Smart Factory – Xu hướng phát triển trong giai đoạn chuyển giao công nghệ

Các thiết bị thông minh đang là một xu hướng được nhiều người yêu thích. Để theo kịp xu hướng phát triển công nghệ của thời đại, việc vận dụng trí tuệ nhân tạo trong kinh doanh sản xuất đang được nhiều doanh nghiệp hướng đến, gọi là Smart Factory. Hiểu thế nào về việc xây dựng Smart Factory và phát triển nhà máy thông minh mang lại những lợi ích gì cho doanh nghiệp? Hãy cùng 3DS chúng tôi tìm hiểu về công nghệ hiện đại này nhé!

1. Đôi nét về Smart Factory

Để có cái nhìn tổng quan về Smart Factory, bạn có thể tham khảo một số thông tin khái quát về phương pháp sản xuất thông minh này được trình bày dưới đây.

1.1. Giới thiệu về Smart Factory

Nhà máy thông minh hay Smart Factory là một thuật ngữ dùng để chỉ quá trình chuyển đổi từ hệ thống sản xuất truyền thống sang hệ thống sản xuất tự động hoá trong nhà máy. 

Một nhà máy thông minh có thể tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau: từ máy móc, thiết bị sản xuất cho đến các quá trình sản xuất cung ứng. Dữ liệu này được được kết nối, linh hoạt và sử dụng xuyên suốt quá trình hoạt động của nhà máy như: kiểm soát và cải tiến quy trình, dự báo và giải quyết những vấn đề phát sinh trong quá trình làm việc, đáp ứng nhu cầu mới của thị trường.

1.2. Những tính năng quan trọng của Smart Factory

• Kết nối thông minh (Connected)

Đặc điểm quan trọng nhất của nhà máy thông minh là khả năng kết nối. Toàn bộ máy móc, thiết bị của smart factory đều được lắp đặt các cảm biến thông minh. Nhờ vậy hệ thống có thể truy xuất liên tục và cung cấp đầy đủ các dữ liệu, giúp phản ánh chính xác tình trạng hiện tại của nhà máy.

Sự kết nối dữ liệu từ hoạt động sản xuất đến kinh doanh hay từ nhà cung cấp với khách hàng giúp tạo ra mạng lưới cung ứng toàn diện và hiệu quả hơn.

• Chủ động (Proactive)

Tính năng này bao gồm việc xác định những thay đổi bất thường, dự đoán các vấn đề về chất lượng và theo dõi các rủi ro về an toàn và bảo trì. Nhờ sự hỗ trợ của Smart Factory, đội ngũ lao động có thể thực hiện việc kiểm soát máy móc, thiết bị sản xuất, theo dõi và số hóa các hoạt động. Từ đó tạo nên một hệ thống công nghệ vận hành một cách đồng nhất, giảm thời gian chết của máy móc, nâng cao khả năng dự báo và tự hiệu chỉnh. 

• Có tính linh hoạt (Agile)

Từ những dữ liệu được phân tích và tổng hợp, chúng ta có thể chủ động trong việc lựa chọn phương án chuyển đổi, đề xuất giải pháp để giải quyết những vấn đề phát sinh khi hoạt động, đảm bảo an toàn sản xuất. Cũng nhờ vậy mà doanh nghiệp có thể chủ động phát triển hệ thống sản xuất của mình theo nhu cầu của thị trường, mở rộng sang thị trường mới một cách linh hoạt hơn.

• Giúp việc thu thập dữ liệu được minh bạch (Transparent)

Smart Factory sử dụng một số công cụ tối ưu việc thu thập dữ liệu, tạo một mạng lưới thu thập dữ liệu thông minh, đảm bảo doanh nghiệp có thể đưa ra các quyết định chính xác hơn. Các dữ liệu này đều được thu thập một cách trực quan, minh bạch, chuyển đổi thành các thông tin chi tiết có thể đáp ứng được yêu cầu trong quá trình phát triển sản xuất.

• Khả năng tối ưu hóa (Optimized)

Smart Factory là một mô hình thông minh mang đến cho doanh nghiệp một giải pháp tối ưu hóa công nghệ mà không cần sự can thiệp quá nhiều của con người. Mọi hoạt động trong nhà máy được vận hành tự động như vẫn có thể đảm bảo hiệu quả vận hành cao (tăng sản lượng, chất lượng, uptime, giảm chi phí…). 

Với những tính năng ưu việt được trình bày ở trên thì Smart Factory sẽ là một xu hướng phát triển hiện đại cho doanh nghiệp thực hiện công cuộc chuyển đổi số.

1.3. Cấp độ của Smart Factory:

04 cấp độ của cấu trúc dữ liệu có thể giúp bạn đánh giá xem doanh nghiệp mình ở đâu trong quá trình trở thành một nhà máy thông minh và bạn cần thực hiện những bước nào để tiến lên cấp độ tiếp theo.

• Cấp độ một: Dữ liệu có sẵn

Đây có thể là tình trạng hiện tại của hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất. Dữ liệu có sẵn nhưng được nằm ở những hệ thống riêng biệt và không dễ thu thập. Việc sắp xếp và phân tích dữ liệu đòi hỏi phải thực hiện một cách thủ công, tốn nhiều thời gian khiến quá trình cải tiến sản xuất kém hiệu quả.

• Cấp độ hai: Dữ liệu truy cập được

Ở cấp độ này, dữ liệu liên tục được cập nhật và tích hợp vào chung một nguồn. Dữ liệu được tổ chức với cấu trúc hợp lý hơn, trực quan hóa dưới dạng hình ảnh, bảng điều khiển,…  Khi phát sinh vấn đề, các kỹ sư có thể chủ động truy cập dữ liệu trong hệ thống để cải thiện vấn đề trước khi sự cố xảy ra. Tuy nhiên việc này cũng mất khá nhiều thời gian và đòi hỏi phải có sự can thiệp của các kỹ sư.

• Cấp độ ba: Dữ liệu hoạt động được

Dữ liệu hoạt động có nghĩa là dữ liệu có thể thực hiện phân tích chủ động bằng cách sử dụng máy học và trí tuệ nhân tạo để tạo ra thông tin chi tiết mà không cần nhiều sự giám sát của con người. Hệ thống có thể xác định các vấn đề chính và các điểm bất thường để dự đoán lỗi với độ chính xác cao và thông báo cho những người có liên quan những thông tin cần thiết đúng thời điểm. Nhờ vậy mà mang lại hiệu quả chính xác hơn trong việc dự đoán vấn đề và phát hiện bất thường, chủ động khắc phục một số lỗi tiềm ẩn.

• Cấp độ bốn: Dữ liệu hướng đến hành động

Ở cấp độ này, máy học có thể tạo ra những giải pháp tối ưu cho các vấn đề đã được xác định trong các giai đoạn trước đó. Việc thu thập dữ liệu, xác định vấn đề và đưa ra giải pháp diễn ra theo trình tự mà không cần đến sự tham gia của con người.  

2 . Lợi ích của Smart Factory

Tiêu chí QCD (Quality – Chất lượng, Cost – Chi phí, Delivery – Tiến độ giao hàng) là mối quan tâm hàng đầu của nhiều doanh nghiệp khi thực hiện hoạt động kinh doanh sản xuất. Việc xây dựng Smart Factory sẽ giúp doanh nghiệp có thể kiểm sát hiệu quả QCD trên toàn bộ chuỗi giá trị, cụ thể như sau:

• Quản lý chất lượng (Q – Quality): Chất lượng mang lại cho doanh nghiệp thế mạnh cạnh tranh lớn, đặc biệt đối với một thị trường khó tính và khả năng cung ứng hàng hóa đa dạng như hiện nay. Do đó nâng cấp quy trình sản xuất với Smart Factory sẽ giúp tối ưu chất lượng: Kiểm soát chất lượng nguyên vật liệu, cải thiện tỷ lệ lỗi trong quá trình sản xuất, giảm thiểu tỷ lệ sai sót và chủ động kiểm soát chu trình hoạt động của nhà máy.
• Kiểm soát chi phí (C – Cost): Việc cắt giảm được chi phí sản xuất giúp doanh nghiệp có thể tạo ra được những sản phẩm chất lượng với một mức giá cạnh tranh nhất. Nhờ Smart Factory mà nhiều doanh nghiệp có thể: tối ưu hoá chi phí sản xuất theo từng sản phẩm, cắt giảm chi phí dư thừa do vận hành thủ công, trực quan toàn bộ thông tin sản xuất, … tạo điều kiện để đầu tư nhiều hơn vào chất lượng hàng hóa.
• Tối ưu tiến độ sản xuất (D – Delivery): Với giải pháp Smart Factory, nhà máy có thể giảm thời gian sản xuất, gia tăng mức độ cạnh tranh trong ngành, tận dụng tối đa nguồn lực trong sản xuất, thúc đẩy năng suất nội bộ. 

Như vậy, khi triển khai mô hình nhà máy thông minh, doanh nghiệp có thể nâng cao năng lực sản xuất, từ đó tạo được lợi thế cạnh tranh mạnh và góp phần mở rộng phạm vi kinh doanh, tăng cơ hội gia nhập thị trường quốc tế.

3. Cấu trúc của Smart Factory

Một Smart Factory dù đang ở cấp độ nào thì cũng có cấu trúc chung như sau:

• Thực hiện việc thu thập dữ liệu: Việc thu thập dữ liệu nhằm tạo nên một cơ sở dữ liệu cho phép doanh nghiệp có thể quản lý và tập hợp tất cả dữ liệu hữu ích khác nhau trong kinh doanh, chuỗi cung ứng và thế giới, phục vụ hoạt động của chuỗi cung ứng. Thu thập dữ liệu được tiến hành bằng cách sử dụng các cảm biến và cổng kết nối, Internet vạn vật của công nghiệp (IIoT). Nhờ sự hỗ trợ từ công nghệ AI mà các máy móc thiết bị trong Smart Factory có thể tiếp cận được nguồn dữ liệu được thu thập. 
• Tiến hành phân tích dữ liệu: Từ nguồn dữ liệu thu thập được, máy học và các hệ thống kinh doanh thông minh tiến hành phân tích và tạo ra các giải pháp quản lý dữ liệu hiện đại. Việc phân tích của Smart Factory sẽ đem đến những cảnh báo khi máy móc cần sửa chữa hoặc bảo dưỡng, phát hiện các cơ hội và rủi ro trên thị trường, tối ưu hóa hiệu suất và tự động sửa chữa theo bảo hành. 
• Tự động hóa Smart Factory:  Khi các dữ liệu được tổng hợp và phân tích và tạo được quy trình công việc cũng như các hướng dẫn cụ thể, hệ thống sẽ gửi đến các máy móc và thiết bị với dữ liệu tương ứng phù hợp. Máy móc, thiết bị khi nhận được dữ liệu và thực hiện hoạt động theo hướng dẫn thì hệ thống vẫn tiếp tục theo dõi liên tục để có thể tối ưu hóa được quy trình. 

4. Công nghệ sử dụng Smart Factory

Công nghệ được sử dụng trong hệ thống Smart Factory được phân thành hai nhóm dưới đây:

4.1. Công nghệ chính

Một số công nghệ chính được vận dụng trong hệ thống Smart Factory có thể kể đến như sau:

• Cloud connectivity hay điện toán đám mây: Đây là công nghệ giúp lưu trữ dữ liệu và đảm bảo cho các dữ liệu, thông tin đều có thể được cung cấp đến mỗi khu vực trong nhà máy đang hoạt động. Bên cạnh đó, điện toán đám mây còn có khả năng hiển thị ngay lập tức đối với tất cả các máy móc, thiết bị được kết nối trong chuỗi cung ứng. 
• Big Data Analytics: Để tối ưu hóa quy trình hoạt động của nhà máy, các thông tin từ hệ thống phải được thu thập, phân tích và đánh giá theo thời gian thực. Big Data hỗ trợ doanh nghiệp xử lý khối lượng lớn dữ liệu trong khoảng thời gian hợp lý nhất.
• Sensors hay cảm biến trong Smart Factory: Cảm biến được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu bằng việc cảm nhận điện tử từ môi trường trong trạng thái vật lý, hóa học hay sinh học thành tín hiệu điện. Việc chuyển hóa dữ liệu này sẽ đem lại cho Smart Factory những tham số định tính hoặc định lượng tại môi trường đó để góp phần vào nguồn dữ liệu cho nhà máy.
• Industrial internet of things: Mạng IIoT sẽ trang bị cho mỗi thiết bị trong hệ thống một số nhận dạng duy nhất và khả năng gửi và nhận dữ liệu kỹ thuật số. Nhờ mạng IIoT, các dữ liệu được gửi từ thiết bị sẽ báo cáo về trạng thái và hoạt động, sau đó dữ liệu về kiểm soát và tự động hóa quy trình làm việc sẽ được truyền lại cho thiết bị đó.

4.2. Công nghệ khác

Bên cạnh những công nghệ chính, một số công khác dưới đây cũng được áp dụng thực hiện trong Smart Factory:

• Artificial intelligence: Với sự hỗ trợ của công nghệ AI giúp cho máy móc, thiết bị trong hệ thống Smart Factory có thể tiếp nhận dữ liệu, thông tin chi tiết theo thời gian thực và các đề xuất có thể đáp ứng yêu cầu được đặt ra của mỗi thiết bị trong hệ thống. Các quy trình tự động và hệ thống thông minh sẽ được trí tuệ cảm biến nhân tạo liên tục tối ưu hóa và cung cấp thông tin. 
• Digital Twins: Việc tạo ra một bản sao ảo chính xác cho hệ thống, trở thành cặp song sinh kỹ thuật số của hệ thống gốc giúp giảm thiểu rủi ro hoạt động một cách tối đa. 
• Additive manufacturing: Trong công nghệ này có thể thấy rõ nét nhất vai trò của máy in 3D khi được ứng dụng vào hệ thống Smart Factory. Máy in 3D giúp đơn giản hóa quá trình tạo mẫu và sản xuất số lượng lớn, thời gian sản xuất ngắn, tự do thiết kế và ít lãng phí hơn. 
• Augmented Reality (AR): Công nghệ thực tế ảo AR cho phép người dùng tăng cường các giác quan tự nhiên của họ với dữ liệu thời gian thực từ bất kỳ vị trí hoặc thời điểm nào. Từ đó, doanh nghiệp có thể được cung cấp một cách đầy đủ nhất về tình trạng của nhà máy thông minh. 

5. Chuẩn bị gì để chuyển đổi thành nhà máy thông minh

Để doanh nghiệp có thể tiến hành chuyển đổi thành nhà máy thông minh thì việc ưu tiên hơn hết chính là việc số hóa dữ liệu. Đây sẽ là một bước đệm quan trọng để doanh nghiệp có thể triển khai Smart Factory. Để thực hiện việc số hóa dữ liệu thì doanh nghiệp cần thực hiện các khâu chuyển đổi số sau:

• Chuẩn bị cơ sở hạ tầng số: Tùy vào quy mô và nhu cầu số hóa thực tế của doanh nghiệp mà cần chuẩn bị cơ sở hạ tầng phù hợp. Từ việc đánh giá về quy mô cơ sở hạ tầng số doanh nghiệp có thể tiến hành việc chọn lựa việc đầu tư dịch vụ đám mây tập trung hoặc server vật lý để có thể đặt tại cơ sở của mình. Nhờ vậy, doanh nghiệp mới có thể trang bị máy móc điện tử, hạ tầng dữ liệu, công nghệ phù hợp.

• Số hoá tư liệu sản xuất: Các dữ liệu sản xuất của doanh nghiệp sẽ được số hóa thông qua các thiết bị cảm biến, đo đạc hoặc tín hiệu từ các PLC, nhằm xây dựng mạng lưới thông tin để hệ thống IIoT thực hiện công việc của mình.

• Số hoá hệ thống quản lý quản trị: Việc số hóa hệ thống thông tin quản trị để tạo thành một bức tranh tổng thể về bộ máy hoạt động, cũng như cách vận hành bộ máy đó trong doanh nghiệp. Công việc số hóa hệ thống quản trị này chỉ có thể được thực hiện nếu doanh nghiệp có hệ thống tích hợp thông tin như hệ thống phần mềm ERP(liên kết thông tin giữa các bộ phận trong doanh nghiệp) và MES (Tập trùng vào tổng hợp những dữ liệu liên quan đến sản xuất)….

Sau khi hoàn tất những công việc chuẩn bị như trình bày ở trên thì tùy vào tình hình thực tế và định hướng phát triển của từng doanh nghiệp mà có thể tiến hành triển khai Smart Factory ở cấp độ phù hợp.

6. Vấn đề thường gặp khi triển khai nhà máy thông minh

Trong khi triển khai nhà máy thông minh, doanh nghiệp có thể gặp phải một số vấn đề như sau:

6.1. Năng lực kỹ thuật: 

Để triển khai thành công công nghệ mới và duy trì tốt hoạt động này, mỗi nhân sự của doanh nghiệp phải hiểu cả quy trình sản xuất và các công cụ số hỗ trợ các quy trình đó.

Giải pháp: 

• Tạo các chương trình đào tạo cho đội ngũ nhân sự, cập nhật công nghệ mới kết hợp với việc thực hành trong hoạt động sản xuất, để nhân viên phát triển và trau dồi kỹ năng của họ theo thời gian.
• Cung cấp các hướng dẫn về công cụ và kỹ năng số (được coi là quan trọng hiện nay và rất quan trọng cho tương lai). Tổng hợp các nội dung bao gồm nhu cầu về an ninh mạng, cơ sở hạ tầng, AI, dữ liệu, lưu trữ và tính toán, …

6.2. Độ “nhạy cảm” của dữ liệu

Nhiều doanh nghiệp không muốn chia sẻ dữ liệu của họ với các nhà phát triển giải pháp bên thứ ba. Nguyên nhân là do các doanh nghiệp lo ngại chính sách quản trị dữ liệu hiện tại không đủ đảm bảo cho việc chia sẻ dữ liệu giữa các tổ chức. 

Ví dụ, để triển khai thành công một thuật toán AI, đòi hỏi phải có dữ liệu để đào tạo và kiểm Do đó, doanh nghiệp nên xây dựng những chính sách về những rủi ro sẽ gặp phải nếu chia sẻ dữ liệu ra bên ngoài, … Đảm bảo dữ liệu sẽ được cung cấp đầy đủ cho hoạt động của Smart Factory.

Giải pháp:

• Xem xét nhu cầu chia sẻ dữ liệu và xây dựng các chính sách chia sẻ dữ liệu trong tổ chức và bên ngoài
• Thiết lập chính sách quản trị những rủi ro sẽ gặp phải nếu chia sẻ dữ liệu ra bên ngoài

6.3. Khả năng tương tác trong hệ thống Smart Factory

Doanh nghiệp thường gặp những tình trạng về việc thiếu khả năng tương tác giữa các giao thức, thành phần, sản phẩm và hệ thống. Điều này làm hạn chế khả năng đổi mới, khả năng nâng cấp các thành phần hệ thống,… 

Giải pháp: 

• Doanh nghiệp có thể tích cực theo đuổi và hỗ trợ phát triển các tiêu chuẩn để tăng khả năng tương tác,…
• Yêu cầu các nhà cung cấp hợp tác chặt chẽ với nhau để phát triển và triển khai các giải pháp

6.4. Tính bảo mật

Một số mối đe dọa về bảo mật, các lỗ hổng hiện tại và mới xuất hiện trong nhà máy thông minh. Khiến cho doanh nghiệp gặp nguy cơ bề mặt tấn công mở rộng. Để khắc phục vấn đề này, doanh nghiệp có thể kết hợp các chuyên gia OT và công nghệ thông tin trong các nhóm dự án thông minh để đánh giá các lỗ hổng có thể xảy ra, dự đoán các thay đổi có thể xảy ra đối với các lỗ hổng bảo mật,….

6.5. Xử lý tăng trưởng dữ liệu

Việc xử lý dữ liệu tăng trưởng về số lượng và tốc độ khiến việc sử dụng công nghệ AI có thể gặp khó khăn trong việc kết hợp dữ liệu thường thuộc các loại và khung thời gian khác nhau. Doanh nghiệp có thể phát triển một cấu trúc hệ thống Smart Factory mạnh mẽ trước khi triển khai để có thể cân bằng giữa nhu cầu tính toán và vị trí của những nhu cầu đó trong hệ thống, yêu cầu lưu trữ hiện nay, trong tương lai và cơ sở hạ tầng truyền thông,….để hạn chế gặp phải vấn đề này.

7. Tổng kết

Có thể thấy nhà máy thông minh hay Smart Factory sẽ là một giải pháp hiệu quả hướng đến việc chuyển đổi số trong doanh nghiệp. Việc triển khai nhà máy thông minh mang lại rất nhiều lợi ích cho doanh nghiệp, nhất là trong việc tối ưu quy trình sản xuất.

Đặc biệt, triển khai Smart Factory mang lại cho doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực gia công có được hiệu suất công việc cao hơn, đảm bảo được tiêu chí QCD mà doanh nghiệp luôn quan tâm hàng đầu. Hoạt động gia công CNC hiện nay được thực hiện theo phương pháp in 3D truyền thống có thể mang lại hiệu quả kém hơn bởi con người cần phải can thiệp quá nhiều vào quy trình sản xuất. Do đó việc sử dụng công nghệ in 3D trong quá trình sản xuất và được điều khiển bằng phần mềm, khiến nó trở thành một quá trình số hóa cao. 

Như vậy có thể thấy sự cần thiết của việc triển khai nhà máy thông minh đối với doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực in 3D. Để triển khai hệ thống này được hiệu quả, doanh nghiệp cần có những chuẩn bị về công nghệ in 3D nhất định và phù hợp. Nếu khách hàng quan tâm và muốn tìm hiểu nhiều hơn những thông tin về việc triển khai nhà máy thông minh trong lĩnh vực in 3D, hãy liên hệ với công ty 3D Smart Solutions chúng tôi qua Hotline: 0345 699 777 hoặc website: https://3d-smartsolutions.com/ để được hỗ trợ kỹ lưỡng hơn.