Hệ thống tự động điều khiển các quá trình công nghệ trong doanh nghiệp: ưu điểm và nhược điểm

Một trong những yếu tố tạo nên một thế giới hiện đại, chính là sự tham gia của tiến bộ khoa học và công nghệ. Ngày nay chứng kiến sự tham gia tích cực của tất cả các loại hệ thống tự động hóa để thu thập thông tin và kiểm soát các quá trình công nghệ trong các loại hình doanh nghiệp khác nhau.

• Bảo mật thông tin trong mạng DCS các quá trình công nghệ được tự động hóa

Hệ thống tự động điều khiển các quá trình công nghệ (Automated process control system – APCS), được hiểu là sự thay thế các chức năng và quy trình hoạt động, vốn do con người thực hiện được chuyển sang thực hiện bằng một hệ thống tự động hóa, hệ thống đó bao gồm các cảm biến; các loại van; các loại thiết bị (điện, thủy lực, cơ khí, khí, PC,…) và các phần mềm tương thích.

Các loại APCS này có tác dụng: đơn giản hóa cuộc sống của con người bình thường; giảm nguy cơ tai nạn. Tuy nhiên, trong sản xuất thì ACPS, dù có hiện đại đến đâu cũng không thể có quyết định cuối cùng, quyết định đó vẫn phải do con người đưa ra.

APCS – đây là một tổ hợp “con người-máy móc”, cung cấp khả năng điều khiển các quá trình công nghệ tại các doanh nghiệp công nghiệp cơ giới hóa và tự động hóa hiện đại. Mục tiêu chính của APCS là tối ưu hóa các quá trình công nghệ, được đặc trưng bởi số lượng lớn các tham số và tình phức tạp của các thuật toán điều khiển [1].

Theo ГОСТ 34.003-90 thì ACPS – hệ thống tự động hóa, bao gồm các nhân sự và một bộ phương tiện thực hiện tự động điều khiển các quá trình công nghệ [2].

Một hệ thống điều khiển quá trình công nghệ thường có vài cấp độ, mỗi cấp độ là một đáp án cho một số chức năng và nhiệm vụ nhất định. Dưới đây là các cấp độ chính của APCS.

1. Cấp quản lý doanh nghiệp (Enterprise Manageme-nt Level – EML)

Cấp độ này của APCS bao gồm trong nó các chức năng quản lý: lập kế hoạch sản xuất; kiểm soát nguồn nhân lực và quản lý nhân sự. Ở cấp độ này, các quyết định chiến lược được đưa ra và các mục tiêu sản xuất được hình thành. Trong APCS, cấp độ này thường được thể hiện bằng hệ thống hoạnh định nguồn lực của doanh nghiệp (Enterprise Resoutce Planning ERP), ví dụ, H. 1.

2. Cấp quản lý sản xuất (Production Management Le-vel – PML)

Ở cấp độ này, quy trình sản xuất và giám sát thiết bị trên dây chuyền sản xuất được thực hiện. Nhiệm vụ của PML là quản lý dự trữ nguyên liệu và vật tư trong kho; lập kế hoạch sản xuất; kiểm soát chất lượng sản phẩm. Cấp độ này của APCS thường được thể hiện ở hệ thống quản lý sản xuất tích hợp công nghệ tốt để gia tăng tối đa hiệu quả vận hành nhà máy (Manufacturing Execu-tion System – MES), thí dụ H. 2.

3. Cấp quản lý quá trình (Process Management — PM)

Cấp độ này của APCS thực hiện giám sát và quản lý các quá trình công nghệ tại doanh nghiệp. Bao gồm trong hệ thống này là thu thập và phân tích dữ liệu từ các cảm biến; điều chỉnh các tham số của quá trình và phản ứng với những thay đổi trong thời gian thực. Cấp độ này của APCS được thể hiện bởi: hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervision Control and Data Acquisition – SCADA), thí dụ H. 3; hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System – DCS), ví dụ H. 4; và một vài hệ thống khác.

4. Cấp quản lý thiết bị (Equipment Management – EM)

Cấp độ này của APCS thực hiện sự quản lý các thiết bị và cơ cấu cụ thể trong quá trình sản xuất. Bao gồm trong EM là kiểm soát và quản lý: các động cơ; các bơm; các van; các bộ truyền động; và các thiết bị khác.

Thông thường thì cấp độ này được thể hiện ở bộ điều khiển sử dụng bộ điều khiển lập trình (Programmable Logic Controller – PLC), ví dụ H. 5, hoặc các thiết bị tự động hóa khác.

Các cấp độ nêu trên tương tác với nhau và có thể sắp xếp như ví dụ H. 6, chúng bảo đảm tự động hóa và kiểm soát hoàn toàn các quá trình sản xuất trong doanh nghiệp. APCS cho phép nâng cao chất lượng sản xuất và quản lý tốt hơn nguồn lực sản xuất thông qua hiện thực hóa các luật quản lý.

Trường hợp lý tưởng nhất khi sử dụng APCS là tối thiểu hóa các chi phí cho sản xuất. Điều này có nghĩa là tổ hợp công nghệ và bản thân từng công nghệ phải được thiết kế-chế tạo sao cho chúng có kích thước và trọng lượng nhỏ nhất.

Các thiết bị phải có thiết kế-chế tạo sao cho bảo đảm các loại tổn thất khi chúng hoạt động là nhỏ nhất, còn công nghệ của chúng – sử dụng tối đa sản phẩm và năng lượng ban đầu. Cuối cùng, vận hành quá trình công nghệ cần bảo đảm cho ra đời sản phẩm có dung sai và khuyết tật là tối thiểu [3].

Việc triển khai tự động hóa trong doanh nghiệp là một quá trình phức tạp và tốn nhiều tài nguyên, đòi hỏi đầu tư tài chính và thời gian đáng kể. Đây là lý do tại sao nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là những doanh nghiệp có nguồn tài chính hạn chế, có thể chỉ thực hiện được tự động hóa một phần. Sự tự động hóa một phần, được hiểu là chỉ áp dụng tự động hóa ở một số khu vực nhất định hoặc ở một vài giai đoạn của quá trình sản xuất, là những nơi phù hợp nhất cho sự tự động hóa hoặc quan trọng nhất cho chất lượng sản phẩm trong toán bộ quá trình sản xuất. Ví dụ, chỉ tự động hóa quá trình đóng gói hoặc kiểm soát chất lượng – những khâu đem lại lợi ích lớn khi tự động hóa.

Cách tiếp cận như vậy cho phép các doanh nghiệp triển khai tự động hóa toàn bộ một cách dần dần, giảm thiểu được các rủi ro về tài chính và phù hợp các đặc tình riêng của doanh nghiệp tại thời điểm thực hiện tự động hóa. Kết hợp cả hai sẽ cho doanh nghiệp chuyển đổi về chất để tiếp tục thực hiện tự động hóa tiếp theo với đặc tính riêng của doanh nghiệp đã thay đổi theo hướng tốt hơn. Ngoài ra, chính việc tự động hóa một phần (hoặc coi là tự động hóa toàn phần nhưng chia thành nhiều giai đoạn) giúp doanh nghiệp đánh giá đúng hiệu quả của các công nghệ mới sau từng giai đoạn (đặc biệt là ở giai đoạn đầu) để có thể điều chỉnh chiến lược triển khai nếu thấy cần thiết.

Như vậy, các doanh nghiệp có thể triển khai tự động hóa một cách dần dần, từng giai đoạn sẽ thực hiện thông minh dần lên dựa trên kết quả đạt được của giai đoạn trước, điều này cho phép doanh nghiệp cập nhật dần dần các quy trình sản xuất theo hướng tốt dần lên và duy trì được tình cạnh tranh trong thế giới hiện đại.

Bên cạnh những ưu điểm nêu trên thì tự động hóa cũng có những vấn đề riêng trong lĩnh vực sản xuất, nổi bật nhất là nó gây ra tình trạng thất nghiệp bởi sự thay thế lao động của con người bằng thiết bị máy móc và các hệ thống tự động điều khiển. Chính vì điều này, nảy sinh vấn đề phải đào tạo và đào tạo lại để có nguồn nhân lực mới có thể thích ứng nhanh với các yêu cầu mới của thị trường lao động.

Một vấn đề lớn nữa là tình trạng thiếu nhân sự trình độ cao trong quá trình tự động hóa quá trình sản xuất tại các doanh nghiệp. Tồn tại một nghịch lý là thường có nhiều nhân lực có kinh nghiệm khi làm việc với hệ thống thủ công, sau khi tự động hóa thì lượng nhân lực này lại không đủ trình độ để hiểu được “ruột” của tự động hóa, còn nhân lực trẻ thì lại thiếu kinh nghiệm về chất lượng “ruột” của sản phẩm, đòi hỏi nhân lực luôn được cập nhật về trình độ.

Dựa trên sự phân tích nêu trên, có thể kết luận rằng, tự động hóa sản xuất, bao gồm trong đó có sự triển khai ACPS là yếu tố chính cho sự phát triển công nghiệp hiện đại. Vai trò của ACPS, không chỉ trong tối ưu hóa các quá trình, mà còn tạo ra các điều kiện cho tăng trưởng ổn định và nâng cao chất lượng sản phẩm. Từ đó, giúp doanh nghiệp hoạt động hiệu quả hơn và có tác động tốt đến khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trong thị trường hàng hóa và dịch vụ mang tính toàn cầu.

Nguyễn Tiến Dũng
Bauman Moscow State Technical University

Tài liệu tham khảo

[1] Словарь. Режим доступа: http://www.asutp.ru.

[2] Электронный фонд правовых и нормативных документов. Режим доступа: ГОСТ 34.003–90 Ин-формационная технология (ИТ). Комплекс станда-ртов на автоматизированные системы. Автомат-изированные системы. Термины и определения (с Поправкой) — docs.cntd.ru.

[3] Меньков А. В. Теоретические основы автома-тизированного управления / А. В. Меньков, В. А. Острейковский. Учебник для вузов. М.: Изда-тельство Оникс, 2005. 640 с.: ил