145
GIẢI PHÁP NHÀ MÁY THÔNG MINH CHO DOANH NGHIỆP
Nguyễn Huy Khang
Khoa Công nghệ Thông tin. Trường Đại học Tài chính – Marketing
Email: nhkhang@ufm.edu.vn
Tóm tắt: Tâm điểm của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 chính là các nhà máy thông
minh. Mô hình cho phép mỗi doanh nghiệp tăng năng suất, tính linh hoạt và hiệu quả, rút ngắn
thời gian đưa sản phẩm ra thị trường, tăng khả năng cạnh tranh. Cùng lúc, người tiêu dùng sẽ
hưởng lợi ích từ các sản phẩm có chất lượng cao, giá cả cạnh tranh và đặc biệt là được cá nhân
hóa theo ý muốn. Vì vậy các doanh nghiệp không thể đứng ngoài xu hướng triển khai mô hình nhà
máy thông minh. Từ nhận thức trên, buộc mỗi đơn vị phải có sự chuẩn bị kỹ lưỡng trong ứng dụng
công nghệ thông minh tại các khu vực nhà máy.
Từ khóa: Chất lượng, Chi phí, Tiến độ giao hàng, Cách mạng công nghiệp 4.0.
1. TẠI SAO TRIỂN KHAI NHÀ MÁY THÔNG MINH TRỞ THÀNH XU THẾ TẤT
YẾU TRONG BỐI CẢNH HIỆN NAY?
Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 (CMCN 4.0) có tác động đến mọi lĩnh vực và toàn
bộ nền kinh tế trên toàn cầu. Đối với ngành công nghiệp, khởi nguồn của cuộc cách mạng
kể trên, công nghệ 4.0 đang phá vỡ hầu hết nền tảng sản xuất truyền thống và tạo ra sự thay
đổi lớn theo cách phi tuyến tính với tốc độ chưa từng thấy, đặc biệt là khu vực nhà máy.
Trong xu thế trên, doanh nghiệp sản xuất Việt có nhiều lợi thế để tham gia vào chuỗi
cung ứng toàn cầu. Tuy nhiên, doanh nghiệp sản xuất phải nỗ lực nâng cấp mình, mạnh dạn
chuyển đổi số để nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày càng khắt khe của
thị trường quốc tế. Ngoài ra các đơn vị cũng cần trang bị cho mình khả năng ứng phó linh
hoạt để đáp ứng kỳ vọng ngày càng tăng của người tiêu dùng về thời gian giao hàng nhanh
hơn, thêm nhiều tùy chọn để tùy chỉnh sản phẩm, minh bạch hơn và chi phí thấp hơn. Do
đó, việc triển khai nhà máy thông minh là một chiến lược khôn ngoan không chỉ doanh
nghiệp lớn với vốn đầu tư FDI cao mà còn cả những đơn vị với quy mô vừa và nhỏ cũng
cần cân nhắc.
2. ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT NHÀ MÁY THÔNG MINH
Mô hình nhà máy thông minh hỗ trợ các doanh nghiệp sản xuất thu thập dữ liệu một
cách có định hướng để góp phần kiểm soát QCD (Quality – Chất lượng, Cost – Chi phí,
146
Delivery – Tiến độ giao hàng) trên toàn bộ chuỗi giá trị, giúp nâng cao lợi thế cạnh tranh
của doanh nghiệp, góp phần mở rộng phạm vi cơ hội gia nhập thị trường quốc tế. Điều này
được xây dựng thông qua 12 đặc trưng hàng đầu của mọi nhà máy thông minh.
2.1. Tự động hóa
CMCN 4.0 bùng nổ với sự ra đời của máy móc thông minh kết hợp với robot công
nghiệp cùng những chiếc xe tự hành AGV đã góp phần mở rộng và nâng cao khả năng tự
động hóa trong các nhà máy sản xuất hiện nay. Từ việc vận hành quá trình sản xuất một
cách tự động, con người không phải tham gia hoặc tham gia rất ít vào quá trình sản xuất.
2.2. Thông minh
Thiết bị thông minh được sử dụng phổ biến trong nhà máy 4.0 như cảm biến, RFID,
thiết bị quét mã QR Code… nhằm thu thập dữ liệu trực tiếp trong quá trình sản xuất – vận
hành, phục vụ quản lý năng suất dây chuyền sản xuất, vị trí hàng hóa, kho, chuỗi logistic….
2.3. Kết nối
Tính kết nối được coi đặc tính nổi bật nhất và tạo ra sự khác biệt của Smart Factory
so với những mô hình nhà máy trong các cuộc Cách mạng Công nghiệp trước đó. Trong
đó, mạng lưới internet vạn vật trong công nghiệp (IIoT) được coi là xương sống trong việc
kết nối dữ liệu từ tầng máy móc vận hành tới tầng công nghệ thông tin. Cùng với OPC –
UA (một giao thức chuẩn của công nghệ 4.0), sự kết nối giữa máy móc – phần mềm càng
được dễ dàng mở rộng để xử lý dữ liệu thành những thông tin quan trọng cho mục đích
giám sát – quản lý sản xuất. Từ đây, mỗi doanh nghiệp có thể kết nối và xử lý dữ liệu liên
tục từ hoạt động sản xuất và kinh doanh cũng như từ các nhà cung cấp và khách hàng cho
phép cái nhìn toàn diện, thúc đẩy hiệu quả mạng lưới cung ứng tổng thể cao hơn.
2.4. Thời gian thực
Kết nối đa chiều giữa máy móc – thiết bị – con người đã tạo nên một nhà máy sản
xuất thông minh có sự điều hành và giám sát trong thời gian thực. giúp doanh nghiệp giải
quyết các bài toán về sử dụng nguồn lực hiệu quả, tối ưu hóa hiệu suất thiết bị tổng thể và
quản lý chuỗi cung ứng chặt chẽ.
2.5. Trực quan hóa
Mục tiêu chính của trực quan hóa dữ liệu là truyền đạt thông tin hiệu quả đến người
đọc thông qua các phương tiện đồ họa. Tại nhà xưởng, dữ liệu từ dây chuyền máy móc
147
được ghi nhận trực tiếp và ngay lập tức trên các máy tính bảng công nghiệp (hoặc màn hình
số cỡ lớn). Việc trực quan hóa tại hiện trường sản xuất không chỉ giúp những nhà quản lý
mà còn chính các công nhân có thể cập nhật tức thì tình trạng sản xuất mỗi ngày và xử lý
sự cố bất thường kịp thời. Ngoài ra, toàn bộ dây chuyền và quá trình sản xuất còn được trực
quan hóa tại các phòng điều hành, giúp theo dõi & kiểm soát tổng thể từ xa mọi hoạt động
tại nhà xưởng trong thời gian thực.
2.6. Số hóa
Trong nhà máy thông minh, hệ thống MES & hệ thống ERP là hai nền tảng công nghệ
không thể thay thế, giúp số hóa toàn bộ quy trình quản trị lõi và hoạt động vận hành trong
nhà máy, tạo ra một dòng chảy thống nhất, xuyên suốt giữa các phòng ban chức năng với
xưởng sản xuất. Từ đây, dữ liệu doanh nghiệp trở nên nhất quán và tức thời.
2.7. Chủ động
“Dự đoán” và “Lập kế hoạch” là hai khả năng ưu việt được ứng dụng triệt để trong
các nghiệp vụ bảo trì, quản lý chất lượng, quản lý vật tư… tại nhà máy thông minh. Chính
những đặc điểm này đã chuyển đổi nhà máy sản xuất lên một cấp độ cao hơn, từ thụ động
sang chủ động.
2.8. Linh hoạt
Khi có biến động thị trường, những nhà máy thông minh có thể thích nghi và đáp ứng
linh hoạt không chỉ những thay đổi về mặt vật lý (bố trí nhà xưởng), mà còn đảm bảo các
yêu cầu về cân đối năng lực sản xuất và thời gian thực hiện.
2.9. Toàn diện
Hệ thống báo cáo thông minh – Business Intelligence – kết nối và phân tích chuyên
sâu những dữ liệu thu thập được tại tất cả các tầng vận hành để tạo ra những lát cắt trực
quan bằng biểu đồ (dashboard) về toàn bộ hoạt động sản xuất kinh doanh của doanh của
doanh nghiệp. Bức tranh toàn diện này sẽ giúp nhà quản lý điều hành công việc từ xa và ra
quyết định chiến lược nhanh chóng.
2.10. Tối ưu hóa
Có thể nói, sự tổng hòa các yếu tố tri thức, công nghệ, con người đã tạo nên những
thế hệ nhà máy thông minh có sức mạnh vượt trội về năng lực và chất lượng sản xuất, không
những thế còn có khả năng tối ưu hóa chi phí và tiến độ giao hàng
148
3. KIẾN TRÚC NHÀ MÁY THÔNG MINH PHỔ BIẾN HIỆN NAY
Mô hình nhà máy thông minh chính là chiến lược có vị trí quan trọng trong công cuộc
chuyển mình theo xu thế hiện đại mà cuộc cách mạng 4.0 tạo ra.
Hình: Kiến trúc của mô hình nhà máy chuẩn thông minh hiện nay
Sau đây là những thành tố được coi là nền tảng quan trọng nhất cấu thành một mô
hình nhà máy chuẩn thông minh:
3.1. Tầng 1: Tự động hóa máy móc
Đây là tầng diễn ra ở khu vực sản xuất với nhiệm vụ là điều khiển, giám sát và thu
thập dữ liệu phục vụ cho các tầng phía trên. Đây cũng được coi là tầng tự động hóa trong
mô hình nhà máy thông minh.
Đối với những máy móc trong nhà máy chưa thể thu thập dữ liệu, doanh nghiệp sẽ sử
dụng bộ chuyển đổi tiên tiến cho từng thiết bị.
3.2. Tầng 2: IIoT (Industrial Internet of Things)
Được hiểu là Internet vạn vật trong công nghiệp, IIoT cũng có chung nhiệm vụ với
tầng số 1 đó là sử dụng cảm biến để thu thập thông tin tình trạng máy móc, thống kê sản
lượng sản xuất của thiết bị theo thời gian thực, từ đó cung cấp dữ liệu cho các tầng phía
trên sử dụng và phân tích. Một số công cụ tiêu biểu của tầng IIoT có thể kể đến như Sensor,
QR code, Workstation,…
IIoT là đại diện cho tầng kết nối với khả năng ưu việt đó là gia tăng hiệu quả, tầm ảnh
hưởng, tiết kiệm thời gian, chi phí cho các tổ chức. Những kết nối nhạy bén từ các thiết bị
149
trong nhà máy mà không cần sự can thiệp của con người chính là điểm nổi bật mà IIoT đem
lại trong nhà máy của bạn.
3.3. Tầng 3: MES (Manufacturing Execution System)
MES – Hệ thống điều hành và thực thi sản xuất là yếu tố kết nối giữa hoạt động sản
xuất tại nhà máy với bộ phận quản lý thông qua việc lấy dữ liệu trực tiếp từ máy móc. Tầng
này được triển khai đến đội ngũ quản lý sản xuất, quản lý chất lượng và công nhân vận
hành máy. Bằng cách này mỗi doanh nghiệp có thể cập nhật hoạt động sản xuất tức thời
thay vì phải chờ đến khi kết thúc công đoạn sản xuất theo phương thức truyền thống. MES
thúc đẩy quá trình kiểm tra sản phẩm, thu thập dữ liệu, tối ưu hóa nguồn lực và quản lý chất
lượng trong nhà máy một cách trực tiếp và theo thời gian thực. Từ đó, hệ thống MES tạo ra
và cung cấp quy trình quản lý sản xuất tối ưu trong các mô hình nhà máy thông minh.
3.4. Tầng 4: ERP (Enterprise Resource Planning)
ERP là một giải pháp có thể hỗ trợ quản lý một cách hiệu quả các tài nguyên doanh
nghiệp trên toàn bộ nhà máy. Tầng này triển khai cho các phòng ban chức năng như Mua
hàng, Bán hàng, Tài chính kế toán, Kế hoạch.
Với mục tiêu tạo ra sự hợp tác và thúc đẩy hiệu quả giữa các bộ phận trong phân
xưởng, đảm bảo sự kết nối dữ liệu từ tầng sản xuất lên tới khu vực quản trị,… phần mềm
ERP đã trở thành công cụ quan trọng hàng đầu trong mô hình nhà máy thông minh.
3.5. Tầng 5: BI (Business Intelligence)
Tầng thứ 5 là Hệ thống báo cáo quản trị thông minh, hỗ trợ ra quyết định. Tầng này
sử dụng cho Ban lãnh đạo và các cấp quản lý.
BI dựa trên luồng dữ liệu từ dưới phân xưởng gửi lên khối văn phòng thông qua các
tầng trong nhà máy, từ đây hỗ trợ Nhà quản trị có cái nhìn trực quan về mọi hoạt động diễn
ra trong doanh nghiệp. Tính ưu việt của tầng BI trong mô hình nhà máy của tương lai đó là
hệ thống phân tích trực quan thông qua các biểu đồ và màn hình thông minh. Từ đó người
quản trị có thể đưa ra những quyết định mang tính chiến lược, đem lại hiệu quả lâu hơn.
4. YẾU TỐ CÔNG NGHỆ CẤU THÀNH NHÀ MÁY SẢN XUẤT THÔNG MINH
Nhà máy sản xuất thông minh được định nghĩa là cơ sở sản xuất có sự kết nối liền
mạch của các bước sản xuất riêng lẻ, từ các giai đoạn lập kế hoạch đến các bước nhỏ trong
quy trình sản xuất. Trong tương lai gần, máy móc và thiết bị sẽ có thể cải thiện các quy