Digital Twins - Công nghệ đột phá cho ngành Sản xuất

Giang Hoàng

10/07/2023

2271

Thời đại công nghệ 4.0 đã tạo nên những thay đổi sâu rộng trong mọi ngành nghề, đặc biệt lĩnh vực công nghiệp. Thuật ngữ công nghệ Digital Twins không còn xa lạ với nền công nghiệp sản xuất. Đây là một trong những công nghệ của nền Công nghiệp 4.0 tân tiến nhất hiện nay đang được ứng dụng cho nhiều mô hình hiện tại. Theo nghiên cứu của Deloitte , thị trường toàn cầu cho Digital Twins dự kiến ​​sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR 38%, đạt 16 tỷ USD vào năm 2023. Vậy Digital Twin là gì? Và các doanh nghiệp Sản xuất hàng đầu đang ứng dụng Digital Twin như thế nào? 

1. Digital Twins là gì?

Digital Twins (Bản sao số) được hiểu là bản sao của một vật thể trong thế giới vật chất. Đó có thể là động cơ phản lực, tòa nhà hay thậm chí là toàn bộ thành phố. Tương tự các tài sản vật lý khác, Digital Twins được sử dụng để tái tạo các quy trình sản xuất. Nói cách khác, Digital Twins cung cấp mọi thông tin về dây chuyền và quy trình sản xuất của doanh nghiệp. Dựa vào các thông tin này, doanh nghiệp đưa ra quyết định chính xác và tự động hóa việc điều chỉnh thiết bị, dây chuyền và hệ thống sản xuất hiệu quả.

Digital Twins - Bản sao số

Thuật ngữ “Digital Twins” được biết đến lần đầu vào năm 2002 do tiến sĩ Michael Grieves – Đại học Michigan đặt ra. Tuy nhiên, thời điểm này chưa phải là tiền để thuận lợi để Digital twin phát triển. Cho đến năm 2010, những phát minh về công nghệ bắt đầu bùng nổ như: nền tảng IoT, điện toán đám mây, trí tuệ nhân tạo,… Thuật ngữ “Digital Twins” lần nữa được tái sinh và phát triển mạnh mẽ.

Digital Twins tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI - Artificial Intelligence), học máy (Machine Learning) và phân tích phần mềm với dữ liệu để tạo một mô hình mô phỏng đối tượng hoàn chỉnh. Một bản sao kỹ thuật số liên tục học hỏi và cập nhật từ nhiều nguồn để mô tả trạng thái gần thời gian thực, điều kiện làm việc hoặc vị trí của nó.

Ngày nay, Digital Twins có thể phát huy vai trò của mình. Từ việc mô phỏng các tài sản, sản phẩm, thiết bị đơn lẻ và có kích thước lớn (tuabin, đường ống, v.v.), công nghệ tiên tiến này còn có thể can thiệp vào các quy trình và môi trường phức tạp (dây chuyền sản xuất, nhà máy sản xuất, trang trại gió, v.v.). Mức độ tinh vi và chi tiết của các mô hình phụ thuộc vào tính khả dụng và mức độ quy mô của cơ sở hạ tầng CNTT trong doanh nghiệp.

Bên cạnh đó, Digital Twins có thể thực hiện các mô hình mô phỏng để kiểm tra và dự đoán tài sản và xử lý các thay đổi trong các tình huống giả định khác nhau. Tận dụng công nghệ này, các doanh nghiệp có thể tìm thấy những lợi ích đáng kể như cải thiện hoạt động kinh doanh sản xuất, nghiên cứu và đổi mới sản phẩm và dịch vụ cũng như rút ngắn thời gian đưa thành phẩm ra thị trường.

Lấy một tuabin gió làm ví dụ về ứng dụng của Digital Twins. Tuabin có thể được trang bị các cảm biến, tạo ra dữ liệu thời gian thực về hiệu suất của tuabin, có thể là tốc độ, sản lượng năng lượng hoặc điều kiện thời tiết. Dữ liệu này sau đó có thể được sử dụng để tạo bản sao kỹ thuật số của tuabin dưới dạng 3D. Máy học và các mô hình khác có thể được áp dụng để nhận dạng các mẫu trong tuabin này – chẳng hạn như liệu nó có đang hoạt động tối ưu hay không. Digital Twins có thể được sử dụng để chạy mô phỏng mà không làm phiền đến tuabin ban đầu và các cải tiến sau đó có thể được đưa trở lại bản gốc.

2. Mô hình hoạt động của Digital Twins là gì?

Digital Twins có khả năng tiếp nhận dữ liệu đầu vào từ các cảm biến hỗ trợ thu thập dữ liệu trong thế giới thực. Các thiết bị vật lý sẽ được trang bị một hệ thống cảm biến để theo dõi các thông số hoạt động, tình trạng vận hành, vị trí, và các yếu tố quan trọng khác. Các cảm biến này được kết nối với nền tảng đám mây, nơi các dữ liệu sẽ được thu thập, lưu trữ, xử lý, và phân tích.

 

Digital Twins thu thập dữ liệu về thiết bị vật lý

Sau khi các dữ liệu vận hành được phân tích với các điều kiện ngữ cảnh giả định khác nhau sẽ mô phỏng ra các kết quả khác nhau. Các khám phá quan trọng trong môi trường ảo hóa này sẽ giúp quá trình triển khai ở thực tế diễn ra nhanh hơn và giảm thiểu rủi ro có thể xảy ra.

Điều này cho phép Digital Twins mô phỏng đối tượng vật lý trong thời gian thực hay trong quá trình cung cấp thông tin chi tiết về hiệu suất và các vấn đề doanh nghiệp quan tâm. Do đó, trong một số trường hợp, Digital Twins có thể đóng vai trò là một nguyên mẫu trước khi bất kỳ phiên bản vật lý nào được chế tạo.

Về bản chất, Digital Twins là một chương trình máy tính. Chúng sử dụng dữ liệu trong đời sống thực để tạo ra các mô phỏng. Mục tiêu của Digital Twins là dự đoán phương thức hoạt động của một sản phẩm hoặc quy trình sản xuất. Bên cạnh đó, các chương trình này có thể tích hợp với IoT (Internet of Things - Internet vạn vật), trí tuệ nhân tạo hay phần mềm phân tích để tăng cao hiệu quả.

3. Vì sao Digital Twins là xu thế mới trong sản xuất?

Với khả năng mô phỏng và giám sát trực tiếp, Digital Twins giúp tối ưu hóa hoạt động sản xuất, giảm thiểu chi phí và thời gian, đồng thời cải thiện chất lượng sản phẩm. Thực tế thì Digital Twins đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất ô tô, điện tử đến sản xuất thực phẩm và đồ uống F&B.

Nhà sản xuất có thể tận dụng Digital Twins trong mọi khía cạnh kinh doanh của mình, bao gồm:

  •  Xác định rủi ro nhanh chóng

Với khả năng tạo ra một bản sao của quy trình sản xuất sản phẩm, Digital Twins hỗ trợ doanh nghiệp đánh giá sản phẩm trước khi chúng được đưa ra thị trường. Digital Twins giúp người dùng kiểm tra mọi bước đi của quy trình, từ đó doanh nghiệp nhanh chóng phát hiện được những lỗi sai hoặc tình huống bất ngờ. Nhờ đó, việc đánh giá rủi ro cải thiện nhanh chóng. Đồng thời, tốc độ phát triển sản phẩm mới và độ uy tín của quy trình sản xuất được nâng cao.

  •  Tăng cường khả năng dự đoán

Digital Twins là một hệ thống kép dựa trên cảm biến IoT. Vậy nên, công nghệ này giúp doanh nghiệp phân tích dữ liệu một cách dễ dàng. Ngoài ra, người dùng chủ động hơn trong việc xác định rủi ro trong hệ thống. Việc này giúp doanh nghiệp lên kế hoạch bảo trị chính xác hơn đồng thời thúc đẩy hiệu quả sản xuất và giảm bớt chi phí bảo trì.

  •  Giám sát từ xa

 Trong thực tiễn công việc, Digital Twins hỗ trợ người dùng theo dõi và kiểm soát hệ thống từ xa. Bên cạnh đó, doanh nghiệp truy cập được phần mềm quản lý ở bất cứ đâu.

  •  Tăng khả năng làm việc nhóm

Digital Twins giúp người dùng tự động hóa quy trình sản xuất và truy cập vào hệ thống 24/7. Từ đó các chuyên viên kỹ thuật tập trung cộng tác với nhau. Nhờ vậy, năng suất và hiệu quả hoạt động được cải thiện đáng kể.

  • Tiết kiệm chi phí

“Bản sao số” làm giảm thiểu rủi ro đối với hoạt động sản xuất thực tế, hỗ trợ người dùng thực hành và mô phỏng quy trình trong môi trường ảo. Hoạt động này thường sẽ dễ dàng, nhanh chóng và tiết kiệm hơn. Doanh nghiệp có thể loại bỏ mọi rủi ro về quy trình làm việc cũng như đảm bảo sản phẩm sẽ chất lượng như mong đợi.

Tuy nhiên, mục đích sử dụng chính của công nghệ Digital Twins là mô phỏng hoạt động của sản xuất trước khi áp dụng vào thực tiễn. Vì sử dụng dữ liệu trong thế giới thực nên các mô phỏng cực kỳ chính xác và tự động, bản sao kỹ thuật số có thể đưa các thiết kế qua thử nghiệm chi tiết trước khi nguyên mẫu được chế tạo. 

Cách tiếp cận tương tự có thể được sử dụng để xác định máy móc bị lỗi trong quá trình sản xuất thông qua phương pháp bảo trì dự đoán. Đó là một trong những lợi ích chính của việc sử dụng công nghệ Digital Twins giúp các doanh nghiệp tiết kiệm rất nhiều thời gian và tiền bạc cho việc sửa chữa đồng thời giảm thời gian ngừng hoạt động. 

4. Ứng dụng của Digital Twins trong sản xuất

Công nghệ “Bản sao số” mang đến khả năng hiển thị chưa từng có đối với mọi loại máy móc thiết bị và sản phẩm cũng như quy trình dây chuyền sản xuất để phát hiện các lỗi. Từ đó doanh nghiệp có thể kịp thời thay đổi, hợp lý hóa hoạt động sản xuất, cũng như đổi mới phát triển sản phẩm. Dưới đây là những ứng dụng chính của công nghệ Digital Twins trong sản xuất thời đại số:

  •  Thiết kế sản phẩm

Thiết kế sản phẩm từng là một quy trình tốn kém vì nó liên quan đến việc tạo ra nhiều nguyên mẫu và nhiều thử nghiệm khác nhau. “Bản sao số” cho phép các kỹ sư và nhà sản xuất thử nghiệm thiết kế của mình trong bất kỳ môi trường nào cho đến khi tạo ra được sản phẩm hoàn hảo. Hơn nữa, Digital Twins có thể tái tạo bất kỳ môi trường nào, ngay cả những môi trường không thực tế, cho phép các kỹ sư đảm bảo rằng thiết kế của họ không có lỗi hay khiếm khuyết. 

  •  Tối ưu hóa quy trình

Digital Twins giúp doanh nghiệp cải thiện các quy trình sản xuất hiện có bằng cách chạy các mô phỏng nâng cao dựa trên dữ liệu trong thế giới thực do các cảm biến IoT cung cấp. Khi AI phụ trách có đủ dữ liệu lịch sử và thời gian thực, nó có thể mô phỏng toàn bộ quá trình và xác định các yếu tố có thể được cải thiện. Điều này giúp cải thiện hiệu quả các hoạt động, giảm thiểu sai sót và nâng cao độ chính xác của việc đưa ra các quyết định.

  •  Quản lý chất lượng

Khi lắp đặt các cảm biến IoT trên dây chuyền và máy móc của mình, tổ chức có thể theo dõi các hoạt động sản xuất đang diễn ra trong thời gian thực. Bằng cách này, chất lượng của sản xuất sẽ dễ dàng được quản lý, sẵn sàng có những điều chỉnh khi cần thiết. Digital Twins có thể mô phỏng mọi giai đoạn của quy trình sản xuất và thử nghiệm các vật liệu hoặc giải pháp khác nhau cho đến khi tìm ra giải pháp tạo ra sự khác biệt lớn nhất về chất lượng.

  •  Quản lý chuỗi cung ứng

Giao hàng đúng hạn đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực đời sống hiện nay, đặc biệt các tổ chức logistics, thương mại điện tử, bán lẻ, sản xuất…rất cần ưu tiên việc tối ưu thời gian giao hàng để đáp ứng thị trường tốt hơn. Trong thời đại 4.0 công nghệ được áp dụng rộng rãi, khách hàng ngày càng kỳ vọng đơn hàng được giao nhanh hơn cũng như sẵn sàng cân nhắc chuyển đổi sang lựa chọn khác đảm bảo thời gian giao hàng đúng hẹn.

Các tổ chức muốn nâng cao hiệu quả quản lý chuỗi cung ứng có thể tận dụng Digital Twins để theo dõi, phân tích và cải thiện hiệu suất trong các lĩnh vực như đóng gói, quản lý đội xe và tìm các tuyến đường nhanh nhất. Nhờ đó, công nghệ giúp tối ưu hóa sản xuất và phân phối, giảm chi phí kho bãi và tăng sự hài lòng của khách hàng.

  •  Bảo trì dự đoán

Bảo trì dự đoán là quy trình đang tạo ra nhiều thay đổi nhất trong sản xuất. Các công ty hiện có thể sử dụng Digital Twins để chạy mô phỏng và dự đoán cách máy móc sẽ hoạt động trong tương lai. Công nghệ này giúp các nhà sản xuất xác định chính xác thời điểm xảy ra gián đoạn sản xuất do hỏng hóc, qua đó bảo trì hiệu quả, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và chi phí sửa chữa. 

  •  Phân tích trải nghiệm khách hàng

Như đã đề cập, Bản sao kỹ thuật số liên tục thu thập dữ liệu và cung cấp thông tin chuyên sâu giúp cải thiện hiệu suất, quản lý và giám sát. Công nghệ này cũng có thể sử dụng phương pháp tương tự để thu thập dữ liệu về sự hài lòng của khách hàng, qua đó xác định và thu thập đánh giá của người dùng để xác định phản hồi về sản phẩm và các vấn đề khác.

Thông tin sau đó được gửi đến các nhóm thiết kế sản phẩm và kỹ thuật để có thể cải thiện sản phẩm theo mong đợi của khách hàng. Tùy chỉnh sản phẩm là điều quan trọng tiếp theo trong sản xuất và điều đó chỉ có thể thực hiện được nhờ công nghệ Digital Twins.

  • Tăng cường hợp tác

Công nghệ Digital Twins là một “tập hợp con” của các giải pháp AI dựa trên đám mây tiên tiến đi kèm với bảng điều khiển tích hợp, nơi nhân viên và người quản lý trong một tổ chức có thể trao đổi thông tin và làm việc cùng nhau trong các dự án. Điều đó cải thiện chất lượng công việc và giúp người quản lý đưa ra quyết định sáng suốt và nhanh chóng hơn. Bên cạnh đó, tất cả các nhóm có thể sử dụng cùng một nền tảng để giao tiếp và quản lý các quy trình kinh doanh thiết yếu như bán hàng, sản xuất, tiếp thị, kỹ thuật, v.v.

5. Để ứng dụng Digital Twins – Doanh nghiệp cần chuẩn bị gì?

Vậy muốn đưa công nghệ bản sao kỹ thuật số này vào doanh nghiệp, nhà quản lý cần chuẩn bị những gì? Những yếu tố sau cần được doanh nghiệp chú ý khi triển khai Digital Twins trong thực tiễn:

  • Chuẩn bị hệ thống cảm biến: 

Các cảm biến này có tác dụng lưu giữa lịch sử vận hành của các tài sản và hệ thống các quy trình (rung động, nhiệt độ, áp suất, v.v.), cùng với môi trường hoạt động của chúng (nhiệt độ không khí, độ ẩm, v.v.)

  • Xây dựng mạng truyền thông:

Một mạng truyền thông đảm bảo sẽ thực hiện chức năng cung cấp, truyền tải dữ liệu một cách an toàn và đáng tin cậy từ các thiết bị vật lý sang một trường kỹ thuật số

  • Tăng cường nền tảng kỹ thuật số trong doanh nghiệp: 

Nền tảng kỹ thuật số trong doanh nghiệp đóng vai trò là kho dữ liệu khổng lồ giúp tổng hợp và lưu trữ dữ liệu cảm biến tại cơ sở sản xuất với dữ liệu phục vụ cho hoạt động kinh doanh (ví dụ như: MES, ERP). Bằng cách kết hợp các nguồn dữ liệu theo thời gian thực này cùng với các thuật toán AI/máy học nâng cao, các nhà quản lý có thể đưa ra các quyết định kịp thời và sát với nhu cầu thực tế của doanh nghiệp.

Xu hướng quản lý sản xuất với công nghệ Digital Twins trên nền tảng ERP

Công ty tư vấn và nghiên cứu công nghệ Gartner đã rất ủng hộ sự phát triển bùng nổ của công nghệ Bản sao số và tin tưởng rằng hơn một nửa nhà sản xuất lớn sẽ có một sáng kiến sử dụng công nghệ này vào năm 2020. Tuy nhiên doanh nghiệp nên đánh giá được mức độ sẵn sàng khi triển khai một sáng kiến ​​trong lĩnh vực phức tạp như vậy. Thực tế đối với mỗi doanh nghiệp Việt Nam hay quốc tế, dù ở quy mô hay ngành nghề nào, đánh giá được khả năng doanh nghiệp của mình trong việc đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng công nghệ hiện đại là một điều cần lưu ý.

6. Những vấn đề chính doanh nghiệp cần cân nhắc trước khi triển khai Digital Twins

Trong hệ thống tự động hóa và điều khiển với các giao thức công nghiệp độc quyền, dữ liệu cảm biến được gói gọn trong các quy trình cục bộ, theo chu kỳ khép kín và không thể lọt ra bên ngoài. Việc trang bị thêm không gian (brownfield) với kết nối IoT để phá vỡ các rào cản này và biến dữ liệu có giá trị có thể truy cập được trong toàn doanh nghiệp có thể là một quá trình không đơn giản. Do đó, trước khi bắt đầu một dự án triển khai công nghệ Digital Twins, các doanh nghiệp nên xem xét liệu cơ sở hạ tầng truyền thông có đủ để thu thập dữ liệu hiệu quả chưa.

Ngay cả khi có đủ dữ liệu trong tay, việc cấu trúc và phân tích những dữ liệu này để tạo ra các giá trị cũng sẽ là một trở ngại. Để tránh tình trạng dư thừa dữ liệu không cần thiết và thiếu các dữ liệu có giá trị, doanh nghiệp hơn bao giờ hết phải đánh giá khả năng chuyển đổi số ngay từ đầu và xác định mức độ tối ưu của công nghệ nếu được triển khai trong doanh nghiệp.

Với bề dày hơn một thập kỷ kinh nghiệm Chuyển đổi số cho doanh nghiệp Sản xuất, CMC Consulting là đơn vị dẫn đầu cung cấp giải pháp Tư vấn và Triển khai giải pháp Quản trị toàn diện ERP. Bằng đội ngũ chuyên gia giàu kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn trong lĩnh vực, CMC Consulting tự tin đồng hành, giải quyết triệt để mọi bài toán và đón đầu những công nghệ mới cho doanh nghiệp. 

Liên hệ để nhận tư vấn của Chuyên gia Chuyển đổi số Ngành Sản xuất tại đây.



Bài viết liên quan

Chat