Thế giới trước ngưỡng cửa cách mạng công nghiệp 4.0
Nền công nghiệp thế giới đang có những bước đầu tiên vào ngưỡng cửa một thời kỳ mới, đó là cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 (Industry 4.0, tạm gọi kỹ nghệ 4.0) với động lực chính là sự thay đổi trong kỳ vọng của người dùng (sản phẩm theo yêu cầu và giao hàng theo thời gian), cùng với sự hội tụ của các công nghệ mới như Internet vạn vật (Internet of Things - IoT), robot cộng tác (cùng làm với người), in ấn 3D và điện toán đám mây và sự xuất hiện các mô hình kinh doanh mới. Tuy nhiên, do chưa xây dựng được chuẩn mực, ngôn ngữ, cách vận hành chung nên cuộc cách mạng mới còn nhiều vấn đề bất cập.
Cuộc cách mạng đầu tiên diễn ra vào cuối thế kỷ 18, giới thiệu công nghiệp sản xuất cơ khí sử dụng sức nước và hơi nước; cuộc cách mạng thứ hai vào đầu thế kỷ 20 với sản xuất hàng loạt (dây chuyền) sử dụng điện năng; cuộc cách mạng thứ ba bắt đầu vào những năm 1970 với các thiết bị điện tử và công nghệ thông tin, cung cấp khả năng giám sát và điều chỉnh quy trình sản xuất. Và nay, cuộc cách mạng thứ tư giới thiệu hệ thống thực - ảo, xóa mờ ranh giới giữa con người và máy móc, nâng cao đáng kể hiệu quả sản xuất và cho phép tạo ra sản phẩm riêng biệt cho đại chúng.
Giảm tối đa chi phí
Kỹ nghệ 4.0 đã bắt đầu ở Mỹ, trong thung lũng công nghệ Silicon Valley và nay, Bộ Kinh tế và Công nghệ Đức triển khai chương trình “Tăng tốc nền công nghệ Đức” nhằm đưa nước này cùng cộng đồng châu Âu dẫn đầu nền công nghiệp mới trong vòng 10 hay 15 năm nữa. Chuyện tưởng chỉ có trong các bộ phim khoa học viễn tưởng khi hãng xe Local Motors dùng máy in để in ra chiếc ôtô điện Strati ngay tại gian hàng trưng bày ở Triển lãm quốc tế Công nghệ chế tạo (IMTS) hồi tháng 9-2014. Bộ khung lớn nhất của Strati được in bằng 212 lớp bởi loại máy in ngoài trời (BAAM), khác với các loại máy in buồng kín chỉ để sản xuất các bộ phận hay chi tiết nhỏ. Công đoạn này kéo dài 2 ngày và thành phần vật liệu gồm 15% sợi carbon pha loãng trong 85 hợp chất cảm quang ABS. Toàn bộ công việc chỉ mất 6 ngày, kể từ khi đưa bản vẽ thiết kế trên máy tính vào máy in và in ra khoảng 40 bộ phận, lắp ráp chúng lại, làm đẹp chiếc xe, gắn động cơ điện, kiểm tra máy móc… dưới sự chứng kiến của phóng viên và khách tham quan. Chính Giám đốc Điều hành Jay Rogers của Local Motors đã lái thử chiếc xe quanh khu triển lãm.
Chiếc ô tô Strati được sản xuất bằng công nghệ in 3D
In 3D, các thế hệ cảm biến (sensor) và robot mới là 3 công nghệ chủ yếu trong cuộc cách mạng kỹ nghệ I4 đang diễn ra. Đặc trưng quan trọng nhất của I4 là những hệ thống sản xuất cơ điện tử mà các cảm biến đặt trong nguyên mẫu thông minh sẽ chỉ dẫn cho các máy móc và hệ thống tiếp liệu biết phải tạo ra hàng loạt bản sao của nó như thế nào. Các ngành công nghiệp nặng, từ cơ khí, chế tạo máy đến xây dựng và kỹ thuật cao đang đi đầu trong kỹ thuật in 3D. Airbus là hãng hàng không tiên phong áp dụng kỹ thuật in 3D trong ngành công nghiệp này. Hãng này cho biết, các chi tiết được tạo nên bởi công nghệ 3D tốt hơn, chắc hơn, nhẹ hơn đến 50% hay 80% và cứ giảm bớt được 220 cân nặng thì hãng tiết kiệm được 2,5 triệu USD chi phí nhiên liệu mỗi năm.
In 3D không chỉ làm thay đổi công nghệ chế tạo tương lai gần mà còn trở thành kỹ thuật chủ đạo thay thế các máy móc và cả các vật liệu hiện hữu. Hình ảnh những dây chuyền trang thiết bị cồng kềnh sẽ dần biến mất, thay vào đó là các máy in lớn hay nhỏ xuất hiện trong các cơ sở công nghiệp, văn phòng hay trong gia đình để chế tạo ra sản phẩm các loại, từ cơ khí điện máy, dụng cụ gia đình đến thực phẩm theo yêu cầu chức năng công việc hay sở thích của từng người.
Tạo cơ hội phát triển
Cách mạng kỹ nghệ 4.0 đang trở thành cuộc chạy đua giữa các nước, công ty và tập đoàn, bắt đầu từ việc hình thành các xưởng thông minh và sản phẩm thông minh có thể hoạt động hoàn hảo trong môi trường Internet kỹ nghệ (Industrial Internet) và Internet vạn vật (Internet of Things-IoT).
Kỹ nghệ 4.0, cho tới nay được xác định dựa trên 4 đặc trưng. Trước hết, những hệ thống sản xuất cơ điện tử bổ sung cảm biến, robot và máy in 3D sẽ là lực lượng lao động chính bên cạnh con người. Thứ hai, hệ thống công xưởng điều khiển tập trung sẽ được thay thế bằng những cỗ máy thông minh, hoạt động bằng công nghệ liên lạc máy-nối-máy (M2M). Thứ ba, các cỗ máy sẽ được đặt ở bất kỳ nơi đâu, miễn thuận tiện, bởi chúng không còn hoạt động theo dây chuyền mà theo từng module. Và cuối cùng, các thiết bị thông minh trong một hệ thống sẽ cùng làm việc trong môi trường Internet để tạo nên một đám mây dữ liệu thống nhất từ thiết kế, lập trình đến cung ứng, sản xuất và phân phối sản phẩm.
Cảm biến cải tiến và những thế hệ cảm biến tương lai sẽ là công cụ phát triển nền “Kinh tế nối mạng” (Networked Economy) mà trọng lượng nền kinh tế mới này sẽ đạt đến 90.000 tỷ USD/năm; trong đó IoT kết nối 50 tỷ thiết bị thông qua cảm biến kể từ năm 2020. Các chuyên gia cho rằng với IoT, sản phẩm, con người và máy móc sẽ giao tiếp với nhau như trên mạng xã hội. Để duy trì tính cạnh tranh, các nhà máy sẽ phải cung cấp các thiết kế tùy chỉnh và có khả năng thay đổi sản phẩm nhanh chóng; sử dụng IoT và các công nghệ khác để số hóa toàn bộ quy trình, rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường; hợp nhất mạng lưới sản xuất dùng giải pháp quản lý vòng đời sản phẩm dựa trên Internet để nhân viên có thể làm việc thông qua mạng; dùng robot bán tự động làm việc bên cạnh con người để tăng năng suất nhưng vẫn đảm bảo chất lượng; phân tích dữ liệu thu thập được về khách hàng để cung cấp các dịch vụ kỹ thuật số mới. Từ đó, các công ty có cơ hội đưa sản xuất về lại nước mình, giành lại công việc từ các nước có giá nhân công thấp, đó là lý do tại sao kỹ nghệ 4.0 đang được chính phủ các nước phương Tây quan tâm. Người Anh kỳ vọng việc số hóa các nhà máy có thể khôi phục lại sản xuất. Riêng nước Đức đặc biệt chú trọng vì sản xuất là xương sống của nền kinh tế nước này. Các công ty Đức đang đẩy mạnh đầu tư cho công nghệ để đón đầu cuộc cách mạng công nghiệp mới. Khảo sát của Strategy& và PwC với 235 công ty công nghiệp có trụ sở tại Đức năm 2014 cho thấy, công nghệ kỹ nghệ 4.0 chiếm hơn 50% số vốn đầu tư hoạch định cho 5 năm tới. Nghĩa là tổng vốn đầu tư cho kỹ nghệ 4.0 của Đức có thể lên đến 40 tỷ EUR/năm, từ nay đến 2020. Nếu các nước châu Âu khác cũng tiếp bước, tổng vốn đầu tư có thể lên đến 140 tỷ EUR/năm.
VIỆT ANH (tổng hợp)
