“Hệ thống thực ảo” là một thế hệ hệ thống tích hợp của “hệ thống ảo” và “hệ thống thực”.
Cảm biến là cấu phần cơ bản của “Hệ thống ảo”. Các cấu phần của “hệ thống thực ảo” hoạt động độc lập với nhau, có sự kết nối, trao đổi thông tin và tương tác trong các tình huống khác nhau, ở tất cả các cấp độ từ máy móc, quy trình, phân xưởng và doanh nghiệp [Kusiak, A. A four-part plan for smart manufacturing. ISE Mag 2017; 49: 43- 47]. “Hệ thống ảo” sẽ cho phép tương tác với các thiết bị, máy móc và con người… trong “hệ thống thực”.
Các cấu phần thực hiện sản xuất là thành phần quan trọng của “hệ thống thực”. “Hệ thống thực” sẽ cho phép tương tác với hệ thống công nghệ thông tin và truyền thông, công nghệ điều khiển... trong “hệ thống ảo”.
Tương tác giữa “hệ thống thực” và “hệ thống ảo” sẽ giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quá trình sản xuất của doanh nghiệp, quyết định tốt nhất những vấn đề sản xuất để đáp ứng nhanh chóng yêu cầu của thị trường và khách hàng (Hình 1.6).
Hình 1.6. Mô hình tương tác “Hệ thống thực ảo” trong sản xuất
Thông qua hệ thống cảm biến, “hệ thống thực ảo” có thể nhận dữ liệu trực tiếp từ “hệ thống thực” và chuyển đổi chúng thành tín hiệu số. “Hệ thống thực ảo” có thể chia sẻ thông tin và dữ liệu để kết nối với các mạng kỹ thuật số, từ đó hình thành nên Internet của vạn vật.
“Hệ thống thực ảo” sẽ cho phép và hỗ trợ giao tiếp giữa con người, máy móc và sản phẩm. Các cấu phần của một “hệ thống thực ảo” có thể thu thập và xử lý dữ liệu, và có thể tự kiểm soát một số nhiệm vụ cụ thể và tương tác với con người thông qua hệ thống các giao diện.
Như vậy, có thể hiểu một cách đơn giản nhất, “hệ thống thực ảo” là sự tích hợp của máy tính, mạng, hệ thống thiết bị, máy móc phục vụ sản xuất sản xuất. Đây là sự tích hợp của rất nhiều công cụ và hệ thống nhằm giúp cho quá trình sản xuất của doanh nghiệp trở nên linh hoạt và “thông minh” hơn.
Bằng cách tích hợp phương pháp phân tích và mô phỏng, “hệ thống thực ảo” sẽ dự đoán, mô tả chi tiết về các thách thức của hệ thống sản xuất hiện tại đối với hoạt động của mạng cảm biến, bộ truyền động thông minh, cơ sở dữ liệu… và đặc biệt là các giao thức truyền thông. “Hệ thống thực ảo” được dựa trên sự phát triển mới nhất
của khoa học máy tính (Computer Science, CS), công nghệ thông tin
và truyền thông (Information and Communications Technology, ITC),
khoa học và công nghệ sản xuất (Machining Science and Technology,
MST)... Đây đồng thời cũng là các ngành khoa học, công nghệ trụ cột
của một cuộc cách mạng công nghiệp mới, hoặc thường trong giới khoa học gọi là cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
Có thể nói, trong sản xuất, “hệ thống thực ảo” cung cấp các lợi thế về chất lượng, thời gian và chi phí so với sản xuất truyền thống. Sản xuất trong tương lai được thiết kế theo mô hình hoạt động sản xuất, kinh doanh định hướng dịch vụ và phát triển bền vững. Mô hình sản xuất thông minh có tính thích ứng, tự thích ứng, linh hoạt và quản lý rủi ro.
Đây là một cuộc cách mạng về sản xuất, không chỉ dẫn đến đổi mới về công nghệ, nâng cao năng suất, tiết kiệm chi phí và thời gian, mà còn hướng đến bảo vệ môi trường, thúc đẩy phát triển bền vững, tạo ra sự kết nối về không gian mạng giữa các đối tượng sản xuất, mở ra nhiều cơ hội thị trường mới cho doanh nghiệp trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
“Hệ thống thực ảo” có thể được xem là thế hệ GPTs tiếp theo trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. “Hệ thống thực ảo” dựa trên sự phát triển và tích hợp của hai công nghệ nền tảng. Đó là:
Công nghệ nền tảng thứ nhất là các hệ thống nhúng (Embedded Systems), giúp kết nối các hoạt động trong môi trường. Các hệ thống nhúng được ứng dụng trong hầu hết tất cả các sản phẩm công nghệ cao hiện nay như: trong các thiết bị, phương tiện, máy bay, tòa nhà và
hệ thống sản xuất… [Kagermann, H.; Wahlster, W.; Helbig J. (2013) Recommendations for implementing the strategic initiative Iindustrie 4.0. Acatech. pp. 13-78].
Công nghệ nền tảng thứ hai là mạng dữ liệu nội bộ hoặc toàn cầu, thường được gọi là Internet vạn vật (IoT, Internet of Things), giúp sự kết nối các đối tượng trong “thế giới thực” với nhau. Internet vạn vật giúp các đối tượng có thể hợp tác và tương tác với nhau để cùng giải quyết các mục tiêu chung. [Atzori, L.; Iera, A.; Morabito, G. (2010) The Internet of Things: A survey. In Computer Networks 54 (15), pp. 2787-2805].
Ngày nay, máy tính được “nhúng” vào các thiết bị để giúp các thiết bị có thể trao đổi thông tin với nhau thông qua hệ thống cảm biến. Ví dụ các thiết bị di động như điện thoại thông minh giúp con
người liên lạc với nhau; công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến (Radio
Frequency Identification., RFID) giúp tự động giám sát quy trình vận chuyển... Các hệ thống “đóng” trước đây đang dần trở thành các hệ thống “mở”, được kết nối với các hệ thống khác thông qua mạng kết nối. Internet vạn vật giúp các đối tượng trong “thế giới thực” được kết nối với “thế giới ảo” thông qua việc trao đổi và phân tích dữ liệu.
Như vậy, “hệ thống thực ảo” là hệ thống bao gồm các hệ thống “nhúng” được kết nối mạng, trong đó:
- Trực tiếp ghi lại dữ liệu bằng cảm biến;
- Đánh giá và lưu dữ liệu, tương tác với “thế giới thực”;
- Được kết nối với nhau trong hệ thống mạng toàn cầu thông qua các phương tiện truyền thông kỹ thuật số (không dây hoặc có dây, nội bộ hoặc toàn cầu);
- Sử dụng dữ liệu và dịch vụ có sẵn trên toàn cầu;
- Có các giao diện chuyên dụng, đa phương thức tương tác giữa người và máy.
Sự kết nối các hệ thống “nhúng” với mạng toàn cầu dẫn đến việc hình thành các giải pháp và ứng dụng phục vụ cho tất cả các lĩnh vực trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.
Theo báo cáo của Acatech, đặc trưng của “hệ thống thực ảo” là hệ thống phức tạp, có tính mở và tính “thông minh” do 05 đặc điểm sau [Sztipanovits, J.; Koutsoukos, X.; Karsai, G.; Kottenstette, N.; Antsaklis, P.; Gupta, V.; Goodwine, B.; Baras, J.; Shige Wang (2012) Toward a Science of Cyber-Physical System Integration. In Proceedings of the IEEE 100 (1), pp. 29-44]:
- Hợp nhất “hệ thống thực” và “hệ thống ảo”
- Hình thành một hệ thống mới trên cơ sở các hệ thống - Hệ điều hành độc lập, phụ thuộc vào bối cảnh cụ thể - Hệ thống hợp tác với mô hình kiểm soát phân tán - Hợp tác giữa hệ thống và con người
Những đặc điểm này chứng minh các “hệ thống thực ảo” được xây dựng trên nền tảng công nghệ, dẫn đến sự thay đổi cơ bản trong phương thức tổ chức của các doanh nghiệp trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 [Sztipanovits, J.; Koutsoukos, X.; Karsai, G.; Kottenstette, N.; Antsaklis, P.; Gupta, V.; Goodwine, B.; Baras, J.; Shige Wang (2012) Toward a Science of Cyber-Physical System Integration. In Proceedings of the IEEE 100 (1), pp. 29-44].
Chƣơng 2
NĂNG SUẤT HỢP TÁC TRONG CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0 2.1. Năng suất hợp tác