Chuyển đổi số: Minh chứng tiêu biểu

Công nghiệp 4.0 đã thực sự hiện diện tại nhiều khu vực trong Nhà máy Điện tử Amberg Siemens (EWA), nơi đang hiện thực hóa các công nghệ của tương lai cho giai đoạn kế tiếp trong chuyển đổi số.

Với gói giải pháp Doanh nghiệp Số, Siemens đang bền bỉ theo đuổi mục tiêu chuyển đổi số trong ngành công nghiệp, cả tại các nhà máy của khách hàng và ngay trong công ty, chẳng hạn là tại EWA.  Nhờ áp dụng nhiều giải pháp thuộc danh mục Doanh nghiệp Số, nhà máy EWA đã có thể hiện thực hóa nhiều công nghệ của tương lai ngành sản xuất trong nhiều khu vực của nhà máy, để đạt được các mục tiêu từ tối ưu hóa sản lượng, kéo dài vòng đời sản phẩm cho tới các biện pháp an ninh đáng tin cậy.

Với 350 điều chỉnh trong hoạt động sản xuất mỗi ngày, một danh mục bao gồm khoảng 1.200 sản phẩm khác nhau và 17 triệu bộ phận Simatic được sản xuất ra mỗi năm, khoảng 50 triệu mục dữ liệu sản phẩm và quy trình cần được đánh giá và sử dụng để tối ưu hóa, giúp đảm bảo quá trình vận hành sản xuất ổn định tại Nhà máy Điện tử Amberg (EWA).  Bên cạnh đó, các công nghệ đột phá như trí tuệ nhân tạo (AI), điện toán biên công nghiệp và giải pháp đám mây đang khiến cho tiến trình sản xuất trở nên hiệu quả và linh hoạt với độ tin cậy vượt trội.

Điện toán biên công nghiệp và trí tuệ nhân tạo gia tăng luồng thông tin xử lý “Với điện toán biên, dữ liệu có thể được xử lý ngay lập tức tại nơi được tạo ra, ngay tại máy móc hay nhà máy” theo Tiến sỹ Jochen Bönig, Trưởng bộ phận Chiến lược số tại Siemens Amberg. EWA đang áp dụng điều này, chẳng hạn như tại dây chuyền sản xuất các bảng mạch PCB phục vụ cho các bộ phận của hệ thống I/O phân tán.

Nhưng thậm chí ngay tại đây, sản xuất vẫn chưa được tối ưu hóa đầy đủ, lỗi không phải từ nhà máy hay chất lượng quy trình. Mấu chốt nằm ở khâu sản xuất mạch PCB cuối cùng, tại khu vực kiểm tra tự động hóa bằng tia X quang.

 Các bảng mạch kích thước bằng một móng tay chứa các đầu nối BUS chức năng với các chân kết nối khác nhau. Trong thử nghiệm không tích hợp, các mối hàn của các chân kết nối này được chụp X-quang để kiểm tra hoạt động chính xác. Liệu có nên mua máy chụp X-quang khác với giá khoảng 500.000 Euro không?

Giải pháp thay thế là trí tuệ nhân tạo. Dữ liệu thu thập từ các cảm biến được chuyển lên đám mây nhờ môi trường TIA (Tự động hóa Tích hợp Toàn diện), bao gồm một thiết bị Biên và một bộ điều khiển. Các chuyên gia tạo ra một thuật toán dựa trên trí tuệ nhân tạo và các tham số hoạt động. Thuật toán tìm hiểu cách dữ liệu hoạt động phản ánh chất lượng của các mối hàn có thể vận hành và điều khiển một mô hình chạy trên ứng dụng Biên tại nhà máy như thế nào.

 “Mô hình giúp dự đoán sự tồn tại các lỗi mối hàn có thể phát sinh trên mạch PCB: nói cách khác, có cần thử nghiệm tại cuối dây chuyền hay không. Nhờ các phân tích khép kín, dữ liệu này có thể ngay lập tức được truyền tới bộ phận sản xuất xử lý”, Bönig giải thích.

Trong sản xuất bảng mạch PCB, mô hình điều khiển bởi AI có thể giúp phát hiện chính xác khả năng PCB bị lỗi

Hệ thống cảnh báo sớm giúp phòng tránh các sự cố ngoài ý muốn này

Các phân tích khép kín và công nghệ điện toán Biên công nghiệp cũng được sử dụng trong vận hành phay. Trục phay để tách các tấm PCB cho các sản phẩm Simatic không phải lúc nào cũng hoạt động chuẩn xác do bụi phay, tuy nhiên trước đây nguyên nhân  chưa được xác định rõ ràng. Nhưng với kiểm tra X-quang tự động, các chuyên gia Siemens có thể dựa vào sự kết hợp giữa điện toán biên và AI để dự tính trước việc bảo trì thiết bị.

 Nhóm nghiên cứu đã phân lập hai tham số có mối liên hệ rõ ràng tới sự cố máy ngừng đột xuất: tốc độ quay của trục phay và dòng điện cần thiết để vận hành thiết bị. Dữ liệu này được đưa vào một thiết bị Biên chứa thuật toán khởi tạo trước đó giúp xác định mối tương quan giữa các bất thường trong dữ liệu hoạt động và thời gian ngừng máy để đưa chúng trở lại hoạt động sản xuất bình thường.

Hình 1: Các chuyên gia từ Ban Công nghiệp của Siemens phối hợp để triển khai chuyển đổi số tại Nhà máy Điện tử Amberg Siemens (EWA)

Ứng dụng Performance Insight đưa kết quả phân tích tới người dùng thông qua MindSphere - hệ điều hành mở kết nối vạn vật trên nền tảng điện toán đám mây. Chuyên gia vận hành máy có thể được báo trước về các sự cố hệ thống tiềm tàng trong thời gian từ 12 đến 36 giờ và lên phương án xử lý tương ứng.

 Tuy nhiên, dữ liệu và các lỗi bất thường không chỉ đơn giản được lưu trữ trên MindSphere. Thuật toán cần được chau chuốt lại để có thể đem tới các kết quả ngày một chính xác hơn. “Đó là những gì đang diễn ra với MindSphere. Môi trường số hóa đồng nhất và liên tục tại EWA đảm bảo việc tương tác thông suốt giữa tự động hóa, Điện toán Biên và điện toán đám mây,” ông  Florian Meierhofer, chuyên gia IoT tại EWA cho biết.

Bản sao số và chứng minh khái niệm (PoC)

Bản sao số đã giúp các chi tiết thuộc bộ điều khiển Simatic hiện có thể được sản xuất trong phạm vi thời gian chu kỳ mục tiêu là tám giây.  Mô phỏng ban đầu dự tính thời gian chu kỳ là mười một giây. Nó cũng cho thấy thời gian chu kỳ mười một giây chủ yếu là do các mô-đun máy thiết kế dự kiến cho dây chuyền đã không hoạt động tối ưu trong sản xuất thực tế.

 Các chuyên gia của Siemens đã thay thế các mô-đun này bằng các chi tiết phù hợp hơn trong bản sao số. Trong phần mô phỏng tiếp theo, thời gian chu kỳ mục tiêu đã đạt được một cách liên tục, qua đó xác nhận một PoC.

EWA sử dụng các giải pháp an ninh mạng tùy chỉnh để giảm thiểu nguy cơ tấn công vào hệ thống cơ sở hạ tầng mạng.

Ví dụ điển hình về Doanh nghiệp Số
Tóm lược: Tại Nhà máy Điện tử Amberg Siemens, các giải pháp phần cứng và phần mềm, truyền thông công nghiệp, an ninh mạng và các dịch vụ được phối hợp tối ưu. Các hoạt động sản xuất nối tiếp liên tục, nhờ việc tích hợp đồng nhất từ đầu đến cuối theo cả chiều ngang và chiều dọc. Điều này làm cho EWA trở thành một hình mẫu điển hình của gói giải pháp Doanh nghiệp Số của Siemens, và sẽ còn tiếp tục dẫn đầu quá trình chuyển đổi số trong tương lai.