Nhà Máy 4.0 - Nhà Máy Thông Minh Là Gì?
Trên khắp thế giới, và trên thực tế mọi lĩnh vực, các cơ sở sản xuất đang trải qua một sự thay đổi lớn. Số hóa đang thay đổi cách chúng ta xử lý nguyên liệu và sản xuất sản phẩm, và dữ liệu đang trở thành chìa khóa vàng có thể mở ra cánh cửa cho các khả năng công nghệ với khả năng định hình lại hoàn toàn việc sản xuất.
Mô hình sản xuất truyền thống đang phát triển thành một Nhà Máy Thông Minh, hay Nhà Máy 4.0 - một hệ thống kết nối liên kết máy móc, nhân sự, hoạt động bảo trì và phân tích để tiếp cận tích hợp hoàn toàn với quản lý nhà máy.
Các Nhà Máy 4.0 thúc đẩy các công nghệ và các thành phần Công nghiệp 4.0 như Cảm biến thông minh (Smart Sensors), Kết nối không dây, Điện toán đám mây (Cloud Computing), Trí tuệ nhân tạo (AI), Học máy (Machine Learning) và các yếu tố khác, ảnh hưởng đến tất cả các giai đoạn kinh doanh sản xuất từ chế biến nguyên liệu, an toàn và sản xuất, đến đảm bảo chất lượng, đóng gói, và phân phối.
Xương Sống Của Một Nhà Máy 4.0 Gồm Những Gì?
Có nhiều cách tiếp cận để thực hiện chuyển đổi kỹ thuật số một cơ sở sản xuất, nhưng bất kỳ giải pháp Nhà máy 4.0 điển hình nào cũng sẽ bao gồm các yếu tố cốt lõi sau:
+ Sensors
Công nghệ cảm biến đã phát triển rất nhiều trong những năm gần đây và thị trường của các nhà cung cấp cảm biến ngày nay cung cấp nhiều loại cảm biến giá rẻ có thể đo các thông số bao gồm nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, độ rung, chất lượng nước / chất bôi trơn, hàm lượng hóa chất, chất lỏng và chất rắn và nhiều hơn nữa.
Tùy thuộc vào những gì họ theo dõi, các cảm biến có thể được đặt ngoài hoặc bên trong máy, tại các máy trạm được chỉ định, trên các thiết bị do nhân viên mang theo, hoặc trong một phần của các hệ thống hiện có của nhà máy như HVAC hoặc mạng bảo mật.
Một số trường hợp sử dụng cho cảm biến IoT công nghiệp bao gồm:
- Theo dõi sự chuyển động và vị trí của nguyên liệu thô, linh kiện, thành phẩm và thiết bị có giá trị trong toàn bộ nhà máy
- Đảm bảo chất lượng (kiểm tra và phân tích quang học)
- Hàng tồn kho: giám sát việc cung cấp nguyên liệu và phụ tùng
- Xác định sự bất thường về hành vi của thiết bị có thể dẫn đến các vấn đề về chất lượng
- An toàn: cảm biến trên máy móc để hạn chế hoạt động gần nhân viên; cảm biến được mang theo bởi nhân viên đo lường các mối đe dọa tiềm năng từ môi trường, thiếu chuyển động, vv...
+ Các Giao Thức Kết Nối
Các giao thức kết nối IoT tạo thành ngôn ngữ của hệ thống IoT. Các tiêu chuẩn truyền thông này cho phép dữ liệu được truyền và hiểu bởi các thành phần khác nhau của hệ thống -
từ các cảm biến đến đám mây thông qua PLC và các thiết bị gateway; và cuối cùng đến một chương trình phần mềm để phân tích. Một lựa chọn
hợp lý về một giao thức để triển khai là rất quan trọng để xây dựng một nhà máy thông minh thành công.
+ Điện Toán Đám Mây - Cloud Computing
Đám mây (Cloud) đại diện cho trung tâm dữ liệu chính của Nhà Máy 4.0. Tại đây, thông tin được thu thập từ các cảm biến được lưu trữ, xử lý và phân tích. Đám mây cũng được sử dụng cho các ứng dụng
tính toán biên (edge) thông minh để tối ưu hóa hơn nữa việc xử lý dữ liệu bằng cách giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nút xử lý tập trung.
+ Phân Tích & Học Máy (Machine Learning)
Một lượng lớn dữ liệu được thu thập liên tục từ khu vực sản xuất và được thu thập từ các hệ thống cũ, bao gồm thông tin về mọi khía cạnh của sản xuất. Dữ liệu có thể được phân tích bằng các thuật toán thống kê cũng như bằng cách thực hiện các kỹ thuật học máy dựa trên quy trình, tự động rút ra những hiểu biết có thể hành động từ phân tích nguyên nhân gốc và dữ liệu lịch sử.
Hoạt động phân tích liên tục này kích hoạt những hiểu biết dẫn đến cải thiện hiệu suất máy móc, quy trình hiệu quả hơn (ví dụ: vận chuyển tại chỗ, cấu hình dây chuyền sản xuất, bảo trì, v.v.) và giảm thời gian ngừng hoạt động.
Một Số Ứng Dụng Cụ Thể Của Nhà Máy 4.0
Việc thực hiện các thay đổi đối với hệ thống sản xuất là một quá trình
phức tạp và tốn kém, nhưng các trường hợp sử dụng khiến các công ty áp dụng Nhà
máy 4.0 và Chất lượng 4.0 rất hấp dẫn, với tiềm năng bắt đầu ảnh hưởng tích cực
đến ROI trong một quý.
+ Cải thiện OEE (Overall Equipment Effectiveness)
Những hiểu biết dựa trên phân tích cho phép xác định nguyên nhân gốc rễ của các sự cố hệ thống. Sự hiểu biết này, dựa trực tiếp vào dữ liệu đầu ra của máy, cho phép quản lý tập trung vào các khu vực yêu cầu thay đổi trong khi xem xét tính khả dụng của thiết bị, mức hiệu suất và chất lượng đầu ra theo thời gian thực... Tất cả sẽ giúp các nhà sản xuất có thể
cải thiện hiệu suất tổng thế của thiết bị (OEE).
+ Từ Bảo Trì Sửa Chữa Tới Bảo Trì Phòng Ngừa
Sử dụng phân tích dự đoán để tận dụng dữ liệu được thu thập từ máy móc, có thể theo dõi tình trạng tài sản đến mức có thể dự đoán được sự cố của thiết bị, cải thiện độ tin cậy và giảm đáng kể chi phí bảo trì.
Với Nhà máy 4.0, các nhà sản xuất nhận được cảnh báo tự động khi có sự bất thường xảy ra và có thể tối ưu hóa lịch bảo trì để giảm thiểu tối đa các sự cố có thể xảy ra.
Phương pháp phòng ngừa lỗi hệ thống này giúp nhà sản xuất chuyển từ việc sửa chữa khi có sự cố sang thực hiện các hoạt động bảo trì phòng ngừa, cắt giảm chi phí nhân công và xây dựng sự tin cậy giữa các khách hàng.
+ Giám Sát Tài Sản Từ Xa
Giám sát tài sản từ xa cung cấp khả năng kiểm
soát cơ sở hạ tầng của nhà máy cũng như các tài sản di động bất kể vị trí của
chúng là ở đâu. Cảnh báo về tình trạng của từng máy móc, thiết bị và môi trường
nhà máy được gửi đến các bên liên quan, những người có thể đưa ra quyết định dựa
trên dữ liệu để tăng hiệu quả và duy trì tuân thủ các quy định.
Lợi Ích Của Nhà Máy Thông Minh: Không Dành Riêng Cho Ai?
Mỗi cơ sở sản xuất đều có các đặc điểm khác nhau, và bản chất của quá trình sản xuất khác với việc sản xuất rời rạc. Tuy nhiên, có một số lợi ích của Nhà máy 4.0 mà chúng liên quan tới tất cả các cơ sở sản xuất.
Luôn Luôn Theo Dõi Kỹ Chất Lượng Sản Xuất
Sử dụng trí tuệ nhân tạo cùng với dữ liệu đầu vào từ việc quản lý, Factory 4.0 liên tục học cách tự tối ưu hóa, phản ứng với những thay đổi trong điều kiện thời gian thực và vận hành toàn bộ quy trình sản xuất một cách tự động. Bên cạnh việc phát hiện rủi ro, dự đoán thất bại và ngăn chặn thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến, Nhà máy 4.0 và chất lượng dự đoán có thể giúp phát hiện xu hướng chất lượng giảm (tăng) và có thể đề xuất các khu vực để cải thiện bằng cách xác định các yếu tố con người, máy hoặc môi trường đang ảnh hưởng đến số lượng lỗi .
Giảm Chi Phí Không Cần Thiết Và Tăng Lợi Nhuận
Việc tối ưu hóa được cải thiện do công nghệ Factory 4.0 mang lại giúp giảm chi phí theo nhiều cách, dẫn đến tổng thể hoạt động trơn tru hơn. Các máy móc thiết bị có thể được quản lý theo cách chính xác hơn nhiều vì việc bảo trì có thể dự đoán được nhiều hơn.
Việc sửa chữa là chủ động và kịp thời, giữ tình trạng máy ở mức tốt nhất. Vì các kỹ thuật viên biết trước loại sự cố chính xác mà họ sẽ gặp phải, thiệt hại thứ cấp được ngăn chặn và việc sửa chữa nhanh hơn nhiều.
Các sai sót trong sản xuất được dự đoán và ngăn chặn - bằng cách xác định các khu vực mất mát và quy định các hành động tập trung làm giảm khiếm khuyết và thiếu hiệu quả của sản phẩm. Giải pháp sử dụng phân tích dự đoán và phân tích nguyên nhân gốc tự động để lường trước những thất bại trong quá trình dẫn đến lãng phí.
Sau đó, bằng cách sử dụng mô phỏng dự đoán, các kỹ sư xử lý kiểm tra các tham số sản xuất cho đến khi các điểm đặt được xác định cho chất lượng và thông lượng được tối ưu hóa.
Có dữ liệu về tất cả các khía cạnh của quy trình cũng cho phép các quyết định sáng suốt hơn liên quan đến nhân viên. Điều này cho phép phân bổ nhân viên chính xác hơn cho mỗi nhiệm vụ, ngăn chặn việc tốn chi phí quá nhiều cho các hoạt động không cần thiết.
Nhà Máy Thông Minh Là Tương Lai Mà Mọi Nhà Sản Xuất Đều Phải Hướng Tới!
Thay thế bảo trì sửa chữa bằng bảo trì dự đoán chỉ là phần nổi của tảng băng chìm. Nhà máy 4.0 đại diện cho một mô hình mới trong cách chúng ta sản xuất vật liệu và sản phẩm. Việc sử dụng Dữ liệu lớn và mức độ kết nối và kiểm soát cao được cung cấp bởi các nhà máy thông minh cho phép các nhà sản xuất tập trung vào việc đưa hoạt động, sản phẩm và dịch vụ của họ lên một tầm cao mới.
