Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư đang bùng nổ, các khái niệm như Công nghiệp 4.0 (Industry 4.0), IIoT (Industrial Internet of Things – Internet vạn vật công nghiệp), sản xuất thông minh và Nhà máy Tương lai (Factory of the Future) đã tạo ra rất nhiều sự chú ý, hứa hẹn những hiệu quả mà trước đây hầu hết các nhà sản xuất không thể tưởng tượng được. Các giải pháp công nghệ tiên tiến này hứa hẹn mang lại hiệu quả sản xuất vượt trội – từ tối ưu hóa quy trình, giảm thiểu thời gian chết đến nâng cao chất lượng sản phẩm.

Tuy nhiên, với chi phí đầu tư ban đầu cao, không ít doanh nghiệp gặp khó khăn trong việc lựa chọn “cửa ngõ” phù hợp để bắt đầu hành trình chuyển đổi số. Vậy làm thế nào để vượt qua thử thách này, tạo lợi thế cạnh tranh và đạt được ROI nhanh nhất? Bài viết dưới đây sẽ cung cấp những mẹo độc đáo liên quan đến Công nghiệp 4.0, mang lại hiệu quả ngay lập tức, tăng tính cạnh tranh mạnh mẽ cho doanh nghiệp của bạn.

Công nghiệp 4.0 là gì?

Được giới thiệu lần đầu vào năm 2006, Công nghiệp 4.0 được định nghĩa là cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, trong đó máy móc và con người được kết nối chặt chẽ qua các hệ thống tự động và dữ liệu số. Điểm nổi bật là sự gia tăng kết nối giữa máy móc và con người, từ đó cải thiện việc giám sát và điều khiển sản xuất, tăng hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm cùng nhiều lợi ích khác.

Theo ước tính của IDC, thị trường toàn cầu dành cho các công nghệ sản xuất thông minh đã tăng từ 87 tỷ USD năm 2017 lên 158 tỷ USD năm 2022 – minh chứng rõ ràng cho thấy Công nghiệp 4.0 đang và sẽ tiếp tục khẳng định vị thế của mình trong tương lai.

Ngoài ra, khi ngày càng nhiều thành phần tự động hoá được thiết kế tương thích với IioT, doanh nghiệp hoàn toàn có thể đạt được lợi tức đầu tư (ROI) đáng kể chỉ với mức đầu tư tối thiểu, mở ra cơ hội cạnh tranh vượt trội cho nhiều doanh nghiệp nhỏ.

Đặc điểm nhận biết nổi bật của Công nghiệp 4.0

Công nghiệp 4.0 tập trung vào gia tăng kết nối giữa máy móc và con người, tự động hoá và trao đổi dữ liệu trong công nghệ sản xuất. Một số công nghệ nổi bật của Công nghiệp 4.0 như:

• Kết nối vạn vật (IoT): Thiết bị, máy móc được kết nối internet, giao tiếp với nhau.
• Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning): Hệ thống tự học hỏi, phân tích dữ liệu và đưa ra quyết định.
• Dữ liệu lớn (Big Data): Thu thập và phân tích lượng dữ liệu khổng lồ.
• Tự động hóa cao: Robot thông minh, hệ thống tự vận hành, giảm thiểu sự can thiệp của con người.
• Công nghệ thực tế ảo và thực tế tăng cường (VR/AR): Mô phỏng, hỗ trợ thiết kế và vận hành.
• Điện toán đám mây: Lưu trữ và xử lý dữ liệu trên nền tảng đám mây.
• Sản xuất thông minh: Nhà máy thông minh, tối ưu hóa quy trình sản xuất.
• Số hóa chuỗi cung ứng: Quản lý toàn diện từ nguyên liệu đến sản phẩm cuối cùng.

Lợi ích của các công nghệ Công nghiệp 4.0

Việc triển khai sớm các công nghệ trong Công nghiệp 4.0 mang lại cho doanh nghiệp nhiều lợi thế cạnh tranh, cụ thể:

• Cải thiện hiệu quả: Hệ thống kết nối dựa trên IoT cho phép giám sát và tối ưu hoá quá trình sản xuất theo thời gian thực, giúp giảm thiểu lãng phí, giảm thời gian ngừng sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
• Tăng năng suất: Bằng cách cung cấp quyền truy cập tối ưu vào dữ liệu và phân tích sản xuất, công nghệ IIoT giúp đội ngũ kỹ sư và quản lý đưa ra quyết định sáng suốt hơn và thực hiện các biện pháp chủ động để cải thiện hiệu quả và giảm chi phí.
• Giảm thời gian ngừng sản xuất: Hệ thống giám sát thời gian thực cho phép nhà sản xuất xác định các vấn đề tiềm ẩn và xử lý trước khi chúng gây ra sự cố nghiêm trọng, tránh lãng phí thời gian và chi phí sửa chữa, cũng như đảm bảo an toàn lao động, phòng tránh tai nạn.
• Nâng cao sự hài lòng của khách hàng: Bằng cách tự động hóa quy trình và cung cấp dữ liệu theo yêu cầu, công nghệ IIoT giúp nhà cung cấp duy trì chất lượng sản phẩm ổn định, giao hàng đúng hạn và đáp ứng nhanh chóng với nhu cầu của khách hàng.

Sau đây là hai giải pháp độc đáo trong số các giải pháp mà các doanh nghiệp có thể áp dụng ngay lập tức để năng cao khả năng cạnh tranh của mình trong cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0.

Giải pháp 1: Chuyển sang Bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance)

Tại sao cần chuyển sang Bảo trì dự đoán?

Mọi thành phần của máy móc đều dần dần xuống cấp theo thời gian và cuối cùng cần được sửa chữa hoặc thay thế, điều này không thể nào tránh khỏi. Bạn có thể đợi đến khi một bộ phận hết tuổi thọ trước khi thay thế nó - chạy cho đến khi nó hỏng - nhưng cách tiếp cận bảo trì phản ứng này có thể dẫn đến việc ngừng máy móc đột xuất, không hiệu quả và không tiết kiệm chi phí về lâu dài.

Các chương trình bảo trì phòng ngừa (preventive maintenance), dựa trên thời gian, có vẻ là cách tiếp cận hay hơn vì các bộ phận và thiết bị được bảo trì hoặc thay thế định kỳ. Tuy nhiên, lịch trình này thường dựa trên dự đoán trường hợp xấu nhất về tuổi thọ của một thành phần. Nó không xem xét tuổi thọ thực tế hoặc mức độ sử dụng của thiết bị. Kết quả là các bộ phận thường được thay thế trước khi chúng hết tuổi thọ. Thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch để bảo trì được giảm, nhưng tổng thời gian ngừng hoạt động có thể tăng do thực hiện các bảo trì không cần thiết. Và các sự cố nghiêm trọng của thiết bị vẫn có thể xảy ra vì tình trạng thực tế của hệ thống không được giám sát.

Bảo trì phản ứng và bảo trì phòng ngừa thường được các doanh nghiệp sử dụng, nhưng chưa phải phương án tối ưu nhất

Ngược lại, Bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance) cung cấp thông tin chính xác cho đúng người vào đúng thời điểm. Phương pháp này cho phép nhân viên sửa chữa các vấn đề của thiết bị trước khi chúng trở nên nghiêm trọng hơn. Các chương trình bảo trì dự đoán dựa trên tình trạng thực tế của thiết bị, không phải một lịch trình bảo trì cố định. Sự xuống cấp của thiết bị được đo lường bằng dữ liệu cảm biến, chỉ ra các điều kiện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tiếng ồn, rung động và các yếu tố dự đoán sự cố sắp xảy ra.

Bảo trì dự đoán giúp tiết kiệm thời gian và chi phí bảo trì về mặt lâu dài

Cảm biến hiện diện và điều khiển, cùng với việc lưu trữ và xử lý dữ liệu thông qua công nghệ đám mây, cho phép các nhà sản xuất khai thác tiềm năng của bảo trì dự đoán. Dữ liệu này được kết nối với các chương trình dựa trên đám mây và trở thành "dữ liệu thông minh" khi được phân tích cùng các tập dữ liệu khác, có thể bao gồm:

• Thông số thiết bị, như mô hình và cấu hình.
• Dữ liệu kỹ thuật hiện có, như mô hình hiệu suất dự kiến dựa trên dữ liệu thử nghiệm của nhà sản xuất, thông tin về tuổi thọ (EoL) hoặc các dữ liệu lịch sử khác.
• Dữ liệu sử dụng, như số lần khởi động, thời gian chu kỳ hoặc thống kê tải.
• Dữ liệu bảo trì, như tần suất dịch vụ hoặc lịch sử thay thế bộ phận.
• Xác định xem thiết bị có khả năng hỏng trong một khoảng thời gian cụ thể hoặc dự đoán tuổi thọ còn lại.

Dữ liệu thông minh cũng có thể kích hoạt các cảnh báo chỉ ra hành vi bất thường của thiết bị. Các thiết bị di động có thể nhận được những cảnh báo này 24/7, và hệ thống có thể điều chỉnh, tối ưu hoá từ xa để tăng cường hiệu suất ngay lập tức.

Ngoài ra, các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) và các đơn vị chuyên mảng tích hợp – giám sát từ xa có thể triển khai dịch vụ bảo trì dưới dạng Maintenance-as-a-Service (MaaS) cho khách hàng, tăng thêm nguồn thu nhập.

Lợi ích kinh tế của Bảo trì dự đoán

Theo kinh nghiệm triển khai, trung bình chương trình bảo trì dự đoán mang lại ROI ít nhất 30% mỗi năm, bao gồm tiết kiệm lên đến 25% chi phí bảo trì và 5% chi phí tồn kho. Điều này chưa kể đến những lợi ích phi tài chính như nâng cao sự hài lòng của khách hàng và giảm thiểu thời gian gián đoạn sản xuất.

Để thực hiện chuyển đổi, doanh nghiệp không cần phải nâng cấp toàn bộ hệ thống trong một đêm. Có thể thực hiện các nâng cấp nhỏ trong quá trình bảo trì hoặc kiểm tra định kỳ (ví dụ, gắn thêm các cảm biến nhỏ trên thiết bị). Việc thêm các cảm biến bổ sung theo thời gian có nghĩa là nhiều điểm dữ liệu được giám sát hơn, tăng cường “trí tuệ số” tổng thể của hệ thống.

Bộ AMS – hệ thống quản lí khí nén của SMC, có công nghệ bảo trì dự đoán cho toàn hệ thống khí nén của nhà máy

Các giải pháp có thể nâng cấp theo từng giai đoạn, như lắp đặt cảm biến nhỏ trong quá trình bảo trì định kỳ, sẽ dần tích lũy thêm các điểm dữ liệu, nâng cao “trí tuệ số” của hệ thống. Các cổng kết nối đến cloud hiện nay cũng giúp dễ dàng tích hợp cảm biến và thiết bị thông minh vào hạ tầng CNTT, thu thập và phân tích dữ liệu cho mục đích học máy.

Giải pháp 2: Sử dụng dữ liệu IIoT để cải thiện chất lượng và sản xuất

Vai trò của Dữ liệu IIoT (Industrial Internet of Things)

Trong môi trường sản xuất cạnh tranh hiện nay, dữ liệu trở thành nguồn tài nguyên quý giá. Công nghệ IIoT (Industrial Internet of Things) cho phép tập hợp dữ liệu từ cảm biến liên quan đến nguyên liệu thô, môi trường làm việc, sản lượng, chất thải và nhiều chỉ số khác. Dữ liệu thời gian thực này giúp:

• Cảnh báo sớm các vấn đề: Khi hệ thống phát hiện sự bất thường, các cảnh báo tự động sẽ được gửi đến nhân viên kiểm soát chất lượng, người vận hành máy và quản lý nhà máy, từ đó khắc phục lỗi kịp thời.
• Tự động hoá quy trình: Nếu có vấn đề nghiêm trọng, hệ thống có thể tự động dừng máy để ngăn ngừa thiệt hại thêm.
• Theo dõi và kiểm soát chất lượng: Dữ liệu được lưu trữ và liên kết với số serial của sản phẩm giúp theo dõi toàn bộ quy trình sản xuất, giảm thiểu lỗi do con người gây ra.

Dữ liệu IIoT giúp giảm thiểu lỗi trong hệ thống

Một nguyên tắc cốt lõi của cải tiến liên tục là giảm thiểu mọi hình thức lãng phí. Doanh nghiệp có thể sử dụng dữ liệu IIoT để tăng thông lượng và giảm phế phẩm cũng như giảm công việc phải làm lại.

Vì hầu hết các vấn đề chất lượng bắt nguồn từ lỗi của con người, triển khai công nghệ Công nghiệp 4.0 sẽ giúp giảm thiểu lỗi của người vận hành bằng cách loại bỏ các bước không tạo ra giá trị hoặc giảm số lượng quyết định mà người vận hành cần thực hiện. Dữ liệu sản xuất được ghi lại chính xác và có thể truy cập thông qua số sê-ri duy nhất để đảm bảo khả năng truy xuất nguồn gốc đầy đủ.

Ngoài việc kết nối các thiết bị trong hệ thống với nhau thì chính bản thân các thiết bị cũng đang trong xu hướng bổ sung các cảm biến vào để tăng dữ liệu thu thập được. Bằng cách nhúng cảm biến thông minh vào các sản phẩm, các nhà sản xuất đang thu được những hiểu biết mới về hiệu suất sản phẩm, từ đó có thể triển khai các phương án cải tiến thiết bị để cải thiện độ tin cậy và sự hài lòng của khách hàng. Công nghệ mới nổi này hứa hẹn sẽ là một yếu tố thay đổi cuộc chơi, mở ra các cơ hội mới để cải tiến hoặc phát triển sản phẩm.

Lợi ích của IIoT trong sản xuất hiện đại

Lợi ích của sản xuất thông minh với Dữ liệu IIoT không chỉ dừng lại ở việc cải thiện chất lượng. Bên cạnh việc tăng hiệu quả và chất lượng sản phẩm, có được các dữ liệu chính xác giúp cải thiện các dự báo tài chính và hỗ trợ đưa ra các quyết định kinh doanh tốt hơn.

Dữ liệu IIoT cũng giúp doanh nghiệp giảm thiểu rủi ro bằng cách cung cấp một bức tranh chính xác về hiệu suất của cơ sở sản xuất mọi lúc, mọi thời điểm, từ đó giúp bạn nhanh chóng xác định và giải quyết bất kỳ vấn đề nào trước khi chúng leo thang và gây ra việc gián đoạn sản xuất. Dữ liệu sản xuất chính xác sẽ mang lại cái nhìn sâu sắc hơn về hiệu suất của máy móc, giúp bạn quản lý tài nguyên tốt hơn và nâng cao năng lực sản xuất, do đó tăng lợi thế cạnh tranh lên đáng kể.

Việc triển khai chiến lược hướng đến Công nghiệp 4.0 không chỉ giúp doanh nghiệp giải quyết các thách thức kinh doanh hiện tại mà còn mở ra nhiều cơ hội tăng trưởng và đổi mới. Từ chuyển đổi sang mô hình Predictive Maintenance cho đến tận dụng dữ liệu IIoT nhằm cải thiện chất lượng và năng suất, các công nghệ này đem lại lợi ích thiết thực như:

• Nâng cao hiệu suất và năng suất
• Giảm thiểu thời gian gián đoạn máy móc
• Tăng cường sự hài lòng của khách hàng
• Hỗ trợ quản lý tài nguyên và ra quyết định chiến lược

Đối với các kỹ sư tự động hoá và quản lý nhà máy, việc nắm bắt và ứng dụng các giải pháp này sẽ giúp doanh nghiệp không chỉ cải thiện quy trình sản xuất hiện tại mà còn tạo dựng lợi thế cạnh tranh bền vững trong tương lai trong khi không cần đầu tư quá lớn vào thời điểm bắt đầu.

Tại Temas, các kỹ sư tự động hoá dày dạn kinh nghiệm của chúng tôi có kiến thức vững chắc về các giải pháp công nghiệp 4.0, trong đó có bảo trì dự đoán và dữ liệu IIoT. Chúng tôi tư vấn và cung cấp các giải pháp tự động hoá trao tay hiệu quả và bền vững. Liên hệ với chúng tôi nếu bạn có dự định cải tiến sản xuất của mình và tạo lợi thế cạnh tranh cho nhà máy ngay hôm nay.