Nhiều trong số 9 sự tiến bộ trong công nghệ tạo thành nền tảng cho cách mạng công nghiệp 4.0 đã được ứng dụng trong sản xuất. Nhưng cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ biến đổi sản xuất, các công đoạn được phân lập và tối ưu hoá để kết hợp với nhau như một luồng sản xuất tích hợp hoàn toàn tự động. Từ đó tối ưu hóa, tăng hiệu quả và thay đổi mối quan hệ sản xuất truyền thống giữa các nhà cung cấp, sản xuất và khách hàng cũng như giữa con người và máy móc.
Ứng dụng Big Data và công cụ Analytics
Công cụ phân tích (Analytics) dựa trên bộ dữ liệu lớn đã xuất hiện gần đây trong thế giới sản xuất, nơi mà Analytics tối ưu hóa chất lượng sản xuất, tiết kiệm năng lượng và cải thiện dịch vụ thiết bị. Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, việc thu thập và đánh giá toàn diện dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, từ thiết bị, hệ thống sản xuất cũng như các hệ thống quản lý khách hàng và doanh nghiệp, sẽ trở thành tiêu chuẩn để hỗ trợ việc ra quyết định theo thời gian thực.
Ví dụ, nhà sản xuất bán dẫn Infineon Technologies đã làm giảm tối đa mức thất bại của sản phẩm bằng cách tương quan dữ liệu chip đơn đã ghi nhận trong giai đoạn thử nghiệm vào cuối quá trình sản xuất với dữ liệu trong quá trình thu thập được ở giai đoạn trạng thái của tấm wafer (tạm dịch: tấm silicon mỏng đã được cấy các vật liệu) trước đó trong quá trình này. Bằng cách mới, Infineon có thể xác định các mẫu giúp giải phóng các chip bị lỗi trong quá trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Robot tự hành
Các nhà sản xuất trong nhiều ngành công nghiệp từ lâu đã sử dụng robot để giải quyết những bài toán phức tạp, nhưng hiện tại các robot đang phát triển để phục vụ cho tiện ích lớn hơn. Các robot đang trở nên tự động, linh hoạt và hợp tác tốt hơn. Cuối cùng, robot sẽ tương tác với nhau, làm việc an toàn bên cạnh con người và học hỏi từ con người. Những chú robot tự hành này sẽ có chi phí ít hơn và có nhiều khả năng hơn các robot sử dụng trong sản xuất ngày nay.
 |
| Robot của hãng Kuka. |
Một ví dụ khác, về Kuka, nhà sản xuất thiết bị robot của châu Âu, cung cấp các robot tự hành có khả năng tương tác lẫn nhau. Những robot này được kết nối để chúng có thể làm việc cùng nhau và tự động điều chỉnh hành động để phù hợp với dây chuyền sản phẩm chưa hoàn thành tiếp theo. Cảm biến và bộ điều khiển cao cấp cho phép cộng tác chặt chẽ với con người. Tương tự, nhà cung cấp robot công nghiệp ABB đang tung ra một robot có vũ trang mang tên YuMi được thiết kế đặc biệt để lắp ráp các sản phẩm (như thiết bị điện tử gia dụng) cùng với con người. Hai cánh tay đệm và tầm nhìn máy tính cho phép tương tác an toàn cũng như nhận diện các bộ phận.
Mô phỏng
Trong khâu kỹ thuật, việc mô phỏng 3 chiều của sản phẩm, vật liệu, và quá trình sản xuất đã được sử dụng từ lâu. Nhưng tương lai gần, quá trình mô phỏng cũng sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong các hoạt động của nhà máy. Những mô phỏng này sẽ thúc đẩy dữ liệu theo thời gian thực để phản ánh thế giới vật lý trong một mô hình ảo, bao gồm máy móc, sản phẩm và con người. Điều này cho phép các nhà khai thác thử nghiệm và tối ưu hóa các thiết lập máy móc cho sản phẩm tiếp theo phù hợp với thế giới ảo trước khi chuyển đổi vật lý, qua đó giảm thời gian thiết lập máy móc và nâng cao chất lượng.
 |
| Công nghệ của Siemens kết nối thế giới sản xuất thực và ảo, thông qua máy móc và những xí nghiệp giả lập, kỹ thuật số song sinh và phân tích dữ liệu. |
Tiêu biểu cho quá trình mô phỏng này là Siemens - hãng cung cấp máy công cụ của Đức đã phát triển một máy ảo có thể mô phỏng việc gia công các bộ phận bằng cách sử dụng dữ liệu từ máy vật lý. Điều này làm giảm thời gian thiết lập cho quá trình gia công thực tế lên đến 80%.
Liên kết dọc và ngang
Hầu hết các hệ thống CNTT ngày nay chưa được tích hợp đầy đủ. Các công ty, nhà cung cấp, và khách hàng hiếm khi có sự liên kết chặt chẽ và cũng không phải các phòng ban kỹ thuật, sản xuất và dịch vụ. Các chức năng từ doanh nghiệp đến các cửa hàng không được tích hợp đầy đủ. Thậm chí, trong cả kỹ thuật - từ sản phẩm, nhà máy đến quá trình tự động hóa vẫn thiếu khả năng tích hợp hoàn toàn. Nhưng với cách mạng công nghiệp 4.0, các công ty, phòng ban, chức năng và khả năng sẽ trở nên gắn kết hơn vì các mạng lưới tích hợp dữ liệu toàn cầu sẽ phát triển và cho phép chuỗi giá trị thực sự tự động hóa.
Ví dụ, Dassault Systèmes và BoostAeroSpace đã công bố một nền tảng hợp tác cho lĩnh vực vũ trụ của châu Âu và ngành công nghiệp quốc phòng. Nền tảng AirDesign hoạt động như một không gian làm việc chung cho sự hợp tác về thiết kế, sản xuất và có sẵn như một dịch vụ trên đám mây riêng. Nó quản lý nhiệm vụ phức tạp của trao đổi dữ liệu sản phẩm và sản xuất giữa nhiều đối tác.
Mạng lưới thiết bị kết nối Internet công nghiệp
Ngày nay, chỉ có một số cảm biến và máy móc của nhà sản xuất được kết nối mạng và sử dụng công nghệ nhúng. Chúng thường được tổ chức trong một kim tự tháp tự động hóa dọc, trong đó các bộ cảm biến, thiết bị với bộ điều khiển thông minh và điều khiển tự động giới hạn được đưa vào một hệ thống điều khiển quá trình sản xuất. Nhưng với mạng lưới thiết bị kết nối Internet với nhiều thiết bị hơn, đôi khi bao gồm các sản phẩm chưa hoàn thiện, sẽ phong phú hơn với máy tính nhúng và kết nối bằng các công nghệ tiêu chuẩn. Điều này cho phép các thiết bị giao tiếp, tương tác với bộ điều khiển tập trung hơn, nếu cần. Nó cũng phân quyền phân tích và ra quyết định, cho phép đáp ứng theo thời gian thực.
Bosch Rexroth, nhà cung cấp hệ thống điều khiển và truyền động, đã trang bị một cơ sở sản xuất cho các van với quy trình sản xuất phi tập trung. Các sản phẩm được xác định bằng mã nhận dạng tần số radio, các máy trạm "biết" các bước sản xuất phải được thực hiện cho từng sản phẩm và có thể thích ứng để thực hiện các hoạt động cụ thể.
An ninh mạng
Nhiều công ty vẫn dựa vào các hệ thống quản lý và sản xuất mà không có sự kết nối hay hoạt động khép kín. Với việc gia tăng kết nối và sử dụng các giao thức truyền thông tiêu chuẩn đi kèm với cách mạng công nghiệp 4.0, sự cần thiết phải bảo vệ các hệ thống công nghiệp quan trọng và những dây chuyền sản xuất từ các mối đe dọa an ninh mạng tăng lên đáng kể. Kết quả là các thông tin liên lạc an toàn, đáng tin cậy cũng như quản lý truy cập và người sử dụng là rất cần thiết.
Trong năm qua, một số nhà cung cấp thiết bị công nghiệp đã hợp tác với các công ty an ninh mạng thông qua hợp tác hoặc mua lại (M&A).
Điện toán đám mây
Các công ty đã sử dụng nền tảng đám mây cho một số ứng dụng trong doanh nghiệp và phân tích. Tuy nhiên, với cách mạng công nghiệp 4.0, nhiều công việc liên quan đến sản xuất sẽ đòi hỏi tăng cường chia sẻ dữ liệu giữa các trang web và ranh giới các công ty. Đồng thời, hiệu suất của công nghệ đám mây sẽ cải thiện, đạt được thời gian phản ứng chỉ trong vài phần nghìn giây. Kết quả, dữ liệu máy móc và chức năng sẽ ngày càng được triển khai lên đám mây, cho phép hoạt động nhiều dịch vụ dữ liệu hơn cho các hệ thống sản xuất. Ngay cả những hệ thống giám sát và kiểm soát quy trình có thể trở thành nền tảng đám mây.
Các nhà cung cấp hệ thống sản xuất - thi công nằm trong số các công ty đã bắt đầu đưa ra các giải pháp dựa trên đám mây.
Sản xuất phụ gia
Các công ty vừa mới bắt đầu áp dụng việc sản xuất phụ gia như in 3D mà họ sử dụng chủ yếu cho nguyên mẫu và sản xuất các bộ phận riêng lẻ. Với ngành công nghiệp 4.0, các phương pháp sản xuất phụ gia này sẽ được sử dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm tùy chỉnh nhỏ mang lại các lợi thế về xây dựng, ví dụ như các thiết kế phức tạp và nhẹ. Hệ thống sản xuất phụ gia hiệu suất cao, phân cấp sẽ làm giảm khoảng cách vận chuyển và hàng tồn kho.
Ví dụ, các công ty hàng không đã sử dụng sản xuất phụ gia để áp dụng các thiết kế mới làm giảm trọng lượng máy bay, giảm chi phí nguyên liệu thô như titan.
Tăng tính thực tế
Hệ thống dựa trên thực tế tăng cường hỗ trợ nhiều dịch vụ, chẳng hạn như lựa chọn các bộ phận trong kho và gửi hướng dẫn sửa chữa qua thiết bị di động. Các hệ thống này hiện ở giai đoạn sơ khai, nhưng trong tương lai, các công ty sẽ sử dụng rộng rãi hơn nữa của thực tế bổ sung để cung cấp cho người lao động thông tin theo thời gian thực để cải tiến quá trình ra quyết định và các quy trình làm việc.
Ví dụ, công nhân có thể nhận được hướng dẫn sửa chữa về cách thay thế một phần cụ thể khi họ đang quan sát vào hệ thống thực sự cần sửa chữa. Thông tin này có thể được hiển thị trực tiếp trong phạm vi quan sát của công nhân bằng cách sử dụng các thiết bị như kính tăng cường thực tế.
Một ứng dụng khác là huấn tượng ảo. Siemens đã phát triển môđun đào tạo việc vận hành nhà máy ảo cho phần mềm Comos của mình, sử dụng môi trường 3-D thực tế dựa trên dữ liệu và kính viễn vọng tăng cường để đào tạo nhân viên nhà máy xử lý trường hợp khẩn cấp. Trong thế giới ảo này, các nhà khai thác có thể học cách tương tác với máy móc bằng cách nhấp chuột vào một sự hiện diện không gian mạng. Họ cũng có thể thay đổi các thông số, lấy dữ liệu hoạt động và hướng dẫn bảo trì.
>> Số hóa sản xuất từ cách mạng công nghiệp 4.0
Đình An (theo BCG)
Ý kiến
()