Vai trò của IoT trong tự động hóa công nghiệp

Giới thiệu

Một hiện tượng đã xuất hiện hàng đầu khi chúng ta tiếp tục thúc đẩy làn sóng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, hay Công nghiệp 4.0. Nó đang đóng một vai trò ngày càng quan trọng trong việc thay đổi cục diện của các hoạt động công nghiệp. Vậy nó là gì? Câu trả lời hiện nay chính là Internet vạn vật (IoT).

IoT là yếu tố thay đổi cuộc chơi trong thế giới ngày càng tăng sự kết nối của chúng ta, cách mạng hóa mọi thứ từ thiết bị hàng ngày đến máy móc công nghiệp. Ngày nay, nó đang nhanh chóng thay đổi bối cảnh tự động hóa ngành công nghiệp. Với khả năng kết nối các máy móc, thiết bị và hệ thống vật lý thông qua mạng Internet, IoT đã mang lại năng suất, hiệu quả và độ chính xác ở một mức độ mới. Nó đang mở ra một kỷ nguyên mới của các nhà máy thông minh.

Khi công nghệ tiến bộ, các công ty đang khám phá nhiều cách hơn để tận dụng tiềm năng của mình cho tự động hóa công nghiệp. Cơ hội là vô hạn, từ việc tận dụng IoT trong sản xuất và hậu cần cho đến vượt qua những thách thức liên quan đến an ninh mạng. Bài viết này, sẽ khám phá vai trò của IoT trong tự động hóa công nghiệp và cách thức của nó có thể giúp định hình một tương lai thông minh hơn cho các doanh nghiệp.

IoT và tự động hóa công nghiệp

Để hiểu rõ hơn về cách IoT trong tự động hóa công nghiệp đang vận hành và cách mạng hóa ngành công nghiệp, chúng ta cần hiểu mối liên hệ giữa IoT và tự động công nghiệp. Đầu tiên chúng ta hiểu công nghiệp tự động hóa là gì?

Tự động hóa công nghiệp là việc ứng dụng các hệ thống điều khiển khác nhau (máy tính và công nghệ thông tin) để quản lý các quy trình và máy móc khác nhau trong các ngành công nghiệp nhằm thay thế sự tham gia của con người. Về cơ bản, đó là việc sử dụng những tiến bộ của công nghệ hiện đại để thực hiện các nhiệm vụ đòi hỏi sức lao động của con người.

Tự động hóa công nghiệp được thực hiện bằng nhiều công nghệ khác nhau. Điều này bao gồm các bộ điều khiển logic khả trình (PLC), PC công nghiệp, hệ thống SCADA và gần đây hơn là IoT.

IoT đóng vai trò như thế nào trong tự động hóa công nghiệp?

Hiện nay, như chúng ta đã biết con người đang ngày càng sử dụng các thiết bị có thể giao tiếp với nhau trong cuộc sống hàng ngày. Giống như cách điện thoại thông minh có thể yêu cầu bộ điều nhiệt trong nhà điều chỉnh nhiệt độ khi trở về nhà hay tắt các thiết bị điện khi ra khỏi nhà. Đây là cách mà IoT đang hoạt động, nơi các thiết bị được kết nối qua Internet để chia sẻ và sử dụng dữ liệu để thực hiện các tác vụ nhất định.

Hãy tưởng tượng khái niệm đó ở quy mô công nghiệp lớn hơn nhiều. Trong môi trường công nghiệp, máy móc, cảm biến và con người đều có thể được kết nối với nhau, trao đổi dữ liệu và đưa ra quyết định trong thời gian thực. Đây là môi trương cho IoT thực sự tỏa sáng trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.

Ví dụ, một cảm biến phát hiện một bộ phận máy đang quá nóng trên dây chuyền sản xuất. Cảm biến, là một phần của hệ thống IoT, ngay lập tức truyền đạt thông tin này. Sau đó, hệ thống có thể tự động điều chỉnh hoạt động của máy để tránh hư hỏng. Hoặc cảnh báo người điều hành để hành động.

Dưới đây là một số cách IoT tích hợp vào tự động hóa

Thu thập dữ liệu theo thời gian thực: Các thiết bị IoT, như cảm biến và máy thông minh, có thể thu thập lượng dữ liệu khổng lồ trong thời gian thực từ nhiều điểm khác nhau trong quy trình công nghiệp.

Phân tích dữ liệu và thông tin chi tiết: Dữ liệu được thu thập bởi các thiết bị IoT được gửi đến hệ thống trung tâm, nơi dữ liệu được phân tích để rút ra những thông tin chi tiết có ý nghĩa. Các thuật toán phân tích nâng cao và học máy có thể xác định các mẫu, xu hướng và điểm bất thường. Điều này còn được sử dụng để tối ưu hóa các quy trình, dự đoán lỗi thiết bị hoặc xác định các điểm nghẽn trong sản xuất.

Tự động hóa và tối ưu hóa quy trình: Những hiểu biết sâu được thu thập từ phân tích dữ liệu có thể được sử dụng để tự động tối ưu hóa các quy trình công nghiệp. Ví dụ: giả sử một cảm biến phát hiện sự sụt giảm hiệu suất của máy. Nó có thể kích hoạt phản hồi tự động để giải quyết vấn đề, chẳng hạn như điều chỉnh các thông số của máy hoặc lên lịch bảo trì.

Giám sát và điều khiển: IoT trong tự động hóa công nghiệp cho phép giám sát và điều khiển từ xa các máy móc và quy trình. Điều này có nghĩa là các nhà khai thác có thể giám sát hoạt động từ mọi nơi trên thế giới bằng cách sử dụng các thiết bị được kết nối với Internet. Điều này giúp tăng cường tính linh hoạt và cho phép phản hồi nhanh chóng với mọi vấn đề.

Dự đoán bảo trì: IoT có thể dự đoán các lỗi thiết bị tiềm ẩn bằng cách liên tục theo dõi tình trạng và hiệu suất của máy móc. Điều này giúp tiết kiệm chi phí bằng cách cho phép bảo trì theo kế hoạch, tránh thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

Ứng dụng của IoT trong tự động hóa công nghiệp

IoT có các ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, giúp mang lại các quy trình tự động hóa công nghiệp hiệu quả và năng suất hơn. Và sau đây là một số ví dụ cụ thể:

Sản xuất: Một ứng dụng quan trọng của IoT trong sản xuất là kiểm soát và đảm bảo chất lượng. Trước đây, kiểm soát chất lượng thường liên quan đến việc kiểm tra thủ công, việc này có thể tốn thời gian, tốn kém và dễ xảy ra lỗi của con người.

Tuy nhiên, IoT đang cách mạng hóa lĩnh vực sản xuất này bằng cách cho phép kiểm soát chất lượng tự động, theo thời gian thực. Trong chế tạo, các công ty đã trang bị cho dây chuyền sản xuất một mạng lưới cảm biến IoT để giám sát quy trình trong thời gian thực. Những cảm biến này có thể thu thập nhiều dữ liệu khác nhau, bao gồm nhiệt độ, áp suất, độ rung và thông tin hình ảnh.

Sau đó, dữ liệu thu thập được sẽ được phân tích để phát hiện những sai lệch so với các thông số tiêu chuẩn có thể cho thấy vấn đề về chất lượng. Do đó, nó giúp giảm lãng phí và đảm bảo chất lượng cao cũng như tính nhất quán trong sản phẩm cuối cùng.

Nông nghiệp: IoT đang cách mạng hóa nông nghiệp thông qua canh tác chính xác. Cảm biến có thể được sử dụng để theo dõi các yếu tố khác nhau như độ ẩm của đất, sự phát triển của cây trồng và sức khỏe vật nuôi.

Ví dụ, các nhà nông trại thông minh được trang bị các cảm biến IoT và GPS. Điều này nhằm cung cấp cho nông dân dữ liệu chính xác về sức khỏe cây trồng và điều kiện thời tiết, từ đó giảm chất thải và tăng năng suất.

Chuỗi cung ứng và Logistics: Logistics là một lĩnh vực khác mà IoT đang tạo ra tác động đáng kể. Lấy ví dụ về SmartTrucks của DHL. Họ đã trang bị cho phương tiện của mình các thiết bị IoT để theo dõi thời gian thực nhằm thu thập dữ liệu như điều kiện giao thông và lịch trình giao hàng. Khi làm như vậy, họ có thể tối ưu hóa việc lập kế hoạch tuyến đường và giảm mức tiêu thụ nhiên liệu cũng như thời gian giao hàng. Kết quả cuối cùng đã góp phần mang lại cả hiệu quả và tính bền vững.

Năng lượng: IoT trong lĩnh vực năng lượng đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra lưới điện thông minh. Một ví dụ điển hình về điều này là EVN. Công ty đã triển khai thay thế các thế hệ đồng hồ cũ bằng đồng hồ đo điện thế hệ mới có tích hợp đồng hồ thông minh để giám sát và tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng. Từ đó, người tiêu dùng có thể hiểu rõ hơn về việc sử dụng năng lượng của họ, trong khi EVN có thể dự đoán nhu cầu, quản lý nguồn cung hiệu quả và nhanh chóng phát hiện bất kỳ lỗi nào trong hệ thống.

Ô tô: IoT đang chuyển đổi các dịch vụ sản xuất và hậu sản xuất ô tô. Ví dụ, Vinfast sử dụng IoT cho dây chuyền sản xuất xe của mình để giám sát và tối ưu hóa các quy trình. Họ cũng sử dụng IoT trong xe điện của mình để cung cấp chẩn đoán từ xa, bảo trì dự đoán và cập nhật phần mềm qua mạng.

Chăm sóc y tế: IoT trong chăm sóc sức khỏe mang lại khả năng theo dõi bệnh nhân từ xa, cảm biến thông minh và thiết bị đeo. Điều này cho phép chăm sóc cá nhân và phát hiện sớm các vấn đề sức khỏe tiềm ẩn. Một ví dụ là cảm biến ăn được của Proteus Digital Health. Khi nuốt thuốc, các cảm biến này sẽ gửi dữ liệu đến nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe về việc tuân thủ dùng thuốc của bệnh nhân. Điều này cho phép điều chỉnh kế hoạch điều trị theo thời gian thực và mang lại kết quả tốt hơn cho bệnh nhân.

Tác động của IoT đến tự động hóa công nghiệp

IoT đang định hình lại hoàn toàn bối cảnh tự động hóa công nghiệp, tạo cơ hội nâng cao hiệu quả, năng suất và tính linh hoạt. Đồng thời, nó cũng đưa ra một số thách thức cần được điều hướng cẩn thận.

Lợi ích của IoT trong tự động hóa công nghiệp

Nâng cao hiệu quả và năng suất: IoT giúp tối ưu hóa các quy trình công nghiệp khác nhau bằng cách cho phép phân tích dữ liệu và giám sát theo thời gian thực. Điều này dẫn đến tăng năng suất và hiệu quả.

Cải thiện kiểm soát chất lượng: IoT cho phép theo dõi và phân tích chi tiết các quy trình sản xuất. Điều này đảm bảo đầu ra chất lượng cao và giảm tỷ lệ sai sót và lãng phí.

Tăng cường an toàn: Bằng cách giám sát các điều kiện môi trường và phát hiện các mối nguy hiểm, IoT tăng cường sự an toàn tại nơi làm việc. Bảo vệ cả nhân viên và tài sản.

Ra quyết định tốt hơn: Các thiết bị IoT cung cấp những hiểu biết dựa trên dữ liệu có thể hữu ích trong việc ra quyết định chiến lược. Làm như vậy cho phép các doanh nghiệp linh hoạt hơn và phản ứng nhanh hơn với những thay đổi trên thị trường.

Những thách thức của IoT trong tự động hóa công nghiệp

Bảo mật dữ liệu và quyền riêng tư: Khả năng kết nối là duy nhất trong các thiết bị IoT, có nghĩa là dữ liệu được thu thập sẽ được truyền từ thiết bị này sang thiết bị khác. Điều này có thể gây lo ngại về quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu. Các hệ thống công nghiệp dễ bị tấn công mạng hơn. Do đó sẽ yêu cầu các biện pháp bảo mật mạnh mẽ tại chỗ để bảo vệ dữ liệu.

Khả năng tương tác: Với vô số thiết bị và nền tảng IoT có sẵn, việc đảm bảo chúng có thể giao tiếp và làm việc cùng nhau một cách liền mạch có thể là một thách thức.

Quá tải dữ liệu: Có rất nhiều thiết bị được kết nối với nhau, thu thập và truyền dữ liệu trong môi trường IoT. Khối lượng dữ liệu được tạo ra sẽ rất lớn và việc quản lý nó có thể khó khăn. Các công ty cần phải có hệ thống phân tích và quản lý dữ liệu mạnh mẽ để tận dụng tối đa dữ liệu này.

Chi phí và độ phức tạp của việc triển khai: Việc triển khai IoT trong tự động hóa công nghiệp có thể tốn kém và phức tạp, đặc biệt đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Nó đòi hỏi một khoản đầu tư đáng kể vào thiết bị mới và có thể cả đào tạo nhân viên. Họ thậm chí có thể phải thuê nhiều nhân viên có kinh nghiệm hơn, điều này có thể nằm ngoài tầm với của một số công ty.

Mặc dù IoT đang mang lại những lợi ích đáng kể nhưng điều cần thiết là phải hiểu và giải quyết những thách thức này. Bằng cách đó, họ có thể khai thác tối đa tiềm năng của IoT để thúc đẩy sự phát triển và thành công trong thời đại kỹ nguyên số.

Xu hướng và sự phát triển của IoT trong tự động hóa công nghiệp

Trong tương lai, rõ ràng IoT sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa công nghiệp. Dưới đây là một cái nhìn về IoT tích hợp trong tự động hóa công nghiệp

Tích hợp trí tuệ nhân tạo và học máy: Khi dữ liệu trở thành loại dầu mới, việc sử dụng AI và học máy kết hợp với IoT sẽ nâng cao hơn nữa khả năng tự động hóa. Sự kết hợp này có thể dẫn đến phân tích dữ liệu nâng cao hơn, đưa ra quyết định tốt hơn và thậm chí cả máy móc tự động.

Sự trỗi dậy của bản sao kỹ thuật số: Bản sao kỹ thuật số là mô hình ảo của một đối tượng hoặc hệ thống vật lý. Kết hợp với IoT, bản sao kỹ thuật số sẽ trở nên phổ biến hơn, cho phép mô phỏng và phân tích chính xác hơn các quy trình công nghiệp. Công nghệ này có thể cải thiện thiết kế sản phẩm, tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thời gian ngừng hoạt động của máy móc.

5G và IoT: Việc triển khai mạng 5G sẽ cải thiện đáng kể khả năng kết nối của các thiết bị IoT. Điều này cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn, kết nối đáng tin cậy hơn và khả năng kết nối nhiều thiết bị hơn. Điều này sẽ mở đường cho các mạng IoT phức tạp và mạnh mẽ hơn trong môi trường công nghiệp.

Điện toán biên: Với khối lượng dữ liệu ngày càng tăng do các thiết bị IoT tạo ra, điện toán biên sẽ ngày càng trở nên quan trọng. Điện toán biên là mô hình điện toán phân tán, trong đó việc tính toán phần lớn hay thậm trí được thực hiện hoàn toàn trên các node thiết bị phân tán, được gọi là thiết bị thông minh hay thiết bị “ranh giới”, thay vì chủ yếu diễn ra trên môi trường đám mây tập trung. Sự thay đổi này có thể giảm độ trễ, tiết kiệm băng thông mạng và cải thiện bảo mật dữ liệu. Tất cả những điều này là những yếu tố quan trọng trong nhiều kịch bản công nghiệp.

An ninh mạng: Nhu cầu về các biện pháp an ninh mạng mạnh mẽ sẽ tăng lên khi sự phụ thuộc vào IoT ngày càng tăng. Hiện nay, những tiến bộ trong bảo mật thiết bị IoT và phát triển các chiến lược phức tạp hơn để bảo vệ khỏi các mối đe dọa trên mạng ngày càng được phát triển và tập trung nghiên cứu.

Tính bền vững và hiệu quả năng lượng: Với mối lo ngại ngày càng tăng về tính bền vững của môi trường, IoT sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ các hoạt động công nghiệp tiết kiệm năng lượng hơn. Các thiết bị IoT có thể giám sát và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, giúp các ngành công nghiệp giảm lượng khí thải carbon.

Kết luận

IoT trong tự động hóa công nghiệp đã tạo ra sự thay đổi mang tính biến đổi trong cách thức hoạt động của các ngành công nghiệp. Các doanh nghiệp hiện đang trải qua sự tăng trưởng đáng kể cả về hiệu quả và năng suất. Và hơn thế nữa quá trình ra quyết định và giám sát hoạt động đã được sắp xếp hợp lý và ngày càng nhanh chóng.

Khi nhiều công ty áp dụng IoT hơn, chúng ta có thể mong đợi sự tự động hóa lớn hơn và trải nghiệm khách hàng được nâng cao. Các doanh nghiệp buộc phải tận dụng những công nghệ tiên tiến này nếu muốn đi trước xu hướng trong kỷ nguyên Công nghiệp 4.0. Vì vậy, hãy đào tạo đội ngũ lao động có kỹ năng công nghệ, thuê nhân viên có kinh nghiệm hoặc thuê ngoài để phát triển. Hợp tác với các chuyên gia công nghệ có thể tiết kiệm thời gian, tiền bạc và tài nguyên. Các công ty có thể tập trung vào những điều quan trọng trong khi các đối tác đảm bảo sự phát triển chất lượng của sản phẩm.

Tài liệu tham khảo

[1] Trends in factory automation: The internet of things (IoT), 2015.

[2] D. O’Halloran, E. Kvochko, et al. Industrial internet of things: Unleashing the potential of connected products and services. World Economic Forums IT Governors, 2015.

[3] A. W. Colombo, S. Karnouskos, T. Bangemann. Towards the next generation of industrial cyber-physical systems. Industrial Cloud-Based Cyber-Physical Systems, 2014, 1-22.

TS. Hồ Đức Chung