Chuyển đổi số ngành sản xuất : bắt đầu từ các hệ thống thu thập dữ liệu, SCADA và MES

Chuyển đổi số đang là chủ đề nóng, và một trong những ngành đi hàng đầu là ngành sản xuất. Các nhà lãnh đạo sản xuất cần thúc đẩy chính sách của công ty để đảm bảo rằng các hệ thống và thông tin sản xuất trở thành một phần quan trọng của Chuyển đổi số.

Cụ thể hơn, chúng ta sẽ xem xét cách thức Hệ thống thực thi sản xuất (MES – MOM ) và Thu thập và giám sát dữ liệu (SCADA), thường được kết hợp với Giao diện người máy (HMI), có thể là điểm khởi đầu tuyệt vời trên hành trình đến một doanh nghiệp sản xuất kỹ thuật số.

Tại sao lại là SCADA/HMI

Nhiều công ty sản xuất vận hành các nhà máy của họ với rất ít tự động hóa và không có kết nối dữ liệu với các hệ thống kinh doanh. Các hệ thống SCADA có thể là một cách hiệu quả về chi phí để cung cấp thông tin theo thời gian thực về tiến độ sản xuất và hiệu suất của nhà máy, ít nhất là cho nhân viên vận hành nhà máy.

Hệ thống SCADA cho phép các nhà sản xuất thực hiện các số liệu và kỹ thuật như Hiệu quả thiết bị tổng thể (OEE) và Kiểm soát quá trình thống kê (SPC), cũng như ghi lại dữ liệu sản xuất điện tử và cho phép điều khiển đơn giản.

HMI thường được coi là có giá trị nhất vì nó mang lại cho các nhà khai thác một cái nhìn trực tiếp về hiệu suất của nhà máy, nhưng, để chuyển đổi dài hạn mà chúng ta đang hướng tới, điểm khởi đầu của thiết bị, quy trình và dữ liệu về con người sẽ giúp thúc đẩy chuyển đổi số.

Xem thêm : Tạo giá trị từ dữ liệu: Sử dụng HMI làm thiết bị thông minh

Các nhà sản xuất có SCADA / HMI nhưng không có giải pháp IT nhà máy cấp cao hơn cho đến nay là  phổ biến nhất. Trong cuộc khảo sát gần đây nhất về Metrics that Matter, được thực hiện với  www.MES – MOM a.org, chỉ có 20% số người được hỏi có hệ thống thực thi sản xuất – MES – MOM trong các nhà máy của họ. Dưới đây chúng ta sẽ xem xét làm thế nào để bắt đầu Chuyển đổi kỹ thuật số từ hiện trạng này.

Nhiều nhà máy tự động có các hệ thống SCADA legacy là dòng hoặc máy cụ thể và thường đa dạng nhiều chủng loại, thương hiệu trong toàn doanh nghiệp. Những điều này không tạo ra một điểm khởi đầu tốt cho Chuyển đổi kỹ thuật số.

Đối với các công ty này, điểm khởi đầu có thể là cài đặt SCADA mới được tiêu chuẩn hóa trên các nhà máy có thể làm cơ sở cho Chuyển đổi số. Điều này sẽ cho phép các nhà sản xuất kết nối bất kỳ thiết bị tự động hóa hiện có nào với hệ thống SCADA và giám sát các thiết bị có thể hữu ích cho những người bên ngoài nhà máy.

Hoàn toàn khả thi khi sử dụng hệ thống SCADA làm nguồn dữ liệu cho Chuyển đổi số; chúng ta chỉ có thể hình ảnh bắt đầu với SCADA được kết nối với nền tảng IIoT và sau đó xây dựng chức năng hoạt động sản xuất thông qua các ứng dụng IIoT MOM.

Bằng cách bắt đầu với dữ liệu cơ bản, kết nối sẽ cho phép các bộ phận khác của doanh nghiệp bắt đầu sử dụng dữ liệu sản xuất trong các ứng dụng mới. Kiểm soát liên kết và tự động hóa với nền tảng IIoT không cần quá khó khăn. Một số nhà cung cấp tự động hóa đang bắt đầu cung cấp chức năng tiêu chuẩn cung cấp tất cả dữ liệu sản xuất được định cấu hình cho kho lưu trữ dữ liệu nền tảng IIoT, trên cloud hoặc tại cục bộ của nhà máy.

Hệ thống MES – MOM có vai trò gì trong chuyển đổi số sản xuất ?

SCADA như một điểm khởi đầu sẽ không phải là lựa chọn của mọi người. Đối với một số người, SCADA được xem hoàn toàn là một công cụ hoạt động trực tiếp, mang tính chất giám sát, và thiếu thông tin về quản trị. Các hệ thống thực thi sản xuất – MES – MOM cung cấp nhiều chức năng hơn cho nhà máy và cho phép kết nối giữa một loạt các ứng dụng trung tâm. Điều này cho phép thực hiện và giám sát tinh vi và chính xác hơn các đơn đặt hàng và thiết bị của nhà máy.

Khi các doanh nghiệp sản xuất chuyển sang Chuyển đổi số, sẽ cần nhiều chức năng MES – MOM điển hình để triển khai các ứng dụng và phân tích IIoT để thúc đẩy giá trị mong muốn. Mặc dù chuyển đổi số trong công nghiệp vượt xa những gì MES – MOM (và thậm chí nhiều hơn cho SCADA) có thể tự làm, nhưng việc xây dựng một MES – MOM mới hoặc hiện tại sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho Chuyển đổi số trong tương lai.

Khi chúng ta xem xét các nhà máy hiện nay có hệ thống thực thi sản xuất – MES – MOM , chúng ta thấy rằng hầu hết đã cài đặt phần mềm nhà máy để trả lời một số nhu cầu cụ thể như chất lượng, hiệu quả và tính linh hoạt.

Các quyết định của MES – MOM chủ yếu được điều khiển bởi các nhân viên hoạt động với sự tham gia ít và trễ của các bộ phận IT . Mặc dù chúng ta liên tục thúc giục các nhà lãnh đạo doanh nghiệp và hoạt động tham gia nhiều hơn vào Chuyển đổi số, nhưng có áp lực đối với các môi trường sản xuất để sử dụng những gì đã tồn tại trong hành trình Chuyển đổi kỹ thuật số.

Thật vậy, tất cả các hệ thống thực thi sản xuất – MES – MOM có thể cung cấp rất nhiều dữ liệu hữu ích vượt xa các đơn vị sản xuất mà họ đang lái xe; chất lượng, hiệu suất, bảo trì và hệ thống kinh doanh đều có thể được hưởng lợi từ dữ liệu MES – MOM .

Ví dụ, dịch vụ sau bán hàng có quyền truy cập vào sản xuất, thông tin này có thể mang lại chẩn đoán rõ ràng hơn cho khách hàng và giúp giảm thời gian sửa chữa và dịch vụ tập trung vào khách hàng hơn.

Mô hình nghiên cứu chuyển đổi số (Digitalization) của LNS dự đoán một hành trình từ ngày hôm nay, thường không linh hoạt và môi trường sản xuất kém hiệu quả đến tương lai của sản xuất nhanh với dữ liệu là một phần quan trọng của doanh nghiệp kỹ thuật số và hơn thế nữa. Một vài công ty sẽ đưa ra quyết định chiến lược sớm để triển khai Internet  vạn vật công nghiệp (IIoT) và quyết định các dự án dựa trên cam kết đó. Tuy nhiên, phần lớn sẽ nhấn mạnh vào việc chứng minh cho từng dự án cả về ROI tài chính và như một bước tiến tới các mục tiêu chiến lược của công ty. 

Khi IoT tiến vào ngành của bạn, nhu cầu sản xuất nhanh hơn và xa hơn đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị cầm tay, màn hình cảm ứng, giao diện người dùng hiện đại và tính nhất quán trên các nền tảng. Các công cụ sản xuất cần linh hoạt hơn nhiều để cho phép giới thiệu sản phẩm mới (NPI) nhanh hơn, chạy batch size nhỏ hon, tùy biến nhiều hơn và tất nhiên là tích hợp với thế giới phức tạp của IIoT ngoài nhà máy. Vì vậy, các nhà lãnh đạo sản xuất có cần xem xét một loạt các mục tiêu, cả ngắn hạn và dài hạn, để bắt đầu và tiếp tục hành trình Chuyển đổi số hay không ?

Bắt đầu từ đâu ?

Bạn ở đâu? Hiểu trạng thái hiện tại liên quan đến mục tiêu là một điểm khởi đầu tốt. Dữ liệu khảo sát của LNS Research cho thấy các nhà sản xuất đang ở giai đoạn trưởng thành MOM rất khác nhau. Thật vậy, chỉ có 20% đã tích hợp các giải pháp MOM trong các nhà máy của họ.

Không có hệ thống MES – MOM:  Điểm khởi đầu chung cho hầu hết các nhà sản xuất. Chúng ta cần xem xét được và mất khi có đầu tư hay không đầu tư một cách cụ thể hơn về những lợi ích và ROI mang lại.

MES đóng gói truyền thống: Phần lớn những người có giải pháp MES có hệ thống đóng kín -trong nhà máy (on-premise) và thường là một hệ thống trên mỗi dây chuyền – nhà máy. Nói chung, các hệ thống này rất tuyệt vời trong việc thu thập dữ liệu và xử lý hoạt động hàng ngày của một nhà máy sản xuất.

Theo nhiều cách, chúng gần với một hệ thống điều khiển hơn là một hệ thống IT và không may, thừa hưởng một số đặc điểm của anh em hệ thống điều khiển của chúng. Chúng bao gồm khó thay đổi, không linh hoạt và khó giữ an toàn; các phiên bản cũ của hệ điều hành là mối đe dọa tiềm tàng đối với bảo mật, như chúng ta đã buộc phải nhắc nhở trong những bài gần đây.

Những doanh nghiệp có hệ thống MES truyền thống đóng có thể nhanh chóng bắt đầu sử dụng dữ liệu trong các ứng dụng bên ngoài nhà máy, nhưng cần nhiều giải pháp tích hợp dữ liệu hiệu quả hơn để có thể tích hợp nhiều silo apps trong sản xuất.

Nhiều nhà cung cấp MES – MOM đang làm việc để làm cho các giải pháp của họ tích hợp tốt hơn trong một thế giới IIoT. Điều này thường có nghĩa là họ đang trong quá trình mô đun hóa các giải pháp của mình để cho phép triển khai linh hoạt hơn, do đó cho phép khách hàng của họ tiến tới giai đoạn tiếp theo của MOM:

MOM có mô-đun phân tán: Các giải pháp MOM mô-đun đang bắt đầu hướng tới việc cung cấp giá trị thực từ mỗi ứng dụng cũng như lợi ích của các hệ thống sản xuất tích hợp. Các giải pháp mô-đun hiện đại cũng hiển thị các đặc điểm hữu ích khác như:

• Giao diện người dùng HTML5 linh hoạt dựa trên web, kiến ​​trúc mở

• Các giải pháp được cấu hình sẵn tiêu chuẩn cho các chức năng phổ biến như SPC, OEE,

• Ngôn ngữ lập trình miễn phí

• Các công cụ rộng hơn và mạnh hơn cho một số chức năng, chẳng hạn như lập lịch trình, thường là điểm yếu của các dịch vụ cũ.

Những DN đã có một hệ thống MOM dạng mô-đun có thể tự tin hướng tới tương lai kỹ thuật số. Các nhà lãnh đạo của các nhà sản xuất đã có các giải pháp tinh vi như vậy nên đã lên kế hoạch tích hợp MOM và các giải pháp doanh nghiệp khác trên nền tảng IIoT. Mục tiêu ngắn hạn là chuyển một số ứng dụng lên nền tảng IIoT để chứng minh lợi ích của một doanh nghiệp kỹ thuật số.

Cloud MOM: Có một số giải pháp MOM gần như hoàn toàn dựa trên Đám mây. Ngày nay những xu hướng này nhằm vào các ngành sản xuất rời rạc, nơi tốc độ dữ liệu sản xuất quan trọng không phải là một yêu cầu. Những DN đã đi theo con đường này có khả năng có các khả năng OT và IT được tích hợp tốt và sẽ có thể sử dụng các hệ thống và khả năng hiện có để thu được nhiều giá trị hơn từ dữ liệu đã hoàn toàn dựa trên Đám mây.

Chuyển sang một giải pháp dựa trên IIoT thực sự vẫn đưa ra một số thách thức chia sẻ dữ liệu và giao thoa, đặc biệt nếu bạn có ý định sử dụng nền tảng IIoT của bên thứ ba. Hy vọng, các nhà cung cấp Cloud MOM sẽ cung cấp các khả năng IIoT mở phù hợp sẽ thuyết phục những DN đã có Cloud MOM của họ di chuyển kỹ thuật số với đối tác hiện có.

Bắt đầu với Ứng dụng IIoT – MES đang trở thành điểm khởi đầu tiềm năng cho Chuyển đổi kỹ thuật số. Các giải pháp cung cấp các khả năng IIoT thực sự ngày nay có xu hướng tập trung vào nền tảng với một số khả năng MOM, vấn đề chính là chức năng ứng dụng chưa hoàn thiện hơn nhiều so với các giải pháp MOM trước đây.

Nhìn lại hiện trạng của Doanh nghiệp

Ngày nay, hầu hết các doanh nghiệp đang tìm cách triển khai MOM đều bắt đầu từ quan điểm của một số hệ thống tự động hóa và có lẽ là SCADA và HMI nhưng không có MOM. Nghiên cứu LNS đã chứng kiến ​​sự gia tăng đáng kể về sự quan tâm đến MOM trong năm qua hoặc ít hơn. Trước đây, các biện minh chính cho MOM là kiểm soát tốt hơn các hoạt động sản xuất và tích hợp giữa nhà máy và ERP.

Ngày nay, cho đến nay, lý do phổ biến nhất là cần phải bắt đầu một chương trình Chuyển đổi số cho sản xuất.

Trong đó có một trong những thách thức lớn nhất đối với các nhà lãnh đạo doanh nghiệp và hoạt động, “Chúng ta nên bắt đầu như thế nào?” Để đi từ trạng thái hiện tại (Không có MOM) sang một cái gì đó mới, nó không chỉ là về công nghệ mà là con người, quy trình và công nghệ mới.

Bắt đầu từ mindset của lãnh đạo: bạn không thể chuyển đổi số (Digitalization) một doanh nghiệp trừ khi các nhà lãnh đạo xác định các mục tiêu tổng thể. Chúng sẽ vượt xa sản xuất thuần túy. Doanh nghiệp kỹ thuật số không phải là nhà máy kỹ thuật số; cải thiện kinh doanh, giao tiếp tốt hơn với khách hàng và phát triển và sản xuất linh hoạt hơn chỉ là một vài trong số các mục tiêu tiềm năng.

Điều quan trọng đối với MOM là doanh nghiệp sẽ trở thành kỹ thuật số và dữ liệu sản xuất sẽ là một phần thiết yếu của toàn bộ kỹ thuật số. Các quy trình kinh doanh thường được triển khai trong MOM cũng sẽ được cải thiện và sẽ là một phần quan trọng trong việc chứng minh lợi ích Chuyển đổi số.

Khi các giám đốc điều hành hàng đầu đã xác định các mục tiêu và phê duyệt quy trình trên nguyên tắc, bước tiếp theo là tạo ra một đội ngũ lãnh đạo để thúc đẩy tất cả các dự án.

Đối với phần MOM, điều cần thiết là chọn các nhà lãnh đạo doanh nghiệp và IT để làm việc cùng với các nhân viên hoạt động. Theo kinh nghiệm của chúng tôi, một đặc điểm chung của các dự án thành công là một nhóm lãnh đạo dự án phù hợp. Điều đặc biệt quan trọng là liên quan đến những người sẽ sử dụng hệ thống MOM hàng ngày, giám sát viên nhà máy và nhà điều hành. Các công ty bao gồm tất cả các cấp nhân viên trong các dự án MOM của họ luôn là những người nhận được lợi ích lớn nhất.

Chúng ta xác định sẽ đi đến đâu ?

Chúng ta đã xác định các cấp độ của MOM, nhưng không có cách nào gợi ý rằng bạn nên nhắm mục tiêu hàng đầu ngay từ đầu. Các mục tiêu dài hạn có thể thấy trước một doanh nghiệp hoàn toàn dựa trên IIoT, nhưng có khả năng hầu hết sẽ chọn giải pháp dựa trên mô đun, Cloud hoặc một phần IIoT ngay từ đầu. Khi thực hiện MOM, phần còn lại của các hệ thống nhà máy cũng phải được chuẩn bị để được tích hợp. Rõ ràng đường dẫn kỹ thuật và quy trình cần được xác định; các bước nhỏ được yêu cầu để giải quyết các vấn đề cụ thể.

Ví dụ, thiết lập tiêu chuẩn protocol giao tiếp chung cho toàn bộ thiết bị của nhà máy, Platform thu thập dữ liệu dùng chung.

Lựa chọn nền tảng và giải pháp

Tại một số điểm, một quyết định quan trọng phải được đưa ra bởi lãnh đạo chương trình:  mục đích của MOM chúng ta sẽ sử dụng cho các dự án ban đầu là gì? Bạn có thể đi nguyên khối khi các hệ thống được chứng minh và cung cấp nhiều chức năng. Bạn có thể tìm giải pháp mô-đun hiện đại và chọn triển khai một vài mô-đun và bạn có thể thử truy cập nhanh trên IIoT với một số ứng dụng ban đầu chạy trên nền tảng IIoT.

Sự lựa chọn sẽ có tác động lớn đến tổ chức dự án, con người và tất nhiên là nhà cung cấp phần mềm được chọn. Tuy nhiên, tốt nhất là đưa ra các lựa chọn sớm và bám sát chúng. Đi một tuyến đường an toàn hơn, không loại trừ việc di chuyển đến một kiến ​​trúc hiện đại hơn trong tương lai, nhưng cố gắng thực hiện một đường vòng  qua một dự án sẽ là thảm họa.

Cho đến bây giờ, chúng ta đã xem xét làm thế nào để bắt đầu từ đầu và xem xét các giải pháp MOM hiện có. Hệ thống MOM mới hoặc hiện tại có thể là một nền tảng tích hợp cho dữ liệu mới, nhưng bạn có thể quyết định rằng nền tảng IIoT sẽ là cơ sở để tích hợp nhà máy và các hệ thống kinh doanh hoặc bên ngoài khác.

Vấn đề là doanh nghiệp sẵn sàng cam kết thay đổi bao nhiêu; đi kỹ thuật số là một cam kết lớn và làm cho bước đầu tiên có thể quản lý được sẽ giúp việc biện minh dễ dàng hơn và giảm rủi ro.

Khi xem xét tích hợp dưới nhà máy, MOM không phải là điểm chạm duy nhất.

Ví dụ: một số thiết bị không được sử dụng để điều khiển có thể được kết nối trực tiếp với nền tảng IIoT thông qua một thiết bị thông minh. Điều này nằm ngoài phạm vi của bài viết này, nhưng cũng đáng xem xét khi xem xét các nỗ lực kỹ thuật số rộng hơn.

Kết luận

Các công ty sản xuất không thể tránh những thay đổi đang xảy ra trong thế giới sản xuất kỹ thuật số. Các hệ thống SCADA–IIoT, MES, MOM chắc chắn có thể giúp tiến tới một thế giới kỹ thuật số và nhiều tuyến đường có thể được thực hiện để đạt được các mục tiêu kỹ thuật số. Lợi ích sản xuất từ ​​MOM có thể được chứng minh ngay lập tức, nhưng điều quan trọng là các nhà lãnh đạo sản xuất thực sự thực hiện MOM nếu họ muốn thành công trong một thế giới sản xuất hiện đại.

Nhận được giá trị mới từ thông tin hiện có là chìa khóa thành công trong nhiều ngành công nghiệp và không chỉ các nhà sản xuất nhận ra điều này. Cạnh tranh sẽ đến từ các công ty có hoạt động kinh doanh chính là dữ liệu

Mục tiêu thực sự của hiện đại hóa là  tối đa hóa nhiều giá trị đối với doanh nghiệp và vai trò của MOM có thể giúp đỡ bằng cách trở thành trọng tâm để tăng thêm giá trị cho các nhà máy sản xuất và kinh doanh. Để đạt được sự hiện đại, không cần thiết phải có một cách tiếp cận lớn; các bước nhỏ giúp bạn tiến gần hơn đến các mục tiêu đã xác định phù hợp với hướng đi của ngành. Rõ ràng là các chức năng và hệ thống SCADA–IIoT, MES , MOM sẽ đóng một vai trò quan trọng trong hầu hết các dự án chuyển đổi số trong sản xuất.