Cách mạng công nghiệp 4.0 và sản xuất thông minh: Phần 2

Phần 2 của cuốn sách" Sản xuất thông minh trong cách mạng công nghiệp 4.0" tiếp tục trình bày những nội dung về: công cụ thiết kế và cải tiến hệ thống sản xuất thông minh; định hướng xây dựng bộ công cụ sản xuất thông minh cho doanh nghiệp; Việt Nam và cơ hội tiếp cận, triển khai sản xuất thông minh;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cách mạng công nghiệp 4.0 và sản xuất thông minh: Phần 2 Chương 4 - Công cụ thiết kế hệ thống sản xuất thông minh 124 Chương 4 CÔNG CỤ THIẾT KẾ VÀ CẢI TIẾN HỆ THỐNG SẢN XUẤT THÔNG MINH Trong sản xuất thông minh, quy trình thiết kế và cải tiến nhà máy (Factory Design and Improvement, FDI) cùng với các hệ thống điều khiển sản xuất cho phép phân tích các chức năng của công cụ, phần mềm để cải tiến nhà máy hiện có hoặc thiết kế nhà máy mới. Ở giai đoạn ban đầu, các công cụ phần mềm thương mại có sẵn có thể được sử dụng để tăng cường hệ thống sản xuất của doanh nghiệp. Trên cơ sở đó, doanh nghiệp tiếp tục sử dụng các công cụ phần mềm để lập kế hoạch cải tiến hệ thống sản xuất, xác định các lỗ hổng trong hệ thống sản xuất, lập kế hoạch giải quyết hoặc tránh các lỗ hổng đó. Để các công cụ phần mềm hoạt động có hiệu quả, việc thu thập dữ liệu theo thời gian từ các hệ thống kiểm soát sản xuất phải được thực hiện ở tất cả các cấp từ thiết bị đến doanh nghiệp. Do đó, khả năng tương tác giữa công cụ phần mềm ở tất cả các cấp là một yếu tố hỗ trợ quan trọng cho hệ thống sản xuất thông minh. 1. Mô hình thiết kế và cải tiến nhà máy (FDI) 1.1. Mô hình FDI Sự thay đổi mạnh mẽ trong sản xuất là kết quả của những tiến bộ công nghệ mới gắn kết trực tiếp với hệ thống sản xuất của doanh nghiệp, hình thành hệ thống mới, hệ thống sản xuất Chương 4 - Công cụ thiết kế và cải tiến hệ thống... 125 thông minh. Sự tích hợp giữa các hệ thống dịch vụ và các cấp độ kiểm soát sản xuất là một trong những sự thay đổi rõ rệt nhất trong sản xuất thông minh. Các hệ thống dịch vụ này bao gồm: quản lý vòng đời sản phẩm (Product Lifecycle Management, PLM), Quản lý chuỗi cung ứng (Supply Chain Management, SCM), Hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (Enterprise Resource Planning, ERP) và hệ thống thực thi sản xuất (Manufacturing Execution System, MES). Trong sản xuất thông minh, hiệu suất hoạt động của nhà máy, năng suất lao động, hiệu quả kinh doanh của doanh nghiệp sẽ không đạt mức tối ưu nếu thiếu sự tích hợp giữa các hệ thống dịch vụ này. Dữ liệu cần thiết cho toàn bộ quá trình sản xuất được thu nhận từ máy móc, thiết bị riêng lẻ, trên cơ sở đó sẽ được tổng hợp, tính toán và khai thác tối đa. Một quy trình sản xuất cụ thể có thể được cải tiến bằng cách áp dụng các máy móc, thiết bị tự động. Tuy nhiên, cải tiến toàn bộ dây chuyền sản xuất lại là một vấn đề lớn và tổng thể đối với doanh nghiệp. Đồng thời, doanh nghiệp cũng phải chịu áp lực cao nếu sản xuất số lượng lớn hơn, đa dạng chủng loại hơn và tốc độ sản xuất nhanh hơn... đạt doanh thu cao hơn. Do đó, việc lập kế hoạch sản xuất tối ưu cho doanh nghiệp dựa trên hệ thống thông tin sản xuất là hết sức cần thiết. Chương này tập trung phân tích, làm rõ phạm vi của các hệ thống dịch vụ, các tiêu chuẩn để truy cập dữ liệu từ các hệ thống, việc sử dụng, khai thác dữ liệu có thể được sử dụng để thiết kế và cải tiến nhà máy. Mô hình thiết kế và cải tiến nhà máy đã được chứng minh là một phương pháp toàn diện để thiết kế một hệ thống sản xuất1. --------------------------- 1. SS Choi, K Jung, B Kulvatunyou, KC Morris, An analysis of technologies and standards for designing smart manufacturing systems, J Res Natl Inst Stan 121, 422-433. 126 Sản xuất thông minh trong cách mạng công nghiệp 4.0 Mô hình FDI phân tích các tiêu chuẩn và công cụ phần mềm sản xuất hỗ trợ việc thiết kế và cải tiến nhà máy. Kết quả phân tích có thể được sử dụng trong việc xây dựng một hệ thống sản xuất mới hoặc tăng cường hệ thống sản xuất hiện có thông qua nâng cấp công nghệ thông tin để thực hiện sự phối hợp tốt nhất, nhằm tối đa hóa lợi ích của doanh nghiệp. Công cụ sản xuất kỹ thuật số là các công cụ phần mềm sử dụng thông tin tích hợp của doanh nghiệp để lập kế hoạch hệ thống sản xuất. Chức năng của công cụ sản xuất kỹ thuật số bao gồm mô phỏng, trực quan hóa, phân tích một hệ thống sản xuất, đồng thời xây dựng kế hoạch sản xuất1. Như vậy, có thể xem công cụ sản xuất kỹ thuật số là công cụ sản xuất thông minh. Các nghiên cứu gần đây cho thấy công cụ sản xuất kỹ thuật số là trung tâm để hiện thực hóa sản xuất thông minh. Công cụ sản xuất kỹ thuật số cũng cần được tích hợp với các công cụ hỗ trợ khác. Do đó, tiêu chuẩn là yếu tố hết sức quan trọng để hỗ trợ tích hợp các công cụ trong sản xuất thông minh. Quy trình FDI là một quy trình phân tích và lập kế hoạch toàn diện từ trên xuống, bao gồm thiết kế mô hình thực tế và hệ thống phần mềm của một nhà máy sản xuất. Một quy trình thiết kế nhà máy toàn diện như vậy rất quan trọng để bảo đảm tối ưu hiệu suất hệ thống tổng thể, vì sự phụ thuộc và tương tác của cấu phần, bộ phận trong nhà máy. Ở cấp độ cao, FDI bao gồm bốn hoạt động chủ yếu (được chia thành 28 nhiệm vụ): phát triển yêu cầu của nhà máy (Factory Requirement), phát triển thiết kế cơ sở (Basic Design), phát --------------------------- 1. Chryssolouris G, Mavrikios D, Papakostas N, Mourtzis D, Michalos G, Georgoulias K (2009) Digital manufacturing: history, perspectives, and outlook. P I Mech Eng B-J Eng 223(5):451-462. Chương 4 - Công cụ thiết kế và cải tiến hệ thống... 127 triển thiết kế chi tiết (Detailed Design) và thử nghiệm (Test). Mô hình này cho thấy các hoạt động của FDI sẽ tác động đến việc thiết kế hệ thống sản xuất từ cấp độ kiểm soát doanh nghiệp xuống cấp độ kiểm soát thiết bị theo mô hình kiểm soát của ISA-88 (xem Hình 4.1). Hơn nữa, kết quả các hoạt động FDI còn được sử dụng cho cả lập kế hoạch sản xuất, kiểm soát sản xuất. Đây là hai hoạt động chính để bảo đảm hiệu suất của một hệ thống sản xuất thông minh. Hình 4.1: Sơ đồ tổng thể của FDI Nguồn: Tác giả xây dựng trên cơ sở: SS Choi, K Jung, B Kulvatunyou, KC Morris, An analysis of technologies and standards for designing smart manufacturing systems, J Res Natl Inst Stan 121, 422-433. 1.2. Một ...