Nền Tảng Công Nghiệp 4.0 Và Những Điều Bạn Nên Biết

Công nghiệp 4.0

Công nghiệp 4.0 sử dụng công nghệ kỹ thuật số để phản ứng nhanh hơn với những thay đổi của thị trường, cung cấp nhiều sản phẩm được cá nhân hóa hơn và tăng hiệu quả hoạt động. Với những lợi ích trên hãy cùng tìm hiểu sâu hơn về cách mạng 4.0.

1. Công nghiệp 4.0 là gì?

Công nghiệp 4.0 đề cập đến mạng thông minh của các máy móc và quy trình cho ngành công nghiệp với sự trợ giúp của công nghệ thông tin và truyền thông. 

Công nghiệp 4.0 đang chứng kiến ​​các nhà máy ngày càng trở nên tự động hóa và tự giám sát vì các máy móc bên trong được trao khả năng phân tích và giao tiếp với nhau. Điều này mang lại cho các công ty các quy trình mượt mà hơn nhiều để nhân viên có thể thực hiện các nhiệm vụ khác. 

2. Thành phần công nghiệp 4.0

Mặc dù “Công nghiệp 4.0” là thuật ngữ chung đề cập đến cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, các học giả vẫn đang đấu tranh để xác định đúng cách tiếp cận. Điều này làm cho việc phân biệt các thành phần chính của cách tiếp cận như vậy thậm chí còn khó hơn. Trong Tạp chí Văn học của Hermann, Pentek và Otto đã tự mình tìm ra các thành phần chính của ngành.

Hệ thống vật lý mạng, Internet vạn vật, Nhà máy thông minh và Internet dịch vụ là bốn thuật ngữ phổ biến nhất được trích dẫn trong các ấn phẩm nghiên cứu hàn lâm liên quan đến ngành. Do đó, trong giai đoạn đầu, đây là bốn thành phần chính của nền công nghiệp 4.0.

2.1. Hệ thống vật lý mạng

Công nghiệp 4.0
Hệ thống vật lý mạng

Một hệ thống vật lý mạng nhằm mục đích tích hợp các quá trình tính toán và vật lý. Điều này có nghĩa là máy tính và mạng có thể theo dõi quá trình sản xuất vật lý tại một quá trình nhất định. Sự phát triển của một hệ thống như vậy bao gồm ba giai đoạn:

  • Nhận dạng: Điều cần thiết trong sản xuất. Đây là ngôn ngữ rất cơ bản mà máy có thể giao tiếp. RFID (Nhận dạng tần số vô tuyến) là một ví dụ tuyệt vời về điều đó. RFID sử dụng một trường điện từ để xác định một thẻ nhất định thường được gắn vào một đối tượng. Mặc dù công nghệ như vậy đã xuất hiện từ năm 1999, nhưng nó vẫn là một ví dụ tuyệt vời về cách Công nghiệp 4.0 hoạt động ban đầu.
  • Sự tích hợp của cảm biến và bộ truyền động: Đây là điều cần thiết để một cỗ máy hoạt động. Việc tích hợp các cảm biến và cơ cấu truyền động chỉ đơn giản có nghĩa là có thể kiểm soát chuyển động của một máy nhất định và cảm nhận được những thay đổi của môi trường. Tuy nhiên, ngay cả khi tích hợp cảm biến và thiết bị truyền động, việc sử dụng chúng cũng bị hạn chế và không cho phép chúng giao tiếp với nhau.
  • Sự phát triển của cảm biến và thiết bị truyền động : Sự phát triển trong công nghiệp 4.0 như vậy cho phép máy móc lưu trữ và phân tích dữ liệu. CPS hiện nay được trang bị nhiều cảm biến và thiết bị truyền động có thể được nối mạng để trao đổi thông tin.

2.2. Internet of Things (IoT)

Một hệ thống vật lý mạng nghe có vẻ quen thuộc với chúng ta ngày nay. Máy móc có thể trao đổi dữ liệu trong rất nhiều ứng dụng, có thể cảm nhận được những thay đổi của môi trường xung quanh chúng. Hệ thống báo cháy là một ví dụ điển hình cho điều đó.

Internet of Things là thứ cho phép các vật thể và máy móc như điện thoại di động và cảm biến “giao tiếp” với nhau cũng như con người để tìm ra giải pháp. Sự tích hợp của công nghệ này trong công nghiệp 4.0 cho phép các đối tượng làm việc và giải quyết vấn đề một cách độc lập. Tất nhiên, điều này không hoàn toàn đúng vì con người cũng được phép can thiệp.

2.3. Internet of Services (IoS)

Trong công nghiệp 4.0, các sản phẩm, quy trình và dịch vụ ngày càng được “tinh chỉnh” bằng cách liên kết với nhau để tạo thành các dịch vụ thông minh. Đối với cả nhà cung cấp và người sử dụng dịch vụ CNTT, các dịch vụ dựa trên internet mang lại tiềm năng phát triển lớn. Ví dụ, những dịch vụ như vậy có thể dẫn đến những thay đổi trong danh mục sản phẩm, tối ưu hóa hoạt động của nhà máy công nghiệp – thông qua các nền tảng tri thức mới – và ảo hóa cơ sở hạ tầng CNTT-TT, với việc xem xét thích hợp các vấn đề bảo mật CNTT. 

IoS và IoT sẽ thay đổi đáng kể kỹ thuật và hoạt động của các hệ thống thông tin trong tương lai và nền kinh tế nói chung. Sự hội tụ của IoS và IoT trong công nghiệp 4.0 trao quyền cho các loại hệ thống sử dụng phần mềm chuyên sâu mới, trong số đó, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quan sát thời gian thực và sự thích ứng của các quy trình nội bộ và tổ chức chéo.

2.4. Nhà máy thông minh

Công nghiệp 4.0
Nhà máy thông minh – công nghiệp 4.0

Khái niệm nhà máy thông minh trong công nghiệp 4.0 là sự kết nối liền mạch của các bước sản xuất riêng lẻ, từ giai đoạn lập kế hoạch cho đến các cơ cấu chấp hành tại hiện trường. Trong tương lai gần, máy móc thiết bị sẽ có thể cải tiến quy trình thông qua việc tự tối ưu hóa, hệ thống sẽ tự động thích ứng với hồ sơ lưu lượng và môi trường mạng. Robot di động tự động (AMR) , là một phần không thể thiếu của Nhà máy thông minh, vì trí thông minh tự động của chúng kết nối nhà máy với nhau, cho phép hoạt động liền mạch. 

Khi Nhà máy Thông minh đạt được, nó sẽ đại diện cho một sự thay đổi quan trọng của Công nghiệp 4.0, vì cuộc cách mạng sẽ bắt đầu triển khai trên nhiều ngành dọc. Các thị trường khác nhau trải dài từ chăm sóc sức khỏe đến hàng tiêu dùng sẽ thích ứng với công nghệ Công nghiệp 4.0 ban đầu được mô hình hóa trong Nhà máy thông minh.

3. Lợi ích của công nghiệp 4.0 đối với doanh nghiệp

Công nghiệp 4.0
Lợi ích của công nghiệp 4.0 đối với doanh nghiệp

Có nhiều cách để các công ty sử dụng mạng thông minh. Bao gồm, ví dụ:

  • Sản xuất linh hoạt: Trong sản xuất một sản phẩm, nhiều công ty tham gia vào quá trình từng bước để phát triển một sản phẩm. Khi được nối mạng kỹ thuật số trong công nghiệp 4.0, các bước này có thể được phối hợp tốt hơn và máy theo kế hoạch tốt hơn.
  • Nhà máy có thể chuyển đổi: Các dây chuyền sản xuất trong tương lai có thể được xây dựng trong các mô-đun và được lắp ráp nhanh chóng cho các nhiệm vụ. Năng suất và hiệu quả sẽ được cải thiện, các sản phẩm cá biệt có thể được sản xuất với số lượng nhỏ với giá cả phải chăng.
  • Giải pháp hướng đến khách hàng: Trong công nghiệp 4.0, người tiêu dùng và nhà sản xuất sẽ xích lại gần nhau hơn. Khách hàng có thể tự thiết kế sản phẩm theo ý muốn của họ. Ví dụ, giày thể thao được thiết kế và điều chỉnh theo hình dáng bàn chân độc đáo của khách hàng. Đồng thời, các sản phẩm thông minh đã được chuyển giao và sử dụng có thể gửi dữ liệu đến nhà sản xuất. Với dữ liệu sử dụng này, nhà sản xuất có thể cải tiến sản phẩm của mình và cung cấp các dịch vụ mới cho khách hàng.
  • Hậu cần được tối ưu hóa: Các thuật toán có thể tính toán các tuyến đường giao hàng lý tưởng, máy móc báo cáo khi chúng cần nguyên liệu mới, mạng thông minh trong công nghiệp 4.0 cho phép dòng hàng hóa tối ưu.
  • Sử dụng dữ liệu: Dữ liệu về quá trình sản xuất và tình trạng của sản phẩm sẽ được kết hợp và phân tích khi áp dụng công nghiệp 4.0. Phân tích dữ liệu cung cấp hướng dẫn về cách sản xuất sản phẩm hiệu quả hơn. Quan trọng hơn, đó là nền tảng cho các mô hình kinh doanh và dịch vụ hoàn toàn mới. Ví dụ, các nhà sản xuất thang máy có thể cung cấp cho khách hàng của họ “bảo trì dự đoán”: thang máy được trang bị cảm biến liên tục gửi dữ liệu về tình trạng của họ. Sự hao mòn của sản phẩm sẽ được phát hiện và sửa chữa trước khi dẫn đến sự cố hệ thống thang máy.
  • Nền kinh tế tuần hoàn hiệu quả về tài nguyên: Toàn bộ vòng đời của sản phẩm có thể được xem xét với sự hỗ trợ của dữ liệu. Giai đoạn thiết kế đã có thể xác định vật liệu nào có thể được tái chế.

4. Lợi ích và thách thức của công nghiệp 4.0

Công nghiệp 4.0 sẽ thực sự cách mạng hóa cách thức hoạt động của các quy trình sản xuất. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải cân nhắc giữa lợi thế và thách thức mà các công ty có thể gặp phải.

4.1. Ưu điểm của Công nghiệp 4.0

  • Tối ưu hóa: Tối ưu hóa sản xuất là một lợi thế chính của Công nghiệp 4.0. Một Nhà máy Thông minh chứa hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn Thiết bị Thông minh có khả năng tự tối ưu hóa sản xuất sẽ dẫn đến thời gian ngừng sản xuất gần như bằng không. Điều này cực kỳ quan trọng đối với các ngành sử dụng thiết bị sản xuất cao cấp đắt tiền như ngành công nghiệp bán dẫn. Có thể sử dụng sản xuất liên tục và ổn định sẽ mang lại lợi nhuận cho công ty. 
  • Tính tùy biến: Tạo ra một thị trường linh hoạt hướng đến khách hàng sẽ giúp đáp ứng nhu cầu của người dân một cách nhanh chóng và thuận lợi. Nó cũng sẽ phá hủy khoảng cách giữa nhà sản xuất và khách hàng. 
  • Thúc đẩy nghiên cứu: Việc áp dụng các công nghệ Công nghiệp 4.0 sẽ thúc đẩy nghiên cứu trong các lĩnh vực khác nhau như bảo mật CNTT và sẽ có tác động đến giáo dục nói riêng. Một ngành mới sẽ yêu cầu một loạt kỹ năng mới. Do đó, giáo dục và đào tạo sẽ cung cấp cho một ngành như vậy lao động có kỹ năng cần thiết.

4.2. Những thách thức đối mặt với công nghiệp 4.0

Công nghiệp 4.0
Những thách thức đối mặt với công nghiệp 4.0
  • Bảo mật: Có lẽ khía cạnh thách thức nhất của việc triển khai các kỹ thuật Công nghiệp 4.0 là rủi ro bảo mật CNTT. Việc tích hợp trực tuyến này sẽ tạo điều kiện cho các vi phạm bảo mật và rò rỉ dữ liệu. Trộm cắp mạng cũng phải được xem xét. Trong trường hợp này, vấn đề không nằm ở cá nhân, mà có thể, và sẽ có thể, khiến nhà sản xuất tốn tiền và thậm chí có thể làm tổn hại danh tiếng của họ. Vì vậy, nghiên cứu về bảo mật là rất quan trọng.
  • Vốn: Việc chuyển đổi như vậy sẽ đòi hỏi một khoản đầu tư lớn vào một công nghệ mới nghe có vẻ không hề rẻ. Quyết định thực hiện chuyển đổi như vậy sẽ phải ở cấp Giám đốc điều hành. Ngay cả khi đó, các rủi ro phải được tính toán và xem xét nghiêm túc. Ngoài ra, việc chuyển đổi như vậy sẽ đòi hỏi một nguồn vốn khổng lồ, điều này khiến các doanh nghiệp nhỏ hơn từ bỏ và có thể khiến họ mất thị phần trong tương lai.
  • Việc làm: Mặc dù vẫn còn sớm để suy đoán về các điều kiện việc làm khi áp dụng Công nghiệp 4.0 trên toàn cầu, nhưng có thể nói rằng người lao động sẽ cần phải có được những kỹ năng khác nhau hoặc hoàn toàn mới. Khu vực công nhân có công việc lặp đi lặp lại sẽ gặp thách thức trong việc theo kịp ngành. Các hình thức đào tạo khác nhau phải được đưa ra, nhưng nó vẫn không giải quyết được vấn đề cho bộ phận công nhân cao tuổi. Đây là một vấn đề có thể mất nhiều thời gian hơn để giải quyết.
  • Quyền riêng tư: Đây không chỉ là mối quan tâm của khách hàng mà còn là mối quan tâm của các nhà sản xuất. Trong một ngành liên kết với nhau như vậy, các nhà sản xuất cần thu thập và phân tích dữ liệu. Đối với khách hàng, điều này có thể giống như một mối đe dọa đối với quyền riêng tư của họ. Điều này không chỉ dành riêng cho người tiêu dùng. Các công ty nhỏ hoặc lớn chưa từng chia sẻ dữ liệu của họ trước đây sẽ phải nỗ lực hướng tới một môi trường minh bạch hơn. Thu hẹp khoảng cách giữa người tiêu dùng và nhà sản xuất sẽ là một thách thức rất lớn cho cả hai bên.

5. Kết luận

Công nghiệp 4.0 chắc chắn là một cách tiếp cận mang tính cách mạng đối với các kỹ thuật sản xuất. Khái niệm này sẽ thúc đẩy các nhà sản xuất toàn cầu lên một cấp độ tối ưu hóa và năng suất mới. Không chỉ vậy, khách hàng cũng sẽ được tận hưởng một đẳng cấp mới của các sản phẩm tùy chỉnh cá nhân mà có thể chưa từng có trước đây. Như đã đề cập ở trên, phần thưởng kinh tế là vô cùng lớn.

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết một cách có hệ thống để đảm bảo quá trình chuyển đổi diễn ra suôn sẻ. Đây cần phải là trọng tâm của các tập đoàn lớn cũng như các chính phủ. Đẩy mạnh nghiên cứu và thử nghiệm trong các lĩnh vực như vậy là điều cần thiết.

Trong khi những suy đoán về quyền riêng tư, bảo mật và việc làm cần được nghiên cứu thêm, bức tranh tổng thể vẫn đầy hứa hẹn. Cách tiếp cận công nghiệp 4.0 như vậy đối với các ngành sản xuất thực sự là một cuộc cách mạng.