Cấu trúc nhà máy thông minh trong thời đại công nghệ 4.0

Báo cáo động lực chuyển đổi thị trường
Báo cáo về động lực chuyển đổi thị trường lao động toàn cầu
10 November, 2023
Cách quản lý nhà máy thông minh
Cách quản lý nhà máy thông minh để tối ưu hoá quá trình sản xuất
16 November, 2023
Show all
nhà máy thông minh trong thời đại 4.0

nhà máy thông minh trong thời đại 4.0

5/5 - (1 vote)

Last updated on 24 May, 2024

Trong thời đại công nghệ 4.0, các nhà máy thông minh là xu hướng tất yếu của nền công nghiệp hiện đại. Các nhà máy thông minh là những nhà máy có khả năng tự động hóa, tối ưu hóa và thích ứng với các thay đổi trong quá trình sản xuất, nhờ sử dụng các công nghệ như Internet of Things (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), robot, máy học (ML) và dữ liệu lớn (Big Data). Cấu trúc của các nhà máy thông minh bao gồm ba tầng chính: tầng cảm biến, tầng mạng và tầng quyết định. Bài viết này sẽ giới thiệu và phân tích cấu trúc của các nhà máy thông minh trong thời đại công nghệ 4.0.

Nhà máy thông minh là gì?

Nhà máy thông minh là một khái niệm được sử dụng để chỉ những nhà máy có thể áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) để tăng cường hiệu quả, chất lượng và linh hoạt của quá trình sản xuất. Nó có thể kết nối các thiết bị, máy móc, người lao động và quản lý thông qua mạng internet, để thu thập, phân tích và chia sẻ dữ liệu, cũng như điều khiển và giám sát các hoạt động trong nhà máy.

Nhà máy thông minh là một phần của khái niệm Công nghiệp 4.0, hay còn gọi là Cách mạng công nghiệp thứ tư, là một xu hướng phát triển của ngành công nghiệp sản xuất, dựa trên sự kết hợp của các công nghệ số hoá, tự động hoá, trí tuệ nhân tạo và điện toán đám mây.

Đặc điểm nổi bật của việc ứng dụng nhà máy thông minh

  • Tự động hoá: Nhà máy thông minh có thể sử dụng các thiết bị và máy móc thông minh, như robot, máy CNC, máy in 3D, v.v., để thực hiện các quy trình sản xuất một cách tự động, chính xác và nhanh chóng, giảm thiểu sự can thiệp của con người.
  • Tương tác: Nhà máy thông minh có thể tương tác với các bên liên quan, như khách hàng, nhà cung cấp, đối tác, v.v., thông qua các kênh truyền thông số hoá, như website, ứng dụng, mạng xã hội, v.v., để cung cấp các thông tin, dịch vụ và giải pháp tùy biến theo nhu cầu của từng bên.
  • Thích ứng: Nhà máy thông minh có thể thích ứng với các thay đổi của thị trường, khách hàng, sản phẩm, v.v., thông qua việc sử dụng các công nghệ trí tuệ nhân tạo, như học máy, học sâu, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, v.v., để phân tích dữ liệu, dự báo xu hướng, đề xuất giải pháp và quyết định tối ưu cho quá trình sản xuất.
  • Liên kết: Nhà máy thông minh có thể liên kết với các nhà máy khác, cũng như với các hệ thống quản lý doanh nghiệp, như ERP, CRM, SCM, v.v., thông qua các nền tảng điện toán đám mây, để tạo ra một mạng lưới sản xuất toàn cầu, tăng cường khả năng hợp tác, chia sẻ và tối ưu hóa nguồn lực.

Lợi ích của nhà máy thông minh

Mô hình nhà máy thông minh là một trong những ứng dụng tiên tiến nhất của công nghệ 4.0 trong lĩnh vực công nghiệp. Bằng cách sử dụng các công nghệ như Internet of Things (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), robot, máy học (ML) và dữ liệu lớn (Big Data), các nhà máy thông minh có thể tự động hóa, tối ưu hóa và thích ứng với các thay đổi trong quá trình sản xuất. Việc áp dụng mô hình nhà máy thông minh mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp, trong đó có:

Tiết kiệm chi phí sản xuất

Các nhà máy thông minh có thể giảm thiểu lãng phí nguyên liệu, năng lượng và nhân công, nhờ sử dụng các thiết bị thông minh, các hệ thống quản lý và điều khiển hiệu quả, và các thuật toán dự báo và tùy biến nhu cầu. Theo một nghiên cứu của McKinsey, các nhà máy thông minh có thể giảm chi phí sản xuất từ 10% đến 40% so với các nhà máy truyền thống.

Tăng cường năng lực cạnh tranh

Các nhà máy thông minh có thể nâng cao khả năng đáp ứng nhu cầu của thị trường, nhờ có thể sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau với số lượng và thời gian linh hoạt. Các nhà máy thông minh cũng có thể tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao hơn, nhờ có thể kiểm soát và cải thiện quy trình sản xuất liên tục. Theo một báo cáo của PwC, các nhà máy thông minh có thể tăng doanh thu từ 20% đến 30% và tăng thị phần từ 10% đến 20% trong vòng 5 năm.

Nâng cao chất lượng sản phẩm

Các nhà máy thông minh có thể đảm bảo chất lượng sản phẩm ở mức cao nhất, nhờ sử dụng các công nghệ như AI, ML và IoT để phát hiện và khắc phục các lỗi, sai sót và hư hỏng trong quá trình sản xuất. Các nhà máy thông minh cũng có thể theo dõi và kiểm tra chất lượng sản phẩm ở mọi giai đoạn, từ nguyên liệu đầu vào đến sản phẩm đầu ra. Theo một nghiên cứu của Deloitte, các nhà máy thông minh có thể giảm tỷ lệ lỗi sản phẩm từ 25% đến 75% và tăng hiệu suất sản xuất từ 15% đến 25%.

An toàn và thân thiện với môi trường

Các nhà máy thông minh có thể bảo vệ an toàn cho người lao động, nhờ sử dụng các robot và thiết bị tự động để thực hiện các công việc nguy hiểm, khó khăn và mệt mỏi. Các nhà máy thông minh cũng có thể giảm thiểu tác động đến môi trường, nhờ sử dụng các công nghệ tiết kiệm năng lượng, tái chế và xử lý chất thải, và giảm khí thải nhà kính. Theo một nghiên cứu của Siemens, các nhà máy thông minh có thể giảm tiêu thụ năng lượng từ 10% đến 30% và giảm lượng khí thải CO2 từ 15% đến 40%.

Như vậy, việc áp dụng mô hình nhà máy thông minh là một bước tiến quan trọng và cần thiết cho sự phát triển bền vững của nền công nghiệp trong thời đại công nghệ 4.0. Các doanh nghiệp cần nắm bắt cơ hội và thách thức để chuyển đổi số và nâng cấp các nhà máy của mình theo mô hình nhà máy thông minh.

Tổng quan về nhà máy thông minh

Nhà máy thông minh là một khái niệm được đưa ra để chỉ những nhà máy có khả năng tự động hóa, tối ưu hóa và thích ứng với các thay đổi trong quá trình sản xuất, nhờ sử dụng các công nghệ như Internet of Things (IoT), Big Data, Cloud Computing, Artificial Intelligence (AI) và Robotics. Là một phần của cách mạng công nghiệp 4.0, nhưng để hiểu rõ hơn về nó, chúng ta cần nhìn lại quá trình phát triển của các nhà máy thông qua các thời đại công nghiệp trước đó.

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 1.0

Thời đại công nghiệp 1.0 bắt đầu từ cuối thế kỷ 18 đến đầu thế kỷ 19, khi các nhà máy chuyển từ sử dụng năng lượng thủy lực, gió và động vật sang sử dụng năng lượng hơi nước. Điều này đã tạo ra một bước nhảy vọt về năng suất và hiệu quả, cho phép sản xuất hàng loạt các sản phẩm như vải, thép, đường và giấy. Tuy nhiên, các nhà máy thời đại này vẫn còn nhiều hạn chế, như sự phụ thuộc vào nguồn nước, sự thiếu linh hoạt trong việc thay đổi sản phẩm, sự thiếu an toàn và môi trường làm việc cho công nhân.

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 1.0

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 1.0

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 2.0

Thời đại công nghiệp 2.0 bắt đầu từ cuối thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20, khi các nhà máy bắt đầu sử dụng năng lượng điện và dầu mỏ thay cho năng lượng hơi nước. Điều này đã mở ra một kỷ nguyên mới của sự phát triển công nghiệp, với sự ra đời của các phương tiện giao thông như xe hơi, máy bay, tàu hỏa và tàu thủy, cũng như các ngành công nghiệp mới như hóa chất, dược phẩm và điện tử. Các nhà máy thời đại này cũng áp dụng các nguyên tắc quản lý khoa học và sáng tạo ra dây chuyền lắp ráp, giúp tăng cường sự tiêu chuẩn hóa, kiểm soát chất lượng và giảm chi phí sản xuất.

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 2.0

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 2.0

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 3.0

Thời đại công nghiệp 3.0 bắt đầu từ giữa thế kỷ 20 đến nay, khi các nhà máy bắt đầu sử dụng các công nghệ điện tử và thông tin để tự động hóa và điều khiển các quá trình sản xuất. Điều này đã dẫn đến sự xuất hiện của các máy móc thông minh, có khả năng giao tiếp, học hỏi và thực hiện các nhiệm vụ phức tạp. Các nhà máy thời đại này cũng tận dụng các phần mềm, máy tính và mạng để tăng cường sự liên kết, trao đổi và phân tích dữ liệu, giúp nâng cao sự linh hoạt, đáp ứng và tùy biến trong sản xuất.

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 3.0

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 3.0

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 4.0

Thời đại công nghiệp 4.0 bắt đầu từ đầu thế kỷ 21 đến tương lai, khi các nhà máy bắt đầu sử dụng các công nghệ mới như IoT, Big Data, Cloud Computing, AI và Robotics để tạo ra những hệ thống sản xuất thông minh, có khả năng tự quản lý, tự tối ưu hóa và tự thích nghi với các thay đổi. Điều này sẽ cho phép các nhà máy tạo ra các sản phẩm và dịch vụ có giá trị cao, phù hợp với nhu cầu và mong muốn của khách hàng, cũng như giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và xã hội. Các nhà máy thời đại này cũng sẽ kết nối với nhau và với các đối tác khác trong chuỗi cung ứng, tạo ra một mạng lưới sản xuất toàn cầu, linh hoạt và hợp tác.

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 4.0

Nhà máy thông minh thời đại công nghiệp 4.0

Cấu trúc nhà máy thông minh

Nhà máy thông minh là một mô hình sản xuất tiên tiến, linh động và hiệu năng cao, sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) để liên kết và cải thiện các quá trình từ tầng chiến lược đến tầng tự động hoá. Cấu trúc nhà máy thông minh có thể được phân thành năm tầng chủ yếu như sau:

cấu trúc nhà máy thông minh

Cấu trúc nhà máy thông minh

Tầng định hướng và mục tiêu

Xác định và đưa ra các mục tiêu, chiến lược và kế hoạch cho nhà máy thông minh, dựa trên các yếu tố bên ngoài như thị trường, khách hàng, đối thủ, pháp luật, môi trường, v.v. Tầng này cũng theo dõi và đánh giá hiệu quả của các hoạt động sản xuất và đề xuất các biện pháp cải tiến liên tục.

Tầng lập kế hoạch và quản lý

Thực hiện các kế hoạch và quản lý các nguồn lực, vật tư, nhân lực, tài chính, chất lượng, an toàn, v.v. cho nhà máy thông minh, dựa trên các mục tiêu và kế hoạch từ tầng định hướng và mục tiêu. Tầng này cũng phối hợp và điều phối các hoạt động giữa các bộ phận, đơn vị và đối tác trong và ngoài nhà máy.

Tầng điều hành và kiểm soát sản xuất

Quản lý và điều khiển các quá trình sản xuất, từ đặt hàng, lập lịch, giao hàng, đến kiểm tra, bảo trì, v.v. Tầng này sử dụng các hệ thống quản lý sản xuất (MES) và quản lý vận hành (MOM) để thu thập, phân tích và truyền đạt các dữ liệu và thông tin liên quan đến các quá trình sản xuất.

Tầng kết nối

Cung cấp các giải pháp giao tiếp và liên lạc giữa các thiết bị, máy móc, hệ thống và con người trong nhà máy thông minh, sử dụng các công nghệ như internet vạn vật (IoT), điện toán đám mây (cloud computing), điện toán biên (edge computing), v.v. Tầng này giúp tăng cường khả năng tương tác, hợp tác và trao đổi thông tin giữa các thành phần trong nhà máy.

Tầng tự động hóa và trí tuệ nhân tạo

Áp dụng các công nghệ tự động hóa như robot, máy CNC, hệ thống điều khiển logic (PLC), hệ thống SCADA, v.v. để thực hiện các công việc sản xuất một cách nhanh chóng, chính xác và ổn định. Tầng này cũng sử dụng các công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (machine learning), học sâu (deep learning), v.v. để tăng cường khả năng tự học, tự thích ứng và tự cải tiến của các thiết bị và máy móc.

Các cấp độ nhà máy thông minh

Nhà máy thông minh là một hệ thống sản xuất có khả năng tự động hóa, số hóa thông tin, kết nối, phân tích và tối ưu hóa các quá trình, nhờ sử dụng các công nghệ như tự động hóa, số hóa thông tin, IIoT, Big Data và AI. Tùy thuộc vào mức độ sử dụng và ứng dụng của các công nghệ này, các nhà máy thông minh có thể được phân loại theo các cấp độ khác nhau, từ cấp độ 1 đến cấp độ 4.

các cấp độ nhà máy thông minh

Các cấp độ nhà máy thông minh

Cấp độ 1: Tính sẵn có của dữ liệu cơ bản

Cấp độ 1 là cấp độ cơ bản nhất của nhà máy thông minh, khi các thiết bị và quá trình sản xuất được số hóa thông tin, tức là chuyển đổi các dữ liệu thô thành các dạng số, có thể lưu trữ, truyền tải và xử lý bằng các phương tiện điện tử. Các dữ liệu này có thể bao gồm các thông số như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, lượng sản phẩm, lỗi, v.v. Giúp tăng cường sự minh bạch, liên kết và trao đổi thông tin trong nhà máy, nhưng chưa có khả năng phân tích và tối ưu hóa các quá trình.

Cấp độ 2: Phân tích dữ liệu chủ động

Cấp độ 2 là cấp độ tiến bộ hơn của nhà máy thông minh, khi các thiết bị và quá trình sản xuất không chỉ được số hóa thông tin, mà còn được kết nối với nhau và với các đối tác bên ngoài qua các mạng không dây hoặc có dây. Các dữ liệu được thu thập từ các nguồn khác nhau được phân tích chủ động, tức là được xử lý và trích xuất các thông tin hữu ích, có thể giúp cải thiện hiệu quả, chất lượng, an toàn và tiết kiệm chi phí của các quá trình. Cấp độ 2 giúp tăng cường khả năng xử lý, phân tích và dự đoán của nhà máy, nhưng chưa có khả năng tự động hóa và thích nghi với các thay đổi.

Cấp độ 3: Dữ liệu hoạt động được

Đây là cấp độ cao hơn của nhà máy thông minh, khi các thiết bị và quá trình sản xuất không chỉ được số hóa thông tin, kết nối và phân tích chủ động, mà còn được tự động hóa, tức là sử dụng các thiết bị điện tử, máy móc và phần mềm để thực hiện các nhiệm vụ sản xuất mà không cần sự can thiệp của con người.

Các dữ liệu được phân tích chủ động được chuyển thành các dữ liệu hoạt động được, tức là có thể được sử dụng để điều khiển và điều chỉnh các thiết bị và quá trình sản xuất một cách tự động. Giúp tăng cường khả năng tự quản lý, tự tối ưu hóa và tự thích nghi của các quá trình sản xuất, nhưng chưa có khả năng tạo ra các sản phẩm và dịch vụ có giá trị cao, phù hợp với nhu cầu và mong muốn của khách hàng.

Cấp độ 4: Dữ liệu điều hướng hành động

Cấp độ 4 là cấp độ cao nhất của nhà máy thông minh, khi các thiết bị và quá trình sản xuất không chỉ được số hóa thông tin, kết nối, phân tích chủ động và tự động hóa, mà còn được trang bị các công nghệ trí tuệ nhân tạo, có khả năng thực hiện các nhiệm vụ thông minh mà thường yêu cầu sự nhận thức, suy nghĩ và học hỏi của con người.

Các dữ liệu hoạt động được được chuyển thành các dữ liệu điều hướng hành động, tức là có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm và dịch vụ có giá trị cao, phù hợp với nhu cầu và mong muốn của khách hàng, cũng như giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và xã hội. Cấp độ 4 giúp tăng cường khả năng sáng tạo, tùy biến và cung cấp giá trị của nhà máy, cũng như tạo ra một mạng lưới sản xuất toàn cầu, linh hoạt và hợp tác.

Kết luận

Các nhà máy thông minh là một trong những ứng dụng tiên tiến nhất của công nghệ 4.0 trong lĩnh vực công nghiệp. Các nhà máy thông minh có thể nâng cao hiệu quả, chất lượng và an toàn của quá trình sản xuất, đồng thời giảm thiểu chi phí, lãng phí và tác động môi trường. Để xây dựng và vận hành các nhà máy thông minh, cần có một cấu trúc phù hợp, bao gồm ba tầng chính: tầng cảm biến, tầng mạng và tầng quyết định. Cấu trúc của các nhà máy thông minh là nền tảng cho sự phát triển bền vững của nền công nghiệp trong tương lai.

——————————-

Công ty Tư vấn Quản lý OCD (OCD Management Consulting Co) là một trong những đơn vị tư vấn quản lý hàng đầu Việt Nam với tính chuyên nghiệp, thực tiễn và chất lượng cao.

Thông tin chính thức về OCD được cập nhật tại website: https://ocd.vn

Fanpage chính thức của OCD vui lòng truy cập: https://facebook.com/OCDConsulting

Liên hệ nhanh Hotline/Zalo: 0886595688 hoặc gửi email đến: ocd@ocd.vn

Contact Us

//]]>