Hệ thống sản xuất thông minh trong thời đại công nghiệp 4.0

Sản xuất thông minh. (Nguồn: vista.gov.vn)

CMCN 4.0 là một giai đoạn mới cho các hệ thống sản xuất, đặc biệt là các hệ thống SXTM (SMS), có thể đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu về tối ưu hóa và cạnh tranh toàn cầu. Nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và các công nghệ tiên tiến hiện đại như IoT, AI, điện toán đám mây… đã mở ra kỷ nguyên của các thiết bị, máy móc thông minh, dây chuyền sản xuất được kết nối, kích hoạt và điều khiển lẫn nhau mà trong đó giảm thiểu sự tham gia của con người.

Nền tảng cốt lõi của SXTM chính là CPS. Nền tảng này bao gồm: “hệ thống sản xuất thực” (hệ thống sản xuất vật lý gồm: máy móc, phương tiện, các quy trình sản xuất...) và “hệ thống sản xuất ảo” (hệ thống sản xuất mạng gồm: công nghệ nhận dạng qua tần số vô tuyến (RFID), công nghệ cảm biến, công nghệ vi xử lý, công nghệ thông tin viễn thông; “hệ thống nhúng”. CPS cung cấp hình ảnh tổng quan về SXTM đối với vòng đời của một sản phẩm, bắt đầu từ giai đoạn thiết kế sản phẩm, sản xuất, kinh doanh, bảo trì, khai thác và tái chế sản phẩm đó. CPS cho phép tối ưu hóa quá trình trao đổi các thông tin cần thiết để sản xuất, đồng thời kiểm soát toàn bộ quy trình sản xuất dựa trên nền tảng IoT. Thông qua hệ thống sản xuất ảo với sự tích hợp của hạ tầng công nghệ thông tin và các phần mềm ứng dụng, CPS sẽ được “kích hoạt” bởi sự tham gia của con người, máy móc, thiết bị. Hay nói cách khác, con người (bao gồm nhà sản xuất, người tiêu dùng...) không chỉ tham gia trực tiếp vào quản lý và kiểm soát hệ thống SXTM, mà còn được “nhúng” vào trong hệ thống SXTM thành một thể thống nhất.

Khác với các hệ thống sản xuất thông thường hiện nay, CPS trong hệ thống SXTM có thể được coi là hệ thống của các hệ thống với sự tham gia của nhiều lĩnh vực khác nhau như: kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật điện, khoa học máy tính... Sự thay đổi từ công nghiệp truyền thống hiện nay sang công nghiệp 4.0 gắn liền với sự hình thành và phát triển hệ thống SXTM. CPS sẽ tạo ra nhiều thách thức mới về công nghệ, mô hình tổ chức sản xuất và với người lao động trong doanh nghiệp. Con người, máy móc và hệ thống sản xuất ảo sẽ tương tác chặt chẽ, hiệu quả và an toàn với nhau thông qua các giao diện phù hợp để hình thành nên một mô hình sản xuất, kinh doanh mới, giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất, đạt lợi nhuận cao.

Mục tiêu của SXTM là trang bị cho ngành công nghiệp chế tạo những công nghệ hiện đại, các hệ thống tích hợp định hướng dữ liệu, các hướng dẫn quản lý và phương pháp tiếp cận tiên tiến để tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt của các môi trường sản xuất hiện có. SXTM có vai trò hết sức quan trọng đối với năng lực cạnh tranh của các quốc gia trong nền kinh tế toàn cầu. Khi công nghệ phát triển, số hóa trở thành một yếu tố cốt lõi, cảm biến và thiết bị đo thông minh mang lại nhiều thứ hơn, chẳng hạn như cung cấp thông tin trạng thái thời gian thực về quy trình hoạt động sản xuất, bao gồm trạng thái của thiết bị hoặc sản phẩm, cung cấp thông tin giúp dự đoán trước các vấn đề có thể xảy ra, từ đó nhanh chóng đưa ra các quyết định một cách tự chủ. SXTM có khả năng đáp ứng linh hoạt với thời gian sản xuất thực tế, không chỉ giới hạn ở một địa điểm, nhà máy hoặc một phân xưởng, một đơn vị sản xuất mà có thể tối ưu hóa theo mạng lưới nhiều đơn vị sản xuất trong cùng hệ thống. Vì thế, doanh nghiệp có thể tối ưu hóa quá trình sản xuất, tăng năng suất, tạo ra các sản phẩm mới có chất lượng cao hơn, không gian sản xuất được mở rộng...

Nguyễn Thanh Tùng

Trung tâm Khoa học và Công nghệ