Mô hình Kim tự tháp Tự động hóa (CIM Pyramid) và Vị trí của MES

Last updated on 19 October, 2025

Mô hình Kim tự tháp Tự động hóa (Automation Pyramid hay CIM Pyramid – Computer Integrated Manufacturing Pyramid) là một biểu đồ phân cấp cổ điển nhưng vẫn còn giá trị, minh họa các lớp công nghệ thông tin và điều khiển trong một hệ thống sản xuất tự động hóa điển hình. Mô hình này giúp doanh nghiệp hình dung rõ ràng mối quan hệ và sự luân chuyển dữ liệu giữa các cấp độ, từ tầng sản xuất thực tế đến cấp độ quản lý chiến lược.

Mô hình Kim tự tháp Tự động hóa là gì?

Mô hình Kim tự tháp Tự động hóa được xây dựng với cấu trúc hình chóp, chia thành các cấp độ từ thấp lên cao, phản ánh phạm vi hoạt động và thời gian phản ứng:

• Cấp độ thấp hơn (đáy kim tự tháp): Liên quan đến quá trình sản xuất thực tế, yêu cầu thời gian phản ứng nhanh (tính bằng mili giây hoặc giây).
• Cấp độ cao hơn (đỉnh kim tự tháp): Liên quan đến lập kế hoạch và quản lý doanh nghiệp, yêu cầu thời gian phản ứng chậm hơn (tính bằng giờ, ngày, hoặc tháng).

Mô hình CIM truyền thống thường bao gồm 5 cấp độ chính:

Phân tích chi tiết các cấp độ

Cấp độ 0 – Hiện trường (Field Level)

Đây là tầng vật lý của sản xuất, nơi mọi hoạt động thực tế diễn ra. Nó bao gồm các thiết bị như cảm biến (đo nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…), cơ cấu chấp hành (van, motor, bơm), máy móc và robot.

• Vai trò: Thực hiện các tác vụ vật lý và thu thập dữ liệu thô từ môi trường sản xuất.
• Thông tin: Dữ liệu vật lý (ON/OFF, giá trị analog).
• Phạm vi: Trực tiếp liên quan đến quy trình sản xuất.

Cấp độ 1 – Điều khiển (Control Level)

Cấp độ này là bộ não cục bộ của quá trình. Các bộ điều khiển như PLC (Bộ điều khiển Logic Lập trình) hoặc DCS (Hệ thống Điều khiển Phân tán) nhận tín hiệu từ Cấp độ 0 và thực hiện các chương trình điều khiển đã lập trình để giữ cho quy trình hoạt động ổn định và an toàn.

• Vai trò: Tự động điều chỉnh và kiểm soát quá trình theo thời gian thực.
• Hệ thống tiêu biểu: PLC, DCS.
• Phạm vi: Điều khiển các máy móc, dây chuyền cụ thể.

Cấp độ 2 – Giám sát & Điều khiển (Supervisory/SCADA Level)

Cấp độ này cung cấp khả năng giám sát và kiểm soát từ xa trên toàn bộ khu vực sản xuất. Hệ thống SCADA (Giám sát, Điều khiển và Thu thập Dữ liệu) và HMI (Giao diện Người-Máy) giúp người vận hành theo dõi trạng thái, hiệu suất của máy móc và đưa ra các lệnh điều khiển cấp cao.

• Vai trò: Thu thập dữ liệu tổng hợp từ PLC/DCS, trực quan hóa trạng thái hệ thống và cung cấp giao diện người dùng để vận hành.
• Hệ thống tiêu biểu: SCADA, HMI.
• Phạm vi: Toàn bộ dây chuyền/nhà máy (giám sát).

Cấp độ 3 – Điều hành Sản xuất (Manufacturing Operations Level) – Vị trí của MES

Đây là cấp độ trọng tâm của bài viết, là nơi Hệ thống MES (Manufacturing Execution System) đóng vai trò chủ chốt. MES hoạt động như một cầu nối thông minh giữa cấp độ quản lý doanh nghiệp (ERP – Cấp 4) và cấp độ điều khiển sản xuất (SCADA/PLC – Cấp 1, 2).

Vị trí của MES trong Kim tự tháp Tự động hóa

MES nằm ở Cấp độ 3, trực tiếp dưới ERP và ngay trên SCADA/HMI. Vị trí này cho phép MES nhận kế hoạch sản xuất từ ERP và chuyển thành các lệnh thực thi chi tiết cho sàn nhà máy (qua SCADA/PLC), đồng thời thu thập dữ liệu sản xuất thực tế (thời gian thực) để báo cáo lên ERP.

Vai trò và Chức năng của MES

MES đảm bảo việc thực thi kế hoạch sản xuất hiệu quả, đúng thời hạn và chất lượng trên sàn nhà máy. Các chức năng cốt lõi của MES, theo tiêu chuẩn ISA-95, bao gồm:

• Quản lý Tài nguyên (Resource Management): Theo dõi trạng thái của máy móc, nhân công, công cụ và vật liệu.
• Lập lịch và Điều độ (Scheduling and Dispatching): Chuyển đổi lệnh sản xuất từ ERP thành lịch trình và chuỗi công việc chi tiết.
• Thu thập Dữ liệu (Data Collection): Thu thập dữ liệu theo thời gian thực về sản xuất, chất lượng và hiệu suất máy.
• Quản lý Chất lượng (Quality Management): Thực thi các quy trình kiểm tra chất lượng, theo dõi và lưu trữ kết quả.
• Truy vết Sản phẩm (Product Tracking & Genealogy): Ghi lại lịch sử, nguồn gốc nguyên vật liệu, điều kiện và quy trình sản xuất của từng lô/sản phẩm.
• Phân tích Hiệu suất (Performance Analysis): Tính toán các chỉ số quan trọng như OEE (Overall Equipment Effectiveness) để tối ưu hóa sản xuất.

Cấp độ 4 – Quản lý & Hoạch định (Enterprise/Management Level)

Cấp độ cao nhất này bao gồm các hệ thống hỗ trợ việc ra quyết định chiến lược và quản lý các chức năng cốt lõi của doanh nghiệp ngoài sản xuất.

• Vai trò: Quản lý tài chính, kế toán, nhân sự, chuỗi cung ứng, bán hàng, và lập kế hoạch tổng thể.
• Hệ thống tiêu biểu: ERP (Enterprise Resource Planning).
• Phạm vi: Toàn bộ doanh nghiệp.
• Mối liên hệ với MES: ERP cung cấp kế hoạch sản xuất tổng thể cho MES (ví dụ: Cần sản xuất X sản phẩm loại A trong tuần này). MES sau đó cung cấp dữ liệu thực thi chi tiết và hiệu suất thực tế ngược lại cho ERP.

Tầm quan trọng của Mô hình và Vai trò của MES

Tối ưu hóa Dòng chảy Thông tin

Mô hình Kim tự tháp tạo ra một dòng chảy thông tin hai chiều rõ ràng và có cấu trúc:

• Thông tin đi xuống (Kế hoạch): Kế hoạch từ Cấp 4 (ERP) được chi tiết hóa và thực thi ở Cấp 3 (MES), sau đó được chuyển thành lệnh điều khiển ở Cấp 1, 2.
• Thông tin đi lên (Dữ liệu thực tế): Dữ liệu thô từ Cấp 0 được xử lý ở Cấp 1, 2, tổng hợp chi tiết ở Cấp 3 (MES), và cuối cùng được báo cáo dưới dạng thông tin quản lý cho Cấp 4 (ERP).

Tầm quan trọng của MES trong Chuyển đổi số

Trong kỷ nguyên Công nghiệp 4.0, MES đóng vai trò là xương sống cho nhà máy thông minh (Smart Factory):

• Cầu nối Số hóa: MES là công cụ số hóa quá trình sản xuất, biến dữ liệu thô thành thông tin có giá trị.
• Minh bạch và Thời gian thực: Cung cấp khả năng hiển thị trạng thái sản xuất theo thời gian thực, giúp quản lý đưa ra quyết định nhanh chóng, chính xác.
• Tối ưu hóa Hiệu suất: MES giúp xác định các điểm nghẽn, tính toán chính xác OEE, từ đó hỗ trợ các nỗ lực cải tiến liên tục (ví dụ: Lean Manufacturing).

Việc hiểu rõ Mô hình Kim tự tháp Tự động hóa và vị trí then chốt của MES là bước đầu tiên để các doanh nghiệp sản xuất xây dựng một lộ trình tự động hóa và chuyển đổi số hiệu quả, đảm bảo sự kết nối đồng bộ giữa chiến lược kinh doanh và hoạt động sản xuất.

Tham khảo:

Phần mềm Quản lý Sản xuất MES là gì?

Lịch sử Phần mềm Quản lý Sản xuất MES

Tầm nhìn 5 năm về Phần mềm MES

Bộ đôi MES và ERP – Cặp bài trùng trong quản lý sản xuất

Một số dự án chuyển đổi số của OCD

• OCD triển khai ERP cho Công ty Sản xuất Cơ khí
• Tư vấn chuyển đổi số, triển khai phần mềm ERP, MES và HRM cho Nhà máy sản xuất thiết bị điện tử
• Tư vấn chuẩn hóa quy trình và dữ liệu phục vụ chuyển đổi số cho Nhà máy Z183
• Đánh giá sự sẵn sàng chuyển đổi số cho Cát Tường Group
• Tư vấn chuyển đổi số cho tập đoàn gỗ và nội thất TAVICO
• Tư vấn Tái cơ cấu doanh nghiệp và chuyển đổi số cho Xuân Cương
• Phân tích Hệ thống phục vụ việc thiết kế phần mềm nhân sự cho Laurelton Diamonds
• Hỗ trợ doanh nghiệp xây dựng và áp dụng quy trình sản xuất theo tiêu chuẩn CMMI
• Tư vấn Xây dựng Hệ thống Thông tin Quản trị Nhân sự (HRIS) cho Công ty CP VICOSTONE

Thông tin liên hệ

Công ty Tư vấn Quản lý OCD
Website: https://ocd.vn
Email: ocd@ocd.vn
Hotline: 0886595688