Cách mạng công nghiệp 4.0 - Tương lai của ngành sản xuất

Giới thiệu

   Dây chuyền sản xuất là một tập hợp các hoạt động tuần tự được thiết lập tại một nhà máy mà vật liệu được đưa vào quá trình tinh chế để tạo ra một sản phẩm tiêu dùng cuối cùng; hoặc các bộ phận được lắp ráp để chế tạo thành phẩm.

   Nói một cách đơn giản, dây chuyền sản xuất là một dây chuyền công nhân, máy móc hoặc thiết bị trong nhà máy hoặc cơ sở sản xuất chuyển công việc từ trạm này sang trạm khác cho đến khi quá trình sản xuất sản phẩm hoàn tất. 

Sự trỗi dậy của robot trong dây chuyền sản xuất

   Robot là một loại máy có thể thực hiện công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Robot được lập trình sẵn theo một trình tự nhất định và sử dụng mục đích phục vụ công việc lắp ráp, sản xuất hoặc chế biến sản phẩm.

   Robot hỗ trợ rất nhiều cho con người. Đặc biệt là trong những môi trường khắc nghiệt, độc hại và nguy hiểm. Robot công nghiệp có tính chính xác cao và hiệu quả vượt trội so với sản xuất thủ công.  

Ưu điểm của việc sử dụng robot trong quy trình sản xuất:

• Việc sử dụng robot công nghiệp tự động hóa nhằm tiết giảm chi phí, cải thiện chất lượng môi trường lao động.
• Robot công nghiệp đảm bảo tính đồng nhất và tăng chất lượng sản phẩm.
• Tăng năng suất và tính linh hoạt trong sản xuất.
• Tiết kiệm nguyên nhiên vật liệu và hạ giá thành sản phẩm

  Hầu hết những ngành công nghiệp sử dụng robot trong dây chuyền sản xuất đều được hưởng lợi từ những ưu điểm của nó như: ngành sản xuất, vận chuyển, y học, dệt may, thực phẩm…

Hình ảnh 15: Hệ thống đóng gói tích hợp robot- CNC VINA

Trí tuệ nhân tạo (AI) trong dây chuyền sản xuất

   Với rất nhiều dữ liệu được tạo ra hàng ngày bởi IoT công nghiệp và các nhà máy thông minh, trí tuệ nhân tạo có một số ứng dụng tiềm năng trong sản xuất. Các nhà sản xuất đang ngày càng chuyển sang các giải pháp trí tuệ nhân tạo (AI) như học máy (ML) và mạng thần kinh học sâu để phân tích dữ liệu và đưa ra quyết định tốt hơn.  

Những ví dụ về cách trí tuệ nhân tạo có thể được áp dụng để tối ưu hóa trong sản xuất

• Giai đoạn đầu tiên sẽ là dạy AI hoàn thành nhiệm vụ bằng cách xem con người thực hiện việc đó như thế nào. Nếu được thực hiện như vậy, không chỉ tiến bộ sẽ được thực hiện mà còn mở rộng sẽ được duy trì. Nếu có đủ thời gian và thực hành, nó sẽ tự học và có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau mà không cần sự giám sát liên tục.
•  Crowdsourcing là bước hợp lý tiếp theo. Sử dụng phương pháp này, bạn có thể thu thập dữ liệu từ công chúng để đào tạo AI. Nó có thể thực hiện việc này trong nháy mắt và sau đó so sánh kết quả với bất kỳ thứ gì khác mà nó đã lưu trữ. Kết quả sẽ là một AI có khả năng tiếp cận trí tuệ tập thể và khả năng "tâm trí tập trung" hoặc biết những gì mọi người khác biết.
• Cuối cùng, việc giám sát AI cũng có thể thực hiện được thông qua việc sử dụng phương pháp học tập không giám sát. Điều này có nghĩa là nó có thể tiếp thu kiến ​​thức mà không cần được hướng dẫn cụ thể để làm điều đó. Kỹ thuật đó  gọi là học tăng cường.

Ứng dụng AI trong các ngành khác nhau

AI trong sản xuất

• Trí tuệ nhân tạo trong Logistics
• Robot AI - Tự động hóa quy trình bằng robot 
• Quản lý chuỗi cung ứng bằng trí tuệ nhân tạo
• AI trong quản lý kho hàng
• AI để bảo trì dự đoán
• Quản lý đơn hàng AI…

AI trong giao thông

•  Xe tự lái AI
• Đèn giao thông AI..

Hình ảnh 16: Robot AI - Tự động hóa quy trình bằng robot

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0

   Công nghiệp 4.0 - còn gọi là Cách mạng công nghiệp lần thứ tư hay 4IR - là giai đoạn tiếp theo trong quá trình số hóa lĩnh vực sản xuất, được thúc đẩy bởi các xu hướng đột phá bao gồm sự gia tăng của dữ liệu và kết nối, phân tích, tương tác giữa người và máy và những cải tiến về robot.  

Việc ứng dụng Cách mạng công nghiệp lần thứ tư được thực hiện thông qua

• Thiết bị di động
• Nền tảng Internet vạn vật (IoT)
• Công nghệ phát hiện vị trí (nhận dạng điện tử)
• Giao diện người-máy tiên tiến
• Xác thực và phát hiện gian lận
• Cảm biến thông minh
• Phân tích lớn và quy trình nâng cao
• Tương tác khách hàng đa cấp và lập hồ sơ khách hàng
• Sự sẵn có theo yêu cầu của tài nguyên hệ thống máy tính
• Trực quan hóa dữ liệu và kích hoạt đào tạo "trực tiếp"

Về cơ bản, những công nghệ này có thể được tóm tắt thành bốn thành phần chính

• Hệ thống vật lý điện tử
• Internet vạn vật (IoT)
• Sự sẵn có theo yêu cầu của tài nguyên hệ thống máy tính (ví dụ: điện toán đám mây )
• Điện toán nhận thức 

Tác động của cách mạng công nghiệp 4.0 tới sản xuất

• Năng suất: Với nhiều dữ liệu hơn, nhiều kết nối và liên lạc hơn, bảo trì hiệu quả hơn cũng như kiểm soát và tự động hóa quy trình hiệu quả hơn, cơ sở đang trên đà đạt được mức tăng năng suất chưa từng có. Những lợi ích này mang lại thông lượng được cải thiện, chất lượng sản phẩm được tối ưu hóa, sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn và cải tiến về thời gian hoạt động và quản lý hàng tồn.
• Thời gian hoạt động: Giám sát hiệu suất, thu thập dữ liệu và phần mềm được kết nối đầy đủ đều cho phép bảo trì hiệu quả hơn, đảm bảo hoàn thành bảo trì phòng ngừa theo lịch trình và tạo điều kiện cho bảo trì dự đoán - phát hiện sự cố ban đầu của thiết bị trước khi chúng gây gián đoạn sản xuất. Điều này cho phép bạn lên lịch bảo trì khắc phục vào những thời điểm ít gián đoạn hơn đồng thời đảm bảo tốt hơn rằng có sẵn thiết bị và nhân sự phù hợp. Tất cả đều giúp giảm thời gian ngừng hoạt động, tăng tốc độ sửa chữa và giữ cho thiết bị hoạt động như mong đợi, đúng thời điểm dự kiến.
• Hàng tồn kho: Cảm biến và công nghệ Công nghiệp 4.0 khác hỗ trợ quản lý hàng tồn kho hiệu quả hơn bằng cách đảm bảo số lượng chính xác và các bộ phận ở đúng nơi dự kiến. Các nguyên tắc của Công nghiệp 4.0 cũng có thể được áp dụng để phân tích các đối tác mua sắm và chuỗi cung ứng , đồng thời mang lại sự linh hoạt hơn trong việc tìm nguồn cung ứng.
• Lợi thế cạnh tranh: Về phía khách hàng, Công nghiệp 4.0 giúp bạn khiến khách hàng hài lòng trên hai mặt trận chính: chất lượng và tính kịp thời. Với thời gian hoạt động cao hơn, ít sự cố bất ngờ hơn cũng như các quy trình và hoạt động được tối ưu hóa, cơ sở được kết nối có thể trở thành điểm khác biệt trong bối cảnh sản xuất đông đúc và cạnh tranh.
• Tỷ suất lợi nhuận: Mỗi phút ngừng hoạt động của thiết bị sẽ làm giảm tỷ suất lợi nhuận- tăng theo cấp số nhân khi thời gian ngừng hoạt động đó xảy ra ngoài dự kiến. Bằng cách giảm thời gian ngừng hoạt động và giới thiệu các khả năng tự động tiên tiến hơn, Công nghiệp 4.0 có thể cải thiện lợi nhuận và hoàn trả các khoản đầu tư vào thiết bị và cơ sở hạ tầng mà bạn đã thực hiện.
• Lập tài liệu và lưu trữ hồ sơ: Bằng cách kết nối các quy trình như bảo trì phòng ngừa và bảo trì dự đoán với các hệ thống như CMMS, Công nghiệp 4.0 cho phép lưu trữ hồ sơ hiệu quả và chính xác hơn. Kết quả là, các nhiệm vụ và chức năng cần thiết sẽ được thực hiện khi cần thiết - giảm bớt công việc dư thừa cũng như trách nhiệm bị bỏ sót.

Hình ảnh 17: Tác động của cuộc cách mạng 4.0

Ưu điểm và thách thức khi triển khai robot, AI và Công nghiệp 4.0 trong dây chuyền sản xuất

• Ưu điểm: Khi triển khai robot, AI và Công nghiệp 4.0 trong dây chuyền sản xuất cho phép các nhà máy thông minh, sản phẩm thông minh và chuỗi cung ứng cũng thông minh, và làm cho các hệ thống sản xuất và dịch vụ trở nên linh hoạt và đáp ứng khách hàng hơn. Sẽ mang lại  cho doanh nghiệp những lợi ích cụ thể như:  tăng năng suất và doanh thu, tối ưu hóa quy trình sản xuất, phát triển công nghệ tăng tốc, dịch vụ khách hàng tốt hơn.
• Thách thức: Có thể mang lại sự bất bình đẳng lớn hơn là những cơ hội mà nó tạo ra, khi phá vỡ thị trường lao động. Áp dụng công nghệ 4.0 để tự động hóa toàn bộ sức người, thay thế người lao động bằng máy móc, việc này có thể làm trầm trọng thêm sự chênh lệch giữa lợi nhuận so với vốn đầu tư và lợi nhuận so với sức lao động, đồng thời làm phát sinh một thị trường việc làm ngày càng tách biệt giữa các mảng "kỹ năng thấp/lương thấp" và "kỹ năng cao/lương cao", dẫn đến sự phân tầng xã hội ngày càng nghiêm trọng hơn.

Tương lai của dây chuyền sản xuất

   Trong tương lai, sự phát triển của dây chuyền sản xuất sẽ ngày càng hiện đại hơn, áp dụng cho hầu hết các ngành công nghiệp vì những ưu điểm vượt trội của chúng. Cùng với việc phát triển thông minh và nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo, sẽ có những sự tiến bộ vượt bậc của rô bốt và AI trong dây chuyền sản xuất. Kỳ vọng về việc áp dụng rộng rãi Công nghiệp 4.0 trong các ngành sản xuất có thể thay thế toàn bộ con người trong những trường hợp nguy hiểm hay là cần độ chính xác cao.

Kết luận 

   Việc định hình tương lai của dây chuyền sản xuất sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào việc triển khai  robot, AI, cách mạng 4.0. Chúng sẽ luôn phát triển song song với nhau.