I. Công nghệ nổi bật của cách mạng công nghiệp lần thứ 4

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 (CMCN 4.0) được xây dựng dựa trên ba lĩnh vực chính: kĩ thuật số, công nghệ sinh học và vật lí. Trong đó, công nghệ kĩ thuật số được xem là công nghệ cốt lõi được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất.

Ba thành tố chính của công nghệ kĩ thuật số:

Kết nối vạn vật trong công nghiệp – IIoT (Industrial Internet of Things): Công nghệ này được phân biệt với IoT về phạm vi ứng dụng. Trong khi IoT được sử dụng chủ yếu trong đời sống và sinh hoạt, IIoT lại được ứng dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp với mục đích thu thập các thông số của thiết bị, máy móc trong quá trình hoạt động.

Dữ liệu lớn – Big Data: Nhằm mục đích tiếp nhận, lưu trữ và phân tích dữ liệu. Dữ liệu thu thập từ các nguồn thiết bị thông qua công nghệ IIoT được tập hợp, xử lí, lưu trữ và hiển thị.

Trí tuệ nhân tạo – AI (Artificial Intelligence): Nhằm khai thác các dữ liệu đã thu thập, xử lí được trước đó để hỗ trợ quá trình ra quyết định. Ví dụ: dự đoán tình trạng và thời điểm cần bảo dưỡng, thay thế thiết bị, linh kiện trong máy.

Một số công nghệ quan trọng khác của CMCN 4.0:

• Điện toán đám mây (Cloud Computing): Cung cấp nền tảng internet cho các đối tượng sử dụng ở các cấp độ khác nhau tuỳ theo nhu cầu (lưu trữ, tính toán, phần cứng…).
• Mô phỏng (Simulation): Cho phép mô hình hoá cũng như cập nhật thời gian thực trạng thái các mô hình.
• Thực tế tăng cường (Augmented Reality – AR): Cho phép kết hợp các đối tượng thực và ảo để hỗ trợ các công đoạn từ đào tạo, thiết kế, vận hành đến dịch vụ.
• Sản xuất đắp dần (Additive Manufacturing): Điển hình là công nghệ in 3D trong lĩnh vực cơ khí.
• Robot tự quyết (Autonomous Robot): Robot tự động được trang bị thêm các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI), có khả năng thích nghi và linh hoạt, từ đó tự đưa ra những quyết định của mình.

Thông tin bổ sung: Ứng dụng thành tựu CMCN 4.0 còn giúp cải thiện công đoạn thiết kế thành thiết kế thông minh nhờ các công nghệ mới như: thực tế ảo (VR), thực tế tăng cường (AR), sản xuất đắp dần, máy tính hỗ trợ thiết kế (CAD), máy tính hỗ trợ gia công (CAM), máy tính hỗ trợ tổ chức sản xuất (CAPP)…

II. Tác động của cách mạng công nghiệp lần thứ 4 trong tự động hoá quá trình sản xuất

Việc ứng dụng các thành tựu của CMCN 4.0 vào quá trình sản xuất nói chung và sản xuất cơ khí nói riêng đã giúp cải thiện nhiều công đoạn. Có thể khái quát thành 4 tác động chính giúp nâng cao hiệu quả sản xuất:

1. Gia công thông minh

Gia công thông minh dựa vào các hệ thống vật lí không gian mạng (CPS – Cyber Physical Systems). Một số đặc điểm của hệ thống này:

• Mỗi đối tượng vật lí sẽ tồn tại một đối tượng ảo tương ứng. Để xây dựng các mô hình này, người ta sử dụng công nghệ mô phỏng (Simulation).
• Tín hiệu vật lí được phản ánh lên đối tượng ảo nhờ công nghệ IoT. Công nghệ IoT giúp thu thập dữ liệu về tình trạng, trạng thái của thiết bị, hệ thống… sau đó dữ liệu (lớn) được xử lí, lưu trữ, phân tích. Dữ liệu trạng thái, tình trạng có thể được phản ánh lên các đối tượng ảo để phục vụ công tác mô phỏng, hiển thị.
• Đối tượng ảo có thể được sử dụng để mô phỏng, dự đoán, ra quyết định. Dữ liệu lớn được thu thập, xử lí, phân tích sẽ dùng để đào tạo ra các mô hình toán học dự báo tình trạng hoạt động các thiết bị, chất lượng các quá trình sản xuất – đây chính là đặc trưng của công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI).

2. Giám sát thông minh giúp giám sát tiêu thụ năng lượng tốt hơn

Nhờ việc triển khai rộng rãi các cảm biến khác nhau, việc giám sát thông minh đã trở nên khả thi. Dữ liệu về các đối tượng sản xuất khác nhau (năng lượng tiêu thụ, nhiệt độ, rung động, tốc độ…) có thể được thu thập trong thời gian thực. Giám sát thông minh không chỉ cung cấp trực quan (dạng hình ảnh, đồ thị) về những dữ liệu này mà còn cảnh báo khi xảy ra bất thường trong máy móc hoặc công cụ.

3. Điều khiển thông minh

Điều khiển thông minh chủ yếu được thực hiện để quản lí các máy hoặc công cụ thông minh thông qua nền tảng hỗ trợ đám mây (Cloud – internet). Người sử dụng có thể tắt máy hoặc robot thông qua điện thoại thông minh. Các quyết định có thể được phản ánh kịp thời tại các địa điểm sản xuất – chẳng hạn dây chuyền lắp ráp sử dụng robot hoặc máy móc thông minh.

4. Lập lịch thông minh

Lập lịch thông minh có thể đạt được dựa trên máy thông minh, giám sát thông minh (ví dụ: giám sát mức tiêu thụ năng lượng) và hệ thống điều khiển thông minh từ đám mây.

Lập lịch thông minh chủ yếu sử dụng các mô hình và thuật toán tiên tiến để lấy thông tin từ dữ liệu được cảm biến thu thập về trạng thái máy (bận, rảnh, sự cố…), từ đó hỗ trợ điều chỉnh kế hoạch, chương trình sản xuất linh hoạt.

ThS. Hồ Thị Thư

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Công Nghệ THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Công nghệ, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Hoàng Hoa Thám