Nhà máy thông minh là bước tiến bộ vượt bậc trong ngành sản xuất thời kỳ công nghiệp 4.0. Vậy, nhà máy thông minh là gì, hoạt động như thế nào? Hãy cùng Elcom tìm hiểu trong nội dung dưới đây.

Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về nhà máy thông minh (Smart factory). Hiện nay các quốc gia trên thế giới đều đang hướng tới xây dựng nhà máy thông minh để tối ưu quá trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm bớt chi phí.

1. Nhà máy thông minh là gì?

Nhìn chung, nhà máy thông minh (Smart factory) được hiểu là một cơ sở sản xuất số hóa, sử dụng trang thiết bị, máy móc và hệ thống sản xuất kết nối với nhau để liên tục thu thập và chia sẻ dữ liệu. Dữ liệu sau đó sẽ sử dụng để phân tích, đưa ra quyết định cải tiến quy trình cũng như giải quyết mọi vấn đề có thể phát sinh trong tương lai.

Các phương pháp sản xuất thông minh được sử dụng trong một nhà máy thông minh được kích hoạt bởi nhiều công nghệ bao gồm trí tuệ nhân tạo (AI - Artificial Intelligence), phân tích dữ liệu lớn (Big data), điện toán đám mây (Cloud computing) và Internet vạn vật công nghiệp (IIoT - Internet of Things).

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

2. Lợi ích của nhà máy thông minh

Hệ thống sản xuất hợp tác, được tích hợp đầy đủ mang lại nhiều lợi ích cho người vận hành.

Nâng cao năng suất

Nhà máy thông minh sử dụng trang thiết bị được kết nối để cho phép ra quyết định dựa trên bằng chứng, nhằm tối ưu hóa hiệu quả và năng suất. Quy trình sản xuất nhanh hơn, thành phẩm có chất lượng đồng đều, hạn chế tối đa sản phẩm lỗi.

Nhà máy hoạt động theo nguyên tắc tự động hóa, giảm bớt sự can thiệp của con người. Máy móc có thể được lập trình để hoạt động 24/7, ít hoặc không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tinh thần, sức khỏe,...

Tối ưu chi phí sản xuất

Việc thay đổi quy trình so với phương pháp sản xuất truyền thống giúp doanh nghiệp giảm bớt chi phí thuê nhân công, bảo dưỡng và tu sửa hệ thống máy móc đồ sộ, vận hành cho những nguồn lực lãng phí,...

Việc nâng cao năng suất, tạo ra số lượng thành phẩm nhiều hơn trong cùng một điều kiện sản xuất (như thời gian, địa điểm,...) cũng làm giảm bớt chi phí doanh nghiệp phải bỏ ra để tạo ra một sản phẩm.

Nhà máy thông minh giúp nâng cao năng suất, giảm chi phí trung bình để tạo ra sản phẩm - Ảnh: Internet

Tối ưu hóa quy trình

Dữ liệu sau khi được thu thập, phân tích sẽ hỗ trợ xác định vấn đề, đưa ra giải pháp giảm hoặc loại bỏ khả năng sản xuất dư thừa, không đúng chỗ hoặc sai mục đích, từ đó làm tăng hiệu quả và sản lượng mà không cần đầu tư quá nhiều vào các nguồn lực mới để thử nghiệm.

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, tối ưu hóa nguồn lực và hậu cần vì mỗi thứ đều được đánh giá và tối ưu dựa trên phản hồi thực tế.

Dự đoán bảo trì

Những lợi ích lâu dài đạt được thông qua việc đưa công nghệ máy học (Machine learning) vào quy trình nhà máy thông minh.

Thông qua dữ liệu, doanh nghiệp có thể lên lịch bảo trì phòng ngừa và dự đoán - dựa trên thông tin chính xác trong thực tế -  giúp phát hiện và giải quyết các vấn đề trước khi chúng trở nên quá nghiêm trọng, tránh ngừng hoạt động dây chuyền sản xuất quá lâu và lãng phí chi phí bảo trì dự phòng không cần thiết.

Đảm bảo an toàn lao động

Nhà máy thông minh làm giảm bớt vai trò của con người, từ đó hỗ trợ thực hiện các công việc nặng nhọc, tiếp xúc độc hại. Nhờ đó, sức khỏe của người lao động cũng được đảm bảo hơn.

Quá trình tự động hóa hoạt động bằng máy móc giảm thiểu lỗi gây ra bởi con người, bao gồm cả các tai nạn lao động gây thương tích. Khả năng tự động của máy móc có thể thay thế một số vai trò nhất định, yêu cầu các hoạt động lặp đi lặp lại, thủ công.

Máy móc có thể thực hiện thay con người nhiều công việc - Ảnh: Internet

Kiểm soát chất lượng sản phẩm

Đây là là vấn đề tương đối khó khăn với nhiều doanh nghiệp. Công nghệ được ứng dụng trong nhà máy thông minh để theo dõi và kiểm soát chặt chẽ quá trình tạo ra sản phẩm.

Khi phát hiện sản phẩm không đạt tiêu chuẩn hoặc các điều kiện bất thường ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, hệ thống sẽ ngay lập tức đưa ra cảnh báo. Nhờ đó, doanh nghiệp sớm xác định được tình hình, nguyên nhân sự cố để đưa ra cách khắc phục kịp thời.

Doanh nghiệp sẽ chủ động hơn trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm, tránh rủi ro cuối chu kỳ, đồng thời hạn chế tối đa việc đưa những sản phẩm lỗi đến tay khách hàng.

Tăng lợi thế cạnh tranh

Nhà máy thông minh giúp doanh nghiệp có lợi thế cạnh tranh trong một thị trường đông đúc. Khi quá trình làm việc nhanh hơn, thông minh hơn và tiết kiệm chi phí hơn so với đối thủ, doanh nghiệp sẽ có được nhiều khách hàng hơn nhờ giảm giá bán, tăng chất lượng sản phẩm.

Nâng cao mức độ hài lòng của khách hàng

Việc phát hiện nhanh chóng các vấn đề gặp phải giúp cho doanh nghiệp chủ động về trang thiết bị, thời gian sản xuất, đảm bảo đáp ứng thời gian hoàn thành đơn hàng theo đúng tiến độ. Chất lượng sản phẩm, thời gian giao hàng đảm bảo chắc chắn sẽ khiến mức độ hài lòng của khách hàng tăng lên.

Với ngành bán lẻ, sản phẩm hoàn chỉnh, được kiểm duyệt kỹ lưỡng trước khi đưa đến tay người dùng cuối, hạn chế tối đa lỗi cũng góp phần tăng trải nghiệm tốt và độ hài lòng của khách hàng.

3. Các cấp độ của nhà máy thông minh

Có bốn cấp độ được sử dụng để đánh giá hành trình phát triển thông qua quá trình cải tiến để trở thành một nhà máy sản xuất thông minh.

Cấp độ một: Tính sẵn có của dữ liệu cơ bản

Ở cấp độ này, một nhà máy hoặc cơ sở sản xuất chưa thực sự “thông minh”. Họ có sẵn dữ liệu nhưng không dễ dàng truy cập hoặc phân tích. Quá trình phân tích dữ liệu thủ công thường mất nhiều thời gian và chi phí.

Cấp độ hai: Phân tích dữ liệu chủ động

Ở cấp độ này, dữ liệu được truy cập ở dạng có cấu trúc hơn và dễ hiểu hơn. Dữ liệu sẽ được cung cấp tập trung, tổ chức với hình ảnh và màn hình hiển thị, giúp cho quá trình xử lý hiệu quả. Điều này cho phép phân tích dữ liệu chủ động hơn, mặc dù vẫn cần nhiều nguồn lực hỗ trợ.

Cấp độ ba: Dữ liệu hoạt động

Ở cấp độ này, dữ liệu được phân tích với sự hỗ trợ của công nghệ ML và AI, đem đến cái nhìn sâu sắc mà không cần con người giám sát quá nhiều. Hệ thống tự động hơn cấp độ trước đó và có thể dự đoán các vấn đề bất thường để chủ động tìm cách khắc phục trước các lỗi tiềm ẩn.

Cấp độ bốn: Dữ liệu hướng tới hành động

Cấp độ thứ tư được xây dựng dựa trên bản chất tích cực của cấp độ ba để tạo ra giải pháp cho các vấn đề có thể xảy ra. Trong một số trường hợp, máy móc có khả năng thực hiện một số hành động để giảm bớt rủi ro hoặc cải thiện quy trình mà không cần sự can thiệp của con người.

4. Những công nghệ được ứng dụng trong nhà máy thông minh

Nhà máy thông minh sử dụng nhiều 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. Hiện tại, các công nghệ này bao gồm:

Internet of Things (IoT)

Công nghệ IoT giúp thiết bị, máy móc và/hoặc quy trình được kết nối thông qua hệ thống truyền thông dữ liệu Internet để thông tin được chia sẻ với con người và các máy móc khác.

Kết hợp với công nghệ cảm biến và điện toán đám mây, IoT công nghiệp (IIoT - Industrial IoT) tự động hóa rất nhiều công việc, theo dõi, xác định, cải tiến trong quy trình sản xuất.

IIoT là một phần của “Công nghiệp 4.0”, 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, bao gồm: Kết nối không dây, cảm biến và các chương trình thu thập dữ liệu.

Việc giám sát liên tục nhờ IIoT không chỉ giúp giảm chi phí và thời gian cho các quy trình sản xuất, mà còn cải thiện sự an toàn môi trường sản xuất bằng cách giám sát các lỗi tiềm ẩn và cho phép bảo trì dự đoán.

Sử dụng máy học để tối ưu hóa quy trình sản xuất cũng có thể làm giảm tiêu thụ năng lượng, mang lại nhiều lợi ích cho môi trường hơn.

Nhà máy thông minh ứng dụng nhiều công nghệ hiện đại - Ảnh: Internet

Cảm biến (Sensor)

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, đồng thời giám sát các quy trình. Chẳng hạn như, cảm biến theo dõi nhiệt độ hoặc các biến số khác.

Ở cấp độ tự động cao, hệ thống sẽ tự động khắc phục sự cố hoặc cảnh báo cho nhân viên. Các cảm biến này có thể được liên kết với mạng để cung cấp khả năng giám sát kết hợp trên một số máy.

Điện toán đám mây (Cloud computing)

Việc lưu trữ và xử lý dữ liệu thu thập được từ các cảm biến được thực hiện thông qua điện toán đám mây. Việc lưu trữ và xử lý dữ liệu trên đám mây linh hoạt hơn và chi phí thấp hơn so với hình thức truyền thống, cho phép một lượng lớn dữ liệu được tải lên, lưu lại và phân tích, đánh giá để cung cấp phản hồi cho việc ra quyết định trong thời gian thực.

Phân tích dữ liệu lớn (Big data)

Sau khi thu thập được nhiều dữ liệu hơn, doanh nghiệp sử dụng thông tin có được qua quá trình phân tích để tìm hiểu, đánh giá chi tiết về hiệu quả, năng suất hoạt động của quy trình sản xuất.

Dữ liệu lớn cho phép phát hiện các mẫu lỗi và đảm bảo các thông tin dự đoán được thực hiện với mức độ chính xác cao hơn. Đồng thời, dữ liệu có thể được chia sẻ giữa các nhà máy hoặc thậm chí các tổ chức khác nhau để giải quyết các vấn đề chung và tối ưu hóa hơn nữa các quy trình.

Thực tế ảo và thực tế tăng cường

Công nghệ thực tế ảo (VR - Virtual reality) là một môi trường 3D mô phỏng, cho phép người dùng khám phá và tương tác với môi trường ảo xung quanh theo cách gần đúng với thực tế. Môi trường này được cảm nhận bằng các giác quan của người dùng, thông qua các thiết bị như mũ, tai nghe, kính thực tế ảo.

Công nghệ thực tế ảo tăng cường (AR - Augmented Reality) được phát triển trên nền tảng công nghệ thực tế ảo. So với VR, AR hỗ trợ thêm thành phần kỹ thuật số tương tác. Vì vậy, các nhà máy có thể kích hoạt camera, xem thế giới thực xung quanh trên màn hình và tương tác với vật thể 3D thông qua lớp phủ kỹ thuật số.

Cả hai công nghệ này giúp các nhà vận hành nhà máy thông minh xây dựng kế hoạch tổ chức, nhiệm vụ sản xuất và bảo trì, sửa chữa thiết bị.

Ứng dụng công nghệ thực tế ảo trong nhà máy thông minh - Ảnh: Internet

Cặp song sinh kỹ thuật số (Digital Twins)

Cặp song sinh kỹ thuật số là một bản sao kỹ thuật số của một vật thể thực tế, được tạo ra từ các luồng dữ liệu thu thập được từ các cảm biến gắn trong vật thể đó, sau đó lưu trữ tại cơ sở hoặc trên đám mây.

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

Nhà máy thông minh là xu hướng chuyển đổi số tất yếu trong ngành sản xuất. Với việc ứng dụng công nghệ, nhà máy có thể thay con người lao động với năng suất cao hơn, chất lượng sản phẩm tốt hơn.

Nguồn tham khảo:

https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-a-smart-factory