Sản xuất thông minh, nhà máy kỹ thuật số hay nhà máy thông minh là những thuật ngữ được nhắc đến nhiều trong ngành công nghiệp sản xuất những năm gần đây. Những cụm từ này đều ngụ ý chỉ việc phát triển các nhà máy hay doanh nghiệp sản xuất thông qua ứng dụng công nghệ, để vận hành và hoạt động một cách thông minh hơn.
Tổng quan về nhà máy thông minh
Nhà máy thông minh là sự phát triển vượt bậc từ một hệ thống sản xuất truyền thống sang một hệ thống sản xuất thông minh dựa trên dữ liệu – hệ thống có thể kết nối và xử lý dữ liệu liên tục, thu thập từ các máy móc thiết bị sản xuất, đến các quy trình sản xuất và kinh doanh, với khả năng hỗ trợ nhân công đưa ra quyết định hoặc tự động thực hiện công việc.
Thời đại số mở ra những cơ hội lớn, thúc đẩy sự phát triển của các nhà máy thông minh như sự phát triển nhanh chóng của công nghệ như Industrial IoT (Industrial Internet of Thing), phân tích dữ liệu lớn, công nghệ điện toán đám mây, ứng dụng robotics hay trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence) và học máy (Machine Learning). Đặc biệt, sự phát triển về số lượng các thiết bị ứng dụng công nghệ cảm biến với mức giá phải chăng cũng là cơ sở để thúc đẩy xây dựng và phát triển nhà máy thông minh.
Với những tiềm năng mang lại, thị trường nhà máy thông minh trên toàn cầu ước đạt 153,7 tỷ USD vào năm 2019 và con số này được dự báo sẽ tăng đạt mức 244,8 tỷ USD vào năm 2024. (1)
Lợi ích từ phát triển nhà máy thông minh cho các doanh nghiệp sản xuất
Vận hành dựa trên dữ liệu, trong các quy trình và tại các khu vực của nhà máy thông minh, các máy móc, thiết bị và tài sản được gắn các thiết bị cảm biến thông minh. Với những cảm biến này, các máy móc, thiết bị và tài sản được kết nối và giao tiếp với nhau qua hệ thống mạng và chia sẻ dữ liệu, thông tin theo thời gian thực hoặc gần thực. Nhờ đó, hệ thống quản trị có thể truy xuất dữ liệu tức thời, đồng thời, các dữ liệu đảm bảo được cập nhật liên tục và đầy đủ nhất.
Dựa trên những dữ liệu thu thập, nhân viên thực thi hoặc quản lý luôn nắm bắt được tình trạng hoạt động của máy móc nhằm tối ưu hóa năng suất hay giám sát điều khiển chúng từ xa. Đặc biệt, với khả năng kết nối, đồng bộ dữ liệu các hệ thống công nghệ hay với các hệ thống thông minh khác, doanh nghiệp sẽ khai thác được tối đa khả năng của các hệ thống, thiết bị nhằm đạt được năng suất sản xuất cũng như hiệu quả kinh doanh cao nhất.
Không chỉ dừng lại ở khả năng hỗ trợ con người trong việc theo dõi, điều khiển các thiết bị máy móc một cách hiệu quả trong nhà máy, trong nhà máy thông minh còn có sự ứng dụng tích hợp của các công nghệ chuyển đổi số. Tùy thuộc vào đặc thù sản phẩm doanh nghiệp, các công nghệ sẽ được lựa chọn và tùy chỉnh một cách linh hoạt.
Có thể kể đến những ứng dụng của trí tuệ nhân tạo hay công nghệ robot. Dựa trên những dữ liệu được thu thập và xử lý, trí tuệ nhân tạo sẽ giúp phân tích thông tin, đưa ra các nhận định hay dự báo, hỗ trợ người quản lý lập kế hoạch công việc, đưa ra những quyết định chính xác và kịp thời, đảm bảo các thay đổi hay sự cố được xử lý một cách nhanh chóng.
Bên cạnh đó, công nghệ robot có thể giúp tự động thực hiện các công việc có thao tác lặp trong quy trình sản xuất, các công việc khó hay các công việc trong môi trường độc hại, giúp tối ưu nguồn lực cũng như giảm thiểu các tai nạn lao động xảy ra, bảo vệ sức khỏe người lao động.
Như vậy, nhà máy thông minh cho phép các hoạt động sản xuất – kinh doanh diễn ra một cách hiệu quả và lịnh hoạt hơn, giảm thiểu những sai sót và hạn chế về mặt địa lý, tối ưu chi phí vận hành và nguyên vật liệu, giúp cải thiện hoạt động hiệu suất của các máy móc thiết bị cũng như của nguồn lực lao động.
Bên cạnh đó, quá trình lập kế hoạch dựa trên số liệu và dự báo cũng trở nên phù hợp và chính xác với thực tế hơn, nâng cao hiệu quả hoạt động của chuỗi cung ứng, từ nhà cung cấp đến đến doanh nghiệp đến khách hàng. Trang bị những năng lực này, doanh nghiệp hay nhà máy sản xuất gia tăng tính nhanh nhạy trong việc phản ứng trước các biến động về nhu cầu sản xuất và thị trường.
Một số rào cản trong việc phát triển nhà máy thông minh
Trên thực tế, có một số vấn đề có thể được coi là rào cản cho sự phát triển của các giải pháp nhà máy thông minh như các quy định nghiêm ngặt về yêu cầu sử dụng năng lượng hay sự thiếu hụt nguồn lực lao động về cả số lượng và chất lượng do sự già hóa của lực lượng lao động có tay nghề hiện tại khiến các nhà lãnh đạo doanh nghiệp cần quan tâm nhiều hơn đến các vấn đề tự động hóa các quy trình vận hành trong nhà máy nhằm giải quyết các vấn đề về nguồn lực.
Bên cạnh đó, các nhà máy thông minh thường xuyên phải đối mặt với các cuộc tấn công mạng. Theo một cuộc khảo sát với sự tham gia của 500 chuyên gia CNTT tại Hoa Kỳ, Đức và Nhật Bản đã cho thấy khoảng 78% cho rằng công nghệ là thách thức bảo mật lớn nhất, 68% là từ con người và 67% từ quy trình thực hiện (2). Tuy nhiên chưa đến 50% số người tham gia khảo sát cho biết họ đang thực hiện các biện pháp kỹ thuật để cải thiện an ninh mạng tại nhà máy của mình.
Trường hợp thực tế về ứng dụng nhà máy thông minh và hiệu quả mang lại
Nhà máy Siemens được thành lập năm 1989 ở Amberg, Đức là một ví dụ điển hình về xây dựng thành công hoạt động nhà máy thông minh. Siemens là một hãng sản xuất thiết bị công nghiệp lớn nhất của Đức, đã phát triển các ứng dụng cho phép truy cập dữ liệu ngành trên nền tảng Cloud (điện toán đám mây) do chính công ty đầu tư và phát triển để giám sát trực tuyến các máy móc công cụ, rô bốt công nghiệp…
Siemens tập trung vào việc định hình lại các quy trình bằng kỹ thuật số hóa, cho toàn bộ doanh nghiệp công nghiệp và hoạt động sản xuất của mình. Quá trình sản xuất sẽ được ghi lại, theo dõi, phân tích và tối ưu hóa hoàn toàn bằng các thiết bị kỹ thuật số. Qua việc áp dụng các cải tiến, Siemens đã có được năng suất tăng gấp 10 lần và chất lượng sản xuất đạt mức 99,9% (3).
Một ví dụ khác có thể đề cập đến là Hirotec – một nhà sản xuất phụ tùng ô tô toàn cầu với doanh thu hàng năm hơn 1 tỷ đô. Một thách thức lớn với công ty là thời gian dừng hoạt động theo kế hoạch sẽ có thể mất đến 361 đô/giây (4). Để khắc phục hạn chế này, Hirotec đã ứng dụng kết hợp công nghệ IoT (Internet vạn vật) và Cloud (điện toán đám mây) cùng các máy chủ nhỏ nhưng mạnh trên các sàn nhà máy của mình nhằm tạo ra dữ liệu phân tích mà không tốn không gian vật lý.
Tiếp đó, công nghệ học máy sẽ được ứng dụng để dự đoán và ngăn chặn các lỗi hệ thống, dựa trên những dữ liệu thu thập. Sau giai đoạn thử nghiệm, nhờ các công nghệ, nền tảng, hệ thống được ứng dụng, Hirotec có thể giảm 100% thời gian kiểm tra thủ công cho các hệ thống, loại bỏ thời gian chết trong vận hành, cho phép các kỹ thuật viên đầu tư thời gian đó vào các công việc mang lại nhiều giá trị hơn cho quy trình sản xuất (4).
Nhà máy thông minh là chìa khóa, là trung tâm của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, kết hợp cải tiến các hoạt động sản xuất truyền thống với công nghệ kỹ thuật số giúp các nhà sản xuất đạt được hiệu suất cao hơn, góp phần tăng doanh thu và giảm chi phí vận hành cho doanh nghiệp. Nhà máy số là hướng đi tiềm năng và sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ hơn nữa trong tương lai.
Nguồn tham khảo
(1) Statista. 2021. Industry 4.0: smart factory market size worldwide 2019/2024
(2) Smart Factory. 2021. Các nhà máy thông minh là mục tiêu dễ dàng các cuộc tấn công mạng
(3) Internet of business. N.d. Five smart factories – and what you can learn from them
(4) ptc. n.d. Hirotec from smart manufacturing, to smart factory — to smart enterprise
