Nghiên cứu, thiết kế hệ smart factory cho cụm phân loại và lưu kho

Vì vậy, cần phải tiếp cận hệ thống và nâng cao khả năng tự động hoá của các khâu phân loại và lưu kho hàng, làm cơ sở cho thông minh hoá nhà máy và liên nhà máy trong tương lai.. Vì vậy,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

B Ộ MÔN ĐIỀ U KHI N H C Ể Ọ

CHUYÊN NGÀNH: T Ự ĐỘNG HÓA

Đề tài:

NGHIÊN C U, THI T K H SMART Ứ Ế Ế Ệ

Sinh viên th c hi n: Lê Ti ự ệ ến Đạ t

Người hướng dẫn : TS Phạm Thị Lý

Hà Nội – 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

B Ộ MÔN ĐIỀ U KHI N H C Ể Ọ

CHUYÊN NGÀNH: T Ự ĐỘNG HÓA

Đề tài:

NGHIÊN C U, THI T K H SMART Ứ Ế Ế Ệ

Sinh viên th c hi n: Lê Ti ự ệ ến Đạ t

Mã sinh viên 191603619 :

Lớp : T ự Độ ng Hóa 3 K60 – Người hướng dẫn : TS Phạm Thị Lý

Hà Nội – 2023

Lời cảm ơn

Trong suốt 4 năm học tại Trường Đạ ọi h c Giao thông v n t i Hà N i em ậ ả ộnhận được sự chỉ dạy nhi t tình, s quan tâm, s chia s c a các quý Th y/ệ ự ự ẻ ủ ầ Cô đã giúp em từng bước trưởng thành hơn

Em xin phép g i l i tri ân sâu s c nhử ờ ắ ất đến giáo viên hướng d n c a em là ẫ ủ

TS Ph m Th Lý Trong su t quãng thạ ị ố ời gian làm đồ án t t nghi p, em luôn ố ệnhận được sự giúp đỡ, định hướng và sự dạy bảo tận tâm, nhiệt huyết của cô Cô không ch truyỉ ền đạt ki n th c, kinh nghi m và kế ứ ệ ỹ năng mà còn dìu dắt ch bỉ ảo

em phấn đấu và rèn luyện nên người, truyền lửa cho em

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy/Cô bộ môn Điều khi n h c, khoa ể ọ

Điện - ện t , các cán bĐi ử ộ Phòng đào tạo Đại học Trường Đại h c Giao thông ọvận tải đã hết lòng tạo điều ki n cho em mệ ột môi trường h c t p, rèn luy n và ọ ậ ệtiếp cận nh ng ki n th c hay Nh ng tri th c và nh ng bài học cu c s ng mà ữ ế ứ ữ ứ ữ ộ ốThầy/Cô đã truyền dạy hôm nay mãi là hành trang vững chắc cho em sau khi ra trường

Vì kinh nghi m th c t còn h n ch nên trong quá trình th c hiệ ự ế ạ ế ự ện đồ án tốt nghi p, em không tránh kh i nh ng thi u sót và sai l m Em mong nhệ ỏ ữ ế ầ ận được sự chỉ b o, góp ý t n tình t phía các thả ậ ừ ầy cô để em có thể hoàn thành đồ

án t t nghiố ệp đầy đủ và hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hi n ệ

Lê Tiến Đạt

Mục l c ụ

Lời cảm ơn 1

Danh m c hình ụ ảnh 4

M u ở đầ 8

Chương I: Tổng quan v nhu c u chuyề ầ ển đổi số và xây d ng h SmartFactory ự ệ 9

1.1 Tổng quan v nhu c u chuyề ầ ển đổ ối s trong nhà máy 9

1.2 Tổng quan v ề việc xây d ng SmartFactory trong các nhà máy ự 12

1.3 Xây dựng phương án của hệ thống Smart Factory cho c m phân lo i và ụ ạ lưu kho của nhà máy 23

Chương II: Xây dựng cơ sở dữ liệu và phương án nhận dạng sản phẩm 26

2.1 Xây dựng cơ sở ữ liệ d u m cho các lo i s n phở ạ ả ẩm đưa vào phân loạ ủa i c dây chuy n ề 26

2.2 Xây dựng phương án nhận dạng s n ph m ả ẩ 32

2.3 Xây dựng phương án truyền thông giữa cơ sở ữ liệ d u và hệ thống điều khi n ể 33

Chương III: Tính toán lựa chọn thi t b và thi t k mế ị ế ế ạch động lực, mạch điều khi n cho c m phân loể ụ ại và lưu kho tự động 43

3.1 Lựa chọn thi t b ng lế ị độ ực 43

3.2 Lựa chọn các b ộ điều khiển 61

3.3 Lựa chọn thi t b IOT Gateway ế ị 69

3.4 Lựa chọn thi t b c m bi n và camera ế ị ả ế 71

3.5 Lựa chọn thi t b ế ị phụ trợ đóng cắt 76

3.6 Thi t k ế ế sơ đồ nguyên lý mạch động lưc, mạch điều khiển 88

Chương IV: Thiết kế phương án truyền thông, thuật toán điều khi n, thu t toán ể ậ lưu kho cho cụm phân loại và lưu kho 92

4.1 Xây d ng và thi t kự ế ế phương án truyền thông cho c m phân loụ ại và lưu kho.……… 92

4.2 Đưa dữ liệ u lên webserver 105

4.3 Xây d ng và thi t k thuự ế ế ật toán điều khiển 122

4.4 Xây d ng và thi t k thuự ế ế ật toán lưu kho 126

4.5 Thu t toán qu n lý ậ ả 127

Chương V: Thiết kế hoàn thiện mô hình 129

Kết luận và hướng phát triển của đề tài 139Tài li u tham kh o ệ ả 140Phụ l c ụ 141Phụ lục 1: Chương trình điều khi n cho hể ệ thống phân lo i s dạ ử ụng phần mềm

GX Work 2 c a hãng Mitsubishi ủ 141Phụ lục 2: Chương trình điều khi n cho cánh tay robot 1 s d ng ph n mể ử ụ ầ ềm CX-P c a hãng Omron ủ 142Phụ lục 3: Chương trình điều khi n cánh tay robot 2 s dể ử ụng phần m m STEP ề

7 Microwin c a hãng Siemen.ủ 144Phụ l c 4: ụ Chương trình giao diện quản lý kho sử dụng phần mền Visual Studio 2022 172Phụ lục 5: Chương trình giao diện qu n lý hả ệ thống s d ng ph n m m Visual ử ụ ầ ềStudio Code 191

Danh mục hình ảnh

Hình 1.1 T l chuyỷ ệ ển đổ ố ủi s c a các doanh nghi pệ 11

Hình 1.2 Nhà máy thông minh s ẽ đem tới hi u qu ệ ả vượt tr i cho quá trình sộ ản xuất kinh doanh 13

Hình 1.3 Ưu điểm của Smart Factory 14

Hình 1.4 C m bi n (camera) trong 1 h ả ế ệ thống Machine vision cơ bản 18

Hình 1.5 C m bi n trên máy móc, thi t b có vai trò thu th p d ả ế ế ị ậ ữ liệu để giám sát quy trình và h ỗ trợ xác nhận thông tin trên thi t b máy móc ế ị 18

Hình 1.6 Cloud Computing có vai trò lưu trữ và xử lý các dữ liệu thu thập được từ c m bi n ả ế 19

Hình 1.7 V i công ngh ớ ệ phân tích lượng lớn dữ liệu giúp ta n ắm được thông tin về hiệu qu c a quy trình s n xu t ả ủ ả ấ 20

Hình 1.8 Công ngh ệ thự ế ảc t o có th d a trên d u th c t ể ự ữ liệ ự ế sau đó mô phỏng xây d ng l i các thông tin sự ạ ố 21

Hình 1.9 B n sao s ả ố được s dử ụng để đại di n cho m t quy trình ho ệ ộ ặc đối tượng vật lý và mô phỏng hiệu su t trong th ấ ế giới th cự 21

Hình 1.10 Mô hình 3D h ệ thống phân loại và lưu kho 23

Hình 1.11 Sơ đồ ủa phân đoạ c n phân lo i s n ph mạ ả ẩ 24

Hình 1.12 Sơ đồ ủa phân đoạn phân lưu kho c 25

Hình 1.13 Hình nh s ả ố thứ ự ô ưu tiên nhập hàng của kho 25 t Hình 2.1 Thu t toán tậ ạo cơ sở ữ liệ d u m i 28ớ Hình 2.2 Lưu đồ tạo bảng mới để lưu cơ sở dữ liệu 29

Hình 2.3 K t nế ối Sql Server v i máy tính ớ 30

Hình 2.4 S n phả ẩm được g n mã vắ ạch để đị nh danh 32

Hình 2.5 Sơ đồ truyền thông giữa bộ điều khiển với cơ sở dữ liệu 33

Hình 2.6 Giao di n qu n lý giám sátệ ả 39

Hình 2.7 Nh n diậ ện được s n ph m g n mã QR và hi n th thông tin lo i sả ẩ ắ ể ị ạ ản sẩm tương ứng trong ch ế độ nhập hàng 39

Hình 2.8 Trước khi nh p mã s n ph m c n xu ậ ả ẩ ầ ất hàng 40

Hình 2.9 Sau khi tìm th y ô hàng ch a mã s n ph m c n xu t và th c hi n xuấ ứ ả ẩ ầ ấ ự ệ ất hàng thành công 40

Hình 2.10 Thông báo n u không tìm th y mã s n phế ấ ả ẩm tương ứng 41

Hình 2.11 Trước khi thêm s n ph m m ả ẩ ới vào cơ sở dữ liệu 41

Hình 2.12 sau khi thêm s n ph m mả ẩ ới vào cơ sở dữ liệu 42

Hình 3.1: Sơ đồ tính toán l c c ự ủa băng tải [1] 45

Hình 3.2 Motor gi m t c GH40-2200W-50S 2.2kW 1/50 (28 Vòng/phút)ả ố 47

Hình 3.3 Xylanh quay 180 SMC MSQB-° 10A 48

Hình 3.4 Động cơ xoay chiều 3 pha 49

Hình 3.5 Động cơ điện một chiều 49

Hình 3.6 Động cơ servo và drive 50

Hình 3.7 Động cơ khí nén 50

Hình 3.8 Động cơ khí nén V8F 51

Hình 3.9 Xy lanh khí nén SC Airtac 52

Hình 3.10 Xylanh k p khí nén MHL2 32D1ẹ – 55

Hình 3.11 Hành trình xilanh MHL2 series 55

Hình 3.12 Hình nh các lo i van khí nénả ạ 56

Hình 3.13 Van đảo chiều khí nén 5/2 tác động điện (một cuộn hút) 57

Hình 3.14 Van điện từ 5/2, 1 cuộn hút Airtac 4V410-15 57

Hình 3.15 Van điện từ 5/3 58

Hình 3.16 Van điện từ 5/3, 2 cu n hút AIRTAC 4V430c- ộ 15 59

Hình 3.17 Van tiết lưu 2 chiều Airtac PSL12-04 60

Hình 3.18 Van ch nh áp Airtac AR-2000ỉ 60

Hình 3.19 Ống d n khí nén m mẫ ề 61

Hình 3.20 Đường ố ng d n khí nén cứng 61 ẫ Hình 3.21 T ng quan mô hình vi x ổ ử lý 62

Hình 3.22 M ch vi x ạ ử lý 62

Hình 3.23 PLC FX3G-14MR/ES 66

Hình 3.24 PLC Omron CP1E-N60DR-A 67

Hình 3.25 PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/relay 68

Hình 3.26 B module m r ng EM 223CN DC/DCộ ở ộ 69

Hình 3.27 C ng k t n i BOX2 base seriesổ ế ố 70

Hình 3.28 Sơ đồ chân c a các củ ổng k t n i c ế ố ủa BOX2 base series 71

Hình 3.29 Camera BASLER acA2500 – 14GM 72

Hình 3.30 ả C m bi n ti m c n GS38-N 73ế ệ ậ

Hình 3.31 ả C m bi n từ AIRTAC CS1 G ế – 74

Hình 3.32 Công t c hành trình quang BST BL102ắ 75

Hình 3.33 Rơ le trung gian Omron MY4N-GS 24VDC, 14 chân 76

Hình 3.34 MCCB ABS33c 10A 77

Hình 3.35 MCB LS BKJ63N 6A 6KA 3P 78

Hình 3.36 Contactor LS MC-9a 380V 79

Hình 3.37 Rơ le nhiệt LS MT - 12 (5 ÷ 8A) 80

Hình 3.38 Máy bi n dòng KDE 2630 Ratio 50/5Aế 82

Hình 3.39 Đồng h ồ đa năng KDE 80L - C 83

Hình 3.40 Nút bấm nh n nh ấ ả LA38-11 84

Hình 3.41 Nút d ng kh n c p LA38-11ZSừ ẩ ấ 85

Hình 3.42 Đèn báo ND16-22C/2 của Chint 86

Hình 3.43 Cầu đấu dây điện theo khối 87

Hình 3.44 Cầu đấu dây điện lắp ghép (Domino tép) 87

Hình 3.45 Cầu đấu dây điện giắc cắm 88

Hình 4.1: T ng quan v ổ ề phương án truyền thông của hệ thống 93

Hình 4.2 Chân truy n thông BoX2 base v i PLC S7 - ề ớ 200 94

Hình 4.3 Chân truy n thông BoX2 base v i PLC FX-ề ớ 3G 94

Hình 4.4 Chân truy n thông BoX2 base v i PLC CP1Eề ớ 95

Hình 4.5 Lưu đồ truyền thông giữa Box2 base và KEPSseverEX 98

Hình 4.6 Lưu đồ truyền thông KEPServerEX t i Node Js ớ 106

Hình 4.7 Lưu đồ nhận dữ liệu và đưa dữ liệu lên web của Node Js 109

Hình 4.8 Lưu đồ thực hiện thu thập dữ liệu lưu vào SQL Server 115

Hình 5.1 MCB LS 2P 6A,6KA BKN– 129

Hình 5.2 PLC S7 200 224 CN DC/DC/DC– 130

Hình 5 Modul m r ng EM 223 CN DC/DC3 ở ộ 130

Hình 5.4 PLC FX 3G 14M– 131

Hình 5.5 PLC CP1E N60DR A– – 132

Hình 5.6 BoX2 base 133

Hình 5.7 Biến dòng KDE 2630 133

Hình 5.8 Đồng h ồ đa năng KDE 80L - C 134

Hình 5.9 Đèn tháp 3 tầng 135

Hình 5.10 Bóng đèn sợi đốt 100W 135

Hình 5.11 Ngu n t ong 24VDCồ ổ 136

Hình 5.12 Đèn báo AD16 22D/S Điện áp 24V 137

Hình 5.13 Công t c E TEN 1021ắ – 137

Hình 5.14 Hình nh mô hình th c tả ự ế 138

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Kho hàng là hệ thống thành ph n r t quan tr ng trong hầ ấ ọ ệ thống s n xuả ất công nghiệp, liên quan đến logistics sản xuất và cao hơn là các chiến lược sản xuất Trong bối c nh c nh tranh ngày càng gay g t, các doanh nghi p s n xuả ạ ắ ệ ả ất cần ph i nâng cao hiả ệu quả hoạt động của kho hàng, đặc biệt là các khâu phân loại và lưu kho Vì vậy, cần phải tiếp cận hệ thống và nâng cao khả năng tự động hoá của các khâu phân loại và lưu kho hàng, làm cơ sở cho thông minh hoá nhà máy và liên nhà máy trong tương lai

Hiện nay, các kho hàng truy n thề ống thường có nhi u h n chề ạ ế như: năng suất th p, phụ thuộc nhi u vào công nh n, t l sai sót cao, khó ki m soát tình ấ ề ầ ỷ ệ ểtrạng hàng hóa, khó đáp ứng được các yêu cầu linh ho t c a s n xuạ ủ ả ất

Để khắc phục nh ng hạn chế này, c n áp d ng các giải pháp công ngh ữ ầ ụ ệhiện đại, xây d ng h ự ệ thống Smart Factory cho c m phân loụ ại và lưu kho

Vì vậy, đề tài “nghiên cứu, thiết kê hệ thống Smart Factory cho cụm phân loại và lưu kho” có ý nghĩa thực tiễn vô cùng quan trọng cho các nhà máy,

doanh nghiệp, nhà xưởng, …

Mục tiêu đề tài

- Xây d ng h ự ệ thống t ự động hóa cho cụm phân loại và lưu kho

- Nghiên c u, thi t kứ ế ế phần m m giám sát ng d ng cho c m phân lo i và ề ứ ụ ụ ạlưu kho

Đối tượng nghiên cứu c ủa đề tài

- Nghiên c u các thi t bứ ế ị điều khiển như PLC S7 – 200, PLC FX - 3G, PLC Omron CP1E cùng v i các ph n m m l p trình c a chúng, các giao thớ ầ ề ậ ủ ức truy n thông gi a các PLC này qua thi t b Gateway và các thi t bề ữ ế ị ế ị điện khác như aptomat, contactor, rơ le, …

- Nghiên c u, tìm hiứ ểu nền tảng NodeJs

Chương I: Tổng quan v nhu c u chuy ề ầ ển đổi số và

xây d ng h SmartFactory ự ệ

1.1 T ng quan v nhu c u chuy ổ ề ầ ển đổi số trong nhà máy

1.1.1 Chuyển đổ ối s trong nhà máy là gì?

Chuyển đổ ối s trong các nhà máy hiện nay đang là một xu hướng m i và ớcác nhà máy s n xu t rả ấ ất quan tâm, đầu tư vào việc s hoá cho nhà máy ph c v ố ụ ụviệc qu n lý thông minh, nâng cao hi u quả s n xuất, chất lượng hàng hoá được ả ệ ảcải thi n, giệ ảm chi phí v n hành bậ ảo dưỡng, s a chử ữa,…Việc áp d ng chuyụ ển

đổi số trong nhà máy cần s d ng các n n tử ụ ề ảng đám mây(cloud), trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet v n v t (IoT), dạ ậ ữ liệ ớn (Big data, Digital Twins,…Vì vậy đây u lcũng là một thách thức không dễ giải quyết cho mỗi nhà máy, đòi hỏi người quản lý, cán b kộ ỹ thu t, kậ ỹ sư vận hành,…đều phải có trình độ cao trong lĩnh vực t ự động hoá và công ngh thông tin ệ

Chuyển đổi s trong các nhà máy hi n nay không chố ệ ỉ đơn giản thay đổi cách th c hi n công vi c tự ệ ệ ừ thủ công truy n th ng (ghi chép trong s sách, hề ố ổ ọp trực ti p, v n hành máy móc bằng sế ậ ức người,…) sang phương thức làm việc thông qua s tích h p các công ngh k thu t s vào hoự ợ ệ ỹ ậ ố ạt động c a mủ ỗi đơn vị, doanh nghi p nhệ ằm thay đổi cách th c v n hành và mô hình nhà máy, nâng cao ứ ậhiệu su t, ti t kiệm chi phí, Mà trong th c tế chuyấ ế ự ển đổ ố trong các nhà máy i scòn có vai trò thay đổi tuy duy vận hành nhà máy, phương thức điều hành nhà máy, văn hóa tổ chức, cách gi i quy t vả ế ấn đề diễn ra tr c ti p trong nhà máy, ự ế …Hiện nay, chuyển đổ ố trong nhà máy thường đượi s c chú tr ng trong viọ ệc phát tri n và ng d ng vào các khâu thi t y u trong các quá trình s n xu t cể ứ ụ ế ế ả ấ ủa nhà máy như:

- Kiểm tra các tiêu chu n v v n hành an toàn và ẩ ề ậ ổn định c a các khâu ủtrong nhà máy

- Quản lý và x lý d u liên t c ph c vử ữ liệ ụ ụ ụ marketing

- Quản lý thao tác, v n hành an toàn, ậ ổn định, … và kiểm soát chất lượng sản ph m ẩ

- Quản lý năng lượng trong nhà máy

1.1.2 Tại sao chuyển đổi số lại quan tr ng? ọ

Chuyển đổi số đóng một vai trò quan tr ng trong cu c Cách m ng công ọ ộ ạnghi p 4.0 Báo cáo c a các công ty nghiên c u thệ ủ ứ ị trường lớn như Gartner, IDC đều chỉ ra rằng chuyển đổi số thực sự mang lại rất nhiều lợi ích cho mọi

m t hoặ ạt động của cơ quan, doanh nghiệp từ điều hành quản lý đến nghiên c u, ứkinh doanh…

Những l i ích của chuyợ ển đổ ố đối v i các nhà máy là c t gi m chi phí i s ớ ắ ảvận hành, ti p cế ận được nhiều khách hàng hơn, nâng cao năng suất hệ thống, cải tiến chất lượng sản phẩm, qu n lý thao tác trong s n xuất và v n hành nhà máy ả ả ậVấn đề lưu trữ dữ liệu và x lý dử ữ liệu, chuẩn đoán thông tin từ ữ liệu cũng dđang là mộ ấn đề ất đáng quan tâm vào thời điểt v r m hiện tại Lưu trữ dữ liệu, tài liệu có thể giải quy t bế ằng lưu trữ đám mây, tiết kiệm được thời gian và thất thoát tài liệu

Việc ứng d ng chuyụ ển đổ ối s , nhà máy có th tể ự động hóa các tác v và ụquy trình trước đây thực hiện thủ công và tốn thời gian Điều này tác động rất tích cực đến quá trình hoàn thi n cu c cách m ng công nghi p 4.0 ệ ộ ạ ệ

1.1.3 Thự ế ềc t v nhu c u chuyầ ển đổ ố ủi s c a các doanh nghiệp

Nhu c u chuyầ ển đổi s theo các khía c nh nghi p v cố ạ ệ ụ ủa doanh nghiệp:Năm 2020: Theo Vinasa thì tại Việt Nam, hơn 92% các doanh nghiệp hiện nay đã có sự quan tâm hoặc áp dụng chuyển đổi số ở một mức độ nhất định nằm trong 1 trong 6 mức độ chuyển đổi s c a doanh nghiố ủ ệp:

•• M c 1 - ứ Chưa chuyển đổi số: Doanh nghi p hệ ầu như chưa có hoạt động nào hoặc có nhưng không đáng kể các hoạt động chuyển đổi s ố

•• M c 2 - ứ Khởi động: Doanh nghi p bệ ắt đầu đề ra m c tiêu c a quá trình ụ ủchuyển đổ ố và đã có mộ ố hoạt đội s t s ng mở ức độ khởi động việc chuyển đổi số của doanh nghi p ệ

•• M c 3 - Bứ ắt đầu: Doanh nghiệp đã nhận thức được s quan tr ng cự ọ ủa chuyển đổi s và bố ắt đầu có các hoạt động chuyển đổi s doanh nghiố ệp trong t ng tr c t c a chuyừ ụ ộ ủ ển đổ ối s Chuyển đổ ố ắt đầu đem lạ ợi s b i l i ích trong hoạt động c a doanh nghiủ ệp cũng như trải nghiệm của khách hàng

•• M c 4 - Hình thành:ứ Việc chuyển đổ ối s doanh nghiệp đã cơ bản được hình thành theo các tr cụ ột ở các bộ phận, đem lạ ợi l i ích và hi u qu thiệ ả ết thực cho các hoạt động của doanh nghiệp cũng như trải nghiệm c a khách ủhàng Doanh nghiệp đạt chuyển đổ ối s m c 3 là bứ ắt đầu hình thành doanh nghi p s ệ ố

•• M c 5 - Nâng cao:ứ Chuyển đổ ố ủi s c a doanh nghiệp được nâng cao một

bước N n tề ảng s , công nghệ s , dữ liệu s giúp tố ố ố ối ưu nhiều hoạt động sản xu t kinh doanh c a doanh nghi p và tr i nghi m khách hàng Doanh ấ ủ ệ ả ệnghiệp đạt chuyển đổ ối s mức 4 cơ bản tr thành doanh nghi p s v i mở ệ ố ớ ột

số mô th c kinh doanh chính d a trên n n t ng s và d u s ứ ự ề ả ố ữ liệ ố

•• M c 6 - D n dứ ẫ ắt: Chuyển đổ ối s doanh nghiệp đạt mức độ tiệm c n hoàn ậthi n, doanh nghi p th c sệ ệ ự ự trở thành doanh nghi p sệ ố v i hớ ầu hết phương thức kinh doanh, mô hình kinh doanh chủ y u dế ựa trên và được dẫn d t b i ắ ở

nền t ng sả ố và d ữ liệu số Doanh nghi p có kh ệ ả năng dẫn d t chuyắ ển đổi số, tạo l p h sinh thái doanh nghi p s v tinh ậ ệ ệ ố ệ

Và đến cuối năm 2021 và đầu năm 2022: Gần 37% doanh nghiệp dần hoàn thành m c 4(Hình thành) và bứ ắt đầu ti n t i m c 5(Nâng cao) b ng cách ng ế ớ ứ ằ ứdụng các ph n m m, gi i pháp hoầ ề ả ạt động quản lý đa kênh, bán hàng online, quản trị kênh phân phối

Hình 1.1 T l chuyỷ ệ ển đổi số của các doanh nghi p ệ

1.1.4 Nhu c u chuyầ ển đổi số theo quy mô nhà máy

Nhu c u chuyầ ển đổ ố cũng trởi s nên khác bi t giệ ữa các nhà máy có đặc thù khác nhau Các nhóm nhà máy điển hình cho các nhà máy m i chuyớ ển đổ ố, i sđang tăng tốc phát triển chuyển đổi số như:

- Nhóm nhà máy s n xu t ch ả ấ ế biến th c ph m ự ẩ

- Nhóm nhà máy d u khí ầ

- Nhóm nhà máy năng lượng

- Nhóm nhà máy công nghi p nệ ặng

- Nhóm nhà máy cơ khí chế tạo

- …

Các nhà máy hiện nay đang ở trong giai đoạn đầu c a quá trình chuyủ ển đổi

số nên ph n l n m i quan tâm hi n tầ ớ ố ệ ại đang hướng t i vi c xây d ng h ớ ệ ự ệSmartFactory tích h p các hợ ệ thống và công ngh kệ ỹ thuậ ốt s vào các quy trình sản xu t Mấ ột s công ngh kố ệ ỹ thuật số đang dẫn đầu trong ngành bao gồm:

- Học máy và trí tu nhân tệ ạo

- Phân tích s n xuả ất

- C m bi n giám sát tình trả ế ạng

- B o trì d ả ự đoán (PdM)

- Digital twin

- AI

- Thực t ế ảo và tăng cường

Vì vậy đố ới các nhà máy đang thựi v c hi n chuyệ ển đổ ối s thì m c dù công ặngh có th là m t công cệ ể ộ ụ để đạt được tiêu chu n SmartFactory và nh ng mẩ ữ ục tiêu của nhà máy, nhưng việc số hóa giúp thay đổi các phương thức qu n lý và ảsản xuất để duy trì các m c tiêu này v lâu dài Chuyụ ề ển đổ ối s giúp mở đường cho m t chu k c i ti n hoộ ỳ ả ế ạt động liên t c và là m t cách giúp các SmartFactory ụ ộdẫn đầu trong th ị trường đang ngày càng cạnh tranh

1.2 T ng quan v ổ ề việc xây d ng SmartFactory trong các nhà máy ự

1.2.1 H SmartFactory là gì? ệ

Smart Factory là m t nhà máy, ộ cơ sở ả s n xuất được tích h p nhi u công ợ ềngh ệ hiện đại, s hoá và k t n i thông qua m ng internet V i smart factory, môi ố ế ố ạ ớtrường s n xuả ất đượ ối ưu và tự ng hoá thông qua s k t n i t internet Các c t độ ự ế ố ừthi t b sế ị ẽ đượ ổc t ng h p dợ ữ liệu và phân tích d a vào các ph n m m s d ng ự ầ ề ử ụcông ngh AI ệ

Smart Factory chuyển đổ ừ ự đội t t ng hoá truy n th ng nâng c p lên vi c d ề ố ấ ệ ữliệu được kết nối, phân tích và x lý liên t c Thử ụ ậm chí, tính năng machine learning còn có th tể ự ng h c h i trong quá trình nh n d u s n xu t và kinh độ ọ ỏ ậ ữ liệ ả ấdoanh, t ừ đó thích nghi và thay đổi cho phù hợp với xu hướng từ thị trường Smart Factory còn có khả năng phát triển và c i ti n cho phù h p v i s ả ế ợ ớ ựphát tri n c a nhà máy, doanh nghiể ủ ệp Các tính năng của Smart Factory s dử ụng các công nghệ như AI, điện toán đám mây, và được hỗ trợ bởi hệ thống Manufacturing Execution System giúp hoạt động s n xuả ất được điều ph i, phân ốtích các ch sỉ ố KPI và OEE quan tr ng trong quá trình s n xu ọ ả ất

1.2.2 “Sức mạnh” thực sự của Smart factory

Điều gì khiến Smart Factory được các doanh nghiệp s n xuả ất, quan tâm

và chú ý r t nhi u trong th i gian gấ ề ờ ần đây Câu trả ời đế l n t chính khừ ả năng đặc biệt của nhà máy thông minh là năng lực tiến hóa và phát triển trong suốt quá trình thay đổi của tổ chức Bất chấp những ảnh hưởng từ nhu cầu thị trường như

m rở ộng sang thị trường m i hay phát tri n s n ph m m i hay cớ ể ả ẩ ớ ả việc d báo và ựđáp ứng các nhu c u vầ ận hành, smart factory đều có thể theo k ịp

Điều c t lõi và quan tr ng nhố ọ ất của m t nhà máy thông minh chính là s ộ ựkết n i M i hoố ọ ạt động di n ra trong nhà máy và xung quanh nó luôn c n s kễ ầ ự ết nối ch t ch v thông tin, dặ ẽ ề ữ liệu (bao gồm c quá trình s n xuả ả ất cơ bản và nguyên v t liậ ệu cơ bản đều c n ph i k t nầ ả ế ối để có nh ng dữ ữ liệu c n thi t giúp ầ ế

đưa ra quyết định kịp thời) Để thực hiện một hệ thống nhà máy thông minh, toàn b máy móc, tài sộ ản đều được lắp đặt c m biả ến thông minh, điều này s ẽgiúp hệ thống có th truy xu t liên t c các dể ấ ụ ữ liệu nhằm đảm b o phả ản ánh đầy

đủ tình trạng hi n tệ ại

Hình 1.2 Nhà máy thông minh s ẽ đem tới hi u qu ệ ả vượt tr i cho quá trình sộ ản

xuất kinh doanh

Khi dữ liệu c a hoủ ạt động sản xuất, kinh doanh t nhà cung c p và khách ừ ấhàng được tích hợp và thống nhất, doanh nghiệp sẽ có được cái nhìn toàn diện bao quát v các quá trình cung ề ứng trước/sau, giúp t o ra mạ ạng lưới cung ứng hiệu quả hơn Và như vậy có thể hiểu, dữ liệu chính là nhiên li u cho nhà máy ệthông minh hoạt động, và chính là cốt lõi đem tới sức mạnh cho h ệ thống này Nhà máy thông minh s cho phép các hoẽ ạt động s n xuả ất, kinh doanh được vận hành v i s can thi p cớ ự ệ ủa ít người nhưng vẫn đảm bảo độ tin c y và chính ậxác cao M i hoọ ạt động, cũng như các luồng công vi c, tài s n, sệ ả ẽ được vận hành tự động và theo dõi sát sao để ối ưu tiêu hao năng lượ t ng l n nh t có th ớ ấ ểđồng thời tăng sản lượng, chất lượng sản phẩm

1.2.3 Ưu điểm c a Smart Factory ủ

Hình 1.3 Ưu điểm của Smart Factory

Tính chủ động là một ưu điểm r t l n c a Smart Factory Trong s n xu t, ấ ớ ủ ả ấviệc ch động k p th i trong quá trình v n hành s giúp doanh nghi p ki m soát ủ ị ờ ậ ẽ ệ ểđược không chỉ chất lượng s n ph m mà còn h n ch tả ẩ ạ ế ối đa rủi ro không đáng

có Ví d : doanh nghi p có thụ ệ ể kiểm soát máy móc, thi t b s n xuế ị ả ất, đồng thời theo dõi và s hóa các hoố ạt động s n xuả ất kinh doanh để ạ t o thành m t hộ ệ thống hiệu quả Người quản lý có thể d a trên các phân tích, d báo của hệ thống để ự ựlên được các phương án xử lý khi phát sinh vấn đề hoặc khó khăn bất chợt Do

đó, một hệ thống chủ động với khả năng đáp ứng và thích nghi các yêu cầu khắt khe c a th ủ ị trường như nhà máy thông minh chính là điểm cộng sáng giá

Khả năng thích ứng, tiến hóa và phát triển nhanh trong suốt quá trình áp dụng V i smart factory, doanh nghi p có thớ ệ ể chủ động phát tri n hể ệ thống sản xuất của mình theo nhu c u cầ ủa thị trường, đồng thời cũng có thể m r ng th ở ộ ịtrường mới nhanh chóng Nhờ s linh ho t này, Smart Factory có khự ạ ả năng dựbáo giúp doanh nghiệp thay đổi công ngh , quy trình m i k p th i và phù hệ ớ ị ờ ợp Kết n i dố ữ liệu ph r ng t m ki m soát t i m i hoủ ộ ầ ể ớ ọ ạt động s n xu t là mả ấ ột trong nh ng s c m nh l n nh t c a Smart Factory Hữ ứ ạ ớ ấ ủ ệ thống nhà máy thông minh có khả năng kết n i toàn b các máy móc, tài s n m t cách nhanh chóng, ố ộ ả ộlinh hoạt, từ đó việc truy xu t k t n i dấ ế ố ữ liệu cũng chặt chẽ hơn, tạo ra cái nhìn

bao quát hơn giúp doanh nghiệp tạo ra được hệ thống cung ng s n xu t kinh ứ ả ấdoanh hi u qu ệ ả hơn

Mạng lưới thu th p dậ ữ liệ ớu l n, v i nhi u công c tớ ề ụ ối ưu để đảm b o doanh ảrằng doanh nghiệp có cơ hội đưa ra được các quyết định chính xác hơn Hơn nữa những dữ liệu được thu thập từ công nghệ luôn gọn gàng và ít bị thất lạc hơn khi thực hi n thủ công nên hoàn toàn có thể đảm b o v tính minh b ch v dệ ả ề ạ ề ữ liệu trong quá trình s n xuả ất kinh doanh Đây chính là căn cứ để người qu n tr có ả ịthể đưa ra quyết định một cách chính xác hơn

Khả năng tối ưu hóa cao chính là một trong những lợi điểm đáng kể của Nhà máy thông minh Hệ thống, mô hình smart factory có thể mang đến cho doanh nghi p nhiệ ều tính năng ưu việt, đáng tin cậy Chính nh v y mà h n ch ờ ậ ạ ế

được s tham gia cự ủa con người vào hệ th ng s n xu t Có thố ả ấ ể khẳng định rằng, những l i ích tợ ừ Smart Factory mang đến không ch n m trong quy trình sỉ ằ ản xuất mà còn tr ợ giúp đắ ực l c cho doanh nghiệp ở những điểm sau:

- Nâng cao năng suất và hiệu quả kinh doanh

- Tăng tính linh hoạt và hoạt động tối ưu

- Tự động hóa nhi u hoề ạt động giúp con người làm việc an toàn

- Nâng cao chất lượng và phòng ng a r i ro k p thừ ủ ị ời

- Tiết ki m và tệ ối ưu chi phí

1.2.4 Quy trình và các bước để trở thành Smart Factory

Để một nhà máy thông thường trở thành một Smart Factory, thường phải đi qua 4 bước như sau:

Bước 1: Những l i ích dợ ễ nhận bi t nh t c a chuyế ấ ủ ển đổ ố đố ới s i v i doanh nghi p thì các doanh nghi p cệ ệ ần xem xét và đặt m c tiêu cho chuyụ ển đổ ối s là mục tiêu hàng đầu và là trọng tâm phát tri n c a toàn b doanh nghiể ủ ộ ệp

Bước 2: Xác định mục tiêu trước mắt và thiết yếu dựa trên nhu cầu chuyển

đổi và xây d ng m t chiự ộ ến lược cụ thể Nh ng mữ ục tiêu đó có thể là: tối ưu hóa quy trình làm vi c n i bệ ộ ộ, tăng doanh số bán hàng, gi m chi phí v n hành, ả ậ … Khi nh ng m c tiêu cữ ụ ụ thể, rõ ràng, chiến lược c a b n s chu n xác và d thành ủ ạ ẽ ẩ ễcông hơn

Bước 3: Chỉ định nhóm nhân s d n d t dự ẫ ắ ự án Đặc bi t, m t trong s h ệ ộ ố ọphải là các chuyên gia có ki n th c sâu s c v doanh nghi p, quy trình v n hành ế ứ ắ ề ệ ậcủa tổ chức và am hi u công nghể ệ s Xây d ng và tri n khai d án Smart ố ự ể ựFactory theo 1 lô trình cụ thể ự d a trên mức độ ầ c n thi t c a hế ủ ệ thống đố ới i vdoanh nghiệp

- Đầu tư vào bảo mật:Để x lý dử ữ liệu một cách đáng tin cậy, việc đảm bảo kết n i an toàn trong các m ng v n hành (OT) và m ng thông tin (CNTT) ố ạ ậ ạ

là điều tối quan trọng Một mạng an toàn làm tăng khả năng truy cập dữ liệu trong khi đảm bảo rằng các công ty cải thiện sự cộng tác, hiệu quả thiết

bị tổng th (OEE) và chể ất lượng s n ph m Các chiả ẩ ến lược b o v tả ệ ổ chức khỏi các vi phạm b o m t yêu cầu hệ thống mã hóa, m t th r t phả ậ ộ ứ ấ ổ biến trong môi trường Đám mây

- Phát tri n k t n i không dây:ể ế ố Để xây d ng mự ột nhà máy được k t nế ối hoạt động hiệu quả hơn và có thể đáp ứng hiệu quả và nhanh chóng các yêu cầu c a khách hàng và nhủ ững thay đổ ủi c a thị trường, kết n i nhà máy là ốđiều c n thiết Việc nh y cảm hóa các quy trình và máy móc s d ng ầ ạ ử ụInternet of Things (IoT) giúp c i thiả ện năng suất, ch ng hẳ ạn như cho phép đưa ra các quyết định trong thời gian thực Khả năng kết nối này cũng giúp làm vi c t xa dệ ừ ễ dàng hơn, đây chính là một ứng d ng quan tr ng cụ ọ ủa Smart Factory

- Đả m b o rằng các bộ phận CNTT và OT h i t v i nhau: ả ộ ụ ớ Theo truyền thống, trong sản xu t công nghi p, các b phận CNTT và OT đã làm việc ấ ệ ộ

độc lập Tuy nhiên, giờ đây, hai thế gi i phải h i tụ tớ ộ để ối ưu hóa cây trồng,

do đó cần phải thực hiện một nghiên cứu đo lường nhu cầu cụ thể của từng loại cây

- Đầu tư vào quản lý dữ liệu trong Smart Factory: K t n i các thi t b ế ố ế ịtrong hệ thống m ng, IoT, Trí tu nhân tạ ệ ạo và Đám mây giúp giám sát và nhận thông tin t h u h t các thi t b trong quá trình s n xu t Vi c kiừ ầ ế ế ị ả ấ ệ ểm soát, lưu trữ và phân tích dữ liệu giúp tăng năng suất, giảm thời gian ng ng ừhoạt động của nhà máy và cải thiện OEE (Hiệu quả thi t b t ng th ) Nó ế ị ổ ểcũng ngụ ý xác định các mô hình tiêu dùng và thay đổi xu hướng, cũng như

tự động kê đơn các giải pháp trong th i gian thờ ực

- Tư duy kỹ kỹ thuật số và kỹ năng mềm: Kỹ năng mềm r t quan trấ ọng đểtạo ra giá tr trong doanh nghiị ệp Suy nghĩ về khả năng giải quyết vấn đề, khả năng giải quyết các vấn đề kỹ thuật ho c tìm ra giặ ải pháp thông qua tư duy sáng t o, bên và chiạ ến lược, ho c thông qua m ng ki n th c, cho phép ặ ạ ế ứxác định thông tin có giá trị trong mạng hữu ích để đáp ứng các mục tiêu kinh doanh

- S d ng công ngh c ng tác ng dử ụ ệ ộ ứ ụng đối v i Smart Factory: ớ S ựchuyển đổ ỹi k thu t s và nh ng sậ ố ữ ự kiện không ch c chắ ắn như sự ện đã kitrải qua sau tác động của đạ ịch đã cho thấi d y rõ rằng chúng ta c n h p tác ầ ợlàm việc, đồng sáng t o các gi i pháp cùng vạ ả ới khách hàng cũng như các nhà cung c p Vi c lấ ệ ựa chọn các đối tác phù h p c n có th i gian ợ ầ ờ

Bước 4: Tiến hành đào tạo nhân viên hoặc thuê nhân viên mới để thích nghi với môi trường làm việc “smart” (thông minh) theo phương án xây dựng h ệSmart Factory đã được xây dựng và tri n khai ể

1.2.5 Những công ngh ệ nào được s d ng trong Smart Factory ử ụ

Để có thể trở thành Smart Factory trong thời đại công nghiệp 4.0 ta cần đầu

tư rất nhiều các trang thiết bị, các hệ thống hỗ trợ và cùng đó là các công nghệ

cơ bản phục vụ cho giám sát và tự động hóa trong Smart Factory Cùng tìm hiểu những công ngh ệ đó dưới đây:

o Cảm bi n k thu t s (digital): ế ỹ ậ ố là c m biả ến mà trong đó chuyển đổ ữi d liệu và truyền d liệu di n ra b ng k thu t s Các c m bi n k thu t s ữ ễ ằ ỹ ậ ố ả ế ỹ ậ ốnày ch y u bao g m ba thành ph n: senor, cáp và máy phát.Trong củ ế ồ ầ ảm biến kỹ thuật số, tín hiệu đo được trực ti p chuyế ển đổi thành tín hiệu s ố

đầu ra bên trong chính c m bi n k thuật số và tín hi u k thuật s này ả ế ỹ ệ ỹ ố

được truyền qua cáp k thuật s 1 s cảm bi n kỹ ố ố ế ỹ thu t sậ ố thường được

sử d ng trong h ụ ệ Smart Factory như:

o Máy nh (Camera):ả là c m bi n (máy nh) hay có th g i là máy ả ế ả ể ọ ảnh công nghi p có nhi m v quay, chệ ệ ụ ụp để thu được hình nh.Tả ừ đó đẩy d ữliệu hình ảnh lên để phần c ng và ph n m m xứ ầ ề ử lí, phân tích, đo lường các đặc điểm khác nhau để ra quyết định sử dụng thuật toán phần cứng

và ph n mầ ềm để ự độ t ng hóa các nhi m vệ ụ kiểm tra tr c quan tự ừ đơn

giản đến phức tạp và hướng dẫn trực tiếp thiết bị xử lí trong quá trình lắp ráp s n ph m trong h ả ẩ ệ thống

Hình 1.4 C m bi n (camera) trong 1 h ả ế ệ thống Machine vision cơ bản

Như vậy, cảm biến trên các thiết bị và máy móc được sử dụng ở các giai

đoạn c thể c a quy trình sụ ủ ản xuất để thu th p dậ ữ liệu, đồng th i giám sát các ờquy trình c a các hủ ệ thống tự động hóa trong công nghi p cệ Ở ấp độ ự động tcao, c m biả ến đóng 1 vai trò quan trọng c a hủ ệ thống trong vi c phát hi n và ệ ệphát ti n hiế ệu để ệ thố h ng tự động kh c ph c s cắ ụ ự ố hoặc c nh báo cho nhân viên ảđồng thời các cảm biến này có th được liên k t v i m ng hoể ế ớ ạ ặc cơ sở ữ liệ d u của nhà máy để cung cấp kh ả năng giám sát kết hợp trên m t s máy ộ ố

Hình 1.5 C m bi n trên máy móc, thi t b có vai trò thu th p d ả ế ế ị ậ ữ liệu để giám sát

quy trình và h ỗ trợ xác nhận thông tin trên thi t b máy móc ế ị

• Cloud Computing

Cloud Computing có vai trò lưu trữ và xử lý các dữ liệu thu thập được từ cảm biến Điều này giúp tối ưu chi phí và linh hoạt hơn so với việc lưu trữtruy n thề ống Cloud Computing cho phép người dùng tải lên, lưu trữ và đánh giá

dữ liệu, sau đó cung cấp phản hồi theo thời gian thực Để thực hiện được các

nhi m vệ ụ và vai trò đó, hệ thống Cloud Computing mang trong mình những thành ph n quan tr ng c u t o trong h ầ ọ ấ ạ ệ thống như:

Hình 1.6 Cloud Computing có vai trò lưu trữ và xử lý các dữ liệu thu thập được

từ c m bi n ả ế

o Web Server: là máy chủ cài đặt các chương trình phục vụ các ứng dụng web Webserver có khả năng tiếp nh n request t các trình duy t web và ậ ừ ệgửi ph n hả ồi đến client thông qua giao th c HTTP ho c các giao thứ ặ ức khác Web server là nơi lưu trữ các file thành phần tạo nên một website (ví d : HTML, images, CSS, và file javacript ) và truy n chúng cho các ụ ềBrowser

o Applications Server: là 1 ph n m m n m trong cung cầ ề ằ ấp ứng dụng phần m m dành cho nh ng thi t bề ữ ế ị hoặc máy tr m N u s d ng qua ạ ế ử ụ

m ng Internet thì s là giao th c HTML.Hi u mạ ẽ ứ ể ột cách đơn giản hơn thì Application Server chính là 1 khuôn khổ phần mềm được dùng vào việc cung c p mấ ột môi trường cho các ng d ng hoứ ụ ạt động cho dù chúng là gì

đi chăng nữa

o Database Server: là m t kho dộ ữ liệu dùng để lưu trữ website, các d ữliệu và thông tin M t database server là một máy tính mạng LAN dành ộriêng cho lưu trữ, duy trì và khôi phục cơ sở dữ liệu Database server bao gồm hệ thống qu n trả ị cơ sở ữ liệu Database Management System d(DBMS) và cơ sở dữ liệu Một database server có thể được xác định như

m t máy ch chuyên d ng cung c p các d ch vộ ủ ụ ấ ị ụ database và cũng có thểnhư một máy chủ chạy ph n mềm d ầ ữ liệu

o Storage Server: là Server được sử dụng để lưu trữ, bảo mật, quản lý, truy c p các t p, dậ ệ ữ liệu và cho phép vi c truy c p vào mệ ậ ột lượng dữ liệu

từ nhỏ n l n thông qua m t shared network ho c m ng internet đế ớ ộ ặ ạ

o Mobile Server: là m t m ng vô tuy n bao g m m t sộ ạ ế ồ ộ ố lượng các t bào ế

vô tuyến, được ph c v b i m t máy phát cụ ụ ở ộ ố định, được g i là các trọ ạm gốc Các tế bào này được dùng để phủ các vùng khác nhau v i mớ ục đích cung c p vùng ph sóng trên m t di n rấ ủ ộ ệ ộng hơn gấp r t nhi u l n so vấ ề ầ ới

m t t bào M ng các t bào vộ ế ạ ế ốn dĩ không đố ứi x ng v i m t t p h p các ớ ộ ậ ợtrạm thu phát vô tuy n chính cế ố định, m i tr m ph c v m t t bào và ỗ ạ ụ ụ ộ ế

m t t p các tr m thu phát phân tán cung c p d ch v ộ ậ ạ ấ ị ụ cho người sử dụng

• Big Data Analytics

Với công nghệ phân tích lượng l n dớ ữ liệu, chúng ta có nh ng thông tin v ữ ềhiệu su t của quy trình sản xuất Cho phép phát hiện các lỗi và th c hi n d ấ ự ệ ựđoán với tính chính xác cao Dữ liệu này có thể được chia sẻ giữa các nhà máy khác nhau ho c các tặ ổ chức khác nhau để tìm ra vấn đề chung từ đó tối ưu hoá quy trình

Hình 1.7 V i công ớ nghệ phân tích lượng l n d ớ ữ liệu giúp ta n ắm được thông tin

về hiệu qu c a quy trình s n xu t ả ủ ả ấ

• Virtual and Augmented Reality

Công nghệ thự ế ảc t o có th d a trên dể ự ữ liệu th c tự ế sau đó mô phỏng, xây dựng l i các thông tin sạ ố và có th xem qua thi t b thông minh Công ngh này ể ế ị ệgiúp nhân viên nhà máy có th ể thực hi n các nhi m v s n xu t, bệ ệ ụ ả ấ ảo dưỡng và t ổchức s n phẩm ả

Hình 1.8 Công ngh ệ thự ế ảc t o có th d a trên d u th c t ể ự ữ liệ ự ế sau đó mô phỏng

xây d ng l i các thông tin s ự ạ ố

• Digital Twins

B n sao sả ố được s dử ụng để đại di n cho m t quy trình hoệ ộ ặc đối tượng vật

lý và mô ph ng hi u su t trong thỏ ệ ấ ế giới thực Điều này có th giúp cho quá trình ểnghiên c u và c i ti n hi u quứ ả ế ệ ả, hỗ trợ việc điều khi n và l p k ể ậ ế hoạch v n hành ậ

Hình 1.9 B n sao s ả ố được s dử ụng để đại di n cho m t quy trình ho ệ ộ ặc đối tượng

vật lý và mô phỏng hiệu su t trong th ấ ế giới th c ự

1.2.6 Nhu c u v h Smart Factory hi n nay ầ ề ệ ệ

Với những ưu điểm rõ r t c a Nhà máy thông minh k trên, chúng ta không ệ ủ ểthể phủ nhận t m quan tr ng c a hầ ọ ủ ệ thống này trong con đường phát triển của những doanh nghi p s n xu t Nhu cệ ả ấ ầu để thực hi n mô hình nhà máy thông ệminh ngày càng thi t yế ếu và được coi tr ng trong các nhà may, các nhà máy cọ ần

có t m nhìn chiầ ến lược rõ ràng về việc chuyển đổi số, đồng th i l a chờ ự ọn

phương án thực hiện hướng tới mục đích phù hợp với từng loại hình nhà máy như:

• Nhà máy s n xu t chả ấ ế bi n: ế Các công ty s n xu t chả ấ ế biến hi n nay dệ ần quan tâm t i vi c tớ ệ ối ưu chi phí trong việc nh p ki m tra chậ ể ất lượng sản phẩm đầu vào và ra, do đó việc sử dụng các camera, cảm biến hay xa hơn

là AI để phục vụ cho việc kiểm tra và vận hành máy móc đang dần được các nhà máy ti n hành áp d ng Bên cế ụ ạch đó, kết h p vợ ới cơ sở ữ liệ d u của nhà máy và cloud giúp các nhà v n hành có thậ ể kiểm soát và đưa ra những quyết định chính xác

• Nhà máy d u khí:ầ Bên cạnh đầu tư, ứng d ng các khoa h c k thu t trong ụ ọ ỹ ậthăm dò, chế biến dầu khí, các nhà máy mạnh mẽ trong đầu tư cho chuyển

đổi số s n xu t nhằm tả ấ ối ưu hóa lợi nhuận đầu tư, cắt giảm các thủ tục hành chính, gia tăng hiệu quả công việc các nhà máy dần tích hợp đầy đủ dữ liệu địa chất - địa v t lý, phát triển các công c ậ ụ phân tích đặc bi t, ng dệ ứ ụng trí tu nhân t o, h c máy, tệ ạ ọ ối ưu vị trí, đối tượng khoan thăm dò, nhằm giảm thiểu r i ro Trong phát tri n mỏ, trung tâm d liệu của nhà máy này ủ ể ữtạo n n t ng tích h p dề ả ợ ữ liệu toàn b t các nhà th u, dể ừ ầ ự án, nhà điều hành

và ti n hành phân tích, tế ối ưu hóa cho từng chiến dịch khoan

• Nhà máy công nghi p nệ ặng và cơ khí chế tạo: các nhà máy dần hướng

tới s k t h p c a công nghự ế ợ ủ ệ trong các lĩnh vực v t lý, công ngh s và ậ ệ ốsinh h c, t o ra nh ng khọ ạ ữ ả năng sản xu t hoàn toàn mấ ới và có tác động sâu sắc đến đời sống kinh tế, chính trị, xã hội Có thể khái quát bốn đặc trưng chính c a Cách m ng công nghi p l n thủ ạ ệ ầ ứ tư: Một là, d a trên n n t ng cự ề ả ủa

sự k t h p công ngh c m bi n m i, phân tích dế ợ ệ ả ế ớ ữ liệu lớn, điện toán đám mây và k t n i internet v n v t sế ố ạ ậ ẽ thúc đẩy s phát tri n c a máy móc t ự ể ủ ự

động hóa và hệ th ng s n xuất thông minh ố ả Hai là, s d ng công ngh in ử ụ ệ3D để sản xuất sản phẩm một cách hoàn chỉnh nhờ nhất thể hóa các dây chuy n s n xu t không phề ả ấ ải qua giai đoạ ắn l p ráp các thi t b ế ị phụ trợ - công nghệ này cũng cho phép con người có th in ra s n ph m m i bể ả ẩ ớ ằng những phương pháp phi truyền thống, bỏ qua các khâu trung gian và giảm chi phí sản xu t nhi u nh t có thấ ề ấ ể Ba là, công ngh nano và v t li u m i t o ra các ệ ậ ệ ớ ạcấu trúc v t liậ ệu mới ứng d ng r ng rãi trong hụ ộ ầu hết các lĩnh vự B nc ố là, trí tu nhân tệ ạo và điều khi n hể ọc cho phép con người ki m soát t xa, ể ừkhông gi i h n v không gian, thớ ạ ề ời gian, tương tác nhanh hơn và chính xác hơn

Với tâm thế đón đầu và s chu n b t t, các nhà máy s t n dự ẩ ị ố ẽ ậ ụng được những cơ hội từ việc chuyển đổ ố nhà máy (SmartFactory) mang l i, xây di s ạ ựng

đội ngũ nhân lực ngày càng lớn mạnh v sề ố lượng và nâng cao về chất lượng, chính những nhà máy đó là lực lượng chủ lực đóng góp vào sự nghiệp công nghi p hóa, hiệ ện đại hóa đất nước, hoàn thành t t s m nh cố ứ ệ ủa mình, đồng thời góp ph n nâng cao vầ ị thế ủ c a tự động hóa đố ới v i công nghi p nói riêng và xã ệhội nói chung

1.3 Xây dựng phương án của hệ thống Smart Factory cho c m phân loụ ại

và lưu kho của nhà máy

Trong các nhà máy s n su t hi n nay có các hả ấ ệ ệ thống phân loại và lưu kho nhưng vẫn hoạt động theo cách truyền thống Mô hình trong đồ án mô phỏng theo c m phân lo i và ụ ạ lưu kho nhưng được c i tiả ến để có th truy xu t và giám ể ấsát d u v n hành 1 cách linh hoữ liệ ậ ạt

Hình 1.10 Mô hình 3D h ệ thống phân loại và lưu kho

Hệ thống gồm các cơ cấu:

1 Camera để nhận diện s n phả ẩm đầu vào

2 Cơ cấu cánh tay robot để gắp sản phẩm

3 Cơ cấu xylanh để phân loại sản ph m ẩ

S n ph m s có gả ẩ ẽ ắn mã định danh được đưa vào đầu của băng tải thứ nhất

để camera nh n d ng Sau khi nh n d ng sậ ạ ậ ạ ẽ đưa dữ liệu v bề ộ điều khi n, sể ản

phẩm sẽ được phân loại vào khay tương ứng Cánh tay robot thứ nhất sẽ g p s n ắ ảphẩm đưa sang băng tải thứ hai để đưa sản phẩm đi lưu kho

Hình 1.11 Sơ đồ ủa phân đoạn phân lo i s n ph m c ạ ả ẩ

Kho hàng s có 2 ch ẽ ế độ nhập hàng và xuất hàng

• Chế độ nhập hàng: sau khi nh n diậ ện được mã s n ph m t camera phân ả ẩ ừ ở

đoạn phân loại trước đó, hệ thống sẽ tự động tìm vị trí ô kho còn tr ng (là ố

vị trí ô hàng nh ỏ nhấ ừt t 1-18 và không trùng v i v ớ ị trí đã có sản phẩm), sau

đó hệ thống sẽ khớp mã sản phẩm vào vị trí chứa để lưu lại phục vụ khi xuất hàng, đồng thời cơ cấu cánh tay robot sẽ lấy sản phẩm trên băng tải đưa đến vị trí ô hàng phù hợp Sau đó cánh tay robot sẽ trở ề ị v v trí ban đầu

• Chế độ xuất hàng: người vận hành sẽ nhập mã sản phẩm, hệ thống sẽ t ự

động tìm vị trí ô hàng đang chứa s n phả ẩm tương ứng với mã Sau đó cánh tay robot s di chuyẽ ển đến vị trí đó lấy hàng và đưa về ị trí ban đầ v u trên băng tải

Hình 1.12 Sơ đồ ủa phân đoạn phân lưu kho c

Hình 1.13 Hình nh s ả ố thứ ự ô ưu tiên nhập hàng của kho t

Chương II: Xây dựng cơ sở dữ liệu và phương án

Cơ sở dữ liệu mở thường được sử dụng để lưu trữ thông tin về khách hàng(ph c v các bi n pháp maketing), s n phụ ụ ệ ả ẩm, đơn đặt hàng,…Nó được cập

nhật theo th i gian, sờ ự ện, hoki ạt động sản xuất kinh doanh, phương án thực hiện,…Cơ sở dữ liệu mở sẽ có lượng dữ liệu ngày càng tăng lên vì vậy đòi hỏi phần cứng lưu trữ cơ sở ữ liệu cũng phải đáp ứng đượ d c nhu cầu cho lượng d ữliệu tăng theo một đơn vị thời gian nhất định

Phạm vi s d ng cử ụ ủa cơ sở ữ liệ d u m r t r ng, g m nhiở ấ ộ ồ ều lĩnh vực khác nhau:

• Kinh doanh: CSDL mở được s dử ụng để lưu trữ và chia s dẻ ữ liệu th ịtrường, d li u khách hàng, d li u bán hàng, CSDL mở giúp các doanh ữ ệ ữ ệnghi p d dàng phân tích dệ ễ ữ liệu, đưa ra quyết định kinh doanh hi u qu ệ ảhơn

• Xã hội: CSDL mở được s dử ụng để lưu trữ và chia s dẻ ữ liệu văn hóa, dữ

liệu lịch s , d ệu môi trườử ữli ng, CSDL mở giúp mọi người dễ dàng truy cập và tìm hi u thông tin vể ề xã hội, thúc đẩy sự hiểu biết và gắn kết c ng ộđồng

• Khoa học: CSDL mở được s dử ụng để lưu trữ ữ liệ d u nghiên c u, dứ ữ liệu thí nghi m, dệ ữ liệu bản đồ, dữ liệu khí tượng, CSDL m giúp các nhà ởkhoa h c d dàng truy c p và s d ng dọ ễ ậ ử ụ ữ liệu, thúc đẩy h p tác nghiên cợ ứu

và phát tri n khoa hể ọc

• S n xu tả ấ : CSDL mở được dùng để lưu trữ ữ liệ d u v thông tin s n phề ả ẩm được s n xu t trong nhà máy, xí nghi p ph c v cho vi c th ng kê sả ấ ệ ụ ụ ệ ố ản lượng, năng suất

Vai trò của CSDL mở nhằm thúc đẩy đổi mới sáng tạo, cung c p nguấ ồn

dữ liệu phong phú, đa dạng cho các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp, để phát tri n các s n ph m, d ch v mể ả ẩ ị ụ ới Điều này góp phần thúc đẩy đổi m i sáng tớ ạo

và phát tri n kinh t - xã h i ể ế ộ

Trong lĩnh vực sản xuất và các nhà máy, việc tạo cơ sở dữ liệu mở nhằm tạo ra ngu n dồ ữ liệu l n (Big Data) ph c vớ ụ ụ việc phân tích dữ liệu để chuẩn đoán lỗi và đưa ra dự đoán với tính chính xác cao Ngoài ra còn có th l y d ể ấ ữliệu này để dùng cho việc mô phỏng xây dựng l i ạ các thông tin ố s (Virtual and Augmented Reality) và ạ ra ả t o b n sao số được s dử ụng để đạ diệi n cho m t quy ộtrình hoặ đố tượng ậc i v t lý, mô phỏng hiệu suất trong thế giớ thực(i Digital Twins)…

Cơ sở dữ liệu mở đư c chia sẻợ ho c không tùy thuộc vào quy mô, tính chất ặtrong từng lĩnh vực có cần đảm bảo tính b n quy n, bả ề ảo m t hay không ậ

Việc c p nh t dậ ậ ữ liệu của cơ sở ữ liệ d u m có thở ể đượ ấ ừc l y t nhi u nguề ồn khác nhau: c p nh t t giao diậ ậ ừ ện người dùng, c p nh t theo th i gian th c thông ậ ậ ờ ựqua ph n m m thu th p d ầ ề ậ ữ liệu,…

2.1.2 Xây dựng cơ cở ữ liệ d u m cho h ở ệ thống phân loại và lưu kho

Hệ thống phân loại và lưu kho gồm 2 cơ sở dữ liệu chính bao g m: ồ

• Cơ sở dữ liệu v s n phề ả ẩm đầu vào c n phân lo ầ ại

• Cơ sở dữ liệu về thông số vận hành( cảm biến, thời gian,…) và cơ sở dữ liệu về điện năng của hệ thống

Cơ sở dữ liệu mở đư c xây dựng cho phần sản phợ ẩm đầu vào cần phân loại

và điện năng được em viết bằng phần mềm SQL Server 2014 Management Studio

Thu t toán tậ ạo cơ sở dữ liệu:

Hình 2.1 Thu t toán tậ ạo cơ sở ữ liệu m i d ớ

Vi c t o bệ ạ ảng lưu cở sở dữ liệu được thực hiện như sau:

Hình 2.2 Lưu đồ tạo bảng mới để lưu cơ sở dữ liệu

Vào ph n mầ ềm SQL Server 2014 Management Studio, cửa số Connect

to Server hiện ra em quan tâm đến mục Server name: UO2968G\WINCC (đây là tên máy chủ để lưu cơ sở dữ liệu, em để mặc định)

DESKTOP-→ sau đó ấn Connect

Khi t o xong trong mạ , ục Database ẽ xuấ s t hiện cơ sở ữ liệ d u m i tên ớDATN_XLA Em kích ch n vào biọ ểu tượng “+” bên phải DATN_XLA sau đó chọn New chọn Table để t o b ng mạ ả ới

Em t o b ng v i các các c t, ki u dạ ả ớ ộ ể ữ liệu như sau: cột thứ nhất là cột MaSanPham v i ki u dớ ể ữ liệu là INT Đây là cột để lưu trữ mã của sản phẩm,

m i s n ph m sỗ ả ẩ ẽ có mã định danh khác nhau v y nên c t này sậ ộ ẽ được đặt làm khóa chính (chu t ph i vào dòng MaSanPham và chộ ả ọn Set Primary Key) Cột thứ hai là cột LoaiSanPham vói ki u dể ữ liệu là Nvarchar Đây là cột để lưu trữloại s n phẩm ph c vụ cho vi c phân lo i Các s n phẩm em chia làm 3 lo i ả ụ ệ ạ ả ạ

chính để phân loại: Loại A, Lo i B, Lo i C ạ ạ Cột tiếp theo là NgayNhap ới vkiểu d liệu là DateTime dùng để lưu ngày sản phẩm nhập kho Cuối cùng là ữcột NgayXuat v i kiớ ểu dữ liệu là DateTime dùng để lưu ngày sản phẩm xuất kho Sau khi cài đặt xong các thông số em lưu và đặt tên bảng là dbo.ThongTinSanPham

Giao di n bệ ảng cơ sở dữ liệu:

2.2 Xây d ng ự phương án nhận dạng s n ph m ả ẩ

Hiện nay vi c s d ng mã vệ ử ụ ạch để mã hóa định danh cho s n phả ẩm đang

được s d ng mử ụ ột cách ph biếổ n trong nhiều lĩnh vực: quản lý bán hàng, qu n ả

lý kho bãi, v n chuyậ ển,… Lý do nó được s d ng m t cách phử ụ ộ ổ biến b i vì: ở nó

đị nh danh sản ph m một cách duy nhất, tăng cườ ẩ ng khả năng truy xuất ngu n gồ ốc, tăng cườ ng hiệu quả ho ạt động,…

Hình 2.4 S n phả ẩm được g n mã vắ ạch để đị nh danh

Sau khi tìm hi u và phân tích vể ề ưu điểm cũng như nhược điểm c a t ng ủ ừloại mã vạch Em l a ch n mã ự ọ QR để làm mã định danh cho s n ph m b i các lý ả ẩ ở

do sau:

1 Khả năng lưu trữ dữ liệu lớn: Mã v ch QR có th ạ ể lưu trữ lên đến 4.296

ký tự, gấp hàng ngàn l n so v i mã vầ ớ ạch 1D Điều này cho phép mã v ch ạ

QR ch a nhiứ ều thông tin hơn, chẳng hạn như URL, địa ch email, s ỉ ố điện thoại,…

2 Tính linh hoạt: Mã v ch QR có thạ ể chứa nhi u lo i dề ạ ữ liệu khác nhau, bao gồm văn bản, s , hình ố ảnh và âm thanh Điều này cho phép mã v ch ạ

QR được sử dụng trong nhiều ứng d ng khác nhauụ

3 Dễ dàng quét: Mã vạch QR có thể được quét bằng điện thoại thông

minh hoặc máy quét chuyên dụng Điều này cho phép người dùng dễ dàng truy cập thông tin được lưu trữ trong mã vạch QR

4 Độ tin cậy cao: Mã vạch QR có thể chịu được hư hỏng hoặc biến dạng

nhẹ mà vẫn có thể quét được Điều này giúp đảm bảo rằng thông tin được lưu trữ trong mã vạch QR luôn có thể truy cập được

Sản phẩm đã được gắn mã QR sẽ được nhận dạng thông qua máy quét mã vạch hoặc camera công nghiệp

• Máy quét mã vạch: phạm vi quét ngắn, yêu cầu căn chỉnh mã QR, đòi hỏi ánh sáng tốt, giá thành rẻ Tuy nhiên khả năng tự động hóa sẽ thấp nên thường được dùng trong các ng d ng bán l , kinh doanh ứ ụ ẻ

• Camera công nghi p: ph m vi quét r ng, không yêu cệ ạ ộ ầu căn chỉnh v trí cị ủa

mã QR, có thể hoạt động trong điều ki n ánh sáng ph c tệ ứ ạp, thường được

sử d ng trong các ng d ng truy xu t ngu n g c, tụ ứ ụ ấ ồ ố ự động hóa nhà máy vì vậy kh ả năng tự động hóa cao hơn Tuy nhiên giá thành sẽ cao

Vì vi c nh n d ng s n ph m c n khệ ậ ạ ả ẩ ầ ả năng tự động hóa cao nên em lựa chọn camera công nghiệp để nhận d ng sạ ản ph m có g n mã QR ẩ ắ

2.3 Xây dựng phương án truyền thông giữa cơ sở dữ liệu và hệ th ống điều

khiển

Việc truy n thông giề ữa cơ sở ữ liệ d u và hệ thống điều khi n cho hể ệ thống

em s d ng thông qua giao di n giám sát và quử ụ ệ ản lý, được xây d ng b ng ự ằWindows Form Application viết b ng ngôn ngằ ữ C# trong môi trường Visual Studio 2022 Việc th c hi n truy n thông k t nự ệ ề ế ối được thể hiện như sơ đồ hình sau:

Hình 2.5 Sơ đồ truyền thông giữa bộ điều khiển với cơ sở dữ liệu

Hệ thống điều khiển bao gồm 3 bộ PLC của 3 hãng: Mitsubishi( FX-3G), Siemens(s7-200), Omron(CP1E) được truy n thông v i nhau thông qua ề ớBox2base c a hãng ủ Beijer với PLC Mitsubishi( FX-3G) làm tr m chạ ủ để giao tiếp với cơ sở ữ liệ d u

Sau khi hoàn tất cài đặt MX Compoment trên thanh công c tìm ki m cụ ế ủa

máy tính, tìm kiếm“Communication Settings Utility” và ch y v i quy n quạ ớ ề ản trị viên Giao diện ph n m m sau khi kh i chầ ề ở ạy như sau:

Em tiến hành thi t l p cho ế ậ Logical station cũng như cài đặt các thông s ố

về PC I/F và CPU type phù h p v i ph n cợ ớ ầ ứng đang sử dụng

Tiếp đó em vào phần mềm Visual Studio 2022 tạo 1 project m i vớ ới

templates Windows Form App (.NET Framework) đặt tên là “DATN_XLA”

Sau khi tạo được project m i, ớ em chu t ph i vào ộ ả DATN_XLA trong mục Solution Explorer chọn Add Reference→

Trong c a sử ổ Reference Manager DATN_XLA – click chọn COM sau đó tìm kiếm MITSUBISHI ActUtlType Controls→ tích chọn vào ô vuông trước mục MITSUBISHI ActUtlType Controls Ver 1.0 sau đó ấn OK hoàn tđể ất.

Như vậy sau khi hoàn tất việc thêm MITSUBISHI ActUtlType Controlsvào project DATN_XLA, bây gi em có th s dờ ể ử ụng các phương thức và thuộc tính của nó để khở ại t o k t n i v i PLC ph c v cho viế ố ớ ụ ụ ệc đọc dữ liệu t PLC ừhoặc ghi d u vào PLC ữ liệ

2.3.2 K t n i gi a SQL Server v i Visual Studio 2022.ế ố ữ ớ

Em vào project DATN_XLA trong ph n mầ ềm Visual Studio 2022 vừa tạo

ở mục 2.3.1 Trong c a sổ giao di n của project ử ệ DATN_XLA trên thanh công ở

cụ em chọn Tools→ click chọn Connect to Database

C a s Add Connection xu t hi n, t i mử ổ ấ ệ ạ ục Server name em chọn máy ch ủDESKTOP-UO2968G\WINCC, trong mục Connect to a database, chọn Select or enter a database name và chọn cơ sở ữ liệu d DATN_XLA (đã tạo ở

mục 2.1.2) Sau đó ấn Test Connection để kiểm tra k t n i N u thành công s ế ố ế ẽ

có thông báo Test connection succeeded ta ch→ ọn OK hoàn t để ất

2.3.3 Giao di n qu n lý giám sát kho ệ ả

Sau khi hoàn thành việc “K t nế ối gi a SQL Server v i Visual Studio ữ ớ 2022” và Kết nối giữa “PLC FX-3G với Visual Studio 2022” em tiến hành xây dựng giao di n giám sát và qu n lý b ng các Toolbox cệ ả ằ ủa Visual Studio 2022 :Button, Textbox, Label,…