Working Smarter by IoT & Digital Transformation

Tiến đến công nghiệp 4.0 bằng các nhà máy thông minh – smart factory với IoT và AI

0 360

Sự phối hợp của các cảm biến thông minh và Trí tuệ nhân tạo (AI) được thiết lập để xác định lại thế giới công nghiệp. Các chuyên gia tin rằng một làn sóng các công nghệ mới đang tạo ra cuộc cách mạng công nghiệp thứ tư hoặc ngành công nghiệp 4.0. Được xác định bởi xu hướng của các doanh nghiệp công nghiệp lớn áp dụng tự động hóa, học máy (ML) và kiến ​​thức và cấu hình theo thời gian thực, Industry 4.0 sẽ làm cho các hoạt động công nghiệp toàn cầu trở nên thông minh và hiệu quả.

Ngành công nghiệp 4.0 bao gồm bốn trụ cột chính:

  • Giao tiếp giữa máy và máy (M2M) được kết nối với mạng của nhà máy bằng cách sử dụng tự động hóa dựa trên chuẩn của Internet of Things (IoT).
  • Quyết định phân cấp bởi hệ thống vật lý mạng theo cách tự trị.
  • Một cơ chế để dự đoán thất bại và phát hành cảnh báo trong thời gian thực cho hiệu quả thiết bị tổng thể tối ưu (OEE).
  • Tạo bản sao số được làm giàu với dữ liệu cảm biến từ nhà máy hoặc lĩnh vực.

 

Ngành công nghiệp 4.0 sẽ dẫn đến việc tạo ra các nhà máy thông minh – smart factory với các máy có thể giao tiếp với nhau. Được hỗ trợ bởi AI và vô số thông tin chi tiết từ dữ liệu thô, các máy này có thể được trao quyền để định cấu hình quy trình sản xuất và thực hiện các sửa đổi trong thời gian thực để tối ưu hóa các hoạt động. Tuy nhiên, một số trở ngại đang trì hoãn sự khởi đầu của ngành công nghiệp 4.0.

Những trở ngại của thiết bị cũ

Việc xây dựng và triển khai một nhà máy hoặc nhà máy là một sự cam kết lâu dài về vốn. Nhà máy và dây chuyền sản xuất được tạo ra trên một dòng thời gian của nhiều thập kỷ. Các trung tâm sản xuất công nghiệp chậm thích nghi và thường bị gánh nặng với cơ sở hạ tầng di sản không dễ dàng tương thích với công nghệ mới nhất.

Các nhà máy và nhà máy hiện đại có máy móc chủ yếu là tương tự. Ngay cả các máy móc kỹ thuật số trong hầu hết các nhà máy được sao lưu với bộ điều khiển logic lập trình (PLC) đã lỗi thời và không tương thích với các cảm biến mới hơn và các Platform IoT. Máy có đồng hồ đo analog và PLC lỗi thời cung cấp dữ liệu quan trọng phải được xử lý thủ công, có thể phóng đại lỗi trong quá trình sản xuất và có tác động tiêu cực lên OEE.

Các máy được kết nối với Bộ điều khiển Giám sát và Thu thập Dữ liệu (SCADA) và Hệ thống Điều khiển Phân tán (DCS) tiên tiến hơn các máy cũ này, nhưng chúng không cho phép một hệ thống quản lý toàn diện và chi tiết có thể làm cho một nhà máy công nghiệp thực sự ‘thông minh’.

Bằng cách nghiên cứu những rào cản này một cách chặt chẽ và tạo ra các yếu tố và thiết bị máy tính có thể giải quyết những thách thức này, chúng tôi tin rằng chúng ta có thể khởi động cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và khuyến khích việc áp dụng công nghệ IoT chủ đạo.

Làm cho các nhà máy cũ ‘thông minh’

Tại Microsoft, chúng tôi tập trung vào việc tạo ra các công nghệ có thể phục vụ như là mô liên kết giữa các máy. Điều này có thể giúp phần cứng và nhà máy cũ trở nên ‘thông minh’. Nỗ lực của chúng tôi nhằm tạo ra một nền tảng cho phép nhập dữ liệu theo thời gian thực từ máy của nhà máy (cũ và mới), xử lý dữ liệu cục bộ với độ trễ thấp và trực quan toàn diện để giám sát nhà máy thông minh – smart factory hơn. Những yếu tố này là cốt lõi của IoT công nghiệp (IIoT).

Azure IoT Edge cho phép nhập và xử lý dữ liệu theo thời gian thực. Nó có thể thích nghi với các giao thức chuẩn mã nguồn mở và tiêu chuẩn công nghiệp khác nhau mà các nhà sản xuất và nhà cung cấp khác nhau đã áp dụng để làm cho các cơ sở của họ ‘thông minh’. Nó bổ sung các giao thức web và công nghiệp như HTTPS, AMQP và MQTT với các tính năng bảo mật bổ sung và ML. Điều này có nghĩa là các cảm biến, thiết bị và phần mềm nhà cung cấp mà các nhà máy triển khai có thể vẫn tiết kiệm chi phí và có dấu chân nhỏ, trong khi Azure IoT Edge cho phép họ thu thập dữ liệu một cách an toàn thông qua một kênh được mã hóa và xử lý nó theo thời gian thực với các thuật toán ML tiên tiến.

Azure IoT Edge cũng cung cấp khả năng kết nối đám mây và hỗ trợ đầy đủ cho Kiến trúc Thống nhất Truyền thông Nền tảng Mở hiện đại (OPC UA). Các mô-đun Azure IoT Edge có thể dễ dàng được xây dựng và triển khai để chuyển đổi phần cứng cũ thành công nghệ thông minh.

Azure IoT Hub hoạt động như lớp phụ trợ của IIoT. Nó bao gồm từ xa, quản lý và các điểm cuối hoạt động. Nó cũng cho phép cung cấp thiết bị, cặp song sinh thiết bị và định tuyến. Lớp này cho phép người dùng xử lý hiệu quả và trực quan hóa dữ liệu nhận được từ tất cả các máy.

Azure IOT

Azure IoT Hub tích hợp với KEPServerEX, một công cụ kết nối phổ biến, cho phép người dùng vận hành và cấu hình các thiết bị tự động khác nhau như RTU, máy chủ OPC và PLC từ một nền tảng duy nhất. Điều này đơn giản hóa quá trình kết nối các máy với nhau.

Trên cả Azure IoT Edge và Azure IoT Hub, ‘thiết bị sinh đôi’ tạo ra một bản sao kỹ thuật số của máy móc vật lý. Các máy ảo này lưu trữ thông tin về các tính năng vật lý, cấu hình, các thẻ eTags, các thuộc tính được báo cáo và các thuộc tính quan sát được dưới dạng một tệp JSON trên cả hai lớp.

Tuân theo các tiêu chuẩn công nghiệp cho khả năng tương tác liền mạch

Khả năng tương thích và khả năng tương thích là rất quan trọng vì hàng tỷ thiết bị hỗ trợ internet mới được tạo ra trên toàn thế giới và được trang bị cho máy móc và thiết bị được sản xuất bởi các công ty khác nhau. Chúng tôi đã làm việc với Quỹ OPC để đảm bảo nền tảng IIoT của chúng tôi tuân thủ các khuôn khổ OPC UA và có thể tương thích với các máy dựa trên các giao thức chuẩn ngành này.

Suite Factory được kết nối của chúng tôi cũng tuân thủ các tiêu chuẩn này. Bộ phần mềm bao gồm các phần mềm như Nhà máy được kết nối, Giám sát từ xa, Mô phỏng dự phòng và Thiết bị, tất cả đều có thể nhập dữ liệu, xuất bản trên nền tảng và lưu dữ liệu trên đám mây thông qua máy khách OPC-UA.

Đối với các thiết bị không sử dụng giao thức OPC-UA, chúng tôi sử dụng KEPServerEX để kết nối với đám mây và ghép dữ liệu lại với nhau để tạo trực quan bằng cách sử dụng Dịch vụ nền tảng Azure.

Tăng cường IoT với Machine Learning

Theo quan điểm của chúng tôi, ML và IoT là các công nghệ cộng sinh. Với các mô-đun tùy chỉnh và một vài sửa đổi, Azure IoT Edge có thể được truyền tải với nhiều khả năng và tính năng hơn. ‘Intelligent Edge’ này áp dụng ML và phân tích dữ liệu để tiếp tục trao quyền cho các thiết bị IoT. Mô-đun có thể triển khai mô hình Machine Learning của Azure để các máy có thể học hỏi từ dữ liệu mà họ thu thập và cải thiện hoạt động của họ theo thời gian. Một mô-đun khác có thể kích hoạt Azure IoT Edge để triển khai Azure Stream Analytics để xử lý dữ liệu từ xa trong thời gian thực với các hàm cửa sổ và các câu lệnh SQL.

Việc thêm các mô-đun vào Azure IoT Edge có thể giúp mỗi máy trong nhà máy chạy trong một thùng chứa riêng biệt, học hỏi từ dữ liệu mà nó tạo ra, tiếp tục hoạt động ngay cả khi kết nối internet bị mất và phản hồi tức thời các vấn đề và sự cố nghiêm trọng trong hệ thống. Các mô-đun này có thể được tùy chỉnh được xây dựng và sửa đổi bằng cách sử dụng các SDK đơn giản có sẵn trên Azure. Người dùng có thể truy cập các mô-đun này và định cấu hình chúng thông qua bất kỳ hệ điều hành nào và một số ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất.

Làm cho IT trở thành vai trò chính trong nhà máy

Cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo sẽ được xây dựng trên một lớp thiết bị thông minh và hỗ trợ internet trên toàn thế giới. Trong khi IoT được thiết lập để có một tác động hữu hình trên các ngành công nghiệp, máy móc cũ, thiếu kết nối và một thị trường bị phân mảnh đã cản trở việc áp dụng rộng rãi của nó.

Tại Microsoft, chúng ta tin rằng thúc đẩy sự tiến hóa này là một phần cốt lõi trong sứ mệnh của chúng ta để trao quyền cho mọi người và mọi tổ chức để đạt được nhiều hơn. Với Azure IoT Edge và Azure IoT Hub, các doanh nghiệp có thể kết nối phần cứng cũ của họ với các công nghệ IoT tiên tiến. Hai lớp này tạo ra một mạng lưới các máy công nghiệp thu thập dữ liệu, học hỏi từ nó và thực hiện các hành động thời gian thực để giải quyết các vấn đề. Chúng ta đang nỗ lực để giúp các máy này kết nối thông qua các giao thức chuẩn công nghiệp, lưu trữ dữ liệu trên đám mây và phân tích dữ liệu thông qua các công cụ tiên đoán và ML.

Làn sóng sắp tới của công nghệ ML và IoT hứa hẹn sẽ biến đổi phức hợp công nghiệp toàn cầu. Mặc dù các thiết bị cần thiết cho sự tiến hóa này đã sẵn sàng để triển khai, các hệ thống cũ và các thiết bị cũ trong các nhà máy đang giữ lại tiến trình. Chúng ta đang làm việc để tạo ra mô liên kết giữa phần cứng cũ trong các nhà máy, cảm biến mới và bàn giám sát trên toàn thế giới. Chúng ta tin rằng một nền tảng toàn diện có thể thu thập và xử lý dữ liệu ngay lập tức, cải tiến quy trình thông qua ML và trực quan hóa kết quả rõ ràng cho người dùng sẽ mở ra cánh cửa cho cuộc cách mạng công nghiệp tiếp theo.

Shailendra Miglani là thành viên của Global Black Belt Team tại Tập đoàn Microsoft và chịu trách nhiệm về việc áp dụng và triển khai Chiến lược IoT của Microsoft và các giải pháp Azure IoT trên khắp Ấn Độ.

Kumar Shiv Subramanyam là một kiến ​​trúc sư kỹ thuật tại Trung tâm Công nghệ Microsoft (MTC) tại Microsoft Corporation và cung cấp các giải pháp thiết kế kiến ​​trúc và kỹ thuật trên Microsoft Azure Cloud đặc biệt trên các ứng dụng IoT, Apps, Cloud Native và Blockchain.

Đăng ký để nhận ebook
Đăng ký để nhận ebook "Những điều cơ bản cần biết về Smart Factory và công nghệ IoT" từ chúng tôi.
Đăng ký để được nhận ebook "Những điều cơ bản cần biết về Smart Factory và công nghệ IoT".

Để lại bình luận

Địa chỉ email của bạn sẽ không được công bố.