Tự động hóa là gì? Khám phá mô hình kim tự tháp tự động hóa

Công nghiệp hóa – hiện đại hóa đang trở thành xu hướng không thể phủ nhận trong thời đại phát triển hiện nay. Sự tự động hóa mang lại lợi ích tối đa cho việc vận hành các hệ thống và máy móc trong các lĩnh vực sản xuất và chế tạo. Đối với những doanh nghiệp muốn mở rộng và phát triển trên thị trường toàn cầu thì tự động hóa trở thành điều kiện không thể thiếu. Vậy tự động hóa là gì? ứng dụng của nó trong thực tế như thế nào? mô hình tự động hóa 4.0 ra sao? Cùng tìm hiểu qua bài viết sau.

Tự động hóa là gì?

Tự động hóa đại diện cho việc áp dụng các giải pháp khoa học kỹ thuật hoặc sử dụng các công nghệ tiên tiến để thực hiện những nhiệm vụ hoặc quy trình trước đây thường được thực hiện bằng cách thủ công bởi con người. Mục tiêu của tự động hóa là tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao chất lượng thực hiện các tác vụ, đồng thời giảm áp lực lao động cho con người, giảm thiểu lỗi và tối ưu hóa sự linh hoạt trong các hoạt động công việc.

Các công nghệ tự động hóa có thể bao gồm robot, hệ thống điều khiển tự động, máy móc tự động và các bộ giải pháp tích hợp để tạo ra một môi trường tự động hóa toàn diện.

Tại Việt Nam, xu hướng tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Theo dữ liệu từ Bộ Công Thương Việt Nam, đã ghi nhận được sự gia tăng đáng kể về số lượng doanh nghiệp áp dụng công nghệ tự động hóa trong quy trình sản xuất. Tiếp đến, theo Hiệp hội Công nghiệp Tự động hóa Việt Nam (VAA) thì có hơn 2,000 doanh nghiệp áp dụng các giải pháp tự động hoá vào sản xuất năm 2022, tăng 30% so với mức năm trước đó.

Sự hỗ trợ của Chính phủ trong việc thúc đẩy tự động hoá được thể hiện qua các chính sách ưu đãi, khuyến khích đầu tư vào công nghệ hiện đại. Ngoài ra, các doanh nghiệp lớn cũng đang tích cực đầu tư vào quá trình tự động hóa nhằm tăng cường hiệu suất và chất lượng sản xuất.

Xem thêm : TOP 5 Phần mềm quản lý sản xuất tốt nhất cho doanh nghiệp

Các loại hình thức tự động hóa dành cho doanh nghiệp sản xuất

1. Tự động hóa cố định (Fixed Automation)

Đây là một loại tự động hóa được thiết kế để thực hiện duy nhất một chức năng cụ thể. Trong trường hợp doanh nghiệp cần sản xuất một sản phẩm theo chuỗi sản xuất định sẵn, loại tự động hóa này là lựa chọn phù hợp. Tự động hóa cố định thường được áp dụng trong các môi trường sản xuất có nhu cầu sản xuất hàng loạt của một sản phẩm cụ thể với quy mô lớn.

Hệ thống này được lập trình để thực hiện một chức năng duy nhất, đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, điều này đi kèm với sự thiếu linh hoạt, không thể chuyển đổi linh hoạt giữa các sản phẩm khác nhau.

2. Tự động hóa lập trình (Progammable Automation)

Tự động hóa lập trình có khả năng thực hiện đa dạng nhiều chức năng, cho phép sản xuất một loạt sản phẩm trong khoảng thời gian ngắn. Loại hình này thường được áp dụng trong môi trường sản xuất nơi có sự đa dạng giữa các sản phẩm. Hệ thống này có khả năng thay đổi lập trình để đáp ứng các chức năng mới, tuy nhiên, có thể xuất hiện thời gian gián đoạn khi hệ thống cần chuyển đổi để sản xuất một sản phẩm mới.

2. Tự động hóa linh hoạt (Flexible Automation)

Tự động hóa linh hoạt là một loại hình được triển khai trong môi trường sản xuất đòi hỏi sự linh hoạt đối với các sản phẩm được sản xuất. Mặc dù có khả năng lập trình lại, nhưng nó chỉ giới hạn trong việc xử lý một loại sản phẩm cụ thể. Điều này giúp doanh nghiệp tích hợp tính linh hoạt vào quy trình làm việc mà vẫn duy trì hiệu suất, đặc biệt là trong môi trường sản xuất đòi hỏi sự linh hoạt và khả năng đáp ứng nhanh chóng.

Xem thêm : TOP 5 Phần mềm quản lý sản xuất tốt nhất cho doanh nghiệp

Lợi ích của việc áp dụng tự động hóa trong sản xuất

Tiết kiệm thời gian sản xuất

Khả năng gia tăng tốc độ sản xuất của hệ thống tự động hóa mang lại sự linh hoạt cho các nhà sản xuất khi đối mặt với những biến động ngày càng phức tạp trên thị trường hiện nay, từ đó tạo ra một lợi thế cạnh tranh nổi bật hơn. Máy móc có khả năng sản xuất một lượng sản phẩm lớn hơn trong khoảng thời gian ngắn hơn, đồng thời giảm thiểu lỗi, và việc tích hợp robot với các cảm biến tiên tiến cung cấp khả năng thực hiện quy trình xác nhận và kiểm tra để đảm bảo kiểm soát chất lượng và tăng cường tốc độ sản xuất.

Giảm thiểu chi phí vận hành

Mục tiêu chủ yếu của các hoạt động tự động hóa  là giảm bớt sự tham gia của con người trong quy trình sản xuất. Điều này dẫn đến giảm đáng kể chi phí cho lao động, đặc biệt là ở những công đoạn đòi hỏi cường độ công việc lớn và có nguy cơ an toàn cao. Trong những trường hợp như vậy, doanh nghiệp có thể giảm số lượng nhân công thủ công để tập trung vào việc phát triển chất lượng nguồn nhân lực. Điều này giúp họ trở thành những chuyên gia kỹ thuật, có khả năng điều khiển máy móc và nắm bắt nhanh chóng các tiến triển trong công nghệ.

Đẩy mạnh sự tăng tăng trưởng của năng suất lao động

Do khả năng vận hành liên tục của hệ thống tự động hóa, doanh nghiệp có thể đạt được sản lượng vượt quá kỳ vọng. Thực tế chứng minh rằng với dây chuyền hiện đại, nhà máy có thể tăng sản lượng lên gấp đôi, thậm chí gấp 4, 5 lần so với phương pháp làm việc truyền thống. Hơn nữa, mỗi công đoạn thực hiện bằng máy móc cũng đạt được tốc độ nhanh hơn đáng kể. Ví dụ, nếu một người đóng gói sản phẩm mất khoảng 1 phút, thì với tự động hoá, thời gian này có thể giảm xuống chỉ từ 1-2 giây.

Tăng sự thống nhất giữa sản phẩm với quy trình

Bên cạnh độ chính xác cao, quy trình tự động hóa trong công nghiệp mang lại sự đồng bộ và nhất quán tuyệt đối giữa sản phẩm và quy trình sản xuất. Các sản phẩm được tạo ra từ một nhà máy mang tính thương hiệu, khó bị làm giả hay nhái. Đồng thời, nhờ vào sự áp dụng công nghệ, công tác kiểm tra thủ công và giám sát từng lỗi nhỏ được giảm bớt, từ đó nâng cao hiệu quả toàn diện.

Cải thiện khả năng phân tích và theo dõi quá trình sản xuất

Tự động hóa cải thiện khả năng phân tích và theo dõi quá trình sản xuất thông qua việc sử dụng cảm biến, robot và giải pháp công nghệ tiên tiến. Các cảm biến hỗ trợ trong việc theo dõi thông tin về hàng tồn kho, hiệu suất máy móc và tình trạng bảo trì hệ thống. Robot có khả năng thực hiện các công việc kiểm tra chất lượng và xác nhận các quy trình sản xuất. Những lợi ích này giúp doanh nghiệp tối ưu hóa kế hoạch sản xuất, đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu chính xác và cụ thể, và cuối cùng cải thiện lợi nhuận đầu tư (ROI).

Xem thêm : Dashboard : Phân tích dữ liệu đa chiều cho doanh nghiệp

Ứng dụng của việc tự động hóa sản xuất hiện nay

Sản xuất ô tô

Tự động hóa quy trình thông qua robot (RPA) đang làm tăng hiệu suất và đảm bảo an toàn trong ngành sản xuất ô tô. Sự cộng tác giữa robot và con người hỗ trợ doanh nghiệp hoàn thành một loạt nhiệm vụ công việc trong khoảng thời gian ngắn và với chất lượng kiểm soát cao. Công nghệ này giúp giảm thiểu lỗi của con người trong các quy trình đòi hỏi độ chính xác cao, tự động báo cáo và tài liệu, và tích hợp tính năng an toàn có thể dừng máy khi có người đến gần.

Thiết bị y tế và Dược phẩm

Công nghệ tự động trong lĩnh vực y tế có khả năng thực hiện các nhiệm vụ với độ chính xác cao hơn và giảm tỷ lệ lỗi so với khả năng của con người. Do đó, nó đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc ghi chép, báo cáo, và sản xuất các sản phẩm dược phẩm và thiết bị y tế.

Đồ uống và Thực phẩm

Tự động hóa đảm bảo cung cấp sản phẩm nhất quán cho mọi khách hàng và có thể giảm sự can thiệp của con người để cải thiện an toàn thực phẩm và giảm rủi ro thu hồi. Các công nghệ tự động giúp theo dõi và truy tìm hàng tồn kho, trong khi báo cáo và phân tích tự động hỗ trợ tổ chức trong việc cải thiện quyết định điều chỉnh lịch trình và quy trình công việc nhằm giảm lãng phí thực phẩm hoặc thất thoát sản phẩm.

Sản phẩm tiêu dùng

Các ngành sản phẩm tiêu dùng và hàng tiêu dùng sử dụng các quy trình tự động hoá để đáp ứng nhu cầu thị trường mà không làm tăng chi phí, đặc biệt là trong bối cảnh thiếu lao động. Tự động hóa sản xuất trong lĩnh vực đóng gói hàng tiêu dùng (CPG) có thể quan sát được trong mọi khía cạnh của quy trình, bao gồm lắp ráp, đóng gói, xử lý nguyên liệu, vận chuyển, kiểm tra, thử nghiệm, lập kế hoạch và báo cáo.

Đồ điện tử và Công nghệ cao

Với sự gia tăng của nhu cầu về sản phẩm điện tử và công nghệ, việc sử dụng robot sản xuất tự động có thể đem lại sự tăng cường đáng kể về tốc độ sản xuất, kiểm tra và loại bỏ sản phẩm bị lỗi. Đồng thời, nó cũng hỗ trợ duy trì các điều kiện sản xuất tối ưu, giúp tạo ra sản phẩm chất lượng cao với chi phí sản xuất thấp hơn.

Bao bì 

Sự tự động hóa trong lĩnh vực bao bì hỗ trợ các nhà sản xuất duy trì tính cạnh tranh và nhất quán trong sản phẩm của họ. Nó cũng đồng thời tăng cường an toàn cho nhân viên và cải thiện tính linh hoạt của bao bì để có thể phù hợp với nhiều loại sản phẩm lớn hơn và đa dạng hơn.

Mô hình kim tự tháp tự động hóa

Kim tự tháp động hóa (Automation Pyramid) là một mô hình trực quan hóa thông qua hình ảnh, thể hiện các mức độ tự động hóa của doanh nghiệp hoặc nhà máy.

Mô hình kim tự tháp tự động hóa ra đời lần đầu vào năm 1995 trong bộ tiêu chuẩn ISA – 95 của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) tại Hoa Kỳ và sau đó được tích hợp vào bộ tiêu chuẩn IEC 62264 của IEC. Mô hình này đã trở thành một tiêu chí quan trọng cho bất kỳ doanh nghiệp nào đang xây dựng quá trình tự động hóa cho mô hình kinh doanh của mình.

Kim tự tháp tự động hóa phân chia các mức độ tự động hóa của doanh nghiệp thành các tầng dựa trên công nghệ/phần mềm được sử dụng. Điều này giúp doanh nghiệp tự đánh giá cấp độ tự động hóa hiện tại và lên kế hoạch triển khai các cấp độ tự động hóa cao hơn.

Level 0 : Phân xưởng nhà máy và thiết bị sản xuất (Field Level)

Ở mức này, các thiết bị như nút nhấn, công tắc, và cảm biến sẽ thu thập thông tin và chuyển đến PLC để tiến hành xử lý. Các thiết bị đầu ra như động cơ, van, và xilanh sẽ được kích hoạt để thực hiện các nhiệm vụ truyền động trong quá trình sản xuất. Mức này chứa đựng phần cứng và thực thi các lệnh phục vụ quá trình sản xuất.

Level 1 : Kiểm soát giám sát quy trình sản xuất (Control Level)

Các thiết bị tại mức điều khiển (bao gồm PC, PLC, hoặc PID) được liên kết với thiết bị/phần cứng tại mức hiện trường, liên tục thu nhận dữ liệu đầu vào từ chúng và sử dụng thông tin đó để tạo ra đầu ra kiểm soát quá trình sản xuất.

Level 2 : Kiểm soát giám sát & thu thập dữ liệu (Supervisory Level)

Tại cấp độ kiểm soát, SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) được ứng dụng để giám sát toàn bộ hệ thống và điều khiển PLC thực hiện các lệnh. SCADA sử dụng màn hình HMI và PC Station để hiển thị thông tin hệ thống và điều khiển các thiết bị thực thi. SCADA có khả năng giám sát và điều khiển nhiều hệ thống đồng thời, không chỉ giới hạn trong một HMI và một hệ thống duy nhất.

Level 3 : Quản lý, điều hành nhà máy (Planning Level)

Trong khi những cấp độ trước đó liên quan nhiều đến các chức năng sản xuất thì ở cấp độ này có thêm chức năng quản lý.

Hệ thống điều hành và thực thi sản xuất (MES) có thể giám sát toàn bộ quy trình sản xuất trong nhà máy thông qua việc thu thập dữ liệu về quá trình sản xuất, quản lý truy xuất nguồn gốc, quản lý chất lượng, quản lý quy trình vận hành và các hoạt động khác của nhà máy, giúp nhà điều hành nắm rõ mọi hoạt động sản xuất và tối ưu nó hiệu quả hơn.

MES kết nối giữa việc điều hành sản xuất và các hệ thống quản lý doanh nghiệp bằng cách lấy dữ liệu trực tiếp từ máy móc. Dữ liệu sau khi được xử lý sẽ triển khai đến đội ngũ quản lý sản xuất, quản lý chất lượng và công nhân vận hành máy. Như vậy, MES giúp doanh nghiệp cập nhật hoạt động sản xuất tức thời, thúc đẩy quá trình kiểm tra sản phẩm, tối ưu hóa nguồn lực và quản lý chất lượng theo thời gian thực

Level 4 : Tầng quản lý, hoạch định doanh nghiệp (Enterprise Level)

Cấp độ cao nhất trong hệ thống tự động hóa sử dụng ERP (Enterprise Resource Planning), một hệ thống quản lý hàng đầu giúp điều hành toàn bộ hoạt động của doanh nghiệp. ERP tích hợp các ứng dụng từ các tầng thấp hơn, tạo ra khả năng giám sát từ quy trình sản xuất đến quản lý tài chính và nhân sự. ERP được coi là sự lựa chọn tốt để quản lý đảm bảo sự tích hợp và minh bạch trong các hoạt động doanh nghiệp.

Tóm lại, để áp dụng hiệu quả cho nhà máy sản xuất, sự liên kết chặt chẽ giữa các tầng trong kim tự tháp tự động hóa là rất quan trọng. Đặc biệt, tầng sản xuất, bao gồm tầng nhà máy và thiết bị sản xuất, tầng Kiểm soát quy trình sản xuất, và tầng Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu, cần phải truyền thông tin sản xuất một cách liền mạch cho tầng quản trị, bao gồm tầng quản lý, hoạch định doanh nghiệp, và tầng quản lý, điều hành nhà máy.

Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp khi bắt đầu chuyển đổi số thường chỉ tập trung đầu tư mạnh mẽ vào tầng cao nhất, tức là ERP, trong khi các tầng ở dưới vẫn còn thô sơ và giữ lại nhiều quy trình thủ công. Điều này dẫn đến tình trạng đứt gãy thông tin giữa các tầng. Do đó, tầng hoạch định chiến lược thiếu dữ liệu đủ để đo lường, đánh giá, và quản trị một cách hiệu quả tình trạng sản xuất.

Xem thêm : Khám phá 8 tiêu chí lựa chọn hệ thống ERP trong sản xuất

Tự động hóa sản xuất với giải pháp quản lý sản xuất OMEGA.MM

Trải qua hơn 15 năm trong lĩnh vực xây dựng phần mềm quản trị cho nhiều loại hình doanh nghiệp, chúng tôi thấy hiểu rất rõ nổi khó khăn của các chủ doanh nghiệp và người lao động về việc quản lý hoạt động sãn xuất doanh nghiệp mình. Chính vì thế công ty OMEGA đã xây dựng nên sản phẩm phần mềm “Hệ thống Quản trị sản xuất OMEGA MM” nhằm đáp ứng các công việc quản lý điều hành trong một doanh nghiệp.

Xác định rõ sứ mệnh “Đồng hành cùng doanh nghiệp” của mình, chúng tôi tập trung chuyên môn hóa lĩnh vực phần mềm Quản trị doanh nghiệp với mong muốn cung cấp cho khách hàng sản phẩm và dịch vụ ngày càng tốt và hoàn thiện hơn.

Cho đến nay, có hàng ngàn doanh nghiệp nhỏ và lớn nước tin dùng và triển khai thành công sản phẩm OMEGA.MM. Có đầy đủ doanh nghiệp về các lĩnh vực sản xuất và thương mại Cơ Khí, Sản xuất, Dệt May, Thép, Bất Động Sản, Nông Nghiệp …

Điểm khác biệt của việc triển khai OMEGA.MM đó là tập trung sâu vào tính quản trị và thống nhất giải pháp ứng dụng trước khi triển khai chi thiết thực tế.

Phần mềm Quản lý sản xuất OMEGA.MM gồm có những chức năng nội bật chính như sau :

• Lập đơn hàng sản xuất (đơn hàng nội bộ) được kế thừa từ đơn hàng bán
• Lập kế hoạch sản xuất (được kế thừa từ đơn hàng sán uấ)
• Tính dự trù NVL cho sản xuất (Theo kế hoạch sản xuất), đối chiếu tồn kho thực tế
• Lập lệnh sản xuất (chi tiết ngày, giờ, ca làm việc)
• Quản lý phiếu lĩnh vật tư theo lệnh sản xuất
• Thống kê sản xuất theo công đoạn, thành phẩm hoàn thành
• Cập nhật và quản lý tiến độ sản xuất
• Kết nối phân hệ tồn kho trong việc quản lý nguyên vật liệu và thành phẩm
• Kết nối phân hệ giá thành để ghi nhận kết quả sản xuất nhập kho
• Khai báo danh mục máy móc thiết bị, giờ máy chạy, ca máy chạy…

Tác giả,
Nguyễn Văn Nhân
Giám đốc Công ty TNHH Công nghệ và Giải pháp OMEGA.ERP