Smart manufacturing là gì?
Smart manufacturing hay sản xuất thông minh là việc sử dụng hệ thống sản xuất tích hợp máy móc/thiết bị, công nghệ thông tin kỹ thuật số và ứng dụng trí tuệ nhân tạo để cải thiện hiệu suất sản xuất, đáp ứng nhu cầu thị trường.
Cách mạng công nghiệp 4.0 đã tạo ra nhiều thay đổi mang tính đột phá trong lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là quá trình chuyển đổi số. Quá trình này đang diễn ra ở mọi khía cạnh của sản xuất, từ đơn giản đến phức tạp, hình thành nên quy trình và nhà máy sản xuất thông minh. Sự phát triển của các công nghệ sản xuất hiện đại là yếu tố không thể thiếu giúp doanh nghiệp tiến gần hơn đến xu hướng sản xuất thông minh trong tương lai.
Các công nghệ ứng dụng trong sản xuất thông minh
Trí tuệ nhân tạo (AI)
Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence – AI) là hệ thống được lập trình bởi con người dùng để mô phỏng nhận thức và khả năng ra quyết định của con người.
Một trong những lợi ích đáng kể nhất của công nghệ AI trong sản xuất thông minh là khả năng tiến hành phân tích dữ liệu theo thời gian thực một cách hiệu quả. Với các thiết bị IoT và cảm biến thu thập dữ liệu từ máy móc, thiết bị và dây chuyền lắp ráp, các thuật toán được hỗ trợ bởi AI có thể nhanh chóng xử lý và phân tích đầu vào để xác định mô hình và xu hướng, giúp nhà sản xuất hiểu được quy trình hoạt động sản xuất như thế nào cũng như xác định các điểm bất thường và lỗi thiết bị.
IoT (Internet vạn vật)
IoT là một mạng lưới gồm các máy móc, công cụ và cảm biến được kết nối với nhau, giao tiếp với nhau để thu thập và chia sẻ dữ liệu. Tài sản được kết nối IoT giúp các cơ sở sản xuất công nghiệp quản lý và bảo trì thiết bị bằng cách sử dụng điện toán đám mây và tạo điều kiện liên lạc giữa các máy móc được hỗ trợ. Các tính năng này sử dụng đồng thời dữ liệu từ nhiều máy, tự động hóa quy trình và cung cấp cho nhà sản xuất những phân tích phức tạp hơn.
Trong các nhà máy thông minh, thiết bị IoT được sử dụng để nâng cao tầm nhìn của máy, theo dõi mức tồn kho và phân tích dữ liệu để tối ưu hóa quy trình sản xuất hàng loạt. IoT tiềm năng đối với tương lai ngành sản xuất bởi nó không chỉ cho phép các tài sản thông minh được kết nối internet giao tiếp và chia sẻ dữ liệu chẩn đoán, cho phép so sánh tài sản và hệ thống tức thời mà còn giúp các nhà sản xuất đưa ra quyết định sáng suốt hơn về toàn bộ hoạt động sản xuất hàng loạt.
Thực tế tăng cường (Augmented Reality)/Thực tế ảo (Virtual Reality)
Thực tế ảo (VR) là công nghệ cho phép người dùng tương tác trong môi trường thực được mô phỏng bằng máy tính. Thực tế tăng cường (AR) là sự kết hợp của VR trong đó thực tế và môi trường mô phỏng bằng máy tính được hợp nhất.
AR và VR đang thay đổi bức tranh của ngành công nghiệp và ứng dụng trong các trường hợp sử dụng sản xuất thông minh khác nhau. Nhờ AR, công nhân có thể nhận được hướng dẫn trực tiếp và thông tin liên quan trên màn hình hiển thị khi thao tác trên thiết bị. VR cung cấp môi trường mô phỏng để đào tạo công nhân mới, giúp họ làm quen với quy trình và tăng cường kỹ năng. Kể từ khi đại dịch bùng phát, lĩnh vực sản xuất thông minh đã tăng gấp đôi AR/VR để đào tạo và sử dụng chuyên môn từ xa để sửa chữa hoặc hướng dẫn khác.
Điện toán đám mây (Cloud Computing) và Điện toán biên (Edge Computing)
Điện toán đám mây là một mô hình cung cấp các tài nguyên CNTT theo nhu cầu sử dụng, giúp người dùng tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa hiệu quả sử dụng.
Điện toán biên là một mô hình điện toán phân tán, trong đó các tác vụ xử lý dữ liệu được thực hiện tại các thiết bị biên, gần với nguồn phát sinh dữ liệu và người dùng cuối. Điều này giúp cải thiện hiệu suất, giảm độ trễ và tăng cường bảo mật cho các ứng dụng.
Điện toán đám mây và điện toán biên đóng một vai trò quan trọng trong cách thức vận hành của các nhà máy sản xuất thông minh. Điện toán đám mây giúp các tổ chức quản lý việc thu thập và lưu trữ dữ liệu từ xa, loại bỏ nhu cầu về phần mềm và phần cứng tại chỗ, đồng thời tăng khả năng hiển thị dữ liệu trong chuỗi cung ứng. Với các giải pháp dựa trên đám mây, nhà sản xuất có thể tận dụng các ứng dụng IoT và các công nghệ tiên tiến khác (như điện toán biên) để giám sát dữ liệu thiết bị theo thời gian thực và mở rộng quy mô hoạt động của họ dễ dàng hơn.
Mặt khác, điện toán biên là một mô hình điện toán phân tán giúp đưa tính toán và lưu trữ dữ liệu đến gần hơn với hoạt động sản xuất, thay vì lưu trữ nó trong một trung tâm dữ liệu dựa trên đám mây trung tâm. Trong bối cảnh sản xuất thông minh, điện toán ranh giới triển khai các tài nguyên điện toán và lưu trữ dữ liệu ở rìa mạng—gần các thiết bị và máy móc tạo ra dữ liệu hơn—cho phép xử lý nhanh hơn với khối lượng dữ liệu thiết bị cao hơn.
Automation & Robotics
Tự động hóa quy trình bằng robot (RPA) là động lực chính của sản xuất thông minh, trong đó robot đảm nhận các nhiệm vụ lặp đi lặp lại và/hoặc nguy hiểm như lắp ráp, hàn và xử lý vật liệu. Công nghệ robot có thể thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại nhanh hơn và có độ chính xác cao hơn nhiều so với con người, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu rủi ro.
Xem thêm: Ứng dụng của sản xuất thông minh trong ngành nhựa
Big Data Analysis
Big Data Analysis là quá trình sử dụng các kỹ thuật phân tích nâng cao để tìm hiểu các mẫu, xu hướng và mối quan hệ trong các tập dữ liệu khổng lồ. Các tập dữ liệu này có thể bao gồm dữ liệu có cấu trúc, bán cấu trúc và phi cấu trúc, từ các nguồn khác nhau và ở các kích thước khác nhau.
Big Data Analysis chạm đến mọi phần khác của sản xuất thông minh và trong một số trường hợp, dữ liệu xác định khía cạnh “thông minh” của công nghệ. Sản xuất thông minh dựa trên dữ liệu học hỏi của máy và dựa vào đám mây để lưu trữ và xử lý. Nhưng phân tích dữ liệu lớn cũng là chìa khóa cung cấp thông tin cho việc ra quyết định sản xuất chính xác, đánh giá rủi ro, cơ cấu chi phí, chiến lược tăng trưởng, kiểm soát và cải tiến chất lượng, sản xuất theo đơn đặt hàng và các mô hình bán hàng khác.
CNC Machining
CNC – Computer Numerical Control là một phương pháp sản xuất trừ, là việc tạo ra các thiết kế có hình dạng tùy chỉnh từ phôi thông qua các điều khiển máy tính. Bằng cách cắt vật liệu từng lát nhỏ ra khỏi một phần ban đầu thay vì thêm vật liệu để tạo ra sản phẩm.
Gia công CNC có thể được mô tả như một quá trình sản xuất được thực hiện bởi robot. Quá trình này có thể giúp tăng năng suất vì máy CNC có thể chạy tự động mà không cần người vận hành có mặt liên tục.
Máy điều khiển số (CNC) máy tính tiên tiến thực hiện phay, tiện, cắt, khoan và các hoạt động khác chính xác trên nhiều trục từ các thiết kế và mô hình của phần mềm sản xuất được hỗ trợ bằng máy tính (CAM). Thông thường trong sản xuất thông minh, máy CNC có cảm biến không dây như một phần của IoT.
Design for Manufacturing
Thiết kế để sản xuất (DFM) hoặc thiết kế để sản xuất và lắp ráp (DfMA), là một phương pháp thiết kế cho phép và tối ưu hóa quá trình đúc sẵn thông qua một tập hợp các nguyên tắc và lựa chọn thiết kế. Các sản phẩm và linh kiện được thiết kế đặc biệt để sản xuất và giúp quá trình sản xuất trở nên dễ dàng và tiết kiệm chi phí hơn. Nó liên quan đến việc thiết kế và sản xuất bằng phần mềm CAD và CAM chuyên dụng.
3D printing
3D printing, còn được gọi là sản xuất bồi đắp, là một công nghệ phát triển nhanh chóng đã thay đổi cách các công ty thiết kế, tạo nguyên mẫu và sản xuất sản phẩm. Các nhà máy thông minh chủ yếu sử dụng 3D printing để sản xuất các bộ phận và bộ phận phức tạp một cách nhanh chóng và chính xác.
Các quy trình sản xuất truyền thống như ép phun có thể bị hạn chế bởi sự phức tạp của hình dạng bộ phận của nguyên mẫu và chúng có thể yêu cầu nhiều bước và thao tác để sản xuất. Với 3D printing, các nhà sản xuất có thể tạo ra các hình dạng phức tạp chỉ trong một bước, giảm thời gian và chi phí sản xuất.
Blockchain
Blockchain là một sổ cái chung giúp các công ty ghi lại các giao dịch, theo dõi tài sản và cải thiện an ninh mạng trong mạng lưới kinh doanh. Trong hệ thống thực thi sản xuất thông minh (MES), blockchain tạo ra một bản ghi bất biến về từng bước trong chuỗi cung ứng, từ nguyên liệu thô đến thành phẩm. Bằng cách sử dụng blockchain để theo dõi quá trình di chuyển của hàng hóa và nguyên liệu, các nhà sản xuất có thể đảm bảo rằng mọi bước trong quy trình sản xuất đều minh bạch và an toàn, giảm nguy cơ gian lận và nâng cao trách nhiệm giải trình.
Bản sao kỹ thuật số (Digital Twin)
Bản sao kỹ thuật số đã trở thành một khái niệm ngày càng phổ biến trong thế giới sản xuất thông minh. Bản sao kỹ thuật số là bản sao ảo của một vật thể hoặc hệ thống vật lý được trang bị cảm biến và kết nối với Internet, cho phép nó thu thập dữ liệu và cung cấp thông tin chuyên sâu về hiệu suất theo thời gian thực. Bản sao kỹ thuật số được sử dụng để giám sát và tối ưu hóa hiệu suất của quy trình sản xuất, máy móc và thiết bị.
Bằng cách thu thập dữ liệu cảm biến từ thiết bị, bản sao kỹ thuật số có thể phát hiện những điểm bất thường, xác định các vấn đề tiềm ẩn và cung cấp thông tin chuyên sâu về cách tối ưu hóa quy trình sản xuất. Các nhà sản xuất cũng có thể sử dụng bản sao kỹ thuật số để mô phỏng các kịch bản và thử nghiệm cấu hình trước khi triển khai, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì và hỗ trợ từ xa.
