Nhà máy thông minh là gì? Những lợi ích của nhà máy thông minh

Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, nhà máy thông minh (Smart Factory) đang trở thành xu hướng chủ đạo, cách mạng hóa ngành sản xuất toàn cầu. Nhờ sự kết hợp chặt chẽ giữa trí tuệ nhân tạo (AI), Internet vạn vật công nghiệp (IoT), và dữ liệu lớn (Big Data) đã tạo ra một hệ sinh thái sản xuất số hóa, không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất, mà còn mang lại sự linh hoạt và hiệu quả hơn bao giờ hết. Với khả năng tự học hỏi và tự điều chỉnh, nhà máy thông minh không ngừng cải tiến để đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng phức tạp và đa dạng. Trong bài viết này, cùng RX Tradex khám phá nhà máy thông minh là gì cũng như các lợi ích mà mô hình này mang lại.

1. Nhà máy thông minh là gì?

Nhà máy thông minh (hay còn gọi là Smart Factory) là cơ sở sản xuất số hóa, sử dụng các thiết bị, máy móc và hệ thống sản xuất kết nối để thu thập và chia sẻ dữ liệu. Được xây dựng trên nền tảng công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo (AI), Robot, Big data và Internet vạn vật công nghiệp (IIoT), nhà máy thông minh tối ưu hóa hiệu quả hoạt động, cải tiến quy trình sản xuất và đáp ứng nhu cầu thị trường linh hoạt.

Nhà máy thông minh có ba đặc điểm chính là khả năng hiển thị, khả năng kết nối và quyền tự chủ. Những hệ thống này có khả năng học hỏi và tự điều chỉnh, làm cho quá trình sản xuất linh hoạt hơn. Máy móc và thiết bị thông minh trong nhà máy tự giám sát tình trạng hoạt động, cho phép bảo trì chủ động và ngăn ngừa sự cố, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu gián đoạn sản xuất.

2. Tổng quan nhà máy thông minh

Có nhiều cách để định nghĩa nhà máy thông minh tùy theo hệ quy chiếu đánh giá. Dưới góc độ sản xuất, nhà máy thông minh là cơ sở sản xuất ứng dụng công nghệ tiên tiến để giải quyết các vấn đề sản xuất, nâng cao năng suất, tối ưu hóa chi phí, giảm giá thành và cải thiện chất lượng sản phẩm. Mô hình nhà máy thông minh thay đổi theo thời kỳ phát triển của công nghệ.

Nhà máy thông minh trải qua các giai đoạn dựa theo tiến trình lịch sử như sau:

2.1. Cách mạng công nghiệp 1.0

Sử dụng máy móc cơ khí và động cơ hơi nước thay cho sức người và động vật, nâng cao hiệu suất sản xuất từ 4-8 lần.

2.2. Cách mạng công nghiệp 2.0

Phát minh ra điện và động cơ điện. Áp dụng công nghệ điện trong chiếu sáng, máy công cụ, dây chuyền sản xuất và thiết bị gia nhiệt. Đây là thời kỳ các dây chuyền sản xuất hàng loạt xuất hiện.

2.3. Cách mạng công nghiệp 3.0

Ra đời chip điện tử bán dẫn và máy tính thông minh. Đây là thời đại công nghệ thông tin trở thành nền tảng cho sản xuất hiện đại. Sử dụng bộ điều khiển logic và vi điều khiển để tạo hệ thống tự động hóa tinh vi.

2.4. Cách mạng công nghiệp 4.0

Kế thừa đặc điểm của nhà máy thông minh 3.0, nhà máy 4.0 sử dụng máy tính, số hóa dữ liệu, máy tự động, hệ thống camera và cảm biến. Nhà máy áp dụng IoT, AI và Big Data để kết nối và xử lý toàn bộ thông tin trong chuỗi sản xuất. Tạo ra các hệ thống tự động hóa toàn diện, đồng bộ từ khâu đầu vào tới khâu đầu ra.

Nhà máy thông minh 4.0 áp dụng các công nghệ tiên tiến từ cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 như IoT, AI và Big Data. Các thiết bị trong nhà máy được kết nối với nhau thông qua IoT, và thông tin cần thiết được thu thập và số hóa bởi các cảm biến hiện đại. Dữ liệu từ các thành phần này được cập nhật tức thời lên hệ thống dữ liệu chung và xử lý đồng bộ từ đầu vào đến đầu ra. Quá trình này đảm bảo tính liên tục và khả năng thích ứng trong chuỗi sản xuất, cho phép con người kiểm soát toàn bộ chuỗi sản xuất một cách hiệu quả và tức thời.

3. Lợi ích nhà máy thông minh 4.0

Triển khai mô hình nhà máy sản xuất thông minh, sử dụng nền tảng công nghệ IoT và số hóa quản lý sản xuất, mang lại nhiều lợi ích đáng kể như sau:

Giảm chi phí sản xuất:

Tối ưu hóa quy trình sản xuất truyền thống giúp giảm chi phí thời gian, nhân công, và tránh hao mòn máy móc. Các quyết định dựa trên dữ liệu lịch sử và thời gian thực từ máy móc giúp giảm chi phí bảo trì và bảo dưỡng, cũng như lãng phí tài sản.

Nâng cao năng suất hoạt động:

Sử dụng tự động hóa để hoàn thành các quy trình giúp tăng tốc độ sản xuất và giảm sự phụ thuộc vào sự can thiệp của con người. Máy móc tự động hoạt động liên tục 24/24, giúp tiến độ sản xuất nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Giám sát từ xa:

Khả năng hiển thị trạng thái hoạt động của máy móc từ xa cho phép quản lý nhà máy nhanh chóng giám sát, chẩn đoán các vấn đề và giải quyết chúng trước khi gây ảnh hưởng đến hoạt động sản xuất.

Bảo trì dự đoán:

Phân tích tiên đoán giúp lập kế hoạch bảo dưỡng máy móc chính xác hơn, giảm thiểu thời gian ngừng máy và chi phí bảo trì không cần thiết. Các quyết định bảo trì được dựa trên dữ liệu, giúp phát hiện và giải quyết các vấn đề trước khi trở nên nghiêm trọng.

Tối ưu hóa quy trình:

Công nghệ IoT liên kết mạng các thiết bị và con người trong nhà máy, tối ưu hoá quá trình xử lý dữ liệu để tăng hiệu quả và năng suất.

Sản xuất an toàn và bền vững:

Giảm thiểu lỗi sản xuất và tai nạn lao động, nhờ vào tự động hóa hoạt động bằng máy móc. Nhà máy thông minh cũng góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Kiểm soát chất lượng sản phẩm:

Áp dụng công nghệ IoT và cảm biến để giám sát và kiểm soát chất lượng sản phẩm, giúp phát hiện và xử lý các vấn đề ngay khi chúng xảy ra.

Đạt được lợi thế cạnh tranh:

Tăng cường tốc độ, hiệu quả sản xuất và giảm chi phí giúp doanh nghiệp nổi bật và thu hút nhiều khách hàng hơn.

Nâng cao mức độ hài lòng của khách hàng:

Đáp ứng đúng thời hạn và đảm bảo chất lượng sản phẩm giúp tăng mức độ hài lòng của khách hàng.

4. Cấu trúc nhà máy thông minh

Theo các chuyên gia, các nhà máy thông minh trong các nước phát triển như châu Âu, Mỹ và một số nước châu Á hiện đang tiến tới giai đoạn cuối của mô hình 3.0 và đầu của mô hình 4.0. Cấu trúc của nhà máy thông minh 4.0 bao gồm các yếu tố chính sau:

4.1. Tự động hóa và số hóa thông tin:

Sử dụng các công nghệ cảm biến tiên tiến để mô phỏng và ghi nhận các trạng thái của các đối tượng và quy trình sản xuất. Các thông tin từ đơn giản như có, không, đến những thông số nâng cao như nhiệt độ, độ ẩm được thu thập và xử lý dưới dạng tín hiệu số.

4.2. Kết nối (IoT):

Mạng lưới cyber-physical kết nối các thiết bị và máy móc trong nhà máy, tạo ra một hệ thống giao tiếp trực tuyến. Các thông tin về lượng hàng tồn kho, sự cố, thay đổi đơn hàng được chia sẻ liên tục để tối ưu hóa sản xuất và quản lý tài nguyên.

4.3. Big Data:

Dựa trên dữ liệu liên tục từ các quy trình, nhà máy xây dựng và duy trì một mô hình dữ liệu thời gian thực. Sự tương tác giữa thế giới thực và không gian ảo ngày càng mờ nhạt, cho phép can thiệp và điều chỉnh ngay lập tức các quy trình và máy móc.

4.4. Trí tuệ nhân tạo (AI):

Các ứng dụng AI phân tích dữ liệu quá khứ để dự đoán xu hướng, cảnh báo và thực hiện các điều chỉnh tự động. Ví dụ, trong quá trình sản xuất, AI phân tích dữ liệu lỗi từ quá khứ để đưa ra phản hồi và cải tiến quy trình sản xuất.

5. So sánh nhà máy thông minh với nhà máy truyền thống 

Có sự khác biệt đáng kể giữa các nhà máy hiện đại và những nhà máy truyền thống trên nhiều mặt của hoạt động sản xuất. Các công nghệ tiên tiến và khả năng kết nối đóng vai trò then chốt trong các nhà máy sản xuất thông minh, đồng thời cải thiện thời gian ngừng hoạt động, linh hoạt trong sản xuất, phát triển sản phẩm, quản lý chất lượng và quyết định chiến lược. Khả năng tiếp cận dữ liệu nhanh chóng hơn và quyết định thông minh hơn được nâng cao nhờ vào sự phát triển của các nền tảng này. Dưới đây là những điểm khác biệt chính:

Đặc điểm	Nhà máy thông minh	Nhà máy truyền thống
Kết nối	Hệ thống và thiết bị được kết nối qua RIoT, cung cấp dữ liệu liên tục	Hệ thống hoạt động độc lập, không kết nối IoT
Tính sẵn có và sử dụng dữ liệu	Dữ liệu tập trung từ các hoạt động sản xuất, sẵn sàng ngay lập tức cho phân tích	Dữ liệu phân tán, yêu cầu nỗ lực tổng hợp và không sẵn sàng để phân tích
Thời gian ngừng hoạt động	Bảo trì dự đoán và phòng ngừa giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến	Không có khả năng dự đoán sự cố, dẫn đến thời gian ngừng hoạt động và chi phí lớn hơn dự kiến
Sản xuất linh hoạt	Có tính linh hoạt cao, có thể nhanh chóng thay đổi quy trình sản xuất	Khó thay đổi quy trình sản xuất để đáp ứng nhanh chóng các thay đổi trong nhu cầu
Phát triển sản phẩm và quy trình	Được thúc đẩy bởi môi trường kỹ thuật số, cho phép thử nghiệm và thực hiện các thay đổi nhanh chóng	Chậm và tốn kém, yêu cầu nhiều lần lặp lại với các mẫu vật lý
Kiểm soát chất lượng	Kiểm tra tự động nhanh chóng, chi phí thấp và có thể điều chỉnh quy trình tự động	Kiểm tra thủ công tốn kém và tốn thời gian
Phân tích và ra quyết định	Nhanh hơn, dựa trên dữ liệu và sử dụng các công cụ phân tích tiên tiến	Chậm và tốn nhiều công sức, đòi hỏi tổng hợp dữ liệu rộng rãi và phân tích thủ công

6. Một số thách thức khi triển khai nhà máy thông minh

Chi phí đầu tư cao: 

Việc xây dựng và vận hành Nhà máy thông minh đòi hỏi đầu tư lớn cho công nghệ tiên tiến, đào tạo nhân viên, nâng cấp cơ sở hạ tầng, và các yếu tố khác. Chi phí bảo trì và bảo dưỡng cũng cao hơn so với nhà máy truyền thống.

Cách tiếp cận rời rạc: 

Triển khai Nhà máy thông minh yêu cầu sự phối hợp chặt chẽ giữa các bộ phận như ban lãnh đạo, phòng kỹ thuật, sản xuất, CNTT, v.v. Thiếu sự thống nhất có thể dẫn đến sự đa dạng không cần thiết trong quản lý và vận hành nhà máy.

Thiếu giám sát thiết bị: 

Giám sát hiệu suất thiết bị trong thời gian thực là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của nhà máy. Thiếu hệ thống giám sát tiềm ẩn nhiều nguy cơ, có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất và lợi ích kinh doanh của doanh nghiệp.

Bảo mật kém: 

Nhà máy thông minh với hệ thống kết nối mạng rộng và khối lượng dữ liệu lớn có nguy cơ cao bị tấn công mạng, đánh cắp dữ liệu hoặc gây rối hoạt động sản xuất. Bảo mật yếu là một trong những thách thức lớn nhất mà nhà máy thông minh phải đối mặt, có thể gây tổn hại nghiêm trọng đến danh tiếng và hoạt động của doanh nghiệp.

7. Quy trình xây dựng nhà máy thông minh

Định vị và định hướng mô hình nhà máy

Đầu tiên, doanh nghiệp cần xác định vị trí hiện tại của nhà máy và đề ra hướng đi cho mô hình nhà máy thông minh. Đây là bước chiến lược yêu cầu tầm nhìn dài hạn, phân tích kỹ lưỡng các cơ hội và thách thức, cùng việc có tiềm lực và quyết tâm vững vàng.

Xác định vấn đề & phương thức cải tiến 

Công nghệ là công cụ để cải tiến sản xuất. Tuy nhiên, để thành công như Grab, Uber, các nhà phát triển phải hiểu sâu sắc vấn đề xã hội và thiết kế phương thức giải quyết dựa trên công nghệ. Tương tự, trong sản xuất, để xây dựng một nhà máy thông minh, cần nhận diện vấn đề và áp dụng công nghệ vào các phương thức giải quyết hiệu quả.

Đơn vị cung cấp giải pháp nhà máy thông minh

Nhân tố con người là vô cùng quan trọng. Việc đưa ra giải pháp cho nhà máy thông minh yêu cầu những người hiểu về sản xuất, có kiến thức về cải tiến sản xuất, và sở hữu năng lực về công nghệ. Đồng thời, các yếu tố như kế hoạch tài chính, sự đồng bộ giữa con người và máy móc, nền tảng công nghệ, robotics công nghiệp, và nguồn cung ứng thiết bị tự động hóa đều ảnh hưởng đáng kể đến quá trình triển khai.

Các công nghệ hỗ trợ quan trọng trong sản xuất thông minh:

• Trí tuệ nhân tạo
• Phần mềm giám sát sản xuất
• Công nghệ blockchain trong sản xuất
• Internet công nghiệp
• An ninh mạng
• Robot công nghiệp

Đây là những yếu tố quan trọng để đảm bảo sự thành công và hiệu quả của việc triển khai nhà máy thông minh trong môi trường sản xuất hiện đại.

8. Sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp

Cách mạng công nghiệp 4.0 là cuộc cách mạng mà các công nghệ được kết hợp lại, làm mờ ranh giới giữa vật lý, kỹ thuật số và sinh học, tạo thành một hệ thống kết nối thông minh và tinh vi. Trong lịch sử, nhân loại đã trải qua ba cuộc cách mạng công nghiệp và hiện nay đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, hay còn gọi là “Industry 4.0.”

• Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất: Bắt đầu vào năm 1784 với phát minh ra động cơ đốt trong.
• Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai: Đánh dấu bằng sự ra đời của động cơ điện.
• Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba: Đặc trưng bởi sự phát triển của máy tính và các hệ thống tự động hóa.
• Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư “Industry 4.0”: Bắt đầu từ những năm 2000, tập trung vào trí tuệ nhân tạo (AI), kết nối vạn vật (IoT), và dữ liệu lớn (Big Data) với mục tiêu tạo ra những nhà máy thông minh.

8.1. Làm thế nào để ứng dụng công nghệ 4.0?

Để ứng dụng công nghệ 4.0, cần hoàn thiện công nghệ 3.0 trước tiên, tức là hoàn thiện quy trình công nghệ và hệ thống tự động hóa. Song song với đó, cần tích hợp các yếu tố cốt lõi của công nghệ 4.0 như trí tuệ nhân tạo (AI), Internet of Things (IoT), và dữ liệu lớn (Big Data). Ngoài ra, các công nghệ khác như Blockchain, điện toán đám mây, điện toán biên, hệ thống vật lý không gian mạng (Cyber-Physical Systems – CPS), điện toán nhận thức (cognitive computing), Robot, mạng internet 5G cũng đóng vai trò quan trọng.

Yếu tố con người cũng không thể thiếu trong việc ứng dụng thành công công nghệ 4.0. Từ lãnh đạo đến nhân viên đều phải hiểu rõ tầm quan trọng của công nghệ này, mạnh dạn đổi mới và loại bỏ những gì không phù hợp để triển khai hiệu quả.

8.2. Những kỳ vọng và lợi ích của cách mạng công nghiệp 4.0

Cách mạng công nghiệp 4.0 đã và đang mang lại nhiều lợi ích to lớn, ảnh hưởng sâu rộng đến nhiều lĩnh vực và tạo ra diện mạo mới cho nhiều doanh nghiệp. Một trong những kỳ vọng lớn nhất của thời đại công nghệ 4.0 là tiềm năng cải thiện chất lượng cuộc sống và nâng cao mức thu nhập của người dân trên toàn thế giới, với sự chuyển dịch từ lao động chân tay sang lao động trí óc.

Đặc biệt, cuộc cách mạng này tạo ra nền sản xuất thông minh với nhà máy thông minh “Smart Factory,” mang lại đột phá trong sản xuất và những giá trị to lớn cho nhân loại trong kỷ nguyên mới.

9. Kết luận

Nhà máy thông minh là biểu tượng cho sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ trong lĩnh vực sản xuất, đưa các doanh nghiệp bước vào kỷ nguyên mới của hiệu quả và năng suất. Với những lợi ích đáng kể như trên, nhà máy thông minh đang dần trở thành tiêu chuẩn mới cho ngành công nghiệp toàn cầu. Tuy nhiên, để tận dụng hết tiềm năng của mô hình này, doanh nghiệp cần phải đối mặt và vượt qua những thách thức như chi phí, giám sát thiết bị, và bảo mật.

Với mục tiêu hỗ trợ doanh nghiệp cập nhật những xu hướng mới nhất, cũng như tiếp cận những chiến lược vượt trội để doanh nghiệp áp dụng mô hình nhà máy thông minh một cách tối ưu, triển lãm quốc tế Vietnam Manufacturing Expo 2024 – triển lãm về máy móc thiết bị, công nghệ sản xuất và công nghiệp hỗ trợ – là sự kiện không thể bỏ lỡ. Tại đây, doanh nghiệp sẽ có cơ hội trực tiếp tham quan, trải nghiệm các công nghệ tiên tiến nhất, cùng gặp gỡ và học hỏi từ các chuyên gia hàng đầu trong ngành thông qua các buổi hội thảo chuyên đề chất lượng. Tham gia VME 2024 không chỉ giúp doanh nghiệp nắm bắt xu hướng công nghệ mới mà còn mở ra nhiều cơ hội hợp tác, kết nối và phát triển kinh doanh. Đăng ký tham gia ngay tại đây.