Sản Xuất Thông Minh: 4 Điều Cần Thiết Để Giúp Các Nhà Máy Thông Minh Hơn
31/10/2020
Thế giới của ngành sản xuất đang thay đổi - và rất nhanh chóng.
Khách hàng ngày nay yêu cầu cá nhân hóa nhiều hơn. Các nhà sản xuất yêu cầu năng suất cao hơn để đáp ứng nhanh hơn với những thay đổi của thị trường. Chất lượng sản phẩm và an toàn lao động đang trở thành ưu tiên hàng đầu. Các đối thủ cạnh tranh đang xuất hiện trên toàn cầu và các công nghệ mới như in 3D đang xác định lại ai là “nhà sản xuất”.
Các nhà sản xuất vẫn phải trải qua một lượng thời gian ngừng hoạt động đáng kể hàng năm, 30% trong số đó là những sự kiện ngoài kế hoạch. Đồng thời, lực lượng lao động có tay nghề đang già đi, khiến hai triệu nhu cầu việc làm chỉ riêng ở Hoa Kỳ có nguy cơ không được lấp đầy.
Được thúc đẩy bởi IoT công nghiệp (IIoT), một loại nhà máy mới đang hình thành để giải quyết những áp lực này - một loại nhà máy được kết nối, hướng dữ liệu và mở về mặt kiến trúc.
Nhà máy thông minh mới này được định nghĩa không chỉ bởi khả năng tự động hóa máy móc cao hơn mà còn bởi sự linh hoạt, sản xuất tự chủ và sử dụng dữ liệu làm công cụ kinh doanh.
Theo nghiên cứu gần đây của Deloitte, chuyển đổi kỹ thuật số, khi thực hiện đúng sẽ có tiềm năng để giúp tăng doanh thu của tổ chức lên đến 22% và lợi nhuận lên đến 19%.
“Nghiên cứu được thực hiện bởi Accenture cho Diễn đàn Kinh tế Thế giới cho thấy 73% giám đốc điều hành cấp C được phỏng vấn tin rằng IIoT sẽ thay đổi cơ bản ngành của họ, nhưng chỉ 20% trong số họ có một chiến lược được xem xét kỹ để khai thác nó. Các công ty muốn thành công trong tương lai phải làm chủ được quá trình chuyển đổi số triệt để trước mắt bằng cách mở đầu cho hành trình thay đổi mô hình tổ chức của mình - nếu không chúng ta sẽ phải chấp nhận việc bị mất thị phần và lợi nhuận một cách thảm khốc.” – theo ông Eric Schaeffer, Industry Week.
Điều gì làm cho các nhà máy "thông minh" hơn?
Sản xuất thông minh là sự tiến triển tự nhiên của quá trình “hội tụ kỹ thuật số” giữa công nghệ thông tin (IT) và công nghệ vận hành (OT). Có bốn đặc điểm thiết yếu tạo nên sự khác biệt.
1/ Thông minh, kết nối và hướng dữ liệu
Nhà máy thông minh sử dụng dữ liệu và kết nối IIoT để dễ dàng điều chỉnh và kiểm soát tất cả các khía cạnh của hoạt động trong thời gian thực, gần như tự động hóa hoàn toàn ở tất cả các địa điểm.
IoT và đầu tư kỹ thuật số là nền tảng cho các hoạt động, bảo trì và đổi mới của nhà máy chủ động, tự chủ.
Máy móc được trang bị cảm biến, hệ thống mở và có thể tương tác cũng như khả năng kết nối và tính toán thời gian thực đáng tin cậy đang hợp nhất các máy móc và hệ thống trong toàn bộ nhà máy thông minh. Sản phẩm, nguyên liệu, thiết bị và hệ thống kiểm soát đều có khả năng thu thập và chia sẻ dữ liệu. Dữ liệu này có thể được phân tích theo ngữ cảnh và trong thời gian thực để trang bị cho người lao động thông tin hữu ích về trạng thái máy, quy trình và đầu ra.
Trong toàn bộ nhà máy, bảo mật end-to-end ở cả cấp độ phần cứng và phần mềm giúp giảm các lỗ hổng khi có nhiều máy được kết nối hơn.
Với việc phát triển sản phẩm được hỗ trợ bởi gần 40 năm kinh nghiệm trong cả Công nghệ vận hành (OT) và Công nghệ thông tin (IT), Advantech có đủ hiểu biết và kinh nghiệm để giải quyết các vấn đề của sự hội tụ OT-IT, vốn là nền tảng cho việc di chuyển từ “hòn đảo tự động hóa” ngày hôm qua các nhà máy thông minh của ngày mai.
2/ Một "hệ thống các hệ thống" tự quản lý
Nhà máy hoạt động như một hệ thống riêng lẻ nhưng được kết nối với nhau, mỗi hệ thống đều có mức độ linh hoạt, hiệu quả và tự chủ cao.
Các nhà máy trong tương lai cuối cùng sẽ trở thành một hệ thống lớn bao gồm hàng trăm hệ thống nhỏ hoạt động độc lập hướng tới cùng một mục tiêu. Từ sản xuất và bảo trì đến chuỗi cung ứng và bảo mật, mỗi hệ thống và hệ thống con sử dụng AI, thị giác máy, học sâu và phân tích biên để giao tiếp và kiểm soát mọi thứ trong nhà máy.
Môi trường giao tiếp giữa máy với máy này giúp cải thiện hiệu quả hoạt động và giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch. Sản xuất đáp ứng các yêu cầu tùy chỉnh và các biến thể vật liệu đến mức nhà máy về cơ bản hoạt động tối đa để cạnh tranh trong quy mô kinh tế ngày nay.
Thiết bị tự giám sát sử dụng các cảm biến như cảm biến rung thông minh LoRaWAN của Advantech có thể phát hiện khi nào chất lượng có thể bị ảnh hưởng do xuống cấp và sau đó lên lịch dịch vụ của riêng mình. Vận chuyển vật liệu đi theo con đường hiệu quả nhất, khối lượng công việc được hợp nhất ở tất cả các lớp kiến trúc để mang lại sự linh hoạt để đáp ứng các nhu cầu thay đổi nhanh chóng. Việc điều phối các ứng dụng và dịch vụ trên phần cứng mở nhưng an toàn cho phép tổng hợp và kiểm soát dữ liệu để cung cấp các mức hiệu suất mới.
3/ Một trung tâm mà người và máy kết hợp
Nhà máy thông minh nhấn mạnh các hoạt động hợp tác giữa con người, máy móc và hệ thống sản xuất trong toàn bộ hệ sinh thái sản xuất.
Hợp tác giữa máy và người cho phép nhân viên làm việc an toàn hơn và trao quyền cho họ để thực hiện các phản ứng nhanh hơn, có kiến thức hơn, đổi mới hơn đối với các nhu cầu kinh doanh. Khi các nhà máy thông minh giảm số lượng người trên sàn nhà máy, công nhân được robot hợp tác (co-bot) giúp đỡ trong các nhiệm vụ phức tạp, trong khi các công việc lặp đi lặp lại, dễ gây tổn thương do robot xử lý.
Người lao động sử dụng thực tế tăng cường (AR) và trực quan hóa dữ liệu để phủ lên thông tin hữu ích về sản xuất, bảo trì và trạng thái sản phẩm. Văn hóa kỹ thuật số toàn công ty khuyến khích việc sử dụng dữ liệu cho công việc hàng ngày, giúp nhân viên tự do phản hồi với khả năng sáng tạo cao hơn để giải quyết các vấn đề và hỗ trợ thành công trong kinh doanh. Lực lượng lao động trẻ hơn được thu hút thông qua các công nghệ cập nhật, môi trường làm việc an toàn hơn và các vai trò phù hợp hơn với thế hệ của họ.
4/ Tự chủ và tự thích nghi
Bằng cách tự chủ và tự thích ứng, nhà máy thông minh cho phép các nhà sản xuất mở rộng ứng dụng và giá trị của IIoT để hỗ trợ thay đổi chiến lược kinh doanh.
Nhà máy ngày càng trở nên thông minh hơn và tự chủ hơn theo thời gian, sử dụng dữ liệu để tối ưu hóa việc phân bổ nguồn lực và chuyển đổi hoạt động kinh doanh. Khi nhiều máy móc và hệ thống được kết nối chặt chẽ hơn, sản xuất phát triển thành một mô hình nhà máy thông minh, trong đó OT và IT hội tụ và tham gia một cách chiến lược vào các quyết định kinh doanh.
AI và học sâu (Deep Learning) tạo ra các mô hình thiết bị và quy trình kỹ thuật số ngày càng chi tiết, chính xác và có ý nghĩa. Điều này cho phép lập kế hoạch và ra quyết định theo hướng dữ liệu hơn. Các thiết bị phản ứng với các sự kiện ở cấp độ nhận thức cao hơn nhiều và có được trí thông minh theo thời gian. Kiểm soát sản xuất có khả năng tự vận hành và các phương pháp kinh doanh mới xuất hiện.
Được hỗ trợ bởi thông tin chi tiết và tự động hóa từ dữ liệu, các động lực sản xuất chính đã mở rộng từ hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm - từng là mục tiêu chính – tới việc bao gồm cả tính linh hoạt trong sản xuất. Trong môi trường liên tục phát triển này, nhà máy và các hệ thống của nó ngày càng trở nên thông minh và ngày càng tự chủ, tự điều hành; và ngày càng hợp tác và tự phân phối với các hệ thống bên ngoài.
Các tính năng nổi bật của một nhà máy thông minh là gì?
Sản xuất thông minh có nhiều tính năng độc đáo, bao gồm:
- Tính linh hoạt theo thời gian thực trong dây chuyền sản xuất do phần mềm xác định mà không có sự tương tác của con người hoặc gián đoạn quy trình
- Tự động hóa máy điều khiển dữ liệu ở mức dung sai cao
- Giao tiếp đa chiều giữa mọi thứ được kết nối
- Thiết bị đeo được trang bị riêng giúp tăng năng suất của công nhân
- Quản lý tự động, chỉ sử dụng phần mềm và các chính sách kỹ thuật số
- Phân tích cung cấp khả năng hiển thị về trạng thái máy để dự đoán và ngăn ngừa sự cố
- Hệ thống mở, hoàn toàn có thể tương tác và luồng dữ liệu thông suốt
- Bảo mật đầu cuối dọc theo toàn bộ luồng dữ liệu
Các công nghệ đang tạo ra nhà máy thông minh
Dưới đây là một cái nhìn ngắn gọn về các xu hướng chính đang định hình tương lai của ngành sản xuất và các sản phẩm mẫu do Advantech và Intel cung cấp.
IoT Công nghiệp
Internet of Things công nghiệp (IIoT) là một tập hợp các công nghệ mang lại khả năng tự động hóa và giao tiếp hiện đại cho các nhà máy. Các nhà máy hỗ trợ IIoT sử dụng các cảm biến, bộ truyền động, máy tính, thuật toán và khả năng kết nối mạng tiên tiến để cho phép máy móc phân tích dữ liệu, đưa ra quyết định và thực hiện các hành động một cách tự chủ. Các máy này chia sẻ thông tin với các máy khác, con người và các hệ thống trong toàn doanh nghiệp một cách an toàn và kịp thời để giám sát và kiểm soát hoạt động của nhà máy.
Ví dụ, AMAX-5580 là một IPC nhỏ gọn thường được sử dụng trong nhà xưởng vì thiết kế bền bỉ chắc chắn và không quạt của nó. Nó đi cùng với CPU Intel® Core™ i7 / i5 / Celeron®.
/AMAX-5580-0120200304191509.jpg)
Phân tích dữ liệu lớn
Dữ liệu lớn đề cập đến lượng dữ liệu ngày càng tăng mạnh được tạo ra từ hàng triệu cảm biến, thiết bị và máy móc có hỗ trợ IIoT trên khắp thế giới. Gia tăng hàng ngày với hàng terabyte, dữ liệu lớn được đặc trưng bởi ba chữ V:
- Khối lượng (lượng dữ liệu)
- Đa dạng (các loại dữ liệu khác nhau)
- Tốc độ (tốc độ tạo dữ liệu)
Các kỹ thuật phần cứng, phần mềm và mạng được sử dụng để quản lý và sử dụng dữ liệu lớn được gọi là phân tích dữ liệu lớn.
Để hỗ trợ phân tích dữ liệu lớn, Advantech cung cấp loạt máy chủ công nghiệp và nền tảng lưu trữ công nghiệp SKY. Những thiết bị bền bỉ cấp công nghiệp này có thể hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ mở rộng và độ rung sốc cao như trong các nhà máy.
/SKY-9240_Back-1_P_2320180629114935.jpg)
Điện toán biên
Điện toán biên giúp giảm chi phí và độ trễ dữ liệu bằng cách xử lý dữ liệu ngay tại nơi nó được tạo ra - tại chính các máy nguồn (“biên”). Bằng cách đặt các chức năng phân tích dữ liệu và tự động hóa ở cùng một nơi dữ liệu được thu thập, điện toán biên cho phép xây dựng các khả năng mới giải quyết các thực tế hiện đại của dữ liệu lớn trong công nghiệp.
Sản phẩm UNO-430 mới nhất của Advantech là một máy tính công nghiệp thực sự nhỏ gọn, kín và có thể hoạt động ở môi trường nhiệt độ cao và lạnh trong các ứng dụng công nghiệp.
Machine learning và Deep learning
Học máy đề cập đến các thuật toán trong đó máy tính tự động học các mối quan hệ trong các tập dữ liệu đủ lớn, sau đó chuẩn bị "các mô hình được đào tạo" có thể được triển khai trong các hoạt động công nghiệp. Ví dụ, kỹ thuật học máy có thể được sử dụng để tự động phát hiện các khuyết tật trong các bộ phận và vật liệu.
Học sâu (deep learning) là một danh mục phụ của học máy, còn được gọi là suy luận. Nó đại diện cho các mô hình được đào tạo bằng cách sử dụng các lớp quan hệ liên tiếp (sâu hơn) giữa dữ liệu gốc và thêm dữ liệu trung gian do máy tính tạo ra. Đối với một số tác vụ, các mô hình tạo ra từ học sâu thực hiện chính xác hơn con người.
Advantech Edge AI Suite là bộ công cụ phần mềm giúp tăng tốc suy luận học sâu trên các thiết bị tối tân. Được tích hợp với bộ công cụ OpenVINO™ của Intel, Edge AI Suite cung cấp trình tối ưu hóa mô hình học sâu, công cụ suy luận, các mô hình được đào tạo trước cũng như bộ công cụ GUI thân thiện với người dùng.
Thị giác máy công nghiệp
Công nghệ thị giác máy kết hợp camera, máy tính và các thuật toán để phân tích hình ảnh và video và tự động đưa ra các quyết định có liên quan. Ví dụ, công nghệ thị giác máy có thể được sử dụng để bảo trì thiết bị, phát hiện lỗi, kiểm soát chất lượng, xác minh hàng tồn kho, ghi nhãn sản phẩm, giám sát an ninh, v.v. Một khách hàng của Advantech sử dụng UNO-3283G, một máy tính nhúng tự động hóa không quạt sử dụng CPU Intel i7, để cải thiện chất lượng vải và xác định các sợi chỉ bị đứt trong một nhà máy sản xuất dệt may.
Tăng cường sức mạnh các ứng dụng thị giác máy công nghiệp với AI đang cho phép các ứng dụng tự động hóa nhà máy mới hơn và chính xác hơn.
MIC-770 là một hệ thống máy tính không quạt nhỏ gọn với CPU Intel® Core™ i Thế hệ thứ 8, nó có thể dễ dàng được nâng cấp để xử lý các phép tính và thuật toán AI phức tạp.
/MIC-770_Side%20_S20190325105154.jpg)
Time-Sensitive Networking
Công nghệ Mạng Nhạy cảm với Thời gian (Time Sensitive Networking) nâng cao các mạng dựa trên Ethernet tiêu chuẩn bằng cách thêm các thuộc tính liên quan đến thời gian như đồng bộ hóa, độ trễ thấp và các kênh truyền trực tuyến. Trong sản xuất thông minh, khối lượng lớn dữ liệu sẽ tràn ngập các mạng. Các mạng và thiết bị hỗ trợ TSN sẽ cho phép máy móc trao đổi dữ liệu quan trọng về thời gian với băng thông được đảm bảo và độ trễ xác định. TSN được chuẩn hóa bởi IEEE.
Để hỗ trợ cho công nghệ này, Advantech đã phát triển một loạt các thiết bị chuyển mạch TSN được gọi là EKI8500 Series.
/EKI-8510G_Front-right_Banner20200803175309.jpg)
Các câu chuyện thành công về sản xuất thông minh
Thay đổi bộ mặt của hoạt động sản xuất tại Intel
Lời hứa về nhà máy thông minh có tầm quan trọng đặc biệt và được Intel quan tâm. Với tư cách là một nhà sản xuất, Intel có các nhà máy trên khắp thế giới, mỗi nhà máy đều được điều chỉnh chính xác về hiệu quả và chất lượng.
Các nhà máy của Intel đang thu thập và xử lý hàng tỷ điểm dữ liệu mỗi ngày mỗi nhà máy, cho phép các kỹ sư nhà máy trích xuất thông tin cần thiết trong vài giây chứ không phải hàng giờ. Ví dụ:
- Phân tích dữ liệu lớn giúp Intel phát hiện ra lỗi tiềm ẩn của các đơn vị thử nghiệm quan trọng trước khi họ có thể phân loại sai thiết bị từ “tốt” thành “xấu”.
- Phân tích hình ảnh tăng tốc công việc thủ công kéo dài hàng giờ đồng hồ là tách các loại sản phẩm không đạt yêu cầu khỏi các đơn vị biên bằng cách xác minh chúng ngay sau khi chúng đi qua mô-đun kiểm tra.
- Cảm biến rung động không xâm lấn và cổng kết nối IoT giúp phát hiện và kiểm soát dự đoán các lỗi bộ lọc quạt có thể dẫn đến thời gian ngừng hoạt động kéo dài và lỗi của wafer.
- Máy học đang giúp Intel hình dung và tự động hóa việc kiểm soát hiệu suất thiết bị, họ có thể tự tin xác nhận chất lượng sản phẩm và sự phù hợp với thông số kỹ thuật và đạt được khả năng chẩn đoán quy trình chính xác, có thể kiểm chứng.
Theo một báo cáo năm 2018 của Intel, các biện pháp kiểm soát chất lượng theo hướng dữ liệu tại Intel đã mang tới những thay đổi khả quan:
- Cải thiện hiệu quả hoạt động lên tới 25%
- Giảm 20% chi phí phụ tùng
- Phát hiện các lỗi nhanh hơn 10 lần
Ví dụ thực thế từ Advantech
Advantech đã triển khai mô hình Công nghiệp 4.0 tại các trung tâm sản xuất của mình, bao gồm “phòng tình huống” như bộ não trung tâm của nhà máy, nơi dữ liệu được thu thập, phân tích và hiển thị để quản lý theo thời gian thực.
Mọi thứ đã được thiết lập bằng các giải pháp của Advantech. Giải pháp kết nối thiết bị - bao gồm cổng dữ liệu biên và module I/O kỹ thuật số phân tán - tạo điều kiện kết nối máy mà không cần thay thế thiết bị hiện có. Nó thu thập dữ liệu trạng thái thiết bị, dữ liệu sản xuất và dữ liệu môi trường. Máy tính công nghiệp với phần mềm của Advantech cho phép truyền dữ liệu giữa các hệ thống sản xuất và quản lý.
Giải pháp trực quan hóa quy trình cho phép giám sát sản xuất, tích hợp dữ liệu với MES và trực quan hóa trên bảng điều khiển trong phòng tình huống. Điều này cho phép tối ưu hóa sản xuất và ra quyết định dựa trên dữ liệu. Phần mềm Advantech WebAccess cung cấp thông báo kịp thời về thời gian ngừng hoạt động không mong muốn, cho phép thực hiện hành động ngay lập tức.
Kết nối tất cả các công cụ trên sàn nhà máy
Advantech đã hỗ trợ một nhà sản xuất xe tải OEM của Ý với quy trình kết nối tất cả các công cụ của họ, ví dụ: một tuốc nơ vít điện, một máy quét mã vạch và tín hiệu đầu vào từ các máy khác để các kỹ sư thu thập dữ liệu nhanh chóng và dễ dàng. Điều cần thiết là hệ thống có thể hiển thị trực quan tất cả các quy trình sản xuất trong mỗi bước lắp ráp. Giải pháp - bao gồm máy tính công nghiệp có bộ vi xử lý Intel® Core™ / Celeron® - giúp giảm 15% chi phí xử lý.
Dữ liệu thời gian thực giúp cải thiện năng suất
Khả năng kết nối, giám sát tài sản và phân tích dự đoán bảo trì trên các dây chuyền lắp ráp quan trọng của Bosch đã tăng năng suất lên 20% mỗi năm trong vài năm kể từ năm 2012.
Hệ thống tự động hóa hỗ trợ bởi AI giúp vận hành các mỏ
Doanh nghiệp khai thác mỏ Rio Tinto đã triển khai 69 xe tải tự lái tại một mỏ quặng sắt ở Úc, tiết kiệm 500 giờ làm việc mỗi năm cho mỗi xe tải.
Theo dõi, lập kế hoạch và kiểm soát thời gian thực trên sàn nhà máy
Advantech đã tham gia vào dự án cải thiện khả năng truy xuất nguồn trong dây chuyền sản xuất cho Tricel, một thương hiệu hàng đầu thế giới trong ngành môi trường, với các sản phẩm xử lý hơn 24 triệu lít nước thải mỗi ngày. Tất cả các sản phẩm đều có đầy đủ nguồn gốc và được sản xuất theo tiêu chuẩn chất lượng ISO9002. Advantech đã hỗ trợ VisionID Professional Services trong việc cài đặt giải pháp tối ưu hóa sản xuất thông minh, cung cấp khả năng thu thập dữ liệu, theo dõi thời gian thực, kiểm soát lập kế hoạch và trực quan hóa trực tiếp đến sàn nhà máy. Hệ thống bao gồm máy tính di động cầm tay, máy in nhãn mã vạch và máy tính bảng cảm ứng Advantech giao tiếp với hệ thống ERP thông qua kết nối không dây.
“Làm việc với Advantech trong dự án này đã giúp giảm thời gian nghiên cứu kỹ thuật của chúng tôi và giảm rủi ro tổng thể của dự án. Đội ngũ kỹ thuật của Advantech đã cung cấp cho chúng tôi dữ liệu thử nghiệm để chứng minh độ bền của màn hình cảm ứng trong môi trường sản xuất hóa chất khắc nghiệt.” - VisionID
-25/EKI-8510G_Front-left_Banner20200803175301.jpg)
/UNO-3283G _02_1_B20160515211548.png)
/AMAX-5580_0220200304191460.jpg)
/MIC-770_Side _S20190325104539.jpg)
