Bài viết nhằm giúp độc giả hiểu vai trò của việc lập kế hoạch ban đầu (front-end planning - FEP) và tích hợp hệ thống trong việc thiết kế và triển khai các hệ thống tự động được tối ưu hóa tại các cơ sở thử nghiệm và sản xuất; xác định và phân tích bốn xu hướng tự động hóa chính - hiện đại hóa dây chuyền sản xuất lỗi thời, thu thập dữ liệu tiên tiến, mô phỏng quy trình và tăng cường an ninh mạng - cũng như tác động của chúng đối với hiện đại hóa quy trình sản xuất; nhận thức được tầm quan trọng của cách tiếp cận cân bằng trong việc tích hợp tự động hóa nhằm nhận diện những rủi ro và cơ hội, đồng thời tránh các hệ thống chắp vá không hiệu quả và tốn kém.
 |
| Thiết kế các cơ sở thử nghiệm R&D "từ trong ra ngoài" ưu tiên các tiêu chí, khả năng thử nghiệm, đảm bảo rằng việc tích hợp và thiết kế cơ sở phù hợp với yêu cầu thử nghiệm cũng như mục tiêu sản phẩm. Ảnh: ACS |
Những hiểu biết về tự động hóa và tích hợp hệ thống
• Tự động hóa nâng cao hiệu quả và an toàn trong sản xuất, nhưng sự phức tạp của nó đòi hỏi phải lập một kế hoạch chiến lược rõ ràng. Một nhà tích hợp hệ thống giỏi yếu tố quyết định để tối đa hóa tiềm năng và lợi ích của tự động hóa.
• Hiện đại hóa dây chuyền sản xuất lỗi thời đòi hỏi phải áp dụng các công nghệ linh hoạt như robot di động tự hành (AMR) và robot cộng tác (cobot). Nhà tích hợp hệ thống có thể hỗ trợ các nhà sản xuất nâng cấp một cách an toàn, giảm thiểu rủi ro cũng như chi phí.
• Lập kế hoạch ban đầu (FEP) giúp các doanh nghiệp tùy chỉnh các giải pháp tự động hóa phù hợp bằng cách điều chỉnh các lựa chọn công nghệ với các mục tiêu sản xuất, đảm bảo tích hợp hiệu quả và phân bổ nguồn lực tối ưu.
Tự động hóa đang chuyển đổi các cơ sở thử nghiệm và sản xuất, mang lại những cải tiến vượt trội về độ chính xác, tính lặp lại, và sự an toàn cho người vận hành. Tuy nhiên, sự phức tạp trong việc tích hợp các hệ thống tự động hóa khiến việc tối ưu hóa về mọi mặt trở nên khó khăn nếu không có sự chuẩn bị kỹ lưỡng.
Vai trò của một nhà tích hợp hệ thống là rất quan trọng để giúp các công ty lựa chọn phần cứng và phần mềm tự động hóa có sẵn đồng thời cân đối xu hướng tự động hóa, các mục tiêu và ràng buộc của công ty.
Bốn xu hướng tự động hóa thúc đẩy hiện đại hóa quy trình
Do sự phức tạp của tự động hóa, việc bắt đầu với kế hoạch ban đầu (FEP) dưới sự hướng dẫn của nhà tích hợp hệ thống là rất quan trọng. Cách tiếp cận này tối ưu hóa khả năng thu hồi vốn đầu tư (ROI) từ các dự án tự động hóa.
 |
| Để đảm bảo an toàn cho người vận hành, nhóm ACS đã thiết kế các cơ chế vật lý và lập trình, với robot hoạt động trong khu vực có hàng rào ba mặt chỉ chạy khi cổng được đóng an toàn. Ảnh: ACS |
Xu hướng 1: Hiện đại hóa dây chuyền sản xuất lỗi thời
Nhiều doanh nghiệp sản xuất gặp khó khăn trong việc tích hợp các công nghệ hiện đại vào các hệ thống cũ kỹ vốn được xây dựng từ nhiều thập kỷ trước.
Robot di động tự hành (AMR) và robot cộng tác (Cobot) mang lại các giải pháp linh hoạt, tiết kiệm chi phí hơn so với phương tiện dẫn đường tự động (AGV), vốn yêu cầu cơ sở hạ tầng lớn như cảm biến ngầm và hệ thống cấp nguồn.
Công nghệ cảm biến tiên tiến cho phép robot nhận diện môi trường theo thời gian thực, giảm vùng đệm an toàn và cải thiện khả năng làm việc cùng người vận hành.
Hiện đại hóa một hệ thống lỗi thời đòi hỏi một kế hoạch được cân nhắc kỹ lưỡng, sử dụng kinh nghiệm để cân bằng các mục tiêu, rủi ro và chi phí. Các câu hỏi cần xem xét bao gồm: liệu có cần cải tạo toàn bộ dây chuyền không, liệu một kế hoạch triển khai từng bước có phù hợp, và làm thế nào để đánh giá thiết bị hiện tại và các lựa chọn thay thế. Nhà tích hợp hệ thống sẽ giúp xây dựng kế hoạch chiến lược để điều hướng các quyết định phức tạp này.
Xu hướng 2: Dữ liệu ngày càng tốt hơn
Các cảm biến tiên tiến đang cách mạng hóa việc thu thập dữ liệu với độ chính xác cao hơn, khả năng kiểm soát chi tiết hơn, và một lượng lớn điểm dữ liệu đa dạng.
Các công cụ phân tích dữ liệu cải tiến, tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (machine learning), biến dữ liệu thô thành các thông tin có giá trị.
Các hệ thống này hỗ trợ tự động hóa thử nghiệm, dự đoán bảo trì và tối ưu hóa dây chuyền sản xuất theo thời gian thực.
Xu hướng 3: Mô phỏng quy trình
Mô hình mô phỏng là một công cụ đắc lực trong việc giảm thiểu rủi ro và giảm chi phí trong các dự án tự động hóa. Các mô hình này giúp các nhà sản xuất xác thực kết quả mong đợi và xác định các khoảng trống thiết kế, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa hiệu suất với chi phí thấp nhất. Nhà tích hợp hệ thống sử dụng mô phỏng để kiểm tra những kịch bản có thể xảy ra và xây dựng các giải pháp tự động hóa có giá trị thực tiễn cao.
Xu hướng 4: Tăng cường bảo mật mạng
Với mức độ tích hợp cao giữa các hệ thống vận hành (OT) và công nghệ thông tin (IT), các cơ sở sản xuất trở thành mục tiêu hấp dẫn của tội phạm mạng. Dragos, một công ty tình báo và an ninh mạng công nghiệp, nhận thấy rằng trong số các cảnh báo an ninh mạng mà họ đã phân tích vào năm 2023, 53% có thể gây gián đoạn hoạt động đối với các mạng công nghệ vận hành (OT) (xem Hình 2). Đây là mức tăng 51% so với năm trước. Một cuộc tấn công mạng vào Clorox năm 2023 đã gây ra ngưng trệ hoạt động, dẫn đến tổn thất liên tục hàng trăm triệu đô la.
 |
| Bảo vệ hệ thống phần cứng và phần mềm khỏi các mối đe dọa mạng là rất quan trọng đối với sự phát triển của doanh nghiệp, an ninh quốc gia và tính toàn vẹn của các hệ thống quan trọng như bộ điều khiển logic lập trình (PLC). Ảnh: ACS |
Lập kế hoạch front-end là nền tảng của tích hợp tự động hóa thành công
Mỗi quy trình và ứng dụng tự động hóa đều có những đặc thù riêng, khiến các giải pháp định sẵn hoặc thương mại sẵn có không thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu và các ràng buộc cụ thể của từng doanh nghiệp. Sự đa dạng của công nghệ, nền tảng và thiết bị tự động hóa hiện nay làm cho việc lựa chọn giải pháp phù hợp trở nên phức tạp, đòi hỏi phải có kế hoạch chi tiết và sự hỗ trợ từ các chuyên gia trước khi mua sắm thiết bị hoặc bắt đầu giai đoạn thiết kế.
Lập kế hoạch từ đầu (FEP) là một phương pháp có hệ thống để xác định yêu cầu dự án, đánh giá tính khả thi và phác thảo các giải pháp tổng thể trước khi triển khai nguồn lực đáng kể. Các nhà tích hợp hệ thống đóng vai trò chủ chốt trong việc hỗ trợ doanh nghiệp xác định và giải quyết các yếu tố quan trọng:
1. Khả năng và hạ tầng hiện tại. Lập tài liệu về cơ sở hạ tầng, nhà cung cấp và thiết bị sẵn có. Ví dụ, đánh giá khả năng cấp điện của cơ sở để vận hành các hệ thống tự động hóa mở rộng.
2. Yêu cầu quy trình cụ thể. Xác định rõ mục tiêu sản xuất hoặc nghiên cứu phát triển (R&D), các kết quả mong muốn và các thông số kỹ thuật đầu ra.
3. Độ phức tạp của quy trình. Đánh giá mức độ phức tạp của tự động hóa để xác định công nghệ và trình độ chuyên môn cần thiết.
4. Tương thích với hệ thống hiện tại. So sánh và đánh giá sự khác biệt hoặc tương đồng giữa quy trình mới và các hệ thống hiện có để đảm bảo tích hợp suôn sẻ.
5. Yêu cầu về dữ liệu. Xác định các loại dữ liệu cần thiết, luồng dữ liệu và cách chúng hỗ trợ xác thực thiết kế, kiểm soát quy trình và bảo trì hệ thống.
 |
| Một công ty ô tô toàn cầu đã nâng cấp 26 buồng thử nghiệm động cơ đốt trong bằng cách thay thế PLC lỗi thời và hệ thống thu thập dữ liệu (DAQ) bằng các giải pháp mới, được thiết kế riêng, tích hợp bởi ACS và nhà cung cấp thu thập dữ liệu. Ảnh: ACS |
Quy trình FEP giúp các tổ chức điều chỉnh quy mô tự động hóa của họ, sử dụng các công nghệ hiện có khi thích hợp và tùy chỉnh các giải pháp khi cần thiết. Nó cho phép các tổ chức xác định sớm các rủi ro tiềm ẩn, tối ưu hóa phân bổ nguồn lực và đảm bảo sự liên kết giữa các sáng kiến tự động hóa và mục tiêu kinh doanh. FEP cũng cung cấp một khuôn mẫu để đánh giá khả năng lợi nhuận của các phương pháp tiếp cận khác nhau, có khả năng tiết kiệm thời gian và tiền bạc bằng cách tối ưu hóa phân bổ nguồn lực và tránh các giải pháp không hiệu quả hoặc không phù hợp.
Lợi ích của FEP trong tự động hóa
FEP giúp doanh nghiệp sử dụng các công nghệ sẵn có một cách hợp lý và tùy chỉnh các giải pháp để phù hợp với nhu cầu cụ thể. Xác định sớm các rủi ro tiềm ẩn, tối ưu hóa phân bổ nguồn lực và tránh các giải pháp không hiệu quả hoặc không phù hợp. Đánh giá toàn diện này cho phép các tổ chức đưa ra thiết bị tự động hóa và lựa chọn thiết kế, xem xét các yếu tố như khả năng tương thích với các hệ thống hiện có, phương pháp tích hợp tối ưu.
Tài liệu FEP cung cấp cơ sở đưa ra các quyết định chiến lược. Cách tiếp cận này ngăn ngừa rủi ro liên tục của việc mua lại thiết bị từng phần, nơi các thành phần tự động hóa không tương thích có thể được mua mà không xem xét cách chúng sẽ tích hợp. Sản phẩm cuối cùng từ bất kỳ nghiên cứu FEP nào vượt qua điểm kiểm tra khả năng tồn tại có thể có hai dạng: Một giải pháp tự động hóa được xác định đầy đủ sẵn sàng cho giai đoạn thiết kế hoặc một trường hợp kinh doanh hấp dẫn để tiến bộ dự án.
Một nhà tích hợp hệ thống đang hoạt động tốt vẫn có thể thực hiện nâng cấp tự động hóa mà không cần trải qua quy trình FEP, nhưng cách tiếp cận đặc biệt này có nhiều khả năng không đạt được kết quả tối ưu. Nó có thể hướng công ty đến kết quả mong muốn để tự động hóa quy trình nhưng với chi phí cao hơn và có khả năng không đạt được đầu ra có giá trị và các tùy chỉnh kỳ vọng.
Cân bằng giữa hiện đại hóa và rủi ro trong tự động hóa
Các nhà sản xuất phản ứng khác nhau khi phải đối mặt với sự gia tăng của các công nghệ tự động hóa và lợi ích tiềm năng. Một số áp dụng mọi công nghệ mới mà không đánh giá rủi ro tích hợp hay sự phụ thuộc dẫn đến hệ thống phân mảnh, kém hiệu quả và tốn kém.
Các nhà sản xuất có thể thực hiện tự động hóa bằng cách tham gia vào FEP với một nhà tích hợp hệ thống. FEP đảm bảo thiết tự động hóa phù hợp với mục tiêu, ngân sách và các ràng buộc.
Một nhà tích hợp hệ thống chuyên sâu về công nghệ tự động hóa đảm bảo khả năng tương thích và phối hợp giữa các hệ thống và cơ sở hạ tầng của nhà máy. Kết quả là một hệ thống khai thác tối đa tiềm năng của tự động hóa, giúp tinh giản quy trình, thúc đẩy đổi mới, nâng cao chất lượng và tăng lợi nhuận.
Cường Việt (theo Controleng.com)
