Bức tranh tương lai của điều khiển & tự động hoá

Ba xu hướng riêng biệt sẽ quyết định sự phát triển của những hệ thống công nghiệp, thương mại, cung ứng và xây dựng trong những năm tới đây: Sự thâm nhập sâu hơn của CNTT và truyền thông vào những lĩnh vực trên; sự bùng nổ của mạng toàn cầu; Nhu cầu của khách hàng về những sản phẩm độc đáo.

Hình ảnh minh họa trong bài này là một ví dụ về một dây chuyền thiết kế, sản xuất và phân phối những “bộ quần áo thông minh” của một công ty giả tưởng có tên là “Intelligent Clothing” (IQ-C). Được tích hợp trên những bộ quần áo là những máy tính siêu nhỏ, điện thoại di động, hệ thống kiểm tra sức khỏe, và một bộ cấp điện với anten để điều hành các thiết bị.

1 Khách hàng mô hình hóa những yêu cầu của họ và đưa chúng đến trung tâm kỹ sư thiết kế của IQ-C (3).
2- 4 Số hóa: Thế giới thực và ảo được đan xen. Tại những trung tâm thiết kế phân bố khắp thế giới (2), các kỹ sư liên hệ mật thiết với nhau để cùng làm việc với những khách hàng riêng biệt , sử dụng máy tính và sản phẩm thiết kế 3 chiều (3), lập tiến trình sản xuất (4) và mô phỏng sự tương tác giữa sản phẩm và tiến trình. Phương thức như thế sẽ cho phép thiết kế nhanh chóng và đẩy nhanh quá trình đưa ra thị trường của sản phẩm.
5 – 8 Sản xuất: Những phân xưởng của tương lai sẽ phụ thuộc vào những hệ thống tích hợp, tự động, và những hệ thống mạng bao quát tất cả những cảm biến và robot (7) trên dây chuyền lắp ráp (5) (điều này thể hiện tính thông minh phân tán ở mức cao). Những quản lý của công ty (8) có thể truy cập tất cả những thông tin liên quan bất cứ lúc nào và tại bất cứ đâu. Những trạm điều khiển sẽ cung cấp quyền truy cập tới tất cả những dữ liệu mà họ cần (6) để đảm bảo được những quyết định đúng đắn và an ninh của toàn hệ thống. Nhân viên phát triển, cung cấp và khách hàng sẽ được tích hợp số hóa vào tiến trình, cũng như những chuyên gia sử dụng máy tính để tối ưu hệ thống theo – lấy ví dụ – năng suất và giá thành vòng đời của sản phẩm.
9 Dịch vụ sản xuất: Những nhà cung cấp thiết bị thế hệ mới cũng được liên kết vào mạng lưới tiến trình thương mại. Những đối tượng này sẽ chịu trách nhiệm cung cấp những dịch vụ bao quát trong suốt toàn bộ vòng đời của sản phẩm. Lấy ví dụ,     những công cụ IT mạnh sẽ xuất hiện để thực hiện việc chẩn đoán lỗi và cung cấp những thiết bị sản xuất. Những công cụ như thế sẽ cho phép những chuyên gia tại vô số những trung tâm dịch vụ thực hiện việc bảo dưỡng từ xa chỉ trong nháy mắt (9). Những hệ thống quản lý điều kiện sẽ kiểm tra thiết bị từ xa, và cho phép bảo dưỡng thiết bị sớm để đề phòng những hỏng hóc lớn.
10 – 13 Tòa nhà thông minh: Những toà nhà thông minh sẽ được trang bị hàng loạt các hệ thống được liên kết với nhau thành mạng lưới và chúng được kết nối với một nhà cung cấp dịch vụ. Hệ thống này sẽ bao gồm những hệ thống an ninh sinh trắc học (ví dụ như hệ thống nhận diện khuôn mặt và vân tay tại lối vào những tòa nhà 10), hệ thống sưởi, điều hòa không khí và thông hơi (11), tất cả dẫn tới một khối điều khiển hệ thống ngoại vi của tòa nhà (12), hệ thống báo cháy, và những camera thông minh sẽ chuyển tiếp tới trung tâm an ninh chỉ những bức ảnh mang tính nghi vấn. Các hệ thống thông minh, khả năng kết nối của thiết bị, và mạng lưới các hệ thống không chỉ cung cấp cho khách hàng sự thuận tiện và an ninh cao hơn mà còn mở ra những giải pháp tiết kiệm – ví dụ như về mặt quản lý năng lượng. Cũng như những phân xưởng tương lai, những tòa nhà tương lai sẽ sử dụng nhiều hơn những robot có thể hoạt động tự động (13) và có khả năng tự tổ chức những hoạt động của chính nó.
14-17 Hệ thống cung ứng riêng biệt: Mạng số của tất cả những tiến trình của dây chuyền sẽ kết nối nhà sản xuất, nhà cung cấp và khách hàng, đồng thời cũng cải thiện tiến trình thương mại. Thương mại điện tử cũng yêu cầu hệ thống cung ứng điện tử đặc trưng bởi quá trình phân phối hàng hóa nhanh hơn và mang tính chuyên biệt cao hơn, sử dụng phương tiện vận chuyển là xe tải (15), tàu , thuyền (16) hoặc máy bay (17). Cùng với những nhãn thông minh có thể đọc được qua radio, trực tiếp từ những kiện hàng riêng biệt (14), hệ thống định vị vệ tinh cho phép theo dõi chính xác sản phẩm – từ khi chúng được tạo ra đến khi được đưa đến nhà phân phối. Kết quả sẽ được xử lý bởi tiến trình vận chuyển tối ưu.
18-19 Tự động hóa trong phòng thí nghiệm.: Trong tương lai, hoạt động nghiên cứu và phát triển sẽ sử dụng nhiều hơn những hệ thống phức tạp và mô phỏng máy tính mà đều sẽ được tự động hóa (18). Những điều này sẽ được đi kèm với những tiến trình phân tích và tổng hợp, đặc biệt quan tâm đến sự phát triển chất liệu và khoa học đời sống. Kết quả đạt được sẽ là giá thành phát triển thấp hơn và thời gian tiến-đến-thị-trường nhanh hơn. Ví dụ trong một phòng thí nghiệm siêu nhỏ (hay phòng thí nghiệm trên 1 con chip), những robot có thể thực hiện hàng ngàn phân tích đồng thời.

Nhãn thông minh và hệ thống định vị vệ tinh cho phép theo dõi chính xác đường đi của hàng hóa

Mạng lưới sản xuất và cung ứng số hóa

Trong những năm tới đây, sản xuất công nghiệp được hy vọng là sẽ phát triển theo xu hướng chung đó là tiến tới “tư nhân hóa”. Nói cách khác, việc sản xuất theo một số lượng lớn các sản phẩm y hệt nhau sẽ không còn tồn tại nữa mà thay vào đó sẽ là những sản phẩm có xu hướng “khách hàng”. Tuy nhiên, điều này yêu cầu một dây chuyền sản xuất linh hoạt đảm bảo chất lượng và độ tin cậy cao. Chìa khóa cho sự thay đổi này không gì khác hơn là tiến bộ của CNTT và truyền thông – hay chính là những hệ thống số là tổ hợp của những mạng số hoàn chỉnh điều hành mọi công đoạn của dây chuyền. Những giải pháp như thế phân loại từ những chương trình máy tính tổng hợp mô phỏng sản phẩm hay toàn bộ dây chuyền sản xuất đến hệ thống số thời gian thực điều khiển toàn bộ phân xưởng và hệ thống giới thiệu tổng quan cho người tiêu dùng.
Phòng thí nghiệm và phân xưởng trên một con chip
Trong những ngành công nghiệp hóa chất, sinh học và dược phẩm, xu hướng tiến tới một quy trình sản xuất theo yêu cầu cũng là nguyên nhân khiến cho những nhà xưởng và phòng thí nghiệm được “thu nhỏ”. Trong tương lai, những công nghệ kết cấu ở mức micro, những cảm biến tí hon và những bộ trợ động sẽ không chỉ có khả năng đưa hoàn toàn một phòng thí nghiệm với hàng ngàn quy trình phân tích song song vào chỉ một con chip; quy trình sản xuất thuốc và hóa chất tinh chế – những thứ thường chỉ được yêu cầu ở mức vi lượng – cũng sẽ có thể được thực thi tại một phân xưởng tí hon có kích thước chỉ vài cm. Điều này có nghĩa là tiến trình sản xuất sẽ đạt hiệu suất cao với rất ít thành phẩm phụ, cũng có nghĩa là chúng ta sẽ có một dây chuyền sản xuất “thân thiện” với môi trường.

Những trạm dịch vụ trung tâm sẽ sử dụng mô hình bảo dưỡng từ xa để khắc phục những hỏng hóc của thiết bị

Sự phát triển trên toàn cầu

Bên cạnh khả năng sản xuất ra những sản phẩm chính xác theo nhu cầu của khách hàng, công cuộc số hóa toàn diện những dây chuyền công nghiệp còn có những ưu điểm nổi bật khác. Điều đầu tiên phải kể đến việc số hóa là chìa khóa để đạt được một sự kết nối toàn cầu thực sự trong sản xuất, phát triển và đáp ứng dịch vụ trên toàn thế giới và chỉ trong một tích tắc. Nó cũng mang lại sức sản xuất cao hơn và đẩy nhanh thời gian tiến – ra – thị – trường. Trong tương lai, chỉ những công ty có khả năng điều phối hoàn hảo quy trình thương mại điện tử với nhà cung cấp, đối tác và khách hàng của họ mới có khả năng cạnh tranh. Những công ty đó cũng phải thích nghi hóa tổ chức của họ một cách phù hợp với những điều kiện khách quan, những đối tác chiến lược và cấu trúc “ảo” của công ty. Đứng trên quan điểm này, những giải pháp tích hợp, những chuẩn nền móng và thống nhất trở nên quan trọng hơn bao giờ hết, và như thế một yếu tố cạnh tranh không thể thiếu chính là khả năng nhận thức rằng làm thế nào để kết hợp nhiều mô hình vào một giải pháp tổng thể.

Mức độ tự động hóa tại các phân xưởng và các nhà kho, cũng như tại các khu vực điều hành quản lý vẫn đang tiếp tục được nâng cao. Ngày càng nhiều các robot được đưa vào sử dụng, và chúng không chỉ có khả năng học hỏi mà còn có thể tự hành và tự thích nghi với những tình huống khác nhau, điều này cũng góp phần đẩy mạnh xu hướng tiến tới một quy trình sản xuất linh hoạt và theo định-hướng-khách-hàng.
Những robot này có khả năng sắp xếp những kiện hàng nhanh hơn và chính xác hơn so với sự sắp xếp của con người, và chúng có thể dọn dẹp những tòa nhà một cách sạch sẽ trong khi vẫn đang làm việc theo một cơ chế tự-tổ-chức với những máy móc khác. Camera thông minh là một công nghệ hỗ trợ quan trọng cho robot, cũng như đối với hoạt động an ninh. Những camera này có thể lấy ra những thông tin video thiết yếu, bao gồm những tình huống nguy hiểm xảy ra trên đường cao tốc hay trong những đường hầm, hay những hành động khả nghi tại những ga xe lửa hoặc tại những cửa hàng. Chúng có thể phân biệt được một kẻ xâm phạm tài sản cá nhân với những con thú đi lạc, đọc được những bản đăng ký và xác định được những lỗi nhỏ của sản phẩm khi đang được chuyển trên băng tải. Nhưng những camera thông minh này sẽ chỉ thông báo tới bộ phận an ninh khi chúng “nhận thấy” có điều gì đó bất thường.

Sản phẩm sẽ không chỉ được phát triển trên máy tính mà tất cả chức năng của chúng sẽ được kiểm tra những mô phòng 3 chiều. Khách hàng và đối tác có thể được kết nối trực tiếp vào một tiến trình

Những hệ thống thông minh phân tán
Những cảm biến siêu nhỏ và những bộ trợ động với khả năng tính toán mạnh sẽ có khả năng đánh giá một lượng thông tin lớn hơn theo một phương thức phân tán – có nghĩa là tại những thiết bị độc lập, khi đến lượt, nó sẽ được kết nối với một thiết bị khác và với khu bảo mật trung tâm qua mạng hữu tuyến hoặc vô tuyến. Những ứng dụng sẽ bao gồm cả hệ thống báo động (cảm biến khói hoặc là camera hình ảnh), hệ thống truy cập sinh trắc học (ví dụ như thẻ thông minh với cảm biến vân tay) và “nhãn thông minh”, mô hình này sẽ được sử dụng rộng rãi trong những hệ thống cung ứng. Ví dụ như sử dụng những miếng nhựa dẫn điện, những nhãn – với giá thành không hề đắt – này có thể được đọc và viết lên thông qua một hệ thống không dây. Giống như hệ mã vạch hiện nay, chúng được dùng để ghi nhớ hàng hóa khi đưa vào cửa hàng và chúng thậm chí cho phép khách hàng có thể thanh toán “một cách điện tử”. Công nghệ này còn làm đơn giản hóa việc giám sát việc phân phối hàng hóa từ đầu đến cuối. Ở đây, những thiết bị đọc chuyên dụng sẽ liên tục giám sát hàng hóa từ khi chúng ra khỏi nhà kho đến khi chúng đến được với nhà phân phối.

Phân xưởng của tương lai sẽ có tính tự động hóa cao và được thiết kế cho một quá trình sản xuất theo yêu cầu

Những thiết bị mới sẽ đóng một vai trò chủ chốt trong tất cả những phát triển này. Những ví dụ có thể lấy ra bao gồm cập nhật phần mềm, chẩn đoán và bảo dưỡng từ xa đối với những sản phẩm kỹ thuật thông qua truyền dữ liệu di động và những hệ thống thực tế ảo sẽ hỗ trợ các hoạt động bảo dưỡng. Điều hành toàn bộ những hoạt động công nghiệp cũng như bảo dưỡng sản phẩm trong suốt vòng đời của chúng là hai trong số những dịch vụ sẽ trở nên quan trọng trong tương lai, cũng như việc quản lý năng lượng và an ninh cho những tòa nhà được trang bị vô số cảm biến và thiết bị được kết nối thông minh. Những hoạt động được quản lý tại những tòa nhà như thế sẽ bao gồm hệ thống sưởi và điều hòa không khí, cửa sổ thông minh, hệ thống báo động, những kho khí đốt dưới tầng hầm, và những dịch vụ liên lạc trung tâm cho nhu cầu về thông tin và giải trí.

Số 112 (1+2/2010)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: