Bảy điều cần biết về tương lai của ngành sản xuất

Phần mềm PLM của Siemens đã được NASA sử dụng trong toàn bộ quá trình phát triển và kiểm tra robot khám phá sao hỏa Cusiosity

 Với tầm nhìn hướng tới tương lai của ngành sản xuất, sự kết nối mạnh mẽ của con người, vạn vật và máy móc sẽ tạo ra những môi trường sản xuất hoàn toàn mới. Các nhà sản xuất, nhà nghiên cứu và chính phủ đang cùng nhau hợp tác để khai thác và hiện thực hóa tầm nhìn này nhằm hướng tới xây dựng mô hình nhà máy của tương lai với khả năng kết nối toàn diện. Đó chính là nền tảng hình thành nên khái niệm “Industry 4.0” của nước Đức. Vậy đâu là những động lực thúc đẩy sự phát triển này?

Industry 4.0 là gì?

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất được khởi xướng với sự ra đời của đầu máy hơi nước và quá trình cơ khí hóa các công việc chân tay vào thế kỷ 18. Sự điện khí hóa quy trình sản xuất hàng loạt đã tạo ra cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai đầu thế kỷ 20. Cuộc cách mạng lần thứ ba diễn ra trong vài thập kỷ gần đây với sự phát triển của công nghệ điện tử và máy tính trong tự động hóa sản xuất. Và hiện nay, khi thế giới thực và thế giới ảo bắt đầu hợp nhất trong sản xuất, người ta cũng bắt đầu nói đến “Industry 4.0” - cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.

Dự án “Industry 4.0” với tầm nhìn hướng tới tương lai là một phần trong chiến lược phát triển công nghệ cao của Chính phủ Đức. Mục tiêu của Industry 4.0 là phát triển một chiến lược đi trước đón đầu, nhằm chuẩn bị sẵn sàng cho nền công nghiệp sản xuất của Đức trong kỷ nguyên Internet.

Các yếu tố then chốt bao gồm:- Sự tích hợp theo chiều ngang toàn bộ quá trình xây dựng giá trị nhờ vào sự hỗ trợ mạnh mẽ của công nghệ thông tin- Sự tích hợp nhuần nhuyễn tất cả các công cụ kỹ thuật trong toàn bộ chuỗi xây dựng giá trị- Các hệ thống sản xuất được kết nối và tích hợp theo chiều dọc

Từ Dữ liệu lớn (Big Data) tới Dữ liệu thông minh (Smart Data)

Sự phát triển của công nghệ số và công nghệ mạng đang thay đổi toàn bộ chuỗi sản xuất công nghiệp và lượng dữ liệu trên toàn thế giới đang bùng nổ rất nhanh. Năm 2005, tổng lượng dữ liệu trên toàn thế giới là 130 exa-byte, và con số này đã đạt mức 462 exa-byte vào năm 2012. Các chuyên gia dự báo, lượng dữ liệu trên sẽ tiếp tục tăng tới mức 14.996 exa-byte vào năm 2020 (tương đương khoảng 15 nghìn tỷ giga-byte). Để có thể phân tích và sử dụng hiệu quả lượng dữ liệu khổng lồ như vậy, trước tiên chúng ta cần phát triển các hệ thống có khả năng phân tích và giúp chúng ta hiểu được nội dung của lượng dữ liệu này. Để thực hiện điều này, chúng ta cần biết được cách thức vận hành của các thiết bị và các hệ thống cũng như các loại công nghệ cảm biến và đo lường nào có thể giúp truy cập được các dữ liệu quan trọng nhất. Đó chính là các dữ liệu thông minh.

Dữ liệu lớn hướng tới Dữ liệu thông minh

Sản xuất dựa trên dữ liệuCác nhà nghiên cứu thị trường dự đoán rằng, nhờ vào tự động hóa công nghiệp, doanh số bán hàng toàn cầu trong lĩnh vực này sẽ tăng từ 160 tỉ Euro vào năm 2013 tới xấp xỉ 195 tỉ Euro vào năm 2018. Riêng ngành công nghiệp của Đức sẽ đầu tư xấp xỉ 40 tỉ Euro mỗi năm vào các ứng dụng Industry 4.0, tính đến năm 2020. Tại Đức, thị phần của công nghiệp trong tổng nền kinh tế thường cao gấp đôi so với Anh, Pháp hoặc Mỹ. Quá trình số hóa sẽ ảnh hưởng quyết định đến sự thành công hay thất bại của nền công nghiệp Đức trong tương lai.

Nhanh hơn, linh hoạt hơn và hiệu quả hơn

Với sự phát triển của Industry 4.0 trong tương lai, hàng tỉ máy móc, hệ thống và các cảm biến trên toàn thế giới sẽ kết nối và chia sẻ thông tin với nhau. Điều này không chỉ giúp quá trình sản xuất của các công ty trở nên hiệu quả hơn, mà còn mang lại cho họ sự linh hoạt rất lớn để đáp ứng những nhu cầu thay đổi liên tục và khắt khe trên thị trường.

Sự hợp nhất của các thế giớiVới Industry 4.0, thế giới thực sẽ hợp nhất với thế giới ảo. Phần mềm Quản lý Vòng đời Sản phẩm (PLM) của Siemens là một minh chứng rõ ràng cho phương thức này. Phần mềm được sử dụng để phát triển và thử nghiệm các sản phẩm mẫu trong môi trường ảo, thậm chí trước cả khi một con ốc vít được đưa vào sản xuất. Với công nghệ này, sản phẩm sẽ tiếp cận thị trường với thời gian nhanh hơn 50% so với dòng sản phẩm cùng chất lượng mà không sử dụng phần mềm PLM. Thành công này có được là nhờ vào quá trình mô phỏng ảnh ảo của sản phẩm, cho phép việc lắp đặt và thử nghiệm các thiết kế khác nhau của từng phụ kiện trong toàn bộ chuỗi phát triển sản phẩm trong môi trường ảo. Phương thức này đã được sử dụng để mô phỏng quá trình đổ bộ xuống sao Hỏa của tàu Curiosity vào năm 2012. Quá trình đổ bộ của tàu Curiosity đã được kiểm tra 8.000 lần trước đó bằng cách sử dụng phần mềm PLM.

Các nhà máy với khả năng tự tổ chức và sắp xếp

Công nghệ thông tin, truyền thông và sản xuất đang dần hợp nhất do các phương tiện sản xuất đang ngày càng trở nên tự động hóa. Tuy nhiên không thể hình dung chính xác các nhà máy thông minh trong tương lai sẽ như thế nào. Có thể hình dung ra một viễn cảnh sẽ xảy ra trong các nhà máy tương lai: máy móc sẽ tự tổ chức với mức độ cao, các chuỗi cung ứng sẽ tự lắp ráp, và các yêu cầu sẽ trực tiếp chuyển đổi sang dạng thông tin sản xuất và truyền sang quá trình sản xuất. Con người sẽ vẫn đóng vai trò quan trọng trong Industry 4.0 - với vai trò là nhà lãnh đạo sáng tạo và là người ra quyết định, sử dụng trí thông minh của mình để xây dựng tất cả các quá trình và thủ tục, từ đó viết các phần mềm để truyền tải các thông tin đó tới máy móc.

Hiện thực sẵn cóDù là các phương thức lập kế hoạch số, công nghệ in 3D hay các robot hạng nhẹ, các công nghệ mới dành cho Industry 4.0 đã sẵn sàng trở thành hiện thực. Nhà máy của Siemens sản xuất các thiết bị điều khiển công nghiệp ở thành phố Bavarian thuộc Amberg hiện được coi là nhà máy tiên tiến nhất trên thế giới của công ty. Tại đó, các sản phẩm và máy móc có thể kết nối với nhau, cho phép các sản phẩm có thể tự điều khiển quá trình sản xuất của chúng. Nhờ vậy, với cùng một không gian sản xuất và cùng một số lượng nhân viên, năng lực sản xuất của nhà máy đã tăng gấp 8 lần trong vòng 20 năm. Năng suất của con người và máy móc cũng tăng gấp tám lần so với 20 năm trước.