Cuối năm 2020, Mercedes-Benz (Tập đồn Daimler) chính thức mở cửa Nhà máy 56 (Factory 56) trị giá 730 triệu USD, kết nối hồn tồn bằng 5G. Nhà máy được coi là hình mẫu của cách mạng cơng nghiệp 4.0, thiết lập các tiêu chuẩn mới về số hĩa, tự động hĩa và hiệu quả trong quản lý khí thải bảo vệ mơi trường. Tập đồn Ericsson, đối tác cung cấp hạ tầng mạng 5G cho nhà máy, khẳng định các doanh nghiệp với chi phí thấp hơn vẫn cĩ thể ứng dụng 5G kết hợp với robot để xây dựng các nhà máy thơng minh.
Hình 2-36: Nhà máy 56 của Mercedes-Benz tại Stuttgart, Đức
Nhà máy 56 mất hai năm rưỡi xây dựng, diện tích 220.000 mét vuơng, đặt ở trụ sở chính của Mercedes-Benz tại Đức. Đây là nhà máy sản xuất ơ tơ đầu tiên trên thế giới áp dụng 5G ở thời điểm khởi cơng, với sự tham gia của nhà mạng Telefĩnica (Đức) và Ericsson.
Nhờ số hố tồn bộ, nhà máy tăng hiệu suất lên 25% so với dây chuyền lắp ráp dịng xe S-Class cũ tại địa điểm này, đồng thời đạt được mức khơng khí thải carbon. Nhà máy cũng chỉ cần mất vài ngày để chuyển đổi dây chuyền sản xuất giữa các dịng xe khác nhau: xe thơng dụng, xe lai (hybrid) hoặc xe điện.
Nhà máy sử dụng mạng 5G riêng, mạng WLAN, cơng nghệ phân tích dựa trên trí tuệ nhân tạo, cùng hệ sinh thái kỹ thuật số do chính Mercedes-Benz phát triển. Hơn 400 phương tiện dẫn đường tự động (AGV) hoạt động tại nhà máy, được kết nối bằng 5G. Kính VR, AR kết nối 5G phục vụ cho sản xuất cũng được đưa vào sử dụng.
Nhà máy 56 được xem như bản thiết kế mẫu để Mercedes-Benz áp dụng vào các nhà máy sản xuất của hãng trên tồn thế giới trong thời gian tới. Telefĩnica với tư cách là đối tác dự án và Ericsson là nhà cung cấp mạng đã xây dựng hạ tầng 5G cho nhà máy của hãng xe Đức.
Ericsson giúp sắp xếp tối ưu các ăng-ten 5G trong nhà, đảm bảo vùng phủ sĩng vơ tuyến di động khơng bị gián đoạn trên diện tích khoảng 20.000 mét vuơng của nhà máy. Tất cả dữ liệu được xử lý trên các máy chủ nhỏ gọn và được xử lý tập trung tại chỗ. Bằng cách này, dữ liệu và thơng tin vẫn do Mercedes-Benz quản lý, tránh được nỗi lo chia sẻ dữ liệu.
Hình 2-37: Robot tự động vận hành bên trong Nhà máy 56
Về tổng thể, cĩ 5 quy trình dưới đây cĩ thể tận dụng 5G và rơ bốt để trở thành nhà máy thơng minh:
- Phân phối đầu vào: Khi vật liệu được đưa đến nhà máy, một robot di động sẽ tự động thu gom, rồi di chuyển vật liệu qua khu vực sản xuất. Sau đĩ, robot mang vật liệu đến máy dập theo lộ trình được tính tốn sao cho hiệu quả nhất. Máy dập này cĩ chứa các cảm biến được kết nối khơng dây với tồn bộ nhà máy bằng mạng riêng, do đĩ dễ dàng phát hiện ra các vấn đề gặp phải và phát ra tiếng cảnh báo nếu cần bảo trì. Sau khi sản phẩm xử lý xong, các robot di động sẽ đến lấy và chuyển sang các dây chuyền khác.
- Chia sẻ thơng tin: Khơng phải khu vực nào cũng sử dụng hồn tồn bằng robot, cĩ những nơi kết hợp giữa con người và máymĩc. Chẳng hạn một số robot chịu trách nhiệm khoan và lắp ráp trong khi những robot khác kiểm tra chất lượng, chúng sẽ thơng báo cho con người bất cứ khi nào một thành phần cụ thể khơng đạt yêu cầu.
- Giám sát chất lượng: Khi một sản phẩm đã sẵn sàng để lắp ráp, robot sẽ chuyển nĩ đến đến khu vực các kỹ sư kiểm tra chất lượng. Những người này sẽ sử dụng kính thực tế ảo tăng cường để đối chiếu, kiểm tra sản phẩm cĩ đạt yêu cầu hay khơng.
- Mơ phỏng tối ưu hĩa: Các cảm biến gắn trên nhiều bộ phận của dây chuyền sản xuất giúp hệ thống máy tính xây dựng một bản sao số (digital twin), tạo thành một nhà máy ảo. Nhà máy ảo sẽ hoạt động song song với nhà máy thực, phân tích quy trình hoạt động để phục vụ cho việc tối ưu hố về sau.
- Tự động phát hiện lỗi thiết bị và cảnh báo bảo trì hệ thống: Việc bảo trì, bảo dưỡng thiết bị sản xuất là khâu quan trọng giúp ổn định năng suất và chất lượng sản phẩm của nhà máy. Với dây chuyền sản xuất cĩ rất nhiều thiết bị liên thơng và khắc khe về tiêu chuẩn kỹ thuật thì việc tự động hĩa trong giám sát giúp phát hiện sớm các lỗi trong dây chuyền sản xuất của nhà máy sản xuất ơ tơ là hạng mục được quan tâm hàng đầu.
Nhà máy kỹ thuật số (digital factory) nĩi riêng và nền cơng nghiệp 4.0 nĩi chung đã đem lại hiệu quả cao trong sản xuất, thể hiện ở các mặt:
- Giảm thiểu sai sĩt trong quá trình sản xuất: Việc sử dụng robot hoạt động vơ cùng chính xác theo những gì được lập trình giúp sản xuất hàng loạt những sản phẩm cĩ chất lượng đồng đều và chính xác. Ví dụ như, nếu quy định độ dài sản phẩm là 10cm thì máy mĩc sẽ cắt gọt vừa đủ 10cm, khơng dư cũng khơng thiếu một li nào. Tính chính xác của máy mĩc cũng giúp nhà sản xuất kiểm sốt mọi chi tiết của sản phẩm. Bạn sẽ khơng sợ một cơng nhân nào đĩ sơ ý làm sản phẩm thiếu hụt hoặc dư thừa các chi tiết, tạo ra những sản phẩm sai lỗi và khơng thể sử dụng được. Khơng dừng lại ở đĩ, nhà sản xuất cĩ thể dễ dàng điều chỉnh chi tiết sản phẩm cho phù hợp với nhu cầu của từng khách hàng chỉ với vài thao tác thiết lập đơn giản.
- Tối ưu hĩa vận hành nhà máy: Một ứng dụng khác của cơng nghiệp 4.0 cũng đem lại nhiều hiệu quả cho vận hành doanh nghiệp sản xuất là AI (Artifical Intelligence - trí thơng minh nhân tạo). AI cĩ khả năng phản ứng, xử lý thơng tin rất nhanh chĩng. Nếu lỗi xảy ra trong dây chuyền sản xuất được phát hiện sớm thì các phương án sửa chửa, thay thế sẽ ngay lập tức được kích hoạt. Trong trường hợp sự cố nghiêm trọng, hệ thống thơng minh cĩ thể phát ra cảnh báo để ngay lập tức dừng cả hệ thống, đảm bảo ít tổn thất và sai sĩt nhất cĩ thể. Khơng những vậy, thơng qua cơng nghệ máy học (machine learning), AI cĩ thể quan sát và học tập cách làm việc và xử lý vấn đề của con người, từ đĩ nâng cao hiệu quả của hệ thống sản xuất.
- Cải thiện khả năng quản lý: Với các cơng ty, doanh nghiệp, họ cĩ thể ứng dụng các cơng nghệ số hiện đại để cải thiện hiệu suất làm việc và quản lý. Ví như việc liên lạc giữa các phịng ban với nhau khi xưa chỉ bằng cách nĩi chuyện trực tiếp hoặc điện đàm, thì ngày nay cĩ thể thơng qua các phần mềm chat nhĩm. Hoặc cĩ thể sử dụng các cơng nghệ quản lý khác đểthúc đẩy hiệu suất làm việc của nhân viên.
- Giảm chi phí, tăng lợi nhuận: Khi thay thế nguồn lực con người bằng máy mĩc và cơng nghệ, về lâu dài, nhà sản xuất cĩ thể giảm được nhiều chi phí vận hành, cũng như làm giảm giá thành sản phẩm. Một robot cĩ thể làm được khối lượng cơng việc của nhiều người cộng lại và làm việc với cơng suất cao. Máy mĩc hiển nhiên cĩ sức bền cao hơn con người. Các robot và máy tính cĩ thể hoạt động hàng giờ liên tục khơng ngừng nghỉ, cĩ thể làm việc trong lúc con người đi ngủ. Và robot cũng mắc ít sai lầm hơn, giảm thiểu tổn thất trong quá trình sản xuất. Ngồi ra, bạn cũng khơng cần trả các khoản phí bảo hiểm lao động, tiền thường hoặc tiền bồi dưỡng lao động. Bạn chỉ cần phí duy trì, bảo trì máy mĩc mà thơi.
- Cải thiện mơi trường làm việc, tăng cường sức khỏe người lao động: Các cơng việc nặng nhọc, cĩ thể gây nguy hiểm đến sức khỏe đều được máy mĩc và cơng nghệ đảm nhiệm thay cho con người. Máy mĩc cĩ thể làm việc trong các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao hay áp suất thấp, hoặc địa hình hiểm trở. Trên thực tế, hiện nay, cơng việc dọn dẹp các khu hĩa chất độc hại hay những nơi nhiễm phĩng xạ đã được giao tồn bộ cho robot điều khiển từ xa để đảm bảo an tồn cho con người.