Nhà máy thông minh gì? 4 cấp độ trong Smart Factory

Last updated on 26 November, 2024

Ngành sản xuất đang trải qua quá trình chuyển đổi số mạnh mẽ khi các doanh nghiệp muốn tìm cách gia tăng lợi thế cạnh tranh, sản xuất hiệu quả và linh hoạt. Nhà máy thông minh (Smart factory) là yếu tố cốt lõi của quá trình chuyển đổi đó.

Một nhà máy thông minh hoàn thiện có thể tự vận hành toàn bộ quy trình sản xuất, thích ứng với các điều kiện thay đổi ngay tại thời điểm nó phát sinh. Những lợi ích nó mang lại bao gồm doanh thu cao hơn, giảm thiểu chi phí và cải thiện chất lượng sản phẩm. Vậy, nhà máy thông minh là gì và đâu là những đặc điểm, khả năng nổi trội của nó? Cùng OCD tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé.

Nhà máy thông minh (Smart factory) là gì?

Khái niệm Nhà máy thông minh

Nhà máy thông minh (Smart factory) được định nghĩa là một nhà máy đạt đến trình độ có thể tự vận hành các chức năng trong sản xuất và tất các các quy trình liên quan đến sản xuất. Nó bao gồm từ sản xuất thông minh đến mạng lưới logistics thông minh.

Chức năng cốt lõi của nhà máy thông minh là khả năng tự thiết kế, tự tổ chức, tự cảm biến và tự ra quyết định. Các hoạt động sản xuất  được hỗ trợ bởi nhiều công nghệ tiên tiến, bao gồm trí tuệ nhân tạo (AI), phân tích dữ liệu lớn, điện toán đám mây và Internet Vạn vật Công nghiệp (Industrial Internet of Things – IIoT).

Nhà máy thông minh kết nối thế giới kỹ thuật số và thế giới vật lý để giám sát toàn bộ quy trình sản xuất, từ quản lý chuỗi cung ứng đến các công cụ sản xuất và thậm chí cả công việc của từng công nhân trong dây chuyền sản xuất.

4 cấp độ phát triển trong Nhà máy thông minh (Smart Factory)

Các chuyên gia trong ngành công nghiệp sản xuất đã định nghĩa ra 4 cấp độ tiến hóa của Nhà máy thông minh, bao gồm:

Bốn cấp độ trong Nhà máy thông minh

Cấp độ 1: Thu thập và tích hợp dữ liệu cơ bản

Ở cấp độ này, nhà máy thông minh được trang bị các cảm biến và các thiết bị IIoT để thu thập và truyền tải dữ liệu. Dữ liệu này sau đó được lưu trữ để phân tích bất kỳ lúc nào. Mục tiêu ở đây là thu thập và lưu trữ dữ liệu, tạo nền tảng cho sự phát triển dữ liệu sau này.

Quá trình thu thập dữ liệu thường là lấy dữ liệu từ hệ thống cũ. Quá trình này thường được thực hiện thủ công do nó tồn tại ở các hệ thống riêng lẻ. Vì vậy, ở cấp độ này, doanh nghiệp tốn khá nhiều thời gian và công sức để tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn vào một hệ thống duy nhất để phân tích.

Cấp độ 2: Phân tích dữ liệu chủ động 

Ở cấp độ 2, dữ liệu có thể được truy cập theo một định dạng có cấu trúc và dễ hiểu hơn. Dữ liệu sẽ được tập trung lưu trữ và sắp xếp với các công cụ trực quan hóa và hiển thị rõ ràng để hỗ trợ xử lý. Tất cả điều này cho phép doanh nghiệp phân tích dữ liệu một cách chủ động mặc dù vẫn gặp phải nhiều khó khăn.

Phân tích dữ liệu chủ động đồng nghĩa với việc doanh nghiệp ra quyết định chủ động, chẳng hạn như lên lịch bảo trì trước khi máy móc bị hư hỏng. Ở cấp độ này, nhà máy thông minh bắt đầu sử dụng dữ liệu không chỉ để giám sát mà còn để dự đoán và tối ưu hóa quy trình.

Cấp độ 3: Kích hoạt dữ liệu

Ở cấp độ này, hệ thống phân tích dữ liệu được hỗ trợ bởi công nghệ máy học (Machine learning) và Trí tuệ nhân tạo (AI). Hệ thống này giúp tạo ra các phân tích có ý nghĩa và dự báo kết quả tương lai với ít sự giám sát của con người. Việc này có thể giúp nhà sản xuất dự đoán các vấn đề hoặc bất thường để chủ động phòng ngừa các sự cố, rủi ro tiềm ẩn.

Ví dụ, các thuật toán AI có thể chẩn đoán thời điểm máy móc có khả năng bị hỏng. Ngoài ra, nó sẽ cảnh báo cho nhân viên vận hành để họ khắc phục kịp thời những sai lỗi nhằm tránh thiệt hại và tránh việc thời gian ngừng sản xuất kéo dài.

Cấp độ 4: Tự hành động dựa trên dữ liệu

Khi một nhà máy thông minh đạt đến cấp độ thứ 4, đây là lúc doanh nghiệp tin tưởng vào robot và các loại máy móc khác để tự ra quyết định hành động dựa trên những phân tích liên tục từ các luồng dữ liệu.

Ví dụ, một nhà máy thông minh có thể tự điều chỉnh quy mô sản xuất dựa trên dự báo nhu cầu của người tiêu dùng. Nó cũng có thể sử dụng cảm biến hình ảnh để xác định mối hàn bị lỗi và ra lệnh cho robot làm lại trước khi thiết bị kim loại đó di chuyển đến bước tiếp theo trong dây chuyền sản xuất. Sau đó, sự cố này được báo cáo trở lại vào hệ thống thông tin lưu trữ, để hệ thống có thể cải thiện quá trình ra quyết định theo thời gian.

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

Các công nghệ được áp dụng trong Nhà máy thông minh

Internet Vạn vật Công nghiệp (IIoT)

Internet Vạn Vật Công nghiệp (IIoT) là xương sống của Nhà máy thông minh. Nó bao gồm việc sử dụng các cảm biến, máy móc và các thiết bị thông minh khác được kết nối thông qua một hệ thống mạng Internet. Các thiết bị này liên tục thu thập và trao đổi dữ liệu, cho phép giám sát các quy trình sản xuất theo thời gian thực. Nó cho phép hiển thị chi tiết mọi khía cạnh trong nhà máy, từ chuỗi cung ứng đến dây chuyền sản xuất, giúp đưa ra quyết định chính xác hơn.

Hơn nữa, các thiết bị IIoT có thể giao tiếp với nhau và cho phép hành vi tương tác giữa máy với máy. Điều này có nghĩa là máy móc có thể tự động điều chỉnh linh hoạt theo các điều kiện thay đổi liên tục, tăng hiệu quả hoạt động và giảm thời gian ngừng sử dụng. Bằng cách tận dụng IIoT, các nhà máy thông minh có thể đạt được mức độ tự động hóa và tự quản lý ở ngưỡng tối đa.

Phân tích dữ liệu lớn

Trong một nhà máy thông minh, một khối lượng dữ liệu khổng lồ sẽ được tạo ra. Việc phân tích dữ liệu lớn (big data) có khả năng biến các dữ liệu thô thành những hiểu biết mà có thể dựa trên đó để hành động.

Ví dụ, phân tích dữ liệu lớn có thể xác định các đặc điểm và xu hướng của máy móc, thiết bị dựa trong hệ thống dữ liệu. Nó cho phép nhà sản xuất bảo trì chủ động và ngăn ngừa hỏng thiết bị trước khi chúng xảy ra. Tương tự như vậy, những phân tích này có thể đưa ra các đề xuất dựa trên dữ liệu, định hướng việc ra quyết định và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Tự động hóa bằng Robot

Công nghệ này cho phép tự động hóa các tác vụ lặp đi lặp lại, từ đó tăng năng suất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Do Robot có thể hoạt động liên tục cả ngày cả đêm nên nó sẽ làm giảm thời gian máy ngừng sử dụng và giúp tăng sản lượng đầu ra.

Robot tân tiến hiện nay được trang bị trí tuệ nhân tạo (AI) và khả năng học máy có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp với độ chính xác và tính nhất quán cao. Chúng có thể học hỏi từ kinh nghiệm của chính mình và cải thiện hiệu suất theo thời gian. Khi kết hợp với IIoT, Robot trong nhà máy có khả năng giao tiếp với các máy móc khác, điều chỉnh hành động dựa trên dữ liệu theo thời gian thực và giúp nâng cao hiệu quả tốt hơn.

Điện toán đám mây

Điện toán đám mây cung cấp cơ sở hạ tầng cần thiết để hỗ trợ, lưu trữ và phân tích khối lượng dữ liệu lớn. Nó cung cấp các giải pháp lưu trữ linh hoạt và có khả năng mở rộng, cho phép nhà máy thông minh phát triển và thích ứng theo nhu cầu thay đổi. Ngoài ra, điện toán đám mây cho phép truy cập dữ liệu theo thời gian thực từ xa, tạo điều kiện cho các nhà quản lý hoặc chủ doanh nghiệp việc giám sát công việc ở bất cứ đâu.

Điện toán đám mây cũng cho phép tích hợp các hệ thống và phần mềm công nghệ khác nhau. Điều này thúc đẩy sự cộng tác và chia sẻ thông tin mạnh mẽ. Sự kết nối này là rất quan trọng trong nhà máy bởi việc giao tiếp giữa máy móc, hệ thống phần mềm và con người là chìa khóa thành công để đạt hiệu quả tối đa.

Công nghệ AR (thực tế tăng cường) và VR (thực tế ảo)

Thực tế tăng cường (Augmented Reality – AR) là một công nghệ kỹ thuật số cho phép hiển thị thông tin và trải nghiệm môi trường kỹ thuật số trong thế giới thực, thông qua quan sát trên điện thoại thông minh.

Công nghệ AR trong sản xuất

Trong khi đó, thực tế ảo (Virtual Reality – VR) là một thế giới ảo hoàn toàn, người dùng cần đeo kính VR chuyên dụng để trải nghiệm thế giới này. Cả hai công nghệ này đều có thể hỗ trợ công nhân vận hành nhà máy một cách có tổ chức, sắp xếp sản phẩm, tác vụ sản xuất và bảo trì, sửa chữa thiết bị.

Đọc thêm: Cách quản lý nhà máy thông minh để tối ưu hoá quá trình sản xuất

Ví dụ điển hình về Nhà máy thông minh

Các tập đoàn công nghiệp hàng đầu thế giới

• Siemens (Đức): Được xem là một trong những nhà máy thông minh tiên phong nhất thế giới, Siemens Amberg sản xuất các sản phẩm tự động hóa công nghiệp với độ chính xác cao và hiệu quả vượt trội.
• Bosch (Đức): Nhiều nhà máy của Bosch trên toàn cầu đã tích hợp các công nghệ IoT, AI để tối ưu hóa quy trình sản xuất, đặc biệt trong lĩnh vực ô tô.
• General Electric (Mỹ): GE đã đầu tư mạnh vào việc xây dựng các nhà máy thông minh để sản xuất các sản phẩm công nghiệp như tuabin gió, máy bay phản lực.
• Toyota (Nhật): Toyota đã đầu tư vào hệ thống Andon – một hệ thống báo động trực quan, giúp phát hiện và giải quyết vấn đề sản xuất ngay lập tức. Khi có sự cố xảy ra, đèn báo sẽ sáng lên để thông báo cho các nhân viên liên quan.

Hệ thống Andon của Toyota

Các doanh nghiệp tại Việt Nam

• Samsung Việt Nam: Samsung đã đầu tư vào các robot công nghiệp, hệ thống tự động hóa để thay thế lao động thủ công trong nhiều công đoạn sản xuất, từ lắp ráp linh kiện đến kiểm tra chất lượng.
• Các doanh nghiệp trong các khu công nghiệp: Nhiều doanh nghiệp sản xuất linh kiện điện tử, điện thoại di động, máy tính tại các khu công nghiệp lớn như Bắc Ninh, Vĩnh Phúc đã đầu tư vào tự động hóa dây chuyền sản xuất, sử dụng robot, hệ thống kiểm soát chất lượng thông minh.

Lợi ích của việc áp dụng Nhà máy thông minh

Các chức năng và công nghệ tiên tiến của nhà máy thông minh sẽ mang lại lợi ích ở cả ba trụ cột của tính bền vững, gồm kinh tế, xã hội và môi trường.

Về mặt kinh tế

Nhà máy thông minh sẽ cải thiện toàn bộ quy trình và hiệu suất làm việc, tạo ra sản phẩm chất lượng. Đồng thời, nó làm tăng tính linh hoạt để đáp ứng nhu cầu thay đổi liên tục của thị trường. Công nghệ này sẽ đòi hỏi một khoản đầu tư vốn đáng kể cho việc triển khai và thực hiện. Tuy nhiên, dựa trên góc độ về chi phí hoạt động và vận hành, nhà máy sẽ mang lại lợi ích bền vững về mặt kinh tế cho doanh nghiệp.

Về mặt xã hội

Về mặt xã hội, nhà máy thông minh dự kiến sẽ thúc đẩy những thay đổi đáng kể trong cách các công nhân ở các nhà máy xí nghiệp làm việc. Môi trường làm việc sẽ tập trung nhiều vào công nghệ cao với hệ thống tự động hóa tiên tiến. Các quy trình công việc tự động khi ấy sẽ giảm sự phụ thuộc vào kỹ năng của người công nhân. Điều này có thể giúp giảm thiểu khả năng xảy ra lỗi do con người, bao gồm cả tai nạn công nghiệp.

Đồng thời, nhà máy thông minh sẽ gia tăng các nhu cầu việc làm mới được tạo ra nhờ sự xuất hiện của công nghệ. Những nhu cầu việc làm này đòi hỏi nhân viên có kỹ năng chuyên môn, kiến thức và tay nghề cao hơn. Từ đó, việc họ cảm thấy có giá trị trong tổ chức khiến bản thân họ hài lòng hơn trong công việc và giảm tỷ lệ nghỉ việc.

Về mặt môi trường

Khi doanh nghiệp gia tăng hiệu quả sản xuất, điều đó dẫn đến việc giảm lãng phí tài nguyên được sử dụng. Với sự trợ giúp của các cảm biến IoT (Internet Vạn vật) và phân tích nâng cao, các nhà máy thông minh có thể giám sát việc sử dụng tài nguyên theo thời gian thực, cho phép các nhà sản xuất tối ưu hóa phân bổ tài nguyên và giảm thiểu lãng phí trong sản xuất. So với quy trình sản xuất thông thường, hiệu quả vận hành mà nhà máy thông minh mang lại giúp doanh nghiệp giảm dấu chân carbon của mình ra ngoài môi trường.

Đọc thêm: Chuyển đổi số trong sản xuất: Tại sao lại quan trọng đến vậy?

Thách thức khi triển khai giải pháp Nhà máy thông minh

Những thách thức khi triển khai giải pháp Nhà máy thông minh

Chi phí đầu tư ban đầu cho nhà máy thông minh là khá lớn

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc triển khai nhà máy thông minh không phải là không có khó khăn. Một trong những rào cản lớn nhất là chi phí đầu tư ban đầu. Việc chuyển dịch sang loại hình nhà máy mới này đòi hỏi nguồn tài chính đáng kể để mua và triển khai các công nghệ tân tiến như IoT, AI hoặc Robot tự động hóa.

Tuy nhiên, doanh nghiệp nên coi số tiền bỏ ra ban đầu này là một khoản đầu tư sinh lời hơn là chi phí. Trong dài hạn, khoản đầu tư này giúp gia tăng hiệu quả hoạt động, năng suất và tiết kiệm chi phí. Từ đó, đây có thể coi là một khoản đầu tư có tỷ lệ hoàn vốn (ROI) cao.

Khó khăn khi tích hợp nhà máy thông minh với hệ thống hiện có

Nhiều nhà sản xuất vận hành cùng một hệ thống quy trình trong nhiều năm. Điều này khiến việc triển khai các công nghệ mới gặp nhiều trở ngại. Tuy nhiên, với cách tiếp cận đúng và theo kế hoạch chiến lược, việc tích hợp giải pháp nhà máy thông minh vào hệ thống cũ thành công là hoàn toàn khả thi. Để làm được điều này, doanh nghiệp nên tiếp cận theo từng giai đoạn, dần dần giới thiệu các công nghệ mới và để nhân viên có thời gian học hỏi và thích nghi.

Thiếu hụt lao động có kỹ năng

Khi chuyển dịch sang hệ thống nhà máy thông minh, nhân viên được đòi hỏi phải trau dồi bộ kỹ năng mới, bao gồm kiến thức số hóa, phân tích dữ liệu và khả năng làm việc với công nghệ mới. Để giải quyết vấn đề này, các nhà máy cần đầu tư vào các chương trình đào tạo cho nhân viên. Điều này không chỉ trang bị cho họ kỹ năng cần thiết để làm việc mà còn giúp xây dựng văn hóa học tập suốt đời.

An ninh mạng và quyền riêng tư trong nhà máy thông minh

Với việc sử dụng ngày các nhiều các công nghệ và khối lượng dữ liệu lớn, các nhà sản xuất cần đảm bảo họ có hệ thống bảo mật mạnh mẽ để đảm bảo bảo mật các thông tin nhạy cảm. Ngoài ra, các nhà máy cũng cần tuân thủ quy định về quyền riêng tư dữ liệu để bảo vệ thông tin của nhân viên và khách hàng. Bằng cách thực hiện các biện pháp an ninh và bảo mật dữ liệu phù hợp, các nhà sản xuất có thể giảm thiểu rủi ro bị kẻ xấu tấn công mạng và đánh cắp dữ liệu.

Kết luận

Nhà máy thông minh (Smart factory) sử dụng nhiều công nghệ khác nhau để tạo ra tính kết nối trong sản xuất, tăng khả năng thu thập và đánh giá dữ liệu, mang lại cải thiện về hiệu quả, an toàn và công suất. Tuy nhiên, do chi phí nâng cấp thiết bị, thiết lập hệ thống an toàn và đào tạo lại nhân viên, không phải doanh nghiệp sản xuất nào cũng nhìn được lợi ích to lớn nó mang lại so với chi phí bỏ ra.

Quyết định xây dựng nhà máy thông minh cần có sự tham gia của toàn bộ đội ngũ cán bộ công nhân viên trong công ty. Điều này đảm bảo các bên liên quan đều hiểu được tác động tích cực của dự án và tham gia đóng góp tích cực vào quá trình lên kế hoạch và triển khai.

Đọc thêm: Cung cấp Phần mềm ERP, MES và Phần mềm Nhân sự cho Nhà máy sản xuất Thiết bị điện tử