Mã số N3037: AI và tự động hóa: Cuộc cách mạng mang lại hiệu suất vượt trội cho ngành sản xuất

Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, trí tuệ nhân tạo (AI) và tự động hóa đã trở thành những yếu tố không thể thiếu trong việc thúc đẩy sự phát triển của ngành sản xuất. Các doanh nghiệp ngày nay đang tìm kiếm những giải pháp tiên tiến để nâng cao hiệu suất, giảm chi phí và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

AI với khả năng phân tích dữ liệu vượt trội và học hỏi từ môi trường làm việc, đã chứng minh được vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa các quy trình sản xuất. Từ việc dự đoán và phòng ngừa sự cố máy móc, tối ưu hóa sử dụng năng lượng cho đến hợp tác giữa con người và robot, AI đang tạo nên những bước đột phá lớn, mang lại lợi ích to lớn cho toàn ngành công nghiệp. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng khám phá những khía cạnh quan trọng của sự kết hợp giữa AI và tự động hóa, cùng những thách thức và cơ hội mà nó mang lại.

AI và tự động hóa đã trở thành những yếu tố không thể thiếu trong việc thúc đẩy sự phát triển của ngành sản xuất. Ảnh minh hoạ

Khả năng dự đoán và phòng ngừa sự cố máy móc

AI có khả năng phân tích dữ liệu từ các cảm biến và hệ thống giám sát trong thời gian thực để dự đoán sự cố máy móc trước khi chúng xảy ra. Các thuật toán học máy có thể nhận diện các mẫu dữ liệu bất thường, từ đó đưa ra cảnh báo về những nguy cơ tiềm ẩn. Điều này mang lại nhiều lợi ích quan trọng, bao gồm giảm thiểu thời gian chết của máy móc, tăng năng suất và giảm chi phí sửa chữa. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả này, cần phải có một lượng dữ liệu lớn và chất lượng cao. Ngoài ra, chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống cảm biến và công nghệ AI cũng là một thách thức lớn mà các doanh nghiệp phải đối mặt. Việc cân nhắc và quản lý tốt những yếu tố này sẽ quyết định sự thành công của AI trong việc dự đoán và phòng ngừa sự cố máy móc.

Trong một nhà máy sản xuất ô tô, mỗi dây chuyền lắp ráp có hàng trăm máy móc và thiết bị hoạt động liên tục. Các cảm biến được gắn trên từng máy móc để thu thập dữ liệu về nhiệt độ, độ rung, áp suất, và lưu lượng dầu. Những dữ liệu này được truyền tải liên tục về hệ thống giám sát trung tâm.

Hệ thống AI sẽ phân tích dữ liệu thu thập từ các cảm biến này trong thời gian thực. Ví dụ, nếu hệ thống phát hiện thấy một máy hàn có độ rung tăng đột ngột và nhiệt độ cao hơn bình thường, AI sẽ nhận diện đây là một mẫu dữ liệu bất thường. Dựa trên các thuật toán học máy, AI có thể dự đoán rằng máy hàn này có khả năng gặp sự cố trong tương lai gần, chẳng hạn như bị hỏng động cơ hoặc gặp trục trặc trong quá trình hàn.

Ngay lập tức, hệ thống sẽ cảnh báo cho kỹ thuật viên bảo trì về nguy cơ tiềm ẩn này. Kỹ thuật viên có thể kiểm tra và thực hiện bảo trì dự phòng trước khi máy hàn thực sự bị hỏng, giúp giảm thiểu thời gian chết của dây chuyền lắp ráp và tránh được các sự cố lớn hơn có thể ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình sản xuất.

Nhờ vào khả năng phân tích dữ liệu từ các cảm biến và hệ thống giám sát trong thời gian thực, AI giúp nhà máy sản xuất ô tô hoạt động hiệu quả hơn, giảm chi phí bảo trì và nâng cao năng suất.

Tối ưu hóa quy trình sản xuất và quản lý chuỗi cung ứng

Một ưu điểm nữa của sự kết hợp giữa AI và tự động hoá đó là AI có thể tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng trong quá trình sản xuất bằng cách dự đoán và điều chỉnh nhu cầu năng lượng theo thời gian thực. Các hệ thống quản lý năng lượng dựa trên AI giúp giảm tiêu thụ năng lượng và tối ưu hóa sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Lợi ích của việc này bao gồm giảm chi phí năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính và tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng.

Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối đa, cần có hệ thống cảm biến năng lượng và mô hình AI tiên tiến, cũng như phải đối mặt với sự phức tạp trong việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo. Những thách thức này đòi hỏi sự đầu tư về công nghệ và kỹ thuật, nhưng khi vượt qua được, doanh nghiệp sẽ hưởng lợi lớn từ việc tối ưu hóa sử dụng năng lượng một cách thông minh và bền vững.

Quá trình sản xuất của nhà máy thép đòi hỏi sử dụng lượng lớn năng lượng để nung chảy kim loại và vận hành các thiết bị nặng. Nhà máy này được trang bị hệ thống cảm biến năng lượng để theo dõi mức tiêu thụ năng lượng của từng máy móc và thiết bị.

Hệ thống AI sẽ phân tích dữ liệu từ các cảm biến này trong thời gian thực để dự đoán và điều chỉnh nhu cầu năng lượng. Chẳng hạn, vào giờ cao điểm khi nhu cầu năng lượng tăng cao, AI có thể tự động điều chỉnh các quy trình sản xuất sao cho những thiết bị tiêu thụ nhiều năng lượng hoạt động luân phiên thay vì cùng lúc, giúp giảm tải cho hệ thống điện và tránh tình trạng quá tải.

Bên cạnh đó, AI còn có khả năng tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Ví dụ, nếu nhà máy có trang bị các tấm pin mặt trời, AI sẽ ưu tiên sử dụng năng lượng mặt trời vào ban ngày khi ánh sáng mặt trời mạnh nhất, và chuyển sang sử dụng điện lưới vào ban đêm hoặc khi ánh sáng yếu.

Kết quả là, nhờ vào khả năng dự đoán và điều chỉnh nhu cầu năng lượng theo thời gian thực, AI giúp nhà máy sản xuất thép giảm đáng kể chi phí năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính, đồng thời tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng tái tạo, mang lại lợi ích kinh tế và môi trường rõ rệt.

Nhiều lợi ích to lớn mà AI mang lại cho ngành tự động hóa. Ảnh minh hoạ

Quản lý chất lượng sản phẩm

AI giúp phát hiện các sai sót trong quá trình sản xuất bằng cách phân tích dữ liệu hình ảnh và âm thanh từ các cảm biến. Các thuật toán học sâu (deep learning) có khả năng nhận diện các lỗi nhỏ mà mắt thường không thể thấy được. Lợi ích của việc này là nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tỷ lệ phế phẩm và tiết kiệm chi phí sản xuất. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối đa, cần có hệ thống camera và cảm biến chất lượng cao, và sự chính xác của mô hình AI cần được liên tục cải thiện. Điều này đòi hỏi đầu tư về công nghệ và sự phát triển không ngừng của các giải pháp AI để đảm bảo rằng sản phẩm luôn đạt được tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.

Nhà máy sản xuất linh kiện điện tử, quá trình sản xuất bao gồm nhiều giai đoạn phức tạp, từ việc lắp ráp các bộ phận nhỏ đến kiểm tra chất lượng cuối cùng. Nhà máy này trang bị hệ thống camera và cảm biến âm thanh để giám sát quá trình sản xuất trong thời gian thực.

AI sẽ phân tích dữ liệu hình ảnh từ các camera để phát hiện các lỗi như hàn sai, vết nứt nhỏ hoặc linh kiện bị thiếu. Đồng thời, AI cũng sử dụng cảm biến âm thanh để phát hiện các âm thanh bất thường trong quá trình lắp ráp, chẳng hạn như tiếng kêu lạ khi linh kiện bị lắp không đúng cách.

Ví dụ, trong quá trình lắp ráp bo mạch chủ, hệ thống camera AI phát hiện một mối hàn không đồng nhất. Thuật toán học sâu (deep learning) nhận diện rằng mối hàn này có thể dẫn đến kết nối không ổn định, gây ra sự cố cho sản phẩm cuối cùng. Hệ thống ngay lập tức cảnh báo kỹ thuật viên để kiểm tra và khắc phục lỗi trước khi bo mạch chủ tiếp tục sang giai đoạn sản xuất tiếp theo.

Nhờ AI, nhà máy có thể nhanh chóng phát hiện và sửa chữa các sai sót nhỏ mà mắt thường không thể thấy được, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tỷ lệ phế phẩm và tiết kiệm chi phí sản xuất. Điều này giúp đảm bảo rằng các linh kiện điện tử khi ra khỏi nhà máy đều đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.

Tối ưu hóa sử dụng năng lượng

AI có thể tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng trong quá trình sản xuất bằng cách dự đoán và điều chỉnh nhu cầu năng lượng theo thời gian thực. Các hệ thống quản lý năng lượng dựa trên AI giúp giảm tiêu thụ năng lượng và tối ưu hóa sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Lợi ích của việc này bao gồm giảm chi phí năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính và tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng. Để đạt được những lợi ích này, cần có hệ thống cảm biến năng lượng và mô hình AI tiên tiến, cũng như khả năng tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo phức tạp. Những thách thức này đòi hỏi sự đầu tư đáng kể về công nghệ và kỹ thuật, nhưng khi được thực hiện đúng cách, AI có thể mang lại sự cải thiện đáng kể về hiệu quả năng lượng và bền vững môi trường cho các nhà máy sản xuất.

Trong một nhà máy sản xuất giấy, quá trình sản xuất bao gồm nhiều giai đoạn tiêu thụ năng lượng lớn, từ nghiền bột giấy đến sấy khô và ép giấy. Nhà máy này được trang bị hệ thống cảm biến để theo dõi mức tiêu thụ năng lượng của từng máy móc và thiết bị.

Hệ thống AI sẽ phân tích dữ liệu từ các cảm biến này trong thời gian thực để dự đoán và điều chỉnh nhu cầu năng lượng. Chẳng hạn, vào những thời điểm mà sản lượng giấy cần tăng cao, AI có thể tự động điều chỉnh công suất hoạt động của các máy móc sao cho tối ưu, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất sản xuất.

Bên cạnh đó, nếu nhà máy được trang bị hệ thống năng lượng mặt trời và gió, AI có thể theo dõi và phân tích dữ liệu thời tiết để tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Ví dụ, vào những ngày nắng gắt, AI sẽ ưu tiên sử dụng năng lượng mặt trời để vận hành các máy móc chính, trong khi vào ban đêm hoặc khi trời nhiều mây, AI sẽ chuyển sang sử dụng năng lượng từ lưới điện hoặc từ nguồn năng lượng dự phòng.

Nhờ vào khả năng dự đoán và điều chỉnh nhu cầu năng lượng theo thời gian thực, AI giúp nhà máy sản xuất giấy giảm đáng kể chi phí năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính. Điều này không chỉ tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn góp phần bảo vệ môi trường, giúp nhà máy hoạt động bền vững và hiệu quả hơn.

Hợp tác giữa người và máy móc

AI giúp tạo ra các hệ thống sản xuất linh hoạt, trong đó con người và máy móc có thể hợp tác hiệu quả. Robot công nghiệp được trang bị AI có khả năng học hỏi từ con người và hỗ trợ trong các tác vụ phức tạp. Lợi ích của sự hợp tác này bao gồm tăng cường hiệu suất làm việc, giảm tải công việc nặng nhọc cho con người và tăng tính linh hoạt trong sản xuất. Tuy nhiên, để đạt được sự hợp tác hiệu quả, cần phải đào tạo người lao động để họ có thể làm việc cùng AI và robot, đồng thời giải quyết các vấn đề về an toàn lao động và tương tác giữa người và máy. Những thách thức này đòi hỏi sự đầu tư không chỉ vào công nghệ mà còn vào giáo dục và huấn luyện nhân lực, nhưng kết quả sẽ mang lại một môi trường sản xuất hiện đại và hiệu quả hơn.

Tại nhà máy lắp ráp ô tô, AI và robot công nghiệp được sử dụng để tạo ra một hệ thống sản xuất linh hoạt, nơi con người và máy móc hợp tác hiệu quả. Robot được trang bị AI có thể học hỏi từ công nhân và hỗ trợ họ trong các tác vụ phức tạp.

Ví dụ, trong giai đoạn lắp ráp động cơ, một robot AI có khả năng nâng và lắp đặt các bộ phận nặng, giúp giảm tải công việc nặng nhọc cho công nhân. Đồng thời, AI cũng có thể học hỏi từ các thao tác của công nhân để tối ưu hóa quy trình lắp ráp, đảm bảo các bộ phận được lắp đặt chính xác và nhanh chóng.

Trong quá trình này, công nhân có thể tập trung vào các nhiệm vụ đòi hỏi kỹ năng và sự khéo léo mà robot chưa thể thực hiện được, chẳng hạn như kiểm tra chất lượng cuối cùng và điều chỉnh chi tiết nhỏ. Robot AI sẽ hỗ trợ bằng cách cung cấp các công cụ cần thiết và thực hiện các tác vụ lặp đi lặp lại, giúp tăng cường hiệu suất làm việc và giảm thiểu sai sót.

Tuy nhiên, để đạt được sự hợp tác hiệu quả này, nhà máy cần đầu tư vào việc đào tạo công nhân để họ có thể làm việc cùng AI và robot một cách an toàn và hiệu quả. Các khóa đào tạo bao gồm cách vận hành và bảo dưỡng robot, cũng như các biện pháp an toàn lao động khi tương tác với máy móc. Kết quả là một môi trường làm việc hiện đại, nơi con người và máy móc phối hợp nhịp nhàng, mang lại năng suất cao và chất lượng sản phẩm vượt trội.

Sự kết hợp giữa AI và ngành tự động hóa mang lại những lợi ích to lớn, đóng vai trò then chốt trong việc cách mạng hóa các quy trình sản xuất hiện đại. Mặc dù có những thách thức cần vượt qua, như đào tạo nhân lực và đảm bảo an toàn lao động, nhưng những lợi ích mà AI mang lại cho ngành tự động hóa là không thể phủ nhận. Sự tiến bộ này không chỉ giúp các doanh nghiệp cạnh tranh hơn mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững của toàn ngành công nghiệp.

Tác giả: Lê Minh Loan

Đơn vị: Tạp chí Tự động ngày nay