Tác giả:
Aaron Lin (林耿呈)
CEO, AIWin Technology Co., Ltd.
AIWin Technology Co., Ltd., CEO
Công nghiệp 4.0 (Industry 4.0) là một trong những kế hoạch chiến lược công nghệ cao do Chính phủ Đức đề xuất, chủ yếu nhằm nâng cao mức độ tin học hóa, số hóa, tự động hóa và thông minh hóa của ngành sản xuất; xa hơn nữa là kết hợp Internet vạn vật, dữ liệu lớn, điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo vào nhà máy, để đạt tới nhà máy thông minh (Smart Factory) có khả năng thích ứng, hiệu quả về tài nguyên và đáp ứng yếu tố công thái học. Trong kỹ thuật tự động hóa, việc lắp cảm biến lên một máy là cách làm phổ biến hiện nay, nhưng chỉ giới hạn ở việc giám sát đơn máy, đơn chức năng, chưa thể hiện thực hóa khái niệm kết nối thành Internet vạn vật; tuy nhiên, với sự phát triển của cảm biến thông minh và công nghệ truyền thông dữ liệu, ta có thể dùng chúng để kết nối thông tin lại với nhau, hình thành dữ liệu lớn. Khối dữ liệu khổng lồ này nếu không được phân tích và diễn giải để tạo ra thông tin hữu ích thì sẽ không có giá trị. Dữ liệu lớn hình thành từ việc vạn vật kết nối trong từng khâu sản xuất của nhà máy thông minh, nếu không qua phân tích, cũng không có giá trị; vì vậy cần dùng công nghệ trí tuệ nhân tạo để đánh giá, hồi quy và phân tích những dữ liệu này. Trước khối lượng dữ liệu đồ sộ như vậy, việc áp dụng trí tuệ nhân tạo một cách hiệu quả để phân tích sẽ là một thách thức; học sâu là một công nghệ trong trí tuệ nhân tạo, ưu điểm của nó là có thể tự học sâu và phân tích trong lượng dữ liệu lớn, nhưng ngược lại, học càng sâu thì khối lượng tính toán kéo theo càng khổng lồ. Do đó, làm thế nào kết hợp học sâu với dữ liệu lớn để cung cấp thông tin và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả sẽ là cơ hội và thách thức mà mọi doanh nghiệp phải đối mặt trong tương lai.
Cơ cấu ngành của nhà máy thông minh
Dưới sự phát triển của Công nghiệp 4.0, quy mô thị trường nhà máy thông minh toàn cầu tăng lên từng năm. Nhà máy thông minh là nhà máy kết hợp phần cứng, phần mềm và tích hợp hệ thống, khiến hoạt động sản xuất có cảm biến kết nối vạn vật (IoT), thu thập và phân tích dữ liệu (Big Data), trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence, AI), tích hợp hệ thống thực–ảo và có sự phối hợp giữa người và máy. Về cơ cấu chuỗi ngành nhà máy thông minh của Đài Loan, có thể chia thành sáu mắt xích lớn (như Hình 1, 2), lần lượt là: 1. Máy tính công nghiệp và robot; 2. Thiết kế sản phẩm tự động hóa; 3. Sản xuất chế tạo tự động hóa; 4. Lưu trữ và vận chuyển vật liệu tự động hóa; 5. Quy hoạch tích hợp hệ thống tự động hóa; 6. Ứng dụng sáng tạo tự động hóa. Trong sáu mảng này, mỗi mảng đều có các doanh nghiệp lớn, tổ chức nghiên cứu và trường học tham gia đầu tư, nhưng ngành của Đài Loan vẫn thiên về đầu tư phần cứng ở đầu trước, còn tích hợp hệ thống tự động hóa ở đầu sau cùng quy hoạch tích hợp phần mềm thu thập dữ liệu chỉ chiếm phần nhỏ; qua phân tích của các tổ chức nghiên cứu Đài Loan cho thấy ngành còn thiếu phần cuối cùng, tức là các nhà cung cấp thiết bị về trí tuệ nhân tạo hóa dữ liệu, nghiên cứu phát triển phần mềm điện toán đám mây và tích hợp thông tin (như Hình 2, 3). Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất ở Đài Loan và Trung Quốc đại lục vẫn đang ở giữa Công nghiệp 2.5–3.0 (trừ ngành bán dẫn), và nhà máy nào cũng mong có thể quản lý hiệu quả, kiểm soát chất lượng và tinh giản nhân lực thông qua Công nghiệp 4.0. Tập đoàn lớn thế giới IBM, trong định hướng phát triển Công nghiệp 4.0, đã định nghĩa và phân loại thành bốn hạng mục lớn:
1. Tự động hóa nhà máy: nâng cao hiệu suất sản xuất thông qua robot thông minh và thiết bị tự động hóa
2. Mạng hóa nhà máy: kết nối mạng máy móc thiết bị, ứng dụng Internet vạn vật và công nghệ đám mây để quản lý từ xa quy trình sản xuất
3. Thông minh hóa nhà máy: thu thập và phân tích dữ liệu sản xuất, tìm ra các biến số ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất thiết bị để tối ưu hóa
4. Thực–ảo hóa nhà máy: tích hợp thiết bị sản xuất với hệ thống quản lý, số hóa toàn diện quy trình sản xuất, mô phỏng và phân tích thiết kế sản phẩm cùng dây chuyền sản xuất
▲Hình 1 Cơ cấu chuỗi ngành nhà máy thông minh của Đài Loan (Nguồn: MIC tổng hợp, tháng 8/2014)
▲Hình 2 Cơ cấu nhà cung cấp cho nhà máy thông minh của Đài Loan (Nguồn: MIC tổng hợp, tháng 8/2014)
▲Hình 3 Khoảng trống trong chuỗi ngành Công nghiệp 4.0 (Nguồn: Viện Công nghiệp Thông tin (III), 2015)
Đài Loan cũng đã hưởng ứng Công nghiệp 4.0 bằng việc đề ra phương châm phát triển Năng suất 4.0. Từ thập niên 1980, Đài Loan bắt đầu thúc đẩy tự động hóa công nghiệp, thúc đẩy Năng suất 1.0–3.0, nâng cao hiệu quả giá trị sản xuất bình quân đầu người (như Hình 6), đặt nền móng vững chắc. Năng suất 4.0 nhấn mạnh việc sử dụng các công nghệ như robot thông minh (thiết bị tự động hóa), Internet vạn vật và dữ liệu lớn để thúc đẩy thông minh hóa thiết bị công nghiệp, thông minh hóa nhà máy và thực–ảo hóa hệ thống, nhằm nâng cao giá trị gia tăng và năng suất. Năng suất 4.0 sẽ đặt trọng tâm vào tự động hóa thông minh; tự động hóa thông minh bao gồm các phần: 1. Cảm biến tín hiệu, 2. Xử lý dữ liệu, 3. Quyết định thông minh, 4. Điều khiển chấp hành. Theo thống kê của các tổ chức nghiên cứu này, nhà tích hợp thông tin và phân tích thông minh trong nhà máy thông minh là khoảng trống lớn nhất, cũng là điểm lợi thế mà các công ty khởi nghiệp có thể thâm nhập.
▲Hình 4 Tiến trình phát triển từ Năng suất 1.0 đến Năng suất 4.0 và giá trị sản xuất bình quân đầu người (Nguồn: Viện Công nghiệp Thông tin (III), 2015)
Tình hình thị trường nhà máy thông minh
Theo thống kê năm 2015 của Viện Nghiên cứu Thị trường (Market Intelligence & Consulting Institute, MIC) (như Hình 5), quy mô thị trường nhà máy thông minh toàn cầu năm 2015 vượt 180 tỷ USD, dự kiến mỗi năm tăng trưởng khoảng 10%; trong tổng quy mô, 90% tỷ trọng nằm ở thị trường thiết bị tự động hóa và robot công nghiệp, còn thị trường phân tích dữ liệu sẽ tăng trưởng nhanh nhất, dự kiến đến năm 2018 tổng quy mô đạt mức tăng trưởng vượt 30%.
▲Hình 5 Quy mô thị trường nhà máy thông minh toàn cầu và dự báo giai đoạn 2012–2018 (Nguồn: MIC tổng hợp, tháng 4/2015)
Về dự báo thị trường thiết bị tự động hóa công nghiệp và công nghệ điều khiển, báo cáo tháng 10/2014 của Marketandmarkets chỉ ra rằng trong giai đoạn 2015–2020, các thị trường có quy mô lớn hơn là DCS (Distributed Control System, hệ thống điều khiển phân tán), ERP (Enterprise Resource Planning, hoạch định nguồn lực doanh nghiệp), PLM (Product Lifecycle Management, quản lý vòng đời sản phẩm), robot công nghiệp và thiết bị điều khiển công nghiệp (Motors and drivers, Relays, Switches and Sensors). Dự kiến đến năm 2020, quy mô thị trường toàn cầu của DCS là 81.6 tỷ USD; ERP là 68.3 tỷ USD; PLM là 42.7 tỷ USD; robot công nghiệp là 39.1 tỷ USD (như Bảng 1 và Hình 6).
▲Bảng 1 Danh sách quy mô thị trường các công nghệ điều khiển công nghiệp và thiết bị tự động hóa nhà máy, đơn vị: Billion (Nguồn: Marketandmarkets 10/2014)
▲Hình 6 Biểu đồ quy mô thị trường công nghệ điều khiển công nghiệp và thiết bị tự động hóa nhà máy (Nguồn: Marketandmarkets 10/2014)
Quy mô thị trường của hệ thống điều khiển phân tán DCS năm 2020 được dự báo là 81.6 tỷ USD; điều này cũng cho thấy hiệu ứng phát triển của Internet vạn vật (IoT) trong nhà máy thông minh: hệ thống điều khiển phân tán sẽ được bố trí trên từng thiết bị, rồi tích hợp thông tin lên đám mây để hình thành dữ liệu lớn (Big Data); theo đó, nhu cầu về tích hợp thông tin và phân tích dữ liệu lớn cũng sẽ tăng lên.