Nghiên cứu, Ứng dụng ngôn ngữ lập trình simtalk trong phần mềm technomatix plant simulation Để thiết lập mô hình và mô phỏng nhà máy thông minh

Đối với các nhà máy đã có sẵn rồi thì đây là một giải pháp để cài đặt, lập trình, mô phỏng lại hoạt động các máy móc trong nhà xưởng sao cho đạt hiệu quả sản xuất tối ưu.1.2 Tính hính ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA: ĐIỆN

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU:

Nghiên cứu, ứng dụng ngôn ngữ lập trình SimTalk trong phần mềm Technomatix Plant Simulation để thiết lập mô hình và mô

phỏng nhà máy thông minh

Giáo viên hướng dẫn: Ths: Hà Trung Kiên Sinh viên thực hiện: Triệu Duyên Khải -MSSV:

2021603202 Nguyễn Ngọc Tú -MSSV:

2021602605 Đinh Minh Trường -MSSV:

2021602909

Hà Nội, tháng 4 năm 2024

Chương 1: MỞ ĐẦU 2

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 2

1.2 Tình hình nghiên cứu đề tài 5

Ngoài nước: 5

Trong nước: 5

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 5

1.4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 6

Đối tượng nghiên cứu 6

Phạm vi nghiên cứu 6

1.5 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 6

Cách tiếp cận 6

Phương pháp nghiên cứu 6

1.6 Kết cấu đề tài 7

Chương 2: Giới thiệu về Tổng quan về nhà máy thông minh (Smart Factory) và Phần mềm mô phỏng nhà máy Tecnomatix Plant Simulation 7

2.1 Giới thiệu tổng quan về nhà máy thông minh (Smart Factory) 7

2.1.1 Nhà máy thông minh (Smart Factory) là gì? 7

2.1.2 Cấu trúc của một nhà máy thông minh 8

2.1.3 Lợi ích của mô hình nhà máy thông minh (Smart Factory) 9

2.1.4 Các cấp độ nhà máy thông minh 10

2.2 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng nhà máy Tecnomatix Plant Simulation 12

2.2.1 Tổng quan về phần mềm mô phỏng nhà máy Tecnomatic Plant Simulation 12

Chương 1: MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết củấ đế tấi

Các công ty trong thực tế hiện nay phải đối mặt với những hạn chế về chi phí sản xuất và thời gian sản xuất, cần cải thiện thời gian giao hàng, nguyên tắc sản xuất tinh gọn vào dây chuyền sản xuất Thiết kế và xây dựng cơ sở sản xuất bền vững lâu dài, quản lý cơ sở hạ tầng và mạng lưới sản xuất hợp lý,tối ưu hóa nguồn nguyên liệu.

Trong hệ thống thực khi vận hành có thể sảy ra những tình trang tắc nghẽn trong dây truyền sản xuất (hay còn gọi là nút thắt cổ chai), tình trạng hết hàng và chi phí tồn kho cần được tối ưu.

Vì thế yêu cầu người kĩ sư cần phát hiện các vấn đề có thể gây ra chi phí và các biện pháp khắc phục nhanh và tối ưu nhất Tính toán chính xác các số liệu hiệu suất, tính toán thông lượng, số lượng sản phẩm.

Dự đoán các vấn đề tiềm ẩn giảm thiểu chi phí đầu tư dây chuyền sản xuất, tối ưu hóa đặc tính hệ thống trước khi lắp ráp Các kỹ sư thiết kế hệ thống cần đưa ra phương án tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả sử dụng năng lượng của các hệ thống hiện có.

Tuy nhiên nghiên cứu phương pháp cải tiến và tiến hành trực tiếp trên hệ thống thực rất tốn thời gian, công sức và các chi phí liên quan thường rất khó thực hiện hoặc không thể vì có thể gây ra những hậu quả, có thể làm dừng hệ thống, chi phí nghiên cứu cao hay một số hệ thống rất nguy hiểm không thể tiếp cận.

Trước khi có máy tính mạnh mẽ, hầu hết các vấn đề mô phỏng dòng vật liệu đã được giải quyết bằng lý thuyết xếp hàng (tiếng Anh: Queuing Theory).

Lý thuyết xếp hàng là nghiên cứu toán học về sự tắc nghẽn và sự chậm trễ của việc chờ xếp hàng

Trong quá trình sản xuất cũng sẽ sảy ra hiện tượng tắc nghẽn nếu một bộ phận gia công gặp sự cố, hay lượng sản phẩm cần sử lý quá tải thì sẽ gây tắc nghẽn trên băng truyền.

Lý thuyết xếp hàng có thể giúp người dùng đưa ra quyết định kinh doanh sáng suốt

về cách xây dựng hệ thống qui trình làm việc hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Các ứng dụng thực tế của lí thuyết xếp hàng bao gồm nhiều ứng dụng, như cách cung cấp dịch vụ khách hàng nhanh hơn, cải thiện lưu lượng, vận chuyển đơn đặt hàng từ kho và thiết kế hệ thống viễn thông, từ mạng máy tính đến trung tâm chăm sóc khách hàng.

Nhưng trong hầu hết các trường hợp, lời giải từ những tính toán này rất khó hiểu

và được đánh dấu bằng một số lượng lớn các điều kiện biên và hạn chế khó tuân thủ trong thực tế Nên phương án này có rất nhiều hạn chế.

Vì thế việc thực hiện mô phỏng hệ thống sản xuất đang dần được phát triển và phổ biến có ưu thế về chi phí, tiện lợi và tính khả thi

Để trợ giúp các kỹ sư dễ thực hiện hơn trong việc giải quyết những vấn đề trên Siemens Digital Industries đã phát triển một nền tảng công nghệ mô phỏng tiên tiến là Siemens Tecnomatix Plant Simulator.

Plant-Simulation-2201-1600x900-1.png

https://blogs.sw.siemens.com/wp-content/uploads/sites/7/2022/01/Tecnomatix-Mô hình được mô phỏng không chỉ cho phép người dùng chạy thử nghiệm, nghiên cứu các tình huống giả định có thể xảy ra mà không làm ảnh hưởng đến hệ thống sản xuất hiện có mà còn có thể được sử dụng trong quá trình lập kế hoạch trước khi

hệ thống thực được lắp đặt Các công cụ phân tích, thống kê và biểu đồ mở rộng cho phép người dùng đánh giá sâu hơn các kịch bản sản xuất khác nhau và đưa ra các quyết định nhanh chóng, đáng tin cậy trong kế hoạch sản xuất.

Việc nghiên cứu, ứng dụng ngôn ngữ lập trình SimTalk trong phần mềm

Technomatix Plant Simulation để thiết lập mô hình và mô phỏng nhà máy thông minh là một hướng đi cần thiết để thử nghiệm tìm ra giải pháp tối ưu trước khi bắt tay

vào xây dựng một nhà máy mới Đối với các nhà máy đã có sẵn rồi thì đây là một giải pháp để cài đặt, lập trình, mô phỏng lại hoạt động các máy móc trong nhà xưởng sao cho đạt hiệu quả sản xuất tối ưu.

1.2 Tính hính nghiến cứủ đế tấi

1.2.1 Ngoài nước:

Đã có các nghiên cứu, ứng dụng ngôn ngữ lập trình SimTalk trong phần mềm Technomatix Plant Simulation để thiết lập mô hình và mô phỏng nhà máy thông minh nhưng số lượng chưa nhiều Có thể kể tới bài báo: “Research on Using the Tecnomatix Plant Simulation for Simulation and Visualization of Traffic Processes

at the Traffic Node” https://www.mdpi.com/2076-3417/12/23/12131 Tiếng Việt: “ Nghiên cứu sử dụng Mô phỏng thực vật Tecnomatix để mô phỏng và trực quan hóa các quá trình giao thông tại nút giao thông” Bài viết trình bày một phương pháp dự thảo và việc xác minh phương pháp đó trong điều kiện của một nút giao thông thực, thể hiện các tùy chọn của Tecnomatix Plant Simulator khi tạo mô hình

mô phỏng vi mô giao thông của các quá trình diễn ra tại một đầu mối giao thông Trong khi phần mềm SimTalk đang được sử dụng tích cực để lập trình các chức năng còn thiếu cùng với các công cụ đồ họa cho phép tạo ra mô hình vi mô nút lưu lượng truy cập rời rạc

Có thể tham khảo thêm cuốn sách “ Tecnomatix Plant Simulation ” của tác giả Steffen Bangsow giới thiệu về Mô phỏng thực vật Tecnomatix: Mô hình hóa và lập trình bằng các ví dụ.

1.2.2 Trong nước:

Việc nghiên cứu, ứng dụng ngôn ngữ lập trình SimTalk trong phần mềm

Technomatix Plant Simulation để thiết lập mô hình và mô phỏng nhà máy thông minh còn có nhiều hạn chế do nguồn tài liệu tiếng Việt hầu như không có.

1.3 Mủc tiếủ nghiến cứủ

- Mô phỏng, thay đổi các thông số của nhà máy để thử nghiệm các kịch bản khác nhau, đánh giá các phương án sản xuất khác nhau từ đó đưa ra phương án hiệu quả nhất.

- Mô phỏng xác định điểm tắc nghẽn trong dòng nguyên liệu đưa ra các phương án tối ưu hóa hiệu suất, loại bỏ các loại tổn thất trong vận hành nhà máy: tổn thất sản

xuất thừa, tổn thất do các thiết bị vận hành trong khi chờ đợi sản phẩm, tổn thất do

di chuyển thừa khi thực hiện của nhà máy thông minh.

- Giảm hàng tồn kho và tính toán số lượng nhân lực trong dây truyền.

- Thiết lập và hiển thị trực quan toàn bộ mô hình sản xuất 3D của nhà máy thông minh.

- Ứng dụng ngôn ngữ lập trình SimTalk trong phần mềm Technomatix Plant

Simulation thống kê số lượng sản phẩm.

- Mục tiêu giúp nhà máy đẩy nhanh việc ra mắt sản phẩm và chất lượng sản phẩm, giảm chi phí tối thiểu, tăng lợi thế cạch tranh cho doanh nghiệp.

1.4 Đối tứợng, phấm vi nghiến cứủ

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Tổng quan về nhà máy thông minh (Smart Factory).

- Phần mềm mô phỏng nhà máy Tecnomatix Plant Simulation.

- Ứng dụng ngôn ngữ lập trình SimTalk trong phần mềm Technomatix Plant

Simulation để thiết kế mô hình và mô phỏng nhà máy thông minh.

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi thời gian:

- Phạm vi không gian: Tại Việt Nam

- Phạm vi về đối tượng khảo sát: Giả định quy trình sản xuất của của một nhà máy thông minh.

1.5 Cấch tiếp cấn, phứợng phấp nghiến cứủ

1.5.1 Cách tiếp cận

- Để hoàn thành đề tài, nhóm sinh viên nghiên cứu đề tài chọn cách tiếp cận dưới góc độ khảo sát, so sánh, phân tích để từ đó đưa ra các giải pháp xây dựng mô hình.

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về nhà máy thông minh Giả định các thông số khi như số lượng sản phẩm, hiệu suất, năng lượng, thời gian chờ, hàng tồn kho khi chưa tối ưu so sánh với các số liệu sau khi đã tối ưu xử lý các tổn thất.

- Nghiên cứu sử dụng phần mềm mô phỏng nhà máy Plant Simulation.

- Từ cơ sở lý thuyết, ứng dụng vào thực tiễn bài toán cụ thể cho một số nhà máy sản xuất ở Việt Nam.

Chương 2: Giới thiệu về Tổng quan về nhà máy thông minh (Smart Factory) và Phần mềm mô phỏng nhà máy Tecnomatix Plant Simulation.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình nhà máy thông minh trên phần mềm Plant Simulation.

Chương 4: Kiểm nghiệm chạy mô phỏng trên trên phần mềm Tecnomatix Plant Simulation.

Chương 5: Kết Luận và Báo cáo kết quả.

Chương 2: Giới thiệu về Tổng quan về nhà máy thông minh (Smart Factory)

và Phần mềm mô phỏng nhà máy Tecnomatix Plant Simulation.

2.1 Giới thiệu tổng quan về nhà máy thông minh (Smart Factory)

2.1.1 Nhà máy thông minh (Smart Factory) là gì?

- Định nghĩa : Theo Deloitte Insights – định nghĩa được sử dụng nhiều nhất

bởi các chuyên gia.

 Mô hình Smart Factory (nhà máy thông minh) là bước tiến vượt

bậc khi một hệ thống sản xuất truyền thống sang một hệ thống sản xuất tự động hóa được kết nối và xử lý dữ liệu liên tục từ hoạt động sản xuất và kinh doanh, để có thể tự học và thích nghi theo nhu cầu mới của thị trường Với hệ thống này, hoạt động sản xuất kinh doanh

sẽ hiệu quả hơn, linh hoạt hơn, giảm thời gian chết, có khả năng dự báo và tự điều chỉnh.

 Một hệ thống giải pháp Smart Factory thật sự có thể tích hợp dữ

liệu từ nhiều nguồn khác nhau: máy móc thiết bị sản xuất cho đến các quá trình sản xuất cung ứng, con người để kiểm soát quá trình sản xuất, bảo trì, theo dõi kho, số hóa mọi hoạt động sản xuất.

- Nhìn chung ta có thể nói một cách đơn giản như sau:Nhà máy thông minh là

sự chuyển đổi giữa việc sản xuất truyền thống thủ công mà con người phải tham gia tối đa vào tất cả các khâu sản xuất A-Z sang sử dụng máy móc và

áp dụng sức mạnh của khoa học công nghệ 4.0 như Internet vạn vật, Big Data, Trí tuệ nhân tạo AI, Điện toán đám mây, hệ thống logistics linh hoạt

để máy móc tự sản xuất, thu thập và truyền đạt thông tin, con người chỉ quản

lý giám sát từ xa.

Nguồn:

https://daco.vn/images/san-pham/Daco/SEEACT-SCADA/lam_the_nao_de_tr.j pg

mo-hinh-san-xuat-thong-minh-7640

https://daco.vn/san-pham/nha-may-thong-minh-la-gi-lam-the-nao-de-xay-dung-2.1.2 Cấu trúc của một nhà máy thông minh

Cấu trúc cơ bản của một nhà máy thông minh có thể được tóm tắt thành ba bước:

1 Thu thập dữ liệu: Trí tuệ nhân tạo và công nghệ cơ sở dữ liệu hiện đại cho phép

quản lý và thu thập các bộ dữ liệu hữu ích khác nhau trong toàn bộ doanh nghiệp, chuỗi cung ứng và trên thế giới Bằng các cảm biến và cổng, Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) cho phép các máy được kết nối thu thập dữ liệu vào hệ thống Thôngqua vô số cổng dữ liệu khác, các hệ thống được hỗ trợ bởi AI có thể tổng hợp các

bộ dữ liệu liên quan đến hiệu suất, xu hướng thị trường, hậu cần hoặc bất kỳ nguồn có liên quan nào khác

2 Phân tích dữ liệu: Hệ thống máy học và kinh doanh thông minh sử dụng các giải

pháp phân tích nâng cao và quản lý dữ liệu hiện đại để hiểu tất cả các dữ liệu khác nhau được thu thập Cảm biến IIoT có thể cảnh báo khi máy cần sửa chữa hoặc bảo trì Dữ liệu thị trường và hoạt động có thể được tổng hợp để phát hiện các cơ hội và rủi ro Hiệu quả của quy trình làm việc có thể được nghiên cứu theo thời gian để tối ưu hóa hiệu suất và tự động sửa lỗi theo yêu cầu Trên thực tế, các bộ

dữ liệu có thể được so sánh và phân tích cho thấy khả năng kết hợp gần như vô hạn để cung cấp thông tin tối ưu hóa nhà máy kỹ thuật số và dự báo chuỗi cung ứng

3 Tự động hóa nhà máy thông minh: Sau khi quá trình thu thập và phân tích dữ

liệu diễn ra, các quy trình công việc sẽ được thiết lập và các hướng dẫn sẽ được gửi đến các máy móc và thiết bị trong hệ thống Những thiết bị này có thể nằm trong bốn bức tường của nhà máy hoặc ở xa trong các liên kết hậu cần hoặc sản xuất trong chuỗi cung ứng Quy trình và quy trình công việc thông minh liên tục được theo dõi và tối ưu hóa Nếu một bản tin cảnh báo về sự gia tăng nhu cầu đối với một sản phẩm nhất định, quy trình làm việc của máy in 3D có thể được hướng dẫn để tăng mức độ ưu tiên sản xuất cho mặt hàng đó Nếu chuyến hàng nguyên liệu thô bị trì hoãn, bộ đệm hàng tồn kho có thể được đưa vào luân chuyển để loại

bỏ bất kỳ sự gián đoạn nào

2.1.3 Lợi ích của mô hình nhà máy thông minh (Smart Factory)

 Giảm chi phí sản xuất: Nếu quy trình được tối ưu hóa thay đổi cách thức sảnxuất truyền thống của doanh sẽ tạo nên hiệu quả về việc giảm chi phí thời gian,nhân công, tránh hao mòn máy móc, tiết kiệm chi phí bảo trì bảo dưỡng, lãng phítài sản, giảm sự biến động của quy trình hoạt động Một quy trình chất lượng tốtcủa nhà máy thông minh phải là một quy trình chất lượng tốt, tạo ra một sản phẩmchất lượng tốt hơn từ đó sẽ giảm thiểu chi phí bảo hành và bảo trì

 Nâng cao hiệu quả, năng suất hoạt động: Tính hiệu quả là điều đầu tiên cần phải

nhắc tới khi triển khai mô hình nhà máy thông minh Các quy trình được tự độnghóa và tối ưu hóa, giảm thiểu lãng phí thời gian và nguồn lực, ( Smart factory )dựa vào tự động hóa để hoàn thành các quy trình nên đẩy nhanh tiến độ, việc sảnxuất trở nên tự động hơn, đòi hỏi ít sự can thiệp của con người Trên thực tế, máymóc tự động có thể được lập trình để hoạt động 24/24 Khả năng tương tác giữa

các thiết bị và hệ thống thông qua IoT và trí tuệ nhân tạo giúp tăng cường quản lý

và giám sát toàn bộ quá trình sản xuất, từ đó cải thiện khả năng dự đoán và ứngphó với biến đổi của thị trường

 Giám sát từ xa: Khả năng hiển thị các trạng thái hoạt động của các thành phầnmáy (cả lịch sử và thời gian thực) cho phép các nhà quản lý nhà máy giám sát vàchẩn đoán từ xa các hệ thống một cách nhanh chóng cũng như xác định và giảiquyết các vấn đề trước khi ảnh hưởng đến sự sẵn có của máy móc và các hợp chấtnăng suất

 Bảo trì trước: Phân tích tiên đoán cho phép lập kế hoạch bảo dưỡng máy mócchính xác hơn; có thể giúp giảm thời gian ngừng máy; tăng thời gian trung bìnhgiữa các lỗi; và giảm chi phí bảo trì dự phòng không cần thiết và kho hàng phụtùng Với việc bảo trì dự đoán, phần lớn việc phỏng đoán sẽ được gỡ bỏ vì cácquyết định bảo trì có thể được thực hiện dựa trên dữ liệu lịch sử và thời gian thực

từ máy, giúp phát hiện và giải quyết các vấn đề trước khi chúng trở nên quánghiêm trọng

 Tối ưu hóa quy trình: Tính liên kết được cung cấp bởi các công nghệ IIoT chophép liên lạc liền mạch giữa các máy móc; thành phần và con người Khả năng kếtnối này cho phép tối ưu hoá quá trình xử lý dữ liệu – tăng hiệu quả và năng suất.Bằng cách sử dụng mạng không dây của các thiết bị được kết nối để hợp lý hóacác thông tin liên lạc; các nhà quản lý, kỹ thuật viên và nhân viên công nhân cóthể sử dụng thời gian hiệu quả hơn và hiệu quả hơn Tương tự như vậy, một giảipháp không dây có thể được sử dụng trong việc chọn ánh sáng và gọi cho các ứngdụng bộ phận

 Sản xuất an toàn và bền vững: Nhà máy thông minh mang lại lợi ích thực sự đến

sức khỏe của người lao động và sự bền vững môi trường Các hiệu quả hoạt động

mà một nhà máy thông minh cung cấp có thể tác động đến môi trường nhỏ hơn so với quy trình sản xuất thông thường Quá trình tự động hóa hoạt động bằng máy móc giảm thiểu lỗi gây ra bởi con người, bao gồm cả các tai nạn lao động gây thương tích Khả năng tự động tương đối của nhà máy thông minh có thể thay thế một số vai trò nhất định đòi hỏi các hoạt động lặp đi lặp lại, thủ công

 Kiểm soát chất lượng sản phẩm: Kiểm soát chất lượng sản phẩm dường như là

vấn đề tương đối khó khăn với nhiều doanh nghiệp Với nhà máy thông minh, công nghệ IoT và các thiết bị cảm biến được ứng dụng trong theo dõi và kiểm soátquá trình tạo ra sản phẩm Ngay khi phát hiện các điều kiện bất thường ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, hệ thống sẽ tự động đưa ra các cảnh báo sớm Nhờ vậy, doanh nghiệp có thể xác định sự cố bắt nguồn từ đâu để đưa ra cách khắc phục kịpthời, chủ động kiểm soát chất lượng sản phẩm, tránh rủi ro cuối chu kỳ

 Đạt được lợi thế cạnh tranh: Một lợi ích khác của sản xuất thông minh là đạt

được lợi thế cạnh tranh trong một thị trường đông đúc Khi bạn có thể làm việcnhanh hơn, thông minh hơn và tiết kiệm chi phí hơn so với đối thủ, bạn sẽ có đượcnhiều khách hàng hơn Lợi thế cạnh tranh của bạn cho phép bạn nổi bật trong khinhững người khác đấu tranh để sản xuất các mặt hàng đúng thời hạn và không cóchi phí vượt trội

 Nâng cao mức độ hài lòng của khách hàng: Việc phát hiện các lỗi, vấn đề máy

móc cũng giúp cho doanh nghiệp chủ động về trang thiết bị, thời gian sản xuất,

đảm bảo đáp ứng được mọi đơn hàng của khách mà không lo chậm tiến độ Chấtlượng sản phẩm, thời gian giao hàng đảm bảo chắc chắn sẽ khiến mức độ hài lòngcủa khách hàng tăng lên Đây có lẽ là đích đến mà các doanh nghiệp sản xuất đềuhướng tới.

2.1.4 Các cấp độ nhà máy thông minh

Nhà máy thông minh là một hệ thống sản xuất có khả năng tự động hóa, số hóa thông tin, kết nối, phân tích và tối ưu hóa các quá trình, nhờ sử dụng các công nghệ như tự động hóa, số hóa thông tin, IIoT, Big Data và AI Tùy thuộc vào mức độ sử dụng và ứng dụng của các công nghệ này, các nhà máy thông minh có thể được phân loại theo các cấp độ khác nhau, từ cấp độ 1 đến cấp độ 4.

Các cấp độ nhà máy thông minh https://cmcts.com.vn/vi/mo-hinh-nha-may-thong-minh.html#:

Cấp độ 1: Tính sẵn có của dữ liệu cơ bản

Cấp độ 1 là cấp độ cơ bản nhất của nhà máy thông minh, khi các thiết bị và quá trình sản xuất được số hóa thông tin, tức là chuyển đổi các dữ liệu thô thành các dạng số, có thể lưu trữ, truyền tải và xử lý bằng các phương tiện điện tử Các dữ liệu này có thể bao gồm các thông số như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, lượng sản phẩm, lỗi, v.v Giúp tăng cường sự minh bạch, liên kết và trao đổi thông tin trong nhà máy, nhưng chưa có khả năng phân tích và tối ưu hóa các quá trình.

Cấp độ 2: Phân tích dữ liệu chủ động

Cấp độ 2 là cấp độ tiến bộ hơn của nhà máy thông minh, khi các thiết bị và quá trình sản xuất không chỉ được số hóa thông tin, mà còn được kết nối với nhau và với các đối tác bên ngoài qua các mạng không dây hoặc có dây Các dữ liệu được thu thập từ các nguồn khác nhau được phân tích chủ động, tức là được xử lý và trích xuất các thông tin hữu ích, có thể giúp cải thiện hiệu quả, chất lượng, an toàn

và tiết kiệm chi phí của các quá trình Cấp độ 2 giúp tăng cường khả năng xử lý, phân tích và dự đoán của nhà máy, nhưng chưa có khả năng tự động hóa và thích nghi với các thay đổi.

Cấp độ 3: Dữ liệu hoạt động được

Đây là cấp độ cao hơn của nhà máy thông minh, khi các thiết bị và quá trình sản xuất không chỉ được số hóa thông tin, kết nối và phân tích chủ động, mà còn được

tự động hóa, tức là sử dụng các thiết bị điện tử, máy móc và phần mềm để thực hiện các nhiệm vụ sản xuất mà không cần sự can thiệp của con người.

Các dữ liệu được phân tích chủ động được chuyển thành các dữ liệu hoạt động được, tức là có thể được sử dụng để điều khiển và điều chỉnh các thiết bị và quá trình sản xuất một cách tự động Giúp tăng cường khả năng tự quản lý, tự tối ưu hóa và tự thích nghi của các quá trình sản xuất, nhưng chưa có khả năng tạo ra các sản phẩm và dịch vụ có giá trị cao, phù hợp với nhu cầu và mong muốn của khách hàng.

Cấp độ 4: Dữ liệu điều hướng hành động

Cấp độ 4 là cấp độ cao nhất của nhà máy thông minh, khi các thiết bị và quá trình sản xuất không chỉ được số hóa thông tin, kết nối, phân tích chủ động và tự động hóa, mà còn được trang bị các công nghệ trí tuệ nhân tạo, có khả năng thực hiện các nhiệm vụ thông minh mà thường yêu cầu sự nhận thức, suy nghĩ và học hỏi của con người.

Các dữ liệu hoạt động được được chuyển thành các dữ liệu điều hướng hành động, tức là có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm và dịch vụ có giá trị cao, phù hợp với nhu cầu và mong muốn của khách hàng, cũng như giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và xã hội Cấp độ 4 giúp tăng cường khả năng sáng tạo, tùy biến và cung cấp giá trị của nhà máy, cũng như tạo ra một mạng lưới sản xuất toàn cầu, linh hoạt và hợp tác.

2.2 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng nhà máy Tecnomatix Plant

Simulation.

2.2.1 Tổng quan về phần mềm mô phỏng nhà máy Tecnomatic Plant

Simulation.

Tecnomatix Plant Simulation là một hệ thống mô phỏng được phát triển bởi Siemens PLM Software Công cụ mô phỏng này tập trung để mô phỏng quá trình sản xuất rời rạc

Nhà máy của bạn hoạt động có tối ưu không? Bạn có biết điểm nghẽn trong quy trình củamình là ở đâu không? Với Tecnomatix Plant Simulation, bạn có được cái nhìn sâu sắc

về hiệu suất của các quy trình sản xuất phức tạp bằng cách lập mô hình, mô phỏng và tối

ưu chúng Bằng cách này, bạn có thể tối ưu hóa dòng nguyên liệu, sử dụng tài nguyên và logistics cho tất cả các cấp quy hoạch nhà máy

Siemens Tecnomatix Plant Simulator là một nền tảng công nghệ mô phỏng tiên tiến của Siemens Digital Industries giúp các tổ chức công nghiệp tạo ra các mô hình kỹ thuật số cho nhà máy và nhà kho của họ, khám phá các đặc điểm của hệ thống và tối ưu hóa hiệu quả hoạt động và kinh doanh của họ Mô hình kỹ thuật số được tạo ra không chỉ cho phép người dùng chạy thử nghiệm và nghiên cứu các kịch bản giả định mà không làm ảnh hưởng đến hệ thống sản xuất hiện có mà còn

có thể được sử dụng trong quá trình lập kế hoạch từ rất lâu trước khi hệ thống thực được lắp đặt Các công cụ phân tích, thống kê và biểu đồ mở rộng cho phép người dùng đánh giá sâu hơn các kịch bản sản xuất khác nhau và đưa ra quyết định nhanh chóng, đáng tin cậy trong giai đoạn đầu của kế hoạch sản xuất Ngôn ngữ lập trình

“SIMTALK” của Plant Simulation mang đến cho người dùng sự linh hoạt cao về lập mô hình và mô phỏng, điều mà các phần mềm khác như Process Simulate chưa được phát triển mạnh trợ giúp các tổ chức công nghiệp trên tất cả các lĩnh vực:

- Mô phỏng, trực quan hóa, phân tích và tối ưu hóa hệ thống sản xuất và quy trình hậu cần.

- Phát hiện và loại bỏ các vấn đề đòi hỏi các biện pháp khắc phục tốn kém và tốn thời gian trong quá trình tăng cường sản xuất.

- Giảm thiểu chi phí đầu tư dây chuyền sản xuất mà không ảnh hưởng đến sản lượng yêu cầu.

- Tối đa hóa hiệu suất và mức sử dụng năng lượng của các hệ thống sản xuất hiện

có bằng cách thực hiện các biện pháp đã được xác minh trong môi trường mô phỏng trước khi triển khai.

- Tối ưu hóa dòng nguyên liệu, sử dụng tài nguyên và hậu cần cho mọi cấp độ quy hoạch nhà máy.

Nguồn: Công nghiệp kỹ thuật số Siemens

https://www.indx.com/en/product/siemens-tecnomatix-plant-simulation

2.2.2 Lợi thế của Tecnomatix:

1 Mô hình hóa các quy trình sản xuất phức tạp:

Mô phỏng nhà máy Tecnomatix của Siemens cho phép các công ty tạo ra các mô hình có cấu trúc tốt, phân cấp về cơ sở, dây chuyền và quy trình sản xuất Điều này đạt được thông qua khả năng mô hình hóa và kiến trúc hướng đối tượng mạnh mẽ cho phép người dùng tạo và duy trì các hệ thống có độ phức tạp cao, bao gồm các

cơ chế điều khiển tiên tiến.

Giao diện người dùng menu ribbon trực quan, nhạy cảm với ngữ cảnh của Siemens Tecnomatix Plant Simulator tuân theo các tiêu chuẩn của Microsoft Windows, giúp bạn dễ dàng làm quen và làm việc hiệu quả một cách nhanh chóng.

Các mô hình mô phỏng có thể được tạo nhanh chóng bằng cách sử dụng các thành phần từ thư viện đối tượng ứng dụng dành riêng cho các quy trình kinh doanh cụ thể, chẳng hạn như quy trình lắp ráp hoặc sản xuất thân ô tô.

Người dùng Mô phỏng nhà máy Tecnomatix của Siemens có thể chọn từ các tài nguyên, danh sách đơn hàng, kế hoạch vận hành và quy tắc kiểm soát được xác định trước.

Việc mở rộng thư viện với các đối tượng dành riêng cho công ty cho phép thu thập trải nghiệm kỹ thuật thực tiễn tốt nhất cho các nghiên cứu mô phỏng nâng cao Các mô phỏng phức tạp và chi tiết có thể được xử lý, hiểu và duy trì tốt hơn nhiều

so với các công cụ thông thường bằng cách sử dụng các ưu điểm kiến trúc của Siemens Tecnomatix Plant Simulator như đóng gói, kế thừa và phân cấp.

2 Mô phỏng quy trình & Phân tích hiệu suất hệ thống:

Các mô hình Mô phỏng Nhà máy Tecnomatix của Siemens cho phép các công ty tối ưu hóa năng suất, xác định các tắc nghẽn tốn kém và giảm thiểu quy trình sản xuất tại xưởng.

Các mô hình mô phỏng xem xét các chuỗi cung ứng bên trong và bên ngoài, nguồn lực sản xuất và quy trình kinh doanh, cho phép người dùng phân tích tác động của các biến thể sản xuất khác nhau.

Các công cụ phân tích thống kê, đồ thị và biểu đồ hiển thị việc sử dụng bộ đệm, máy móc và nhân sự.

Thống kê và biểu đồ nâng cao có thể được tạo để hỗ trợ phân tích động các tham

số hiệu suất, bao gồm khối lượng công việc của dây chuyền, sự cố, thời gian không hoạt động và sửa chữa, cũng như các chỉ số hiệu suất chính có liên quan khác.

3 Truy cập Khả năng Trực quan hóa Mô hình Nâng cao:

Ngoài chế độ xem mô hình 2D hiệu quả cao do Siemens Tecnomatix Plant

Simulator tạo ra, các mô hình có thể được hiển thị trong môi trường ảo 3D nâng cao bằng cách sử dụng các thư viện có sẵn và/hoặc dữ liệu Thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) dành riêng cho người dùng Kết quả là các mô hình ảo 3D ấn tượng luôn được đồng bộ hóa với các mô hình 2D, giúp nhà sản xuất linh hoạt lựa chọn

phương pháp hiển thị phù hợp mà không ảnh hưởng đến nhu cầu mô phỏng và phân tích.

Siemens Tecnomatix Plant Simulator hỗ trợ định dạng dữ liệu JT cho mô hình 3D, tiêu chuẩn của Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO).

Siemens Tecnomatix Plant Simulator phù hợp với mô hình công nghệ trực tiếp của Siemens Digital Industries, cho phép tải hiệu quả và hiển thị thực tế các mô hình

mô phỏng 3D lớn.

Các ngành công nghiệp mục tiêu

- Sản xuất hàng không vũ trụ và quốc phòng

- Đóng tàu và sản xuất hàng hải

- Ô tô và máy móc hạng nặng

- Sản xuất từng bộ phận rời rạc và công nghiệp

- Nước, năng lượng và tiện ích

- Ngành công nghiệp dầu mỏ và khí đốt

- Sản xuất dược phẩm và khoa học đời sống

- Sản xuất thiết bị y tế

- Hàng tiêu dùng đóng gói và sản xuất bán lẻ

- Sản xuất thực phẩm, đồ uống và thuốc lá

- Sản xuất điện tử, chất bán dẫn và pin

- Công nghiệp nông nghiệp và hóa chất

Các tính năng của Mô phỏng nhà máy Tecnomatix của Siemens

Mô phỏng phân cấp, hướng đối tượng dựa trên các thư viện đối tượng chuyên dụng để

mô hình hóa nhanh chóng, hiệu quả các quy trình rời rạc và liên tục

Đầu ra đồ họa để phân tích thông lượng, sử dụng tài nguyên, phát hiện tắc nghẽn tự động,

sơ đồ Sankey và biểu đồ Gantt

Công cụ phân tích năng lượng để tính toán và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng

Trực quan hóa và hoạt hình trực tuyến 3D dựa trên định dạng JT tiêu chuẩn ISO

Mạng lưới thần kinh tích hợp để xử lý thí nghiệm và tối ưu hóa hệ thống tự động thông qua thuật toán di truyền

Kiến trúc hệ thống mở hỗ trợ nhiều giao diện và khả năng tích hợp (ActiveX, CAD, Oracle SQL, ODBC, XML, Socket, OPC, v.v.)

2.2.3 Lợi ích của Tecnomatix:

a) Tăng năng suất nhà máy:

Thông tin chương trình có sẵn tại tất cả các cấp của các doanh nghiệp - từ giám đốc điều hành cho đến nhân viên nhà máy

Đạt được công suất nhà máy tăng và kiểm soát chi phí nguyên liệu thông qua tầm nhìn oàn diện vào các vấn đề chất lượng

Giảm chi phí vốn đầu tư thông qua việc tái sử dụng

b) Tối ưu hóa hiệu suất & khai thác quy trình "thực hành tốt nhất":

Giảm quá trình phát triển thời gian lên đến 40% bằng cách xác định và áp dụng các quy trình tốt nhất với các tiến trình tổng thể và các mẫu hoạt động

Đạt từ 20 đến 80% tái sử dụng các quy trình sản xuất được chứng nhận trong năm đầu tiên

Giảm đáng kể và thậm chí loại bỏ sự gián đoạn sản xuất gây ra bởi các vấn đề nhà xưởng sản xuất, bằng cách cân bằng các quá trình cho giá trị tối ưu

Dây chuyền sản xuất tối ưu hóa thông qua vận hành ảo để giảm thời gian đưa ra khối lượng lên đến 80%

c) Quản lý Môi trường An Toàn và Ergonomics (Ergonomics là thiết kế dụng

cụ và môi trường cho phù hợp với người lao động)

Giảm nợ cho công ty và các chi phí cho thương tích của công nhân được giảm bớt Loại bỏ môi trường làm việc độc hại bằng cách tích hợp mô phỏng Ergonomics và xác nhận vào quá trình phát triển

d) Phân tích và Tối ưu hóa nhà máy Logistics

Giảm chi phí vận chuyển vật liệu lên tới 70% bằng cách phân tích chi phí, thời gian và khoảng cách đi lại trên mặt bằng nhà máy

Tối ưu hóa không gian sử dụng ở cả cấp độ nhà máy và công cụ vận chuyển bằng cách phân tích và đánh giá các yêu cầu về chất liệu, kích thước container, tiêu chí sắp xếp vùng chứa cũng như hướng dẫn đường vào/ra

e) Sản xuất nhà máy thông qua mô phỏng

Giảm thời gian vật liệu đưa vào nhiều từ 20-60% bằng cách xem xét các chuỗi cung ứng nội bộ và bên ngoài, nguồn lực sản xuất, và các quá trình kinh doanh Tăng năng suất cho các hệ thống hiện có 15-20%, dễ dàng để giải thích phân tích thống kê

Giảm chi phí hệ thống mới 5-20% bằng cách phát hiện và loại bỏ các vấn đề trước khi cài đặt các hệ thống thực

Giảm hàng tồn kho 20-60% bằng cách đánh giá các chiến lược kiểm soát dòng khác nhau cũng như xác minh đồng bộ của các dòng và đường

f) Nhà máy Thiết kế 3D và Hình ảnh

Mô phỏng hệ thống sản xuất bằng phần mềm Technomatix Plan

Simulation

Giảm thời gian thiết kế nhà máy, từ khái niệm thông qua cài đặt, lên đến 50% khi

so sánh với các phương pháp thiết kế 2D truyền thống

Giảm dụng cụ và thiết bị thay đổi 15% bằng cách khám phá lỗ hổng thiết kế và các vấn đề sớm phát sinh trong giai đoạn sáng tạo, như trái ngược với sau này trong giai đoạn cài đặt

2.3.4 Thiết kế quy trình sản xuất:

Quy trình sản xuất sản phẩm là một quá trình bắt đầu từ khâu chuẩn bị sản xuất đến mua sắm vật tư, tổ chức sản xuất đến khâu cuối cùng là tiêu thụ sản phẩm Nói cách khác, quy trình sản xuất là quy trình chế biến, khai thác, phục hồi giá trị một loại sản phẩm trên cơ sở sự kết hợp một cách hợp lý các yếu tố của sản xuất, phù hợp với nhu cầu thị trường

Quy trình sản xuất được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu quản lý, nâng cao hiệu quả trong quản lý sản xuất, đảm bảo tính chuyên nghiệp thông suốt, phân công công việc rõ ràng và tối ưu hóa về chi phí

Các bước tiến hành trong công tác thiết kế quy trình có thể tóm lược như sau:

1 Kiểm tra thiết kế và những yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm

3.1 Giới thiệu giao diện phần mềm

Nó cho phép tạo ra mô hình kỹ thuật số của hệ thống sản xuất Mô hình kỹ thuật số tạo cơ

sở cho việc tối ưu hóa đầu ra của hệ thống sản xuất

Cửa sổ giao diện được thể hiện như sau:

1 Title bar (Thanh tiêu đề): ở trên cùng, nó cho biết tên file của bạn là gì? Chứa 3 công

cụ thường dùng như là Close Model, Save Model, Save Model As bên trái cùng, và chứa

3 nút phóng to, thu nhỏ, và thoát (Close) bên phải cùng

2 Thanh Công cụ: Thanh này chứa Menu, trong mỗi menu có một số công cụ chuyên biệt Menu có thẻ File, Home, Debugger, Window, General, Icon, Vector Graphics

3 Thư viện lớp (Class Library): bạn có thể tìm thấy tất cả các đối tượng cần thiết cho việc mô phỏng Bạn có thể tạo thư mục riêng của bạn, lấy được và lặp lại các class, tạo lập các frames, hoặc các đối tượng truy cập từ các mô hình mô phỏng khác Để tắt mở cây thư mục này bạn có thể vào Window trên thanh Menu  Class Library

4 Tool Box (hộp công cụ): Để mở được ô này bạn vào thanh Menu: Windows 

Toolbx Từ đây bạn có thể thiết lập những gì như bạn nhìn thấy ở cửa sổ làm việc trong màn hình trên Một khung nhìn có cấu trúc của các lớp đối tượng trong mô hình Thuận lợi lợi khi sử dụng mặc định hộp công cụ (và để xây dựng các hộp công cụ

tùy chỉnh) cho các lớp đối tượng mà bạn sử dụng thường xuyên Bằng cách sử dụng các hộp công cụ, bạn có thể chèn các lớp đối tượng vào mô hình của mình dễ dàng hơn.

5 Working Window: Cửa sổ làm việc, giữ tất cả các đối tượng tạo nên mô hình của bạn Bạn có thể phóng to hay thu nhỏ layout bên trong cửa sổ làm việc bằng cách nhấn giữ Ctrl + lăn chuột giữa Để xem ở chế độ toàn màn hình bạn có thể vào Window trên thanh Menu  Full Screen hoặc nhấn tổ hợp phím Shift + Alt + Enter

6 Thanh trạng thái: liệt kê các cửa sổ làm việc giữ tất cả các đối tượng tạo nên mô hình của bạn.

3.2 Thư viện lớp (Class Library)

Bạn có thể tìm thấy các đối tượng trong Thư viện lớp Mô phỏng thực vật hiển thị các đối tượng tích hợp trong Thư viện lớp ở chế độ xem phân cấp trong các thư mục và thư mục con. Bạn có thể hiển thị hoặc ẩn các Class Library bằng cách nhấn Class Thư viện trên tab Window ribbon

Bạn có thể thêm, đổi tên và xóa các thư mục khi cần thiết Theo mặc định, Thư viện lớp chứa tám thư mục: Material Flow Objects, Resource Objects, Information Flow Objects, Mobile Objects, Display and User Interface Objects, Models, and Tools

• Các đối tượng MaterialFlow phục vụ cho viêc vận chuyển hoặc xử lý các đối tượng đơn

vị di động/chuyển động (MU) trong các mô hình (hoạt động) và lưu trữ các bộ phận và hiển thị dấu vết trên đó các bộ phận được di chuyển (thụ động)