Tính ứng dụng của Mô hình kiến trúc tham chiếu cho CMCN 4.0 (RAMI 4.0)

267

Ngày nay, chắc hẳn đang có không ít Doanh nghiệp (DN) đang tự hỏi rằng liệu bản thân DN đã sẵn sàng tham gia vào CMCN 4.0 để thực hiện hiện đại hóa DN, tăng sức mạnh cạnh tranh và tối ưu hóa hiệu quả sản xuất kinh doanh hay chưa? Một DN hiện đã triển khai và vận hành khai thác 1 vài hệ thống CNTT phục vụ quản trị, sản xuất, điều hành; vậy thì họ đang ở vị trí nào trong bức tranh tổng thể về CMCN 4.0? Đâu là một lộ trình cụ thể để DN có thể đi tắt đón đầu và tham gia vào xu thế CMCN 4.0?

Ngày nay, chắc hẳn hầu hết các Doanh nghiệp (DN) ở Việt Nam đã không ít hơn một lần được nghe tới Cách mạng công nghiệp (CMCN) 4.0, xu thế hội nhập CMCN 4.0 và các lợi ích của CMCN 4.0 mang lại trong việc nâng cao trình độ công nghệ, nâng cao năng lực sản xuất và sức cạnh tranh, tạo ra các thay đổi lớn về hình thái sản xuất kinh doanh, cũng như mở ra nhiều cánh cửa mới cho khởi nghiệp sáng tạo. Bên cạnh đó, khái niệm về các hệ thống hỗ trợ quản trị nguồn lực doanh nghiệp (ERP – Enterprise Resource Planning), hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển tự động hóa (SCADA – Supervisory Control And Data Acquisiton), hệ thống điều khiển vận hành sản xuất (MES – Manufacturing Exection System), nhà máy sản xuất thông minh (Smart Factory), cũng đã được không ít DN ở Việt Nam tìm hiểu, ứng dụng triển khai.

Tuy nhiên, dường như sự kết nối giữa các khái niệm nêu trên vẫn chưa được rõ ràng đối với các DN ở Việt Nam. Và chắc hẳn rằng đang có không ít DN đang tự hỏi rằng liệu bản thân DN đã sẵn sàng tham gia vào CMCN 4.0 để thực hiện hiện đại hóa DN, tăng sức mạnh cạnh tranh và tối ưu hóa hiệu quả sản xuất kinh doanh hay chưa? Một DN hiện đã triển khai và vận hành khai thác 1 vài hệ thống CNTT phục vụ quản trị, sản xuất, điều hành; vậy thì họ đang ở vị trí nào trong bức tranh tổng thể về CMCN 4.0? Đâu là một lộ trình cụ thể để DN có thể đi tắt đón đầu và tham gia vào xu thế CMCN 4.0?

Khái niệm về CMCN 4.0

Trước tiên, xin nhắc lại khái niệm về CMCN 4.0. CMCN 4.0 xuất phát từ khái niệm “Industrie 4.0” trong một báo cáo của chính phủ Đức năm 2013. CMCN 4.0 kết nối các hệ thống nhúng và cơ sở sản xuất thông minh để tạo ra sự hội tụ của Kỹ thuật số giữa Công nghiệp, Kinh doanh, Chức năng và Quy trình. Klaus Schwab, người sáng lập và chủ tịch điều hành Diễn đàn Kinh tế Thế Giới mang đến cái nhìn khá đơn giản hơn về CMCN 4.0 như sau: “Cách mạng công nghiệp đầu tiên sử dụng năng lượng nước và hơi nước để cơ giới hóa sản xuất. Cuộc cách mạng lần 2 diễn ra nhờ ứng dụng điện năng để sản xuất hàng loạt. Cuộc cách mạng lần 3 sử dụng điện tử và công nghệ thông tin để tự động hóa sản xuất. Bây giờ, cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư (CMCN 4.0) đang nảy nở từ cuộc cách mạng lần ba, nó kết hợp các công nghệ lại với nhau, làm mờ ranh giới giữa vật lý, kỹ thuật số và sinh học”.

Theo ông Klaus Schwab, tốc độ đột phá của CMCN 4.0 hiện đang tiến triển theo một hàm số mũ chứ không phải là tốc độ tuyến tính như các cuộc CMCN trước đây. CMCN 4.0 báo trước sự phá vỡ và chuyển đổi của toàn bộ hệ thống sản xuất, quản lý và quản trị ở hầu hết ngành công nghiệp ở mọi quốc gia về cả chiều rộng và chiều sâu. Một đặc điểm của CMCN 4.0 là xu hướng ứng dụng tự động hóa và vạn vật trao đổi dữ liệu (IoT – Internet of Things) trong công nghệ sản xuất. CMCN 4.0 tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các nhà máy thông minh (Smart Factory).

Mô hình kiến trúc tham chiếu cho CMCN 4.0 (Reference Architectural Model for Industry 4.0 – RAMI 4.0)  

Nếu như các DN có thể đã nhiều hơn một lần gặp khái niệm về CMCN 4.0 còn khá trừu tượng ở trên ở các diễn đàn hay phương tiện truyền thông đại chúng nói về CMCN 4.0, thì Mô hình kiến trúc tham chiếu cho cách mạng công nghiệp 4.0 (Reference Architectural Model for Industry 4.0 – RAMI 4.0) vẫn còn thực sự là một khái niệm còn rất mới mẻ ở Việt Nam. Đây là mô hình có thể giúp các DN hiểu rõ hơn về vị trí hiện tại và khả năng chuyển đổi của DN để tham gia hội nhập vào xu thế CMCN 4.0.

RAMI 4.0 là mô hình tham chiếu cho CMCN 4.0 đã được chuẩn hóa và sử dụng rộng rãi trên thế giới, cho phép mọi đối tượng tham gia vào CMCN 4.0 sử dụng chung một hệ quy chiếu chuẩn để có thể trao đổi, đối chiếu và hiểu được nhau. Đây là một hệ quy chiếu 3 chiều cho phép mô tả toàn bộ các khía cạnh quan trọng của CMCN 4.0, trong đó, các mối quan hệ phức tạp có thể được bóc tách thành các nhóm nhỏ và đơn giản hơn để tiếp cận và thực hiện dần dần.

Ý nghĩa các chiều của RAMI 4.0:

  • “Life cycle & value stream”: dựa trên chuẩn IEC:62890 để định nghĩa vòng đời của các thiết bị sản xuất và sản phẩm. Có phân biệt giữa vòng đời sản phẩm mẫu (“Type”) và sản phẩm thực sự được sản xuất (“Instance”).
  • “Layers”: được chia thành 6 lớp:
    • Asset: bao gồm các thiết bị, máy móc, tài sản, con người trong thế giới thực.
    • Integration: ở lớp này, asset trong thế giới thực sẽ được số hóa/ảo hóa.
    • Communication: lớp này định nghĩa các phương thức giao tiếp đảm bảo các asset giao tiếp được với nhau.
    • Information: lưu trữ các thông tin cần thiết phục vụ công tác quản lý, điều hành, theo dõi và điều khiển asset.
    • Functional: bao gồm các chức năng hoạt động của asset đã được ảo hóa
    • Buniness: bao gồm các quy trình về cơ cấu tổ chức, quy trình về các hoạt động sản xuất, kinh doanh của DN.
  • “Hierarchy Levels”: được kế thừa và phát triển từ chuẩn công nghiệp IEC:62264 về mô hình phân cấp các hệ thống tự động hóa và CNTT của 1 DN, bằng cách bổ sung vào mạng tương tác cả mức “Product” ở dưới cùng và mức “Connected World” ở trên cùng.
Trong mô hình phân cấp các hệ thống tự động hóa và CNTT của chuẩn IEC:62264, các sản phẩm sản xuất ra (“Product”) là bị cô lập, không có tương tác với các lớp trên.

Trong RAMI 4.0, trục “Hierarchy Levels” được mở rộng từ mô hình phân cấp của chuẩn IEC:62264 bằng cách thêm vào mạng tương tác cả mức “Product” và mức “Connected World” (còn gọi là IoT/IoS – Internet of Things/Internet of Services).

RAMI 4.0 kế thừa và phát triển mô hình phân cấp của chuẩn IEC:62264

 

Nhà máy Thông minh (Smart Factory) và mô hình kim tự tháp các hệ thống tự động hóa và hệ thống CNTT quản trị DN của chuẩn IEC:62264

 Mô hình RAMI 4.0 dễ dàng cho thấy rằng tâm điểm của CMCN 4.0 là các nhà máy thông minh (Smart Factory), trong đó các nhà máy thông minh lại được áp dụng chuẩn công nghiệp IEC:62264 để mô hình hóa và phân cấp các công cụ và hệ thống sản xuất, quản trị. Các chuẩn công nghiệp không quy định việc DN phải làm những gì, mà mô tả việc DN nên làm như thế nào để thành công. Thông thường, một chuẩn công nghiệp được xây dựng và phát triển bằng việc tập trung các ý tưởng, kinh nghiệm, thông tin từ nhiều nguồn, nhiều chuyên gia, nhiều tổ chức có nhiều kinh nghiệm và kiến thức trong lĩnh vực. Nói cách khác, tiêu chuẩn bao gồm những kiến thức, thông tin hữu ích và phổ biến, có giá trị thực tiễn, đã được công nhận và áp dụng rộng rãi.

Mô hình phân cấp theo chuẩn IEC: 62264 đối với các thiết bị sản xuất thông minh, hệ thống điều khiển tự động hóa, và hệ thống quản trị doanh nghiệp.

Chuẩn công nghiệp IEC:62264 (được kế thừa và phát triển từ chuẩn ISA 95) phân chia các công cụ và hệ thống của 1 nhà máy thông minh (smart factory) thành 5 cấp từ cấp 0 tới cấp 4 (xem hình vẽ trên). Trong đó, các hệ thống ở cấp Level 4 thông thường là các hệ thống CNTT quản trị ở mức toàn DN, được theo dõi và sử dụng theo tần suất hàng ngày, tháng, quý, năm. Điển hình các hệ thống CNTT ở cấp này có thể kể tới các hệ thống sau:

  • ERP (Enterprise Resource Planning): hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp.
  • CRM (Customer Relationship Management): hệ thống quản lý mối quan hệ với khách hàng.
  • SCM (Supply Chain Management): hệ thống quản lý chuỗi cung ứng.
  • PLM (Product Life Management): hệ thống quản lý vòng đời sản phẩm.

Các hệ thống ở cấp Level 3 thường là các hệ thống điều khiển sản xuất tự động hóa, được theo dõi và sử dụng theo tần suất giây, phút, giờ, đợt/lô sản xuất, ngày. Điển hình các hệ thống ở cấp này gồm có:

  • MES (Manufacturing Execution System): hệ thống điều khiển quy trình và dây chuyền sản xuất, có khả năng điều phối nguồn lực cùng các công cụ sản xuất, báo cáo tiến độ sản xuất, theo dõi các lô hàng sản xuất, phân tích điều hành, kiểm soát chất lượng.
  • LIMS (Laboratory Information Management System): hệ thống quản lý thông tin thí nghiệm sản xuất sản phẩm.

Các hệ thống Level 2 thường là các hệ thống theo dõi và điều khiển tự động hóa, được theo dõi và sử dụng theo tần suất mili giây, giây, phút, giờ. Điển hình gồm có:

  • SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Hệ thống SCADA thường được triển khai tại Trung tâm theo dõi điều hành, bao gồm một loạt các máy chủ và thiết bị như các máy chủ SCADA, MMI (Man Machine Interface), HIS (Historical Information System), DTS (Dispatcher Training Simulator), ICCP (Inter Control Center Protocol),..; và cả tại các trạm bao gồm các thiết bị như tủ thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit), tủ giao diện giám sát SIC (Supervisory Interface Cubice),…
  • DCS (Distributed Control System): hệ thống điều khiển thiết bị phân tán.
  • PLC (Programable Logic Controller): thiết bị điều khiển cho phép lập trình được.

Level 1 và level 0 bao gồm các thiết bị cảm biến, thiết bị điều khiển (Level 1) gắn  với các thiết bị tham gia trực tiếp quá trình sản xuất (Level 0). Có thể hiểu sự kết hợp của level 1 và level 0 tạo thành các thiết bị sản xuất thông minh (smart device) có khả năng giao tiếp với Level 2.

Đánh giá về giá trị của mô hình RAMI 4.0 và mô hình kim tự tháp phân cấp của chuẩn IEC:62264 đối với các DN ở Việt Nam

Mô hình RAMI 4.0 cho thấy rằng tâm điểm của CMCN 4.0 là các Nhà máy Thông minh (Smart Factory), hay còn có thể được hiểu là các DN sản xuất. Theo mô hình kim tự tháp phân cấp của chuẩn IEC:62264 đối với Smart Factory thì các DN sản xuất muốn thực sự tham gia vào CMCN 4.0 cần phải đầu tư mua sắm các thiết bị thông minh (smart device) ở Level 0&1; các thiết bị sản xuất thông minh này cần phải đảm bảo tính tương thích và đồng bộ để giao tiếp được với các hệ thống giám sát, điều khiển tự động ở Level 2 (SCADA,..) và hệ thống điều khiển quy trình và dây chuyền sản xuất tự động ở Level 3 (MES,..); hệ thống quản trị doanh nghiệp ở Level 4 (ERP, HCM,..).

Có thể thấy rằng, trong khi việc triển khai thiết bị và hệ thống ở các Level 3,2,1,0 cần được cân nhắc và chú ý tới tính tương thích, đồng bộ để đảm bảo được dây chuyền sản xuất tự động được vận hành trơn tru, thì việc triển khai các hệ thống quản trị doanh nghiệp ở Level 4 hoàn toàn có thể triển khai 1 cách độc lập và không phụ thuộc nhiều vào việc triển khai các hệ thống ở các cấp Level ở dưới. Việc thay thế hẳn hoặc nâng cấp thiết bị và dây chuyền sản xuất đã cũ hiện đang vận hành bằng các thiết bị và dây chuyền sản xuất thông minh, đồng bộ đảm bảo tính tương thích cho các Level 3,2,1,0 sẽ đặt cho các DN sản xuất một bài toán đầu tư đòi hỏi kinh phí không hề nhỏ, cần được DN cân nhắc và tính toán kỹ trước khi thực hiện. Trái lại, công việc thay thế hoặc nâng cấp các hệ thống đã cũ ở Level 4 lại hoàn toàn khả thi, có thể thực hiện được ngay để mang lại cho DN những hiệu quả tức thời về quản trị.

Đối với các DN không có nghiệp vụ sản xuất, sự khác biệt so với DN sản xuất là không cần quan tâm đến các thiết bị sản xuất thông minh, hệ thống tự động hóa và điều khiển quy trình và dây chuyền sản xuất tự động ở các Level 3,2,1,0. Vậy thì, các DN này cũng hoàn toàn có thể thay thế hoặc nâng cấp các hệ thống quản trị doanh nghiệp đã cũ ở Level 4 để tham gia ngay vào xu thế CMCN 4.0 và thu lại những lợi ích, hiệu quả tức thời về quản trị.

Kết luận

Thông qua việc giới thiệu Mô hình kiến trúc tham chiếu cho cách mạng công nghiệp 4.0 (Reference Architectural Model for Industry 4.0 – RAMI 4.0); mô hình phân cấp các công cụ và hệ thống sản xuất, quản trị trong 1 nhà máy thông minh (smart factory) của chuẩn công nghiệp IEC:62264; cùng với việc giới thiệu khái niệm 1 loạt các phần mềm quản trị DN (ERP, CRM, HCM, PLM,..) và các hệ thống, thiết bị tự động hóa (MES, SCADA, RTU, PLC,…); bài viết này hi vọng có thể mang đến cho các DN ở Việt nam (bao gồm cả các DN sản xuất và DN không sản xuất) một khái niệm tổng quan về mối quan hệ giữa các thiết bị sản xuất, thiết bị theo dõi, điều khiển, thiết bị thông minh, hệ thống tự động hóa, hệ thống CNTT quản trị DN, và công việc cần phải thực hiện, đầu tư để tham gia hội nhập vào xu thế CMCN 4.0.

Bài viết cũng hi vọng giúp các DN nhận ra rằng việc bắt đầu tham gia vào CMCN 4.0 có thể được bắt đầu ngay từ việc đầu tư mới hoặc nâng cấp các phần mềm CNTT quản trị DN (ở Level 4 của chuẩn IEC:62264) để nâng cao hiệu quả quản trị sản xuất kinh doanh của DN do tính chất có thể triển khai độc lập không phụ thuộc vào nhiều vào việc đầu tư triển khai các thiết bị thông minh, hệ thống ở các cấp Level 3,2,1,0.

Các khái niệm trong bài viết là các khái niệm đã được chuẩn hóa và sử dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam, nhưng các đánh giá và khuyến nghị là của riêng cá nhân tác giả, và chỉ mang tính tham khảo.

T.S. Lê Quốc Cường – FPT IS

Tin liên quan: