Số hóa trong công nghiệp: Tiềm năng của bản sao số
Bản sao số đã xuất hiện trong ngành công nghiệp từ rất lâu và hiện đang cách mạng hóa các quy trình trong toàn bộ chuỗi giá trị. Là phiên bản kỹ thuật số của một sản phẩm, quy trình sản xuất, hay hiệu quả hoạt động, bản sao số cho phép từng khâu riêng lẻ của quy trình được liên kết với nhau một cách liền mạch. Điều này tạo ra sự cải tiến hiệu quả một cách nhất quán, giảm thiểu tỷ lệ sai hỏng, rút ngắn chu kỳ phát triển, và mở ra các cơ hội kinh doanh mới. Nói cách khác, nó tạo ra lợi thế cạnh tranh bền vững.
Các nền tảng của Cách mạng Công nghiệp 4.0
Vì những lý do này, công ty nghiên cứu và tư vấn công nghệ thông tin Gartner đã đưa ra dự báo đến năm 2021, một nửa các công ty công nghiệp chủ chốt hiện nay sẽ sử dụng bản sao số, nhờ thế sẽ gia tăng hiệu quả hoạt động lên 10%. Tuy nhiên, để khai thác triệt để tiềm năng của bản sao số, các hệ thống thực trong tương lai không chỉ cần thiết phải kết nối mạng với nhau mà còn cần phải phát triển khả năng “suy nghĩ” và hành động tự chủ. Sự phát triển này đang đi theo xu hướng của trí tuệ nhân tạo, từ sự nhận biết và tương tác đơn giản cho đến khả năng giao tiếp và tự tối ưu hóa. Điều này cũng đòi hỏi cần có các hệ thống tích hợp thông tin với khả năng cho phép sự trao đổi thông tin liên tục.
Để tạo ra các bản sao số đòi hỏi cần phải có các hệ thống phần mềm mạnh mẽ để có thể triển khai chúng trên toàn bộ chuỗi giá trị - giúp lập kế hoạch và thiết kế sản phẩm, máy móc, nhà máy và các sản phẩm vận hành cũng như hệ thống sản xuất. Điều này cho phép người sử dụng triển khai linh hoạt và hiệu quả hơn, tùy biến theo nhu cầu sản xuất cụ thể của họ.
Các lợi ích tổng quan
Bản sao số của sản phẩm được tạo ra từ giai đoạn rất sớm ngay từ khâu lên ý tưởng và thiết kế sản phẩm mục tiêu. Do đó, các kỹ sư có thể mô phỏng và xác thực các đặc tính sản phẩm theo các yêu cầu tương ứng. Chẳng hạn, xác định tính ổn định hay tính trực quan của sản phẩm. Liệu phần thân xe hơi có gây ra sức cản không khí thấp nhất không? Liệu các thiết bị điện tử hoạt động đáng tin cậy chưa? Dù liên quan đến cơ khí, điện tử, phần mềm hay hoạt động hệ thống, bản sao số có thể được sử dụng để thử nghiệm và tối ưu trước tất cả các yếu tố đó.
Điều tương tự cũng được áp dụng với bản sao số của hoạt động sản xuất. Nó liên quan đến mọi khía cạnh từ máy móc hay quản lý nhà máy cho đến toàn bộ dây chuyền sản xuất trong môi trường giả lập. Quá trình mô phỏng có thể được sử dụng để tối ưu trước hoạt động sản xuất với việc tạo ra các mã PLC để vận hành giả lập. Nhờ vậy, có thể xác định và ngăn chặn các nguyên nhân gây lỗi và sự cố trước khi tiến hành hoạt động sản xuất vận hành trong thực tế. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và tạo nền tảng cho hoạt động sản xuất hàng loạt và theo yêu cầu đặc thù. Bởi vì, mọi lộ trình đến sản xuất dù phức tạp đến đâu đều có thể được tính toán, thử nghiệm, lên sẵn chương trình với chi phí và nỗ lực tối thiểu trong khoảng thời gian rất ngắn.
Lần lượt, các dữ liệu vận hành từ sản phẩm cho tới hoạt động nhà máy được cung cấp thường xuyên cho các bản sao số hiệu suất. Việc này giúp theo dõi liên tục thông tin về tình trạng máy móc và tiêu hao nhiên liệu của hệ thống nhà máy. Do đó, nó giúp chủ động trước việc bảo trì nhằm tránh thời gian máy móc đình trệ và tối ưu việc tiêu hao nhiên liệu. Nhiều công ty nhờ việc sử dụng các dịch vụ phân tích dữ liệu trên mà có thể phát triển các mô hình kinh doanh mới, như trong ví dụ được đưa ra về hãng cơ khí chế tạo Heller. Đồng thời, các hiểu biết có từ việc phân tích dữ liệu nhờ các hệ thống như MindSphere – hệ điều hành mở kết nối vạn vật, dựa trên nền tảng điện toán đám mây của Siemens - có thể phản hồi lại toàn bộ chuỗi giá trị trong hệ thống sản phẩm. Nhờ đó hình thành chu trình ra quyết định khép kín để tối ưu hóa liên tục quy trình sản xuất.
Toàn bộ phạm vi của sản phẩm và dịch vụ
Gói giải pháp Doanh nghiệp Số của Siemens cung cấp các giải pháp phần mềm và tự động hóa được tích hợp và phối hợp một cách hoàn hảo, tạo ra một cách tiếp cận toàn diện: Một nền tảng dữ liệu tập trung giúp số hóa toàn bộ quy trình gia tăng giá trị trong ngành công nghiệp. Các mạng lưới truyền thông công nghiệp thông minh cho phép việc trao đổi dữ liệu đơn giản trong phạm vi đa dạng các mô-đun sản xuất và thu thập dữ liệu vận hành trên cơ sở hoạt động sản xuất kinh doanh vẫn đang tiếp diễn.
Chiến lược bảo mật nhiều lớp của Siemens đảm bảo rằng các công ty được định vị để giải quyết các yêu cầu bảo mật trong ngành đang gia tăng, và các nhà máy công nghiệp được bảo vệ một cách hiệu quả tránh được các cuộc tấn công từ bên trong lẫn bên ngoài. Các cơ chế bảo mật tuân thủ theo tiêu chuẩn, từ bảo vệ bằng mã khóa đến giám sát an ninh thường xuyên, đảm bảo tình trạng an toàn một cách tin cậy và phù hợp với yêu cầu của nhà máy số.
MindSphere cũng là nền tảng giúp phát triển các mô hình kinh doanh số hóa mới cho các các công ty trong ngành công nghiệp, nó hoàn thiện danh mục dịch vụ số dựa trên dữ liệu của Siemens cho môi trường ngành công nghiệp. Nó cũng cung cấp các giải pháp an ninh tiên tiến để thu thập dữ liệu trong các ngành, có thể trao đổi và lưu trữ trên nền tảng đám mây
Những thành quả ban đầu
Với gói giải pháp Doanh nghiệp Số của Siemens, khách hàng có thể bắt đầu đầu tư vào các giải pháp cho tương lai ngay từ bây giờ để có thể triển khai từng bước cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0. Chẳng hạn, hãng chế tạo máy chuyên dụng Bausch + Ströbel coi số hóa như chìa khóa để đồng nhất được hoạt động chế tạo của mình. Công ty dự tính gia tăng hiệu suất lên ít nhất 30% vào năm 2020 nhờ tiết kiệm thời gian chỉ riêng trong hoạt động chế tạo.
Tương tự, Schunk - hãng dẫn đầu thị trường thế giới về công nghệ và hệ thống kẹp cơ khí - đang triển khai giải pháp số hóa cho các thành phần hệ thống kẹp cơ khí được điều khiển bằng điện tử. Quy trình chế tạo mới này sẽ rút ngắn đáng kể thời gian triển khai dự án, giúp vận hành nhanh hơn, gia tăng hiệu suất rõ rệt khi xây dựng các nhà máy tương tự.
Trên mọi cấp độ
Kết nối các máy móc với nhau và với hệ thống ở cấp độ cao hơn cho phép các nguồn lực và dữ liệu sản xuất được quản lý tập trung. Nhờ đó hiệu quả chi phí trong mua sắm và vận hành được đảm bảo, đồng nghĩa với việc dữ liệu về các đơn hàng luôn sẵn có trong toàn công ty, giúp xác định chiến lược tối ưu trong phân bổ các đơn hàng giữa các bộ phận sản xuất khác nhau trong phạm vi tổ chức. Hơn nữa, vật tư tồn kho, quy trình hậu cần, sự sẵn có của các công cụ có thể nhanh chóng được xác định chính xác và phối hợp một cách hiệu quả.
Nhờ cải thiện việc tài liệu hóa các quy trình và thông số sản xuất mà tiềm năng của bản sao số trong quản lý chất lượng được phát huy tốt. Nếu các nhà sản xuất biết chính xác được bộ phận nào đã được lắp ráp, với đặc tính nào, cho sản phẩm nào, cách thức lắp ráp như thế nào, người ta có thể đưa ra giải pháp phù hợp cho vấn đề tiềm ẩn và tối ưu hóa các quy trình. Trong nhà máy sản xuất Simatic ở Amberg, tại Đức, Siemens đã sử dụng hệ thống tài liệu và đánh giá toàn diện, kết quả đạt được là khống chế tỷ lệ lỗi trong sản xuất ở mức rất thấp.
Cũng trong ngành chế biến, bản sao số đem lại hiệu quả và năng suất cao hơn. Với bước chuyển từ kỹ thuật tích hợp sang vận hành tích hợp, Siemens đã giúp các công ty trong ngành công nghiệp chế biến thiết lập mô hình dữ liệu toàn diện từ xây dựng nhà máy cho đến việc vận hành sản xuất. Trong lĩnh vực này, số hóa cho phép rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường, tăng tính linh hoạt và hiệu suất. Các công ty được tạo điều kiện để đáp ứng thành công trước những biến động phức tạp và đa dạng của thị trường thế giới, tăng năng suất cũng như hiệu suất sử dụng năng lượng.
Nguồn ảnh: Electra Meccanica, Siemens AG