy nhiên, họ có thể vượt qua những thách thức này bằng cách đào tạo liên tục cho công nhân, sử dụng doanh thu để mua lại các công nghệ mới hay nâng cao hiệu quả bằng cách thu thập dữ liệu cảm biến và vận hành từ các dây chuyền và máy móc. 
Ảnh minh họa 
1. Giới thiệu
Sản xuất thông minh là một khái niệm trong lĩnh vực sản xuất hay được nhắc tới trong thời gian gần đây. Theo đó, các hệ thống sản xuất được tích hợp hoàn toàn để đáp ứng các điều kiện, nhu cầu thay đổi trong mạng lưới cung ứng, trong nhà máy và trong các yêu cầu của khách hàng theo thời gian thực. Một số công ty sản xuất đang cố gắng áp dụng các công nghệ 4.0 vào toàn bộ chuỗi cung ứng. Sản xuất thông minh là việc tăng cường các quy trình sản xuất để sản xuất nhiều hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn. Phân tích công nghiệp (industrial analytic) và Internet vạn vật sẽ đóng vai trò chính trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất thông minh. Sự cải thiện về năng suất và hiệu quả này sẽ cho phép tùy chỉnh các mặt hàng vốn được thiết kế theo hướng sản xuất hàng loạt (theo Lee và các cộng sự, 2014). 
Do đó, tất cả các công ty sản xuất, dù đã được hiện đại hóa hay đang trong quá trình hiện đại hóa, đều muốn cải thiện các quy trình sản xuất hơn nữa. Điều này phụ thuộc vào 9 phân ngành liên, bao gồm: robot và tự động hóa, phần mềm mô phỏng tiên tiến (advanced simulation software), hệ thống tích hợp ngang và dọc (horizontal and vertical integration system), an ninh mạng, Internet vạn vật, công nghệ đám mây (điện toán đám mây), in 3D, phân tích dữ liệu lớn (big data analysis) và thực tế tăng cường (augmented reality) (theo Brettel và cộng sự, 2014). Do đó, một công ty chế tạo robot và một công ty chuyên về giải pháp an ninh mạng có thể bắt tay trong việc hiện đại hóa công ty sản xuất trong bối cảnh CMCN 4.0. Tương tự, vì 9 phân ngành kể trên bổ sung lẫn nhau nên các công ty muốn hiện đại hóa phải đầu tư vào mỗi phân ngành.
Bài viết nhằm mục đích nghiên cứu phương thức các cơ sở hay doanh nghiệp sản xuất có thể áp dụng sản xuất thông minh, từ đó đảm bảo sản xuất nhanh hơn với độ chính xác cao và giảm sự can thiệp của con người. Bài viết cũng sẽ đưa ra các minh chứng về việc thực hiện sản xuất thông minh từ những công ty sản xuất hàng đầu thế giới như Siemens AG, General Electric, Renault, Secomea... Nhận thấy Internet đang cách mạng hóa thế giới kinh doanh như thế nào, các công ty này đã áp dụng các biện pháp sản xuất thông minh trong tất cả các hoạt động kinh doanh và trở thành nhà cung cấp chính các giải pháp 4.0 trong lĩnh vực sản xuất.
2. Sản xuất thông minh 
Thông thường, sản xuất bị giới hạn trong một chuỗi các quy trình hoặc một quy trình biến các nguyên liệu thô thành các sản phẩm cuối cùng (theo Mittal và các cộng sự, 2017). Mặc dù vậy, sản xuất hiện nay tính đến các hoạt động kinh doanh định hướng dữ liệu (data-driven business operation) ở nhiều cấp độ, dẫn đến sự phát triển của một số mô hình sản xuất, trong đó nổi cộm là sản xuất thông minh. Trong tương lai, các hệ thống sản xuất thông minh sẽ có thể tự động lắp ráp sản phẩm tùy biến và phức tạp, nhằm khai thác cả thị trường hiện có và thị trường mới. Sản xuất thông minh sử dụng thông tin để liên tục duy trì và nâng cao hiệu suất (theo Lee và các cộng sự, 2014).
Đặc trưng cơ bản của công nghiệp 4.0 là tự động hóa thông minh và kết hợp công nghệ mới vào chuỗi giá trị. Đây là sự chuyển đổi số làm thay đổi mạnh mẽ công ty sản xuất bằng những thay đổi cơ bản, không chỉ về quy trình và hệ thống mà còn về phong cách quản lý, lực lượng lao động và mô hình kinh doanh (theo Shrouf và các cộng sự, 2014).
Khái niệm về công nghiệp 4.0 bắt nguồn từ một ý tưởng của cộng đồng người Đức, hoàn thiện năm 2011. Ý tưởng này được Chính phủ Đức đưa ra, sau đó được giới học viện và các công ty công nghiệp chủ chốt như Siemens AG dẫn dắt, nhằm đưa ra thông số khiến ngành sản xuất công nghiệp của Đức đạt năng suất cao nhất. 
3. Công nghệ và yếu tố quyết định 
Sản xuất thông minh không thể tự nhiên xuất hiện. Cần có một số công nghệ và yếu tố quyết định để hình thành nên sản xuất thông minh. Trong nghiên cứu năm 2017, Mittal và các cộng sự đã xây dựng một danh sách toàn diện gồm 38 công nghệ và 7 yếu tố quyết định đối với sản xuất thông minh. 
3.1. Các công nghệ quyết định trong sản xuất thông minh
Một số công nghệ có thể áp dụng trong các hoạt động sản xuất như thiết kế sản phẩm, thiết kế quy trình và nhà máy, kỹ thuật, vận hành và dịch vụ. Chẳng hạn như Siemens cung cấp cho khách hàng nền tảng đám mây mở (open cloud platform) dựa trên công nghệ SAP HANA. Một số công nghệ quan trọng trong sản xuất thông minh được đề cập dưới đây: 
Sản xuất đắp dần (additive manufacturing): công nghệ có thể in hình ảnh 3 chiều thành một đồ vật nhờ tia điện tử, chùm tia laser,... Sản xuất đắp dần thường được nhắc đến là một phần của sản xuất hiện đại.
Quản lý sản xuất dựa trên công nghệ thông tin (information technology-based production management): bao gồm các công nghệ như hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP) và quản lý chuỗi cung ứng (SCM). ERP là hệ thống có thể phối hợp và tích hợp các bộ phận kinh doanh khác nhau, như nguồn nhân lực, hàng tồn kho và tiếp thị. SCM là quản lý tài chính, nguyên liệu và thông tin từ đối tác này sang đối tác khác.
Sản xuất dựa trên công nghệ đám mây: công nghệ sử dụng nhu cầu thực tế để lựa chọn kế hoạch sản xuất và chuẩn bị. Về mặt lý thuyết, dữ liệu lớn có thể được xem như một phần của sản xuất dựa trên công nghệ đám mây. Nhưng vì chi phí sử dụng nó rất đắt, nên trên thực tế người ta không bắt buộc tích hợp dữ liệu . .
Sản xuất tiên tiến: công nghệ có thể kết hợp các hệ thống tập trung như hệ thống sản xuất tích hợp máy tính (CAM), hệ thống sản xuất biến hình (RMS), hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) và sản xuất đắp dần. 
Dữ liệu lớn/Phân tích dữ liệu: công nghệ có thể kiểm tra các bộ dữ liệu đếm thông tin thực lớn, vốn rất khó kiểm tra bằng các phương pháp thông thường. Dữ liệu lớn thường chuyển đổi sự đa dạng, khối lượng, độ chính xác và tốc độ của dữ liệu thành những nhận thức và hành động trong một hệ thống sản xuất.
3.2. Yếu tố quyết định trong sản xuất thông minh 
Bên cạnh các công nghệ kể trên, các yếu tố quyết định cũng góp phần khiến sản xuất thông minh trở nên khả thi hơn. Ví dụ như Siemens thúc đẩy sản xuất thông minh thông qua các cảm biến, công suất tính toán (computing power), khả năng lưu trữ, phân tích dữ liệu và khả năng kết nối. Một số yếu tố quyết định trong sản xuất thông minh bao gồm:
Các quy định và đạo luật: công ty sản xuất nên tuân theo một số quy định và đạo luật như luật lao động, luật sở hữu trí tuệ và luật môi trường, tùy theo đặc điểm hoạt động của mình. 
Đổi mới giáo dục và đào tạo: giáo dục phải hỗ trợ con người không những thực hiện công việc cá nhân mà còn cải thiện dịch vụ hay sản phẩm họ đang làm, vì lợi ích của người dùng cuối. Thông qua các giá trị doanh nghiệp và hình thức đào tạo phù hợp, lực lượng lao động có thể được truyền dạy những kiến thức sáng tạo và đổi mới này. Do đó, lực lượng lao động có tri thức nên là một phần của giáo dục và đào tạo hiện đại.
Các tiêu chuẩn và hệ thống chia sẻ dữ liệu: Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) đã mô tả “STEP AP 242” và các thành phần khác của “STEP” như các mô hình dữ liệu được tiêu chuẩn hóa quốc tế mà các công ty có thể sử dụng để trao đổi thông tin và hình mẫu trên các định dạng máy tính nói chung. Tương tự như vậy, dữ liệu mô phỏng có thể được chia sẻ bởi dữ liệu mô phỏng sản xuất cốt lõi. Hơn nữa, việc chia sẻ dữ liệu có thể trở nên dễ dàng hơn nhờ sự kết hợp giữa các nhà sản xuất thiết bị gốc và doanh nghiệp vừa và nhỏ.
4. Lĩnh vực hành động để thực hiện sản xuất thông minh 
Tám (8) lĩnh vực phải được xem xét trong quá trình thực hiện sản xuất thông minh (theo Crnjac và các cộng sự, 2017) bao gồm: 
Quy trình và tài nguyên: cải thiện quy trình thông qua việc sử dụng hiệu quả các nguyên liệu, thúc đẩy việc tạo ra giá trị. Ví dụ như sản xuất xi măng có thể được cải thiện thông qua hệ thống máy tính, được sử dụng để ổn định, kiểm soát và tối ưu hóa quá trình sản xuất.
Sử dụng hiệu quả tài sản: điều này liên quan đến việc nâng cao hiệu quả sử dụng máy móc sản xuất. Tất cả các máy móc đều phải được bảo trì vì đây là phương pháp duy nhất nhằm ngăn chặn máy móc ngừng hoạt động ngoài ý muốn. Chẳng hạn, General Electric đề xuất các giải pháp phần mềm để bảo trì máy móc, trong đó dữ liệu về trạng thái máy được thu thập bằng một loạt các cảm biến, từ đó cho phép cải tiến kịp thời với chi phí tối thiểu.
Hoạt động: cần làm tăng tốc độ hoạt động bằng cách tạo ra bầu không khí làm việc mang tính xây dựng cho lực lượng lao động. Để cắt giảm thời gian dừng và thời gian chờ đợi, cần phải giảm được độ phức tạp của nhiệm vụ, chia mỗi nhiệm vụ thành nhiều công việc nhỏ và tạo mẫu thử để người lao động làm quen với công việc hơn. Robot có thể hỗ trợ lao động trong sản xuất, làm những công việc nặng nhọc. Ví dụ như robot vạn năng hiện đang có mặt trên thị trường, hợp tác với lực lượng lao động trong sản xuất.
Hàng tồn kho: cần giảm tình trạng sản xuất thừa và thu mua nguyên liệu ngoài luồng. Ví dụ, Wurth Corporation đề xuất các giải pháp lưu trữ, sử dụng máy ảnh để biết được tình trạng các nguyên liệu. 
Chất lượng: các quy trình không đồng đều trong sản xuất tạo ra hàng hóa chất lượng thấp và dẫn đến chi phí lớn hơn. Bộ điều khiển quá trình sản xuất mới có thể kịp thời sửa chữa quy trình, giảm số lượng hàng hóa kém chất lượng. 
Cung và cầu: sự hiểu biết toàn diện về yêu cầu của khách hàng có thể mang lại sự hài lòng của người tiêu dùng và chất lượng sản phẩm hàng đầu. Việc kiểm tra một cách sáng tạo có thể mang lại nhu cầu ước tính khoảng 80% mỗi tuần. Chẳng hạn, Tập đoàn Renault đề xuất bộ cấu hình cho tất cả các loại xe.
Thời gian tiếp thị: cần đưa sản phẩm mới tiếp cận thị trường mục tiêu nhanh hơn các đối thủ, tạo ra phúc lợi, tăng thêm thu nhập và cho phép phản ứng nhanh hơn với các vấn đề có thể xảy ra.
Bảo trì và dịch vụ: đề xuất với khách hàng nhiều giải pháp khác nhau về bảo trì "từ xa" là một lợi thế. Công ty Secomea đề xuất các giải pháp phần mềm có thể kết nối và đo lường trạng thái máy móc sản xuất ngay cả khi không thực sự tiếp cận chúng.
Còn nữa
Xem bài viết gốc TẠI ĐÂY 
Tác giả: Md Rafiqul Islam Khan
Đơn vị: Trung tâm môi trường Lancaster, Đại học Lancaster, Anh quốc
Ngọc Diệp (lược dịch) 

Cùng chuyên mục

5 Giải pháp thúc đẩy hiệu quả chuyển đổi số tại Gia Lai

28/03/2024 - 08:32

Năm 2024, tỉnh Gia Lai quyết tâm nâng cao hiệu quả công tác lãnh đạo, chỉ đạo, phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan, đơn vị, tổ chức, doanh nghiệp và huy động sự tham gia tích cực của người dân trong việc thực hiện chuyển đổi số trên địa bàn tỉnh.

Xem thêm

Tổng số lượt truy cập :
  • 1
  • 4
  • 0
  • 1
  • 4
  • 8
  • 9
  • 0