Mười hướng trọng tâm trong quy hoạch nhà máy thông minh

 Với sự phát triển nhanh chóng của xã hội và tiến bộ không ngừng của thời đại, mô hình sản xuất chế tạo truyền thống đã không thể đáp ứng nhu cầu ở giai đoạn hiện nay, do đó sản xuất thông minh ra đời. Các quốc gia dần bắt đầu chú trọng vào việc lập kế hoạch và xây dựng nhà máy thông minh. Việc lập kế hoạch nhà máy thông minh là khởi đầu cho quá trình chuyển đổi số và thông minh của doanh nghiệp, có vai trò xác định rõ mục tiêu, thiết kế mô hình, vẽ khung kế hoạch tổng thể và xác định lộ trình thực hiện. Bài viết chia sẻ mười hướng trọng tâm trong việc lập kế hoạch nhà máy thông minh.

Tư vấn và chẩn đoán nhà máy thông minh

Năm 2021 đã ban hành 2 tiêu chuẩn: "Mô hình độ trưởng thành năng lực sản xuất thông minh GB/T 39116-2020" và "Phương pháp đánh giá độ trưởng thành năng lực sản xuất thông minh GB/T 39117-2020", chia độ trưởng thành sản xuất thông minh của doanh nghiệp thành 5 cấp, cụ thể là: Cấp 1 (Cấp quy hoạch), Cấp 2 (Cấp chuẩn hóa), Cấp 3 (Cấp tích hợp), Cấp 4 (Cấp tối ưu hóa), Cấp 5 (Cấp dẫn đầu). Việc đánh giá được triển khai dựa trên 5 yếu tố năng lực, 12 miền năng lực và 20 tiểu miền năng lực, mỗi tiểu miền cũng đưa ra yêu cầu đánh giá từ cấp 1 đến cấp 5 cùng điểm chấm tương ứng. Doanh nghiệp có thể đối chiếu với các yêu cầu từng cấp theo tình hình xây dựng thực tế của mình để chấm điểm, kết quả tương đối khách quan (đồng thời đưa ra các yêu cầu khác nhau cho ngành quy trình và ngành rời rạc), doanh nghiệp có thể tham chiếu hệ thống này để tiến hành đánh giá.

 Mô hình chẩn đoán và đánh giá doanh nghiệp

Phương pháp đánh giá mức độ trưởng thành này phù hợp với hầu hết các doanh nghiệp nhưng có phần tổng quát. Nếu doanh nghiệp cần đánh giá chi tiết, xác định vấn đề và chẩn đoán chính xác, hãy liên hệ với Huagong Saibai để thực hiện đánh giá tỉ mỉ về tình trạng quản lý nghiệp vụ, hệ thống số hóa, ứng dụng tự động hóa và các khía cạnh khác. Huagong Saibai đã triển khai công tác tư vấn và chẩn đoán cải tạo từ năm 2019, đến nay đã thực hiện tư vấn chẩn đoán cải tạo thông minh cho gần 300 doanh nghiệp tại thành phố Vũ Hán. Đơn vị đã hỗ trợ nhiều doanh nghiệp hàng đầu các ngành tại Vũ Hán như Vũ Xuyên Trùng Công, Nhất Diệp Kết Cấu Thép, Điện Khí Trường Giang Hồ Bắc, Công Nghệ Sinh Học Gia Bưu Ưu triển khai thành công chuyển đổi số. Bằng việc ứng dụng công nghệ tự động hóa, tin học hóa, số hóa, thông minh hóa thế hệ mới cùng quy trình sản xuất mới vào ngành chế tạo, doanh nghiệp có thể giảm chi phí, nâng hiệu quả, cải thiện chất lượng và xây dựng mô hình sản xuất mới.

Thiết kế nhà xưởng nhà máy thông minh

Việc thiết kế nhà xưởng của nhà máy thông minh cần áp dụng tư tưởng sinh đôi số, sử dụng phần mềm thiết kế ba chiều để thực hiện thiết kế kiến trúc, đặc biệt là thiết kế các đường ống nước, điện, khí, mạng internet, truyền thông và các loại đường ống khác. Đồng thời, nhà xưởng thông minh cần quy hoạch hệ thống giám sát video thông minh, hệ thống chiếu sáng và lấy sáng thông minh, hệ thống thông gió và điều hòa không khí, hệ thống báo động an ninh thông minh, hệ thống thẻ một cửa ra vào thông minh, hệ thống báo cháy thông minh và các hệ thống khác. Việc sử dụng hệ thống giám sát video thông minh, thông qua công nghệ nhận dạng khuôn mặt cùng các công nghệ xử lý hình ảnh khác, có thể lọc bỏ thông tin vô dụng hoặc gây nhiễu trong khung hình video, tự động nhận dạng các vật thể và người khác nhau, phân tích và trích xuất thông tin hữu ích quan trọng từ nguồn video, xác định các tình huống bất thường trong khung hình giám sát, đồng thời phát ra báo động hoặc kích hoạt các hành động khác theo cách nhanh nhất và tối ưu nhất.

Bố cục nhà xưởng của nhà máy thông minh của một doanh nghiệp công nghiệp

Các khu vực làm việc của toàn nhà xưởng (chế biến, lắp ráp, kiểm tra, nhập hàng, xuất hàng, lưu kho v.v.) cần được phân tích dựa trên nguyên lý kỹ thuật công nghiệp, có thể sử dụng phần mềm mô phỏng sản xuất số hóa để mô phỏng bố trí thiết bị, sắp xếp dây chuyền sản xuất và luồng vật liệu trong xưởng. Khi thiết kế nhà xưởng, cũng cần xem xét các vấn đề như cách giảm tiếng ồn, cách điều chỉnh linh hoạt bố trí thiết bị, cách vận chuyển luồng vật liệu cho nhà xưởng nhiều tầng.

Lập kế hoạch dây chuyền sản xuất thông minh

Dây chuyền sản xuất thông minh là khâu cốt lõi trong lập kế hoạch nhà máy thông minh. Doanh nghiệp cần lập kế hoạch hợp lý dây chuyền sản xuất thông minh bằng phương pháp sơ đồ luồng giá trị dựa trên sản phẩm, năng suất và nhịp sản xuất của dây chuyền. Đặc điểm của dây chuyền sản xuất thông minh bao gồm: trong quá trình sản xuất và lắp ráp, có thể tự động thu thập dữ liệu về sản xuất, chất lượng, tiêu thụ năng lượng, hiệu suất thiết bị (OEE) thông qua cảm biến, hệ thống điều khiển số hoặc RFID, đồng thời hiển thị trạng thái sản xuất theo thời gian thực qua bảng điện tử để ngăn ngừa sai sót do lỗi người vận hành; thực hiện phối hợp giữa các công đoạn thông qua hệ thống đèn an toàn; dây chuyền sản xuất có thể thay khuôn nhanh để đạt tự động hóa linh hoạt; hỗ trợ sản xuất và lắp ráp hỗn hợp nhiều sản phẩm tương tự, điều chỉnh quy trình linh hoạt để thích ứng với mô hình sản xuất lô nhỏ, đa chủng loại; có độ dự phòng nhất định, nếu thiết bị trên dây chuyền hỏng hóc có thể chuyển sản xuất sang thiết bị khác; đối với vị trí làm việc thủ công, cung cấp gợi ý thông minh và tận dụng tối đa sự phối hợp giữa người và máy móc.

Khi thiết kế dây chuyền sản xuất thông minh, cần xem xét cách tiết kiệm không gian, giảm quãng đường di chuyển của nhân viên và thực hiện kiểm tra tự động nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản xuất. Doanh nghiệp khi xây dựng nhà máy mới rất chú trọng giảm số lượng nhân công, do đó cần phân tích những vị trí nào áp dụng thiết bị tự động và robot, những vị trí nào sử dụng lao động thủ công. Các vị trí công việc có tính lặp lại cao, ít thay đổi nên ưu tiên sử dụng thiết bị tự động, ngược lại sẽ bố trí vị trí làm việc thủ công.

Quản lý sản xuất tinh gọn

Tư tưởng cốt lõi của sản xuất tinh gọn là loại bỏ mọi lãng phí, đảm bảo công nhân phối hợp làm việc với hiệu quả cao nhất. Nhiều doanh nghiệp chế biến áp dụng mô hình sản xuất theo đơn hàng hoặc thiết kế theo đơn hàng để đáp ứng nhu cầu sản xuất lô nhỏ, đa chủng loại. Nhà máy thông minh cần thực hiện giao hàng đúng giờ bộ phận và nguyên liệu thô, sản xuất thành phẩm và bán thành phẩm kịp thời theo hạn giao hàng của đơn hàng, thiết lập bảng điện tử tại hiện trường sản xuất, tổ chức sản xuất theo phương thức kéo, sử dụng hệ thống Andon để phát hiện và giải quyết kịp thời các vấn đề bất thường trong quá trình sản xuất; đồng thời thúc đẩy trực quan hóa và thay khuôn nhanh. Nhiều doanh nghiệp sử dụng dây chuyền sản xuất và lắp ráp hình chữ U, xây dựng đơn vị sản xuất thông minh. Việc thúc đẩy sản xuất tinh gọn là một quá trình cải tiến liên tục dài hạn, cần kết hợp chặt chẽ với việc triển khai công nghệ thông tin và tự động hóa.

Lập kế hoạch luồng vật liệu thông minh

Khi triển khai xây dựng nhà máy thông minh, luồng vật liệu thông minh tại hiện trường sản xuất rất quan trọng, đặc biệt đối với các doanh nghiệp chế biến phân tán. Khi lập kế hoạch nhà máy thông minh, cần giảm thiểu việc vận chuyển vật liệu không hiệu quả. Nhiều doanh nghiệp chế biến xuất sắc xây dựng khu vực lấy hàng tập trung tại xưởng lắp ráp, phối hàng tập trung theo từng đơn hàng khách hàng, lấy hàng nhanh bằng phương pháp DPS (Digital Picking System) và giao đến dây chuyền lắp ráp, loại bỏ kho phụ cạnh dây chuyền.

Quy hoạch khu phân loại tập trung xưởng cắt vật liệu

Các doanh nghiệp sản xuất phân rã có thể sử dụng robot công nghiệp có đường ray, tay máy kiểu giàn xà và các thiết bị khác để chuyển vật liệu giữa hai công đoạn cơ khí, ngoài ra cũng có thể dùng AGV, RGV (xe chuyển hàng có đường ray) hoặc dây chuyền vận chuyển treo để luân chuyển vật liệu. Tại xưởng sản xuất, cần thiết lập vùng đệm sản xuất dựa trên sự chênh lệch năng suất giữa các công đoạn trước và sau. Việc ứng dụng kho hàng ba chiều và hệ thống con lăn cũng là vấn đề doanh nghiệp cần phân tích một cách hệ thống khi lập kế hoạch nhà máy thông minh.

Lập kế hoạch tin học hóa

Lập kế hoạch tin học hóa doanh nghiệp nhằm tối ưu hóa quy trình quản lý nghiệp vụ, từ đó nâng cao khả năng phản ứng nhanh của doanh nghiệp; đồng thời thúc đẩy việc sử dụng nguồn lực doanh nghiệp một cách hợp lý và hiệu quả, đạt hiệu quả khai thác tối đa trong điều kiện nguồn lực hiện có để thu được lợi nhuận kinh tế lớn nhất.

Khi xây dựng kế hoạch tin học hóa doanh nghiệp, cần xem xét tính toàn cục, xây dựng kiến trúc phối hợp cơ sở có khả năng mở rộng, linh hoạt và co giãn, đáp ứng nhu cầu tích hợp nghiệp vụ trong môi trường mạng, kết nối các chương trình ứng dụng và các dịch vụ khác nhau thông qua giao diện và giao thức đã định nghĩa giữa các dịch vụ này.

Cần thiết kế ba tầng nền tảng để hỗ trợ toàn bộ hệ thống tin học hóa doanh nghiệp, bao gồm nền tảng hỗ trợ phần cứng, nền tảng hỗ trợ phần mềm và nền tảng hệ thống ứng dụng. Nền tảng hỗ trợ phần cứng là nền tảng của toàn bộ hệ thống tin học hóa, nền tảng hỗ trợ phần mềm là cơ sở vận hành hệ thống thông tin, còn nền tảng hệ thống ứng dụng là công cụ giúp doanh nghiệp thực hiện quản lý tin học hóa.

Nền tảng hệ thống ứng dụng cần triển khai ứng dụng ở bốn cấp độ: cấp vận hành, cấp quản lý, cấp ra quyết định và cấp hiển thị. Các ứng dụng triển khai ở từng cấp độ cuối cùng được tích hợp trên nền tảng xây dựng tin học hóa doanh nghiệp, kết hợp sử dụng công nghệ quản lý hiện đại và công nghệ thông tin để tích hợp toàn diện các khía cạnh quản lý, kinh doanh, ra quyết định trong doanh nghiệp, từ đó hoàn thành mục tiêu của kế hoạch tin học hóa doanh nghiệp.

Thu thập dữ liệu

Trong quá trình sản xuất, cần thu thập kịp thời các dữ liệu như sản lượng, chất lượng, tiêu thụ năng lượng, độ chính xác gia công và trạng thái thiết bị, đồng thời liên kết các dữ liệu này với đơn hàng, công đoạn và nhân viên để theo dõi toàn bộ quá trình sản xuất. Khi xảy ra sự cố, hệ thống sẽ báo động kịp thời và truy xuất đến lô sản xuất, bộ phận linh kiện cũng như nhà cung cấp nguyên vật liệu. Bên cạnh đó, hệ thống cũng có thể tính toán chi phí thực tế phát sinh trong quá trình sản xuất sản phẩm. Một số ngành nghề còn cần thu thập dữ liệu môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch không khí và các chỉ số khác.

Doanh nghiệp cần xác định phương thức thu thập dựa trên yêu cầu tần suất thu thập dữ liệu. Đối với dữ liệu cần thu thập với tần suất cao, nên thu thập tự động từ hệ thống điều khiển thiết bị. Khi lập kế hoạch nhà máy thông minh, doanh nghiệp cần dự tính trước quy chuẩn giao diện thu thập dữ liệu cũng như việc ứng dụng hệ thống SCADA (Hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu). Nhiều nhà sản xuất đã phát triển thiết bị đầu cuối thu thập dữ liệu có thể kết nối ngoài máy công cụ để giải quyết vấn đề thu thập dữ liệu từ thiết bị cũ, doanh nghiệp có thể lựa chọn và áp dụng các thiết bị này theo nhu cầu.

Thu thập dữ liệu để nắm rõ tình trạng thiết bị một cách chính xác

Quản lý thiết bị

Khi các doanh nghiệp sản xuất lập kế hoạch xây dựng nhà máy thông minh, họ phải chú trọng cao độ đến những tiến bộ mới nhất của thiết bị thông minh. Thiết bị máy công cụ đang chuyển từ điều khiển số sang thông minh, cho phép đo lường đồng thời gia công, bù trừ sai số do biến dạng nhiệt và hao mòn dao cắt gây ra. Các doanh nghiệp cũng bắt đầu sử dụng trung tâm gia công kết hợp tiện phay, nhiều đơn vị còn áp dụng robot công nghiệp cho công đoạn lấy và đặt vật liệu trên thiết bị.

Hệ thống quản lý thiết bị

Trong các nhà máy trong tương lai, thiết bị chế tạo vật liệu bồi kim loại sẽ được kết hợp với các thiết bị cắt gọt (chế tạo vật liệu khử), chế tạo tạo hình (chế tạo vật liệu đẳng khối) và các loại thiết bị khác, giúp nâng cao tỷ lệ sử dụng vật liệu một cách đáng kể. Ngoài robot công nghiệp sáu trục, cần xem xét ứng dụng robot SCARA và robot song song, trong khi robot hợp tác sẽ xuất hiện trên dây chuyền sản xuất để phối hợp với công nhân nâng cao hiệu suất làm việc.

Quản lý năng lượng

Để giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng của nhà máy thông minh và nâng cao năng suất lao động, đặc biệt đối với các nhà máy tiêu thụ nhiều năng lượng, việc thực hiện quản lý năng lượng là cực kỳ cần thiết. Thu thập thông tin tiêu thụ năng lượng và hoạt động tại các điểm giám sát tiêu thụ năng lượng (hệ thống biến phân phối điện, chiếu sáng, điều hòa không khí, thang máy, cấp thoát nước, tổ máy nước nóng và các thiết bị trọng điểm), lập ra thống kê phân loại, phân hạng và phân khu vực về tiêu thụ năng lượng, từ đó thực hiện điều phối thống nhất năng lượng, tối ưu hóa cân bằng môi trường năng lượng để đạt mục tiêu sử dụng năng lượng hiệu quả.

Đồng thời, thông qua việc thu thập dữ liệu tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực của thiết bị trọng điểm, có thể xác định chính xác trạng thái hoạt động của thiết bị (tắt máy, khởi động hay đang chế tạo), từ đó tự động tính toán chỉ số OEE. Bằng cách cảm nhận biến động đột ngột trong tiêu thụ năng lượng của thiết bị, còn có thể dự đoán sự cố của dao cắt và thiết bị. Ngoài ra, doanh nghiệp có thể xem xét lắp đặt hệ thống quang điện trên mái nhà xưởng để cung cấp một phần nguồn năng lượng.

Trực quan hóa dữ liệu

Màn hình hiển thị dữ liệu lớn là công cụ trực quan hóa dữ liệu phổ biến hiện nay, nó hiển thị các chỉ số nghiệp vụ cốt lõi của nhà máy, xưởng sản xuất, kho hàng và phòng thí nghiệm lên màn hình lớn dưới dạng trực quan. Không chỉ giúp nhân viên sản xuất nhanh chóng tìm ra dữ liệu mục tiêu trong đống dữ liệu nghiệp vụ phức tạp mà còn hỗ trợ người ra quyết định. Với sự ra đời của kỷ nguyên trực quan hóa và sản xuất quy mô lớn, Huagong Saibai liên tục cập nhật nền tảng trực quan hóa dữ liệu lớn công nghiệp HG-BI.

Nhiều người hiểu trực quan hóa dữ liệu chỉ là thiết kế giao diện trang và cho rằng không có độ khó gì. Nếu phân tích chỉ về mặt kỹ thuật thuần túy thì có thể đúng, nhưng giá trị lớn hơn nằm ở việc thiết kế chiều dữ liệu – đây không phải khó khăn về kỹ thuật mà là khó khăn về nghiệp vụ. Giá trị cốt lõi trong đó là kết quả phân tích dữ liệu có mang lại hiệu quả hay không, mục đích phân tích biểu đồ là để nhiều người dễ hiểu, do đó độ chính xác của chiều phân tích càng quan trọng hơn. Vì vậy, việc chỉ hiển thị dữ liệu đơn thuần đã không đáp ứng được nhu cầu hiện nay. Trực quan hóa dữ liệu cần được xem xét tổng thể từ góc độ nghiệp vụ, kỹ thuật, tương tác, thiết kế thẩm mỹ và thuật toán.