Sử dụng bản sao kỹ thuật số để tăng hiệu quả quản lý đối tượng công nghiệp

Số hóa công nghiệp
05/08/2026 04:07
Bài báo xem xét các phương pháp sử dụng bản sao kỹ thuật số (Digital Twins) để tăng hiệu quả quản lý đối tượng công nghiệp. Cấu trúc và nguyên tắc thiết lập bản sao kỹ thuật số được phân tích. Sự khác biệt của bản sao kỹ thuật số với các mô hình và mô phỏng truyền thống cũng được phân tích. Công nghệ lõi tạo bản sao kỹ thuật số - (Industrial Internet of Things - IIoT); hệ thống điều khiển, giám sát, và thu thập dữ liệu (Supervisory Control and Data Acquisition System - SCADA); hệ thống quản lý sản xuất (MES); thuật toán học máy, được nghiên cứu. Các ví dụ thực tiễn về triển khai bản sao kỹ thuật số trong các ngành công nghiệp dầu khí, luyện kim, cơ khí.
aa
Lợi ích của công nghệ bản sao kỹ thuật số đối với các ngành công nghiệp chế biến Bản sao kỹ thuật số - Cách mạng hóa an ninh mạng OT Cách mạng hóa bền vững ngành dệt sợi giảm thiểu chất thải nông nghiệp

Đặt vấn đề

Ngành công nghiệp hiện đại đang trải qua quá trình chuyển đổi số, trong đó mô hình Bản sao kỹ thuật số - Digital Twin đang ngày càng trở lên quan trọng, thành một công cụ quản lý hiệu quả. Thị trường Digital Twin được ước tính sẽ tăng trưởng từ 21 tỷ USD năm 2025 lên 150 tỷ USD vào năm 2030, và năm 2024, thống kê cho thấy 22% số lượng các công ty lớn đã sử dụng công nghệ Digital Twin trong hoạt động của mình. Mô hình Digital Twin không phải là mô hình 3D tĩnh. Đó là một hệ thống động tích hợp dữ liệu, thuật toán, cảm biến, mô hình vật lý và toán học, cùng các quyết định quản lý cho phép thực hiện các thử nghiệm trong môi trường ảo thay vì trên các quy trình thực tế.

Một vấn đề thực tế đồi hỏi là cần khái quát được những cách tạo ra Digital Twin và đánh giá hiệu quả của nó trong quản lý các quy trình sản xuất công nghiệp.

1. Khái niệm và cấu trúc Digital Twin

1.1. Xác định đặc tính then chốt

Digital Twin - mô hình đa yếu tố, mô hình số động học, vùng lãnh thổ hoặc quá trình của đối tượng thực. Nó không chỉ tái tạo các tham số - thông số vật lý, mà còn cả các hành vi của hệ thống then chốt. Digital Twin so với các mô hình 3D hoặc so với các mô phỏng một lần có sự khác biệt, ở điểm là Digital Twin được đồng bộ hóa liên tục với đối tượng vật lý thông qua luồng dữ liệu hai chiều.

Thêm nữa, không như mô hình 3D hoặc mô phỏng khác, vốn không nhất thiết phải liên kết với dữ liệu

thực, thể hiện hành vi trung bình, là phép tính toán chỉ một lần và chỉ phục vụ để phân tích mang tính thụ động, Digital Twin được đồng bộ hóa liên tục với một đối tượng cụ thể mà nó là bản sao theo thời gian thực của đối tượng đó. Vậy nên, Digital Twin hoạt động như một mô phỏng vĩnh viễn và cung cấp khả năng kiểm soát các quy trình thực.

1.2. Cấu trúc Digital Twin

Cấu trúc của một Digital Twin tiên tiến cho đối tượng công nghiệp được thiết lập dựa trên việc tích hợp nhiều lớp:

* Lớp vật lý - IIoT cung cấp luồng dữ liệu thô, độ rung, nhiệt độ, áp lực - áp suất, dòng điện - điện áp và lưu lượng. Dữ liệu này được truyền qua các giao thức OPC UA, Modbus, MQTT. Nếu không có IIoT sẽ không có dữ liệu cập nhập, tức Digital Twin quay về loại tĩnh, mất đi tính động then chốt của nó.

* Lớp thu thập và trực quan hóa - SCADA cung cấp dữ liệu theo thời gian thực; hiển thị trạng thái của thiết bị (trạng thái hiện tại, cảnh báo, khẩn nguy với các hình ảnh màu sắc tương ứng và thông số thực kèm theo); bảo đảm thực hiện sự quản lý ngược, là các khuyến nghị kép đến hệ thống quản lý;

* Lớp quản lý sản xuất - MES - tích hợp Digital Twin vào quy trình sản xuất, cho phép lập kế hoạch tối ưu, kiểm soát chất lượng và quản lý tài nguyên

* Lớp phân tích các thuật toán học máy và các mô hình vật lý - toán học. Chúng có chức năng xử lý dữ liệu đầu vào, dự đoán tính trạng thiết bị và đưa ra các khuyến nghị hoặc cao hơn là tự động can thiệp vào đối tượng công nghiệp - xu hướng đã và đang phát triển mạnh.

Sử dụng bản sao kỹ thuật số để tăng hiệu quả quản lý đối tượng công nghiệp

2. Phương pháp và công nghệ tạo Digital Twin

2.1. Mô hình hóa dựa trên dữ liệu và các định luật vật lý

Việc tạo một Digital Twin cho một đối tượng công nghiệp được thực hiện bằng cách kết hợp hai phương pháp:

* Phương pháp mô hình hóa vật lý - toán nhằm thiết lập các mô hình có độ chính xác cao dựa trên các định luật vật lý, nhiệt động lực học và cơ học. Phương pháp này cho phép dự đoán hành vi của đối tượng trong các điều kiện mà cả các điều kiện và hành vi tương ứng của đối tượng chưa quan sát được trong thực tế.

* Phương pháp mô hình hóa dựa trên dữ liệu - sử dụng phương pháp học máy (mạng nơ-ron, tăng cường gradient) để xác định được các mẫu trong dữ liệu lịch sử và hiện tại với các cảm biến tương thích.

Giải pháp tối ưu là cách tiếp cận lai. Ở đây, mô hình vật lý được làm rõ và điều chỉnh dựa trên dữ liệu từ các cảm biến thực có tính tương thích.

2.2. Tích hợp Digital Twin” với các hệ thống quản lý doanh nghiệp

Digital Twin không tồn tại độc lập mà nó được tích hợp vào không gian thông tin thống nhất của doanh nghiệp, nó tương tác với các hệ thống ERP, MES, PLM, CAD/CAM/CAE - các dich vụ ứng dụng và phân tích. Việc tích hợp như vậy cho phép sử dụng Digital Twin ở tất cả các giai đoạn của vòng đời sản phẩm, từ thiết kế - chế tạo - vận hành đến thải loại.

Sử dụng bản sao kỹ thuật số để tăng hiệu quả quản lý đối tượng công nghiệp

3. Ứng dụng Digital Twin để tăng hiệu quả quản lý

Digital Twin bảo đảm:

* Bảo trì - bảo dưỡng dự đoán, lường trước được sự cố, giảm thời gian ngừng hoạt động, mô phỏng dây chuyền sản xuất và vòng đời sản phẩm, được thực hiện để kiểm tra ảo các tham số và xác định các điểm làm việc tối ưu;

* Cải thiện chất lượng độ chính xác lập kế hoạch lên đến 90%;

* Giảm thiểu lỗi và tính được hàng chục tham số cho tính chọn được các điều chỉnh tối ưu trong công nghiệp, đặc biệt trong ngành luyện kim.

Thông qua các ví dụ trong thực tiễn sản xuất công nghiệp tại Gazprom Neft's (một trong những công ty dầu khí lớn của Nga), Digital Twin bao phủ đến 60% quy trình sản xuất và hơn 3000 mô hình cơ sở hạ tầng. Số lượng lớn Digital Twin này giúp tăng tốc phân tích dữ liệu địa lý lến đến hơn 6 lần. Đến năm 2028, tất cả các mô hình AI sẽ được thống nhất trong Digital Twin thành một Digital Twin duy nhấ.

Tại nhà máy cán thép tấm MMK (Nga), một Digital Twin cho tính toán các điều kiện nhiệt và dự đoán cấu trúc dải thép cho các dòng sản phẩm mới đã được đưa vào phục vụ quản lý quy trình cán thép tấm.

Hay tại nhà máy sản xuất ô tô KAMAZ đang sử dụng Digital Twin trong quá trình phát triển xe điện KAMA-1 với hàng trăm thử nghiệm ảo được diễn ra trước khi lắp ráp nguyên mẫu và quản lý dây chuyền sản xuất.

Kết luận

Digital Twin là một phương tiện hiệu quả nâng cao hiệu quả quản lý đối tượng công nghiệp.

Digital Twin là hệ thống động, liên tục được đồng bộ hóa với đối tượng vật lý và được tích hợp với IIoT; SCADA và MES tạo ra môi trường số thống nhất chứa các quy trình kinh doanh, thiết bị và cơ sở hạ tầng. Các ví dụ thực tế trong ngành dầu khí, luyện kim và cơ khí cho thấy sự gia tăng gấp 6 lần trong phân tích dữ liệu, giảm thời gian phát triển sản phẩm mới từ 6 đến 12 tháng xuống còn từ 1 đến 2 tháng và giảm lỗi cũng như thời gian ngừng hoạt động của thiết bị.

Công nghệ Digital Twin nên được các công ty triển khai từ các dự án thí điểm trên các đối tượng công nghiệp quan trọng, sau đó mở rộng quy mô để bao phủ toàn bộ khu phức hợp sản xuất.

Nguyễn Tiến Dũng

Tudonghoangaynay.vn
tan-hoang-minh
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán ngày 13/11: 192 cổ phiếu vẫn chìm trong sắc đỏ, VN Index thoát hiểm phút cuối

Thị trường chứng khoán ngày 13/11: 192 cổ phiếu vẫn chìm trong sắc đỏ, VN Index thoát hiểm phút cuối

Tưởng chừng tiếp tục có thêm một phiên giảm điểm, VN Index bất ngờ thoát sắc đỏ trong những phút cuối nhờ lực cầu bắt đáy. Tuy nhiên, dù đạt được mức tăng nhẹ, thị trường vẫn ngập trong sắc đỏ, với 192 cổ phiếu giảm giá và thanh khoản vẫn ở mức thấp.
TP.Hồ Chí Minh mở rộng hợp tác quốc tế về công nghệ chiến lược

TP.Hồ Chí Minh mở rộng hợp tác quốc tế về công nghệ chiến lược

TP.Hồ Chí Minh đang đẩy mạnh hợp tác với các tập đoàn và tổ chức quốc tế trong lĩnh vực AI, hạ tầng số, sản xuất thông minh và bán dẫn.
Doanh nghiệp Nhật Bản đẩy mạnh đầu tư tại TP. Hồ Chí Minh

Doanh nghiệp Nhật Bản đẩy mạnh đầu tư tại TP. Hồ Chí Minh

Trong 8 tháng năm 2026, tổng kim ngạch xuất nhập khẩu giữa doanh nghiệp TP. Hồ Chí Minh và Nhật Bản đạt khoảng 7,03 tỷ USD, chiếm 5,6% tổng kim ngạch xuất nhập khẩu của Thành phố. Trong đó, kim ngạch xuất khẩu sang Nhật Bản đạt 3,99 tỷ USD và nhập khẩu đạt 3,04 tỷ USD, đưa mức xuất siêu của Thành phố đạt khoảng 941,3 triệu USD.
AI công nghiệp có sự tham gia của con người: Bảo tồn tri thức, nâng cao năng lực ra quyết định

AI công nghiệp có sự tham gia của con người: Bảo tồn tri thức, nâng cao năng lực ra quyết định

Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI), đặc biệt là các tác nhân AI có khả năng thực hiện quy trình công việc phức tạp, đang mở ra nhiều cơ hội cho ngành công nghiệp.
BIDV được vinh danh trong Top 50 Thương hiệu dẫn đầu Việt Nam

BIDV được vinh danh trong Top 50 Thương hiệu dẫn đầu Việt Nam

Với giá trị thương hiệu đạt 2,246 tỷ USD, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) xếp thứ 4 trong danh sách 50 Thương hiệu dẫn đầu Việt Nam năm 2026, tiếp tục khẳng định vị thế của một thương hiệu ngân hàng hàng đầu tại Việt Nam.
Nhiệt điện Hải Phòng đồng hành cùng người dân khắc phục ảnh hưởng từ sự cố môi trường

Nhiệt điện Hải Phòng đồng hành cùng người dân khắc phục ảnh hưởng từ sự cố môi trường

Trước sự cố phát tán bụi thạch cao trong quá trình sửa chữa hệ thống xử lý khí thải tại Tổ máy số 3, Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng đã và đang khẩn trương triển khai các biện pháp khắc phục, tổ chức thu gom, vệ sinh môi trường tại khu vực bị ảnh hưởng, đồng thời phối hợp chặt chẽ với chính quyền địa phương để hỗ trợ người dân ổn định sinh hoạt.
Bộ điều khiển phi tuyến dạng tầng cho phương tiện đệm khí chuyển động một chiều

Bộ điều khiển phi tuyến dạng tầng cho phương tiện đệm khí chuyển động một chiều

Các phương tiện robot đệm khí hoạt động trên bề mặt môi trường, đặc biệt là sông, biển và vùng đầm lầy, ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu cũng như các nhà phát triển sản phẩm thương mại. Tuy nhiên, việc phát triển các bộ điều khiển tự động cho những hệ thống này vẫn là một thách thức lớn đối với cộng đồng khoa học.
Đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam: Động lực phát triển kinh tế trong kỷ nguyên số

Đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam: Động lực phát triển kinh tế trong kỷ nguyên số

Trong thời đại vạn vật kết nối (Internet of things - IoT), Quản trị kinh tế bền vững là quá trình hoạch định và điều hành vĩ mô theo bộ khung phát triển chiến lược trên nền tảng công nghệ số nhằm tối ưu hóa, đồng bộ hóa các nguồn lực cốt lõi để hướng tới xây dựng một nền kinh tế thông minh, tự chủ và thịnh vượng
Anh có thể hạ mục tiêu tỷ lệ xe điện trong tổng doanh số ô tô xuống 60% vào năm 2030

Anh có thể hạ mục tiêu tỷ lệ xe điện trong tổng doanh số ô tô xuống 60% vào năm 2030

Chính phủ Anh được dự báo sẽ giảm mục tiêu tỷ lệ xe điện trong doanh số ô tô mới vào năm 2030 từ 80% xuống khoảng 60%, trong bối cảnh các nhà sản xuất ô tô gặp khó khăn về chuỗi cung ứng và nhu cầu tiêu dùng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 13/11: Hạn chế giao dịch theo biến động bất thường trong phiên ATC

Nhận định phiên giao dịch ngày 13/11: Hạn chế giao dịch theo biến động bất thường trong phiên ATC

Sau phiên giảm hơn 12 điểm, VN-Index có thể tiếp tục vận động tích lũy, đan xen các nhịp tăng giảm để kiểm định cung cầu trước khi xác lập xu hướng mới. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng hợp lý, hạn chế sử dụng margin và thận trọng với những biến động bất thường trong phiên ATC do hoạt động cơ cấu quỹ.
master