Tự động hóa đã bước vào giai đoạn tối ưu hóa
Tự động hóa đã trở thành một công nghệ sản xuất thiết thực trong toàn ngành in ấn và bao bì, nhưng mức độ ứng dụng vẫn không đồng đều. Hầu hết các nhà máy chưa vận hành hoàn toàn tự chủ. Thay vào đó, họ đang xây dựng các lớp tự động hóa kết nối để cải thiện các quy trình hiện có, giảm sự can thiệp thủ công và cung cấp cho người vận hành thông tin sản xuất tốt hơn.
Từ góc độ tự động hóa công nghiệp, sự phát triển này là điều có thể dự đoán. Các nhà máy hiếm khi chuyển trực tiếp từ sản xuất thủ công sang vận hành tự chủ. Lộ trình thực tế hơn là tích hợp từng bước: tự động hóa máy móc trước, tiếp đến là thu thập dữ liệu, sau đó là kết nối hệ thống và chỉ triển khai điều khiển vòng kín khi đã có đủ dữ liệu quy trình.
Các ứng dụng trưởng thành nhất hiện đã bao gồm tự động hóa tiền kỳ, quản lý màu, tính giá, lập lịch, kiểm tra trực tuyến, web-to-print và tích hợp MIS/ERP. Thách thức tiếp theo là kết nối các chức năng riêng lẻ này thành một kiến trúc sản xuất nhất quán.
Cơ hội tự động hóa thực sự nằm giữa các máy móc
Nhiều môi trường sản xuất đã có các thiết bị được tự động hóa cao. Máy in, máy in kỹ thuật số, hệ thống kiểm tra, thiết bị hoàn thiện và hệ thống xử lý vật liệu có thể độc lập thực hiện những tác vụ phức tạp.
Vấn đề là tự động hóa cấp máy móc không tự động tạo ra tự động hóa cấp nhà máy.
Một máy in có thể biết trạng thái sản xuất của mình, trong khi hệ thống MIS biết mức độ ưu tiên của đơn hàng và hệ thống kiểm tra biết tỷ lệ lỗi. Nếu các hệ thống đó không thể trao đổi thông tin có thể sử dụng, người vận hành vẫn phải đóng vai trò là lớp tích hợp.
Đây là một trong những chi phí tự động hóa tiềm ẩn lớn nhất của ngành. Người vận hành thường xuyên phải bù đắp cho các giao diện còn thiếu, cấu trúc dữ liệu không nhất quán và các nền tảng phần mềm không kết nối với nhau.
Vì vậy, thế hệ tự động hóa tiếp theo nên tập trung ít hơn vào việc bổ sung các chức năng riêng lẻ và nhiều hơn vào việc loại bỏ những khoảng trống thông tin giữa các hệ thống hiện có.
Tự động hóa sản xuất đang trở nên dựa trên dữ liệu
Các ứng dụng tự động hóa hiện nay ngày càng kết hợp điều khiển máy móc, dữ liệu sản xuất lịch sử, phân tích thống kê và hỗ trợ ra quyết định dựa trên phần mềm.
Bảo trì dự đoán có thể phát hiện hành vi bất thường của thiết bị trước khi sự cố làm gián đoạn sản xuất. Kiểm tra trực tuyến có thể phát hiện lỗi trong khi quá trình sản xuất vẫn tiếp tục. Kiểm soát màu tự động có thể bù trừ cho sự lệch chuẩn của quy trình. Các hệ thống lập lịch có thể đánh giá tình trạng sẵn sàng của máy móc, vật liệu, thời hạn và mức độ ưu tiên của công việc.
Những ứng dụng này cho thấy một nguyên tắc quan trọng: tự động hóa không phải lúc nào cũng đòi hỏi khả năng điều khiển tự chủ.
Trong nhiều trường hợp, chức năng có giá trị cao nhất là cung cấp cho người vận hành quyết định chính xác vào đúng thời điểm. Cách tiếp cận này giảm rủi ro mà vẫn duy trì sự giám sát của con người trong những điều kiện sản xuất bất thường.
Các nền tảng quy trình như Enfocus Switch, Callas pdfToolbox, HP Site Flow, Hybrid CLOUDFLOW và Esko Automation Engine cho thấy tự động hóa phần mềm có thể loại bỏ các tác vụ chuẩn bị lặp đi lặp lại trước khi một đơn hàng đến công đoạn sản xuất.
AI sẽ phát triển thông qua hạ tầng tự động hóa hiện có
Trí tuệ nhân tạo đang nhận được sự chú ý đáng kể, nhưng không nên xem AI là giải pháp thay thế cho kỹ thuật tự động hóa.
AI phụ thuộc vào dữ liệu. Nếu dữ liệu sản xuất không đầy đủ, không nhất quán, được phân loại kém hoặc không liên kết với các sự kiện của máy, hệ thống AI không thể tạo ra các quyết định vận hành hữu ích một cách đáng tin cậy.
Điều này giải thích vì sao việc áp dụng AI sẽ phát triển không đồng đều trong các hoạt động in ấn và bao bì.
Các ứng dụng trước mắt tương đối thiết thực: đề xuất sản xuất, phân tích chất lượng, hỗ trợ lập lịch, bảo trì dự đoán, kiểm tra trước khi in, hiệu chỉnh màu, phân loại lỗi và tối ưu hóa quy trình.
Mục tiêu tham vọng hơn là sản xuất tự chủ theo vòng kín. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi nhiều hơn đáng kể so với việc cài đặt một ứng dụng AI. Nó đòi hỏi dữ liệu được tiêu chuẩn hóa, giao diện máy xác định, logic điều khiển đã được kiểm chứng, an ninh mạng, các mô hình quy trình và quy trình ứng phó sự cố được xác định rõ ràng.
Điều khiển vòng kín là định hướng dài hạn quan trọng hơn
Các kỹ sư tự động hóa công nghiệp thường phân biệt giữa giám sát và điều khiển.
Các hệ thống giám sát xác định điều gì đang xảy ra. Các hệ thống hỗ trợ ra quyết định giải thích điều gì có thể xảy ra tiếp theo. Điều khiển vòng kín tiến thêm một bước bằng cách tự động thay đổi các thông số quy trình theo các điều kiện được đo.
Sự phân biệt này rất quan trọng đối với tương lai của sản xuất in.
Hiệu chỉnh màu tự động là một ví dụ điển hình. Hệ thống đo đầu ra của quy trình, so sánh với mục tiêu, tính toán độ lệch và điều chỉnh các thông số vận hành. Vòng lặp phản hồi càng đáng tin cậy thì càng ít cần can thiệp thủ công.
Các kiến trúc tương tự cuối cùng có thể được áp dụng cho căn chỉnh, xử lý vật liệu nền, sấy, mức tiêu thụ mực, kiểm tra, bảo trì và lập lịch.
Do đó, mục tiêu dài hạn không nên chỉ đơn giản là “nhiều AI hơn”. Mục tiêu nên là các vòng lặp sản xuất có khả năng đo lường, được kiểm soát và có tính lặp lại cao hơn.
Tự động hóa màu cho thấy giá trị của phản hồi
Tính nhất quán màu vẫn là một trong những ví dụ rõ ràng nhất cho thấy tự động hóa mang lại giá trị sản xuất có thể đo lường.
Các hệ thống hiện đại có thể kết hợp đo quang phổ trực tuyến, đo mật độ, các cấu hình màu tập trung, hiệu chuẩn vật liệu, tuyến tính hóa tự động và các mục tiêu màu được tiêu chuẩn hóa. Những công nghệ này giảm sự phụ thuộc vào việc đo thủ công và cho phép các hệ thống sản xuất ứng phó với biến động của quy trình trong suốt quá trình vận hành.
Nguyên lý kỹ thuật rất đơn giản: đo đầu ra, so sánh với một giá trị tham chiếu xác định, tính toán độ lệch và áp dụng biện pháp hiệu chỉnh phù hợp.
Kiến trúc này cũng xuất hiện xuyên suốt lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Cảm biến cung cấp tín hiệu phản hồi, các thuật toán điều khiển diễn giải tín hiệu, cơ cấu chấp hành điều chỉnh quy trình và các hệ thống giám sát xác minh kết quả.
Vì vậy, sản xuất in ấn đang chuyển sang cùng một triết lý vòng kín vốn đã được thiết lập trong nhiều ngành công nghiệp quy trình.
Tự động hóa khối văn phòng là một phần của kiến trúc điều khiển
Tự động hóa không thể dừng lại ở giao diện máy móc.
Báo giá, nhập đơn hàng, lập lịch, quản lý tồn kho, lập kế hoạch sản xuất, báo cáo chất lượng và vận chuyển đều ảnh hưởng đến quy trình sản xuất vật lý. Do đó, các nền tảng MIS và ERP ngày càng trở thành những thành phần quan trọng trong kiến trúc tự động hóa tổng thể.
Một máy in tự động không thể bù đắp cho thông tin đơn hàng không chính xác được đưa vào hệ thống sản xuất.
Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho việc lựa chọn vật liệu nền, thông số màu, yêu cầu hoàn thiện, thời hạn giao hàng và tiêu chí kiểm tra. Nếu thông tin ở khâu thượng nguồn không chính xác, tự động hóa ở khâu hạ nguồn chỉ thực hiện các chỉ dẫn sai một cách hiệu quả hơn.
Vì lý do này, việc tích hợp quy trình làm việc nên được xem là một bài toán về chuỗi điều khiển, mở rộng từ đơn hàng của khách hàng đến lô hàng cuối cùng.
Chuỗi cung ứng sẽ trở thành nền tảng tự động hóa lớn hơn
Sản xuất in ấn và bao bì chỉ là một công đoạn trong chuỗi giá trị công nghiệp lớn hơn nhiều.
Thiết kế bao bì, sản xuất vật liệu, in ấn, gia công hoàn thiện, kho bãi, logistics, bán lẻ và tương tác với người tiêu dùng ngày càng tạo ra thông tin kỹ thuật số. Mã QR có số sê-ri, GS1 Digital Link, RFID, NFC và sản xuất dữ liệu biến đổi là những ví dụ về các công nghệ kết nối sản phẩm vật lý với danh tính kỹ thuật số.
Điều này tạo ra những cơ hội tự động hóa mới.
Thiết bị sản xuất ngày càng có thể tiếp nhận thông tin riêng cho từng đơn hàng, xác minh các mã nhận dạng đã in, kiểm tra dữ liệu biến đổi và báo cáo trạng thái sản xuất trở lại các hệ thống ở khâu thượng nguồn.
Kết quả là sự chuyển dịch từ tự động hóa máy móc sang tự động hóa chuỗi cung ứng.
Theo quan điểm của tôi, đây sẽ trở thành một trong những thay đổi quan trọng nhất trong ngành. Lợi thế cạnh tranh sẽ ngày càng thuộc về những nhà sản xuất có khả năng trao đổi dữ liệu sản xuất đáng tin cậy giữa các ranh giới tổ chức.
In kỹ thuật số sẽ thúc đẩy tự động hóa quy trình làm việc
In kỹ thuật số đang mở rộng vượt ra ngoài các ứng dụng truyền thống theo đơn hàng ngắn và ứng dụng chuyên biệt.
Nhãn, bao bì carton sóng, các chiến dịch theo khu vực, sản phẩm cá nhân hóa, bao bì có số sê-ri, sản phẩm theo mùa và hoạt động thử nghiệm thị trường đều hưởng lợi từ chu kỳ sản xuất ngắn hơn và mức độ rủi ro tồn kho thấp hơn.
Tuy nhiên, in kỹ thuật số không tự động bảo đảm hiệu quả kinh tế.
Lợi thế thực sự xuất hiện khi thiết bị kỹ thuật số được tích hợp với các hệ thống tiền kỳ tự động, lập lịch công việc, quản lý màu, kiểm tra, hoàn thiện và thực hiện đơn hàng.
Một máy in tốc độ cao được kết nối với các quy trình công việc rời rạc vẫn có thể tạo ra các nút thắt trong sản xuất. Ngược lại, một máy có tốc độ vừa phải nhưng hoạt động trong một quy trình công việc được tích hợp cao có thể mang lại năng suất tổng thể lớn hơn.
Do đó, thông số kỹ thuật của thiết bị ngày càng nên được đánh giá ở cấp độ hệ thống thay vì cấp độ máy.
Chuẩn hóa dữ liệu là nền tảng của AI công nghiệp
Chuẩn hóa dữ liệu là một trong những yêu cầu ít được nhìn thấy nhất nhưng quan trọng nhất đối với tự động hóa trong tương lai.
Dữ liệu máy móc, dữ liệu công việc, thông tin vật liệu, thông tin màu sắc, các sự kiện sản xuất, kết quả kiểm tra và hồ sơ bảo trì phải sử dụng các định nghĩa nhất quán nếu tổ chức muốn xây dựng các mô hình phân tích hữu ích.
Điều này đặc biệt quan trọng đối với học máy.
Một mô hình được huấn luyện bằng các phân loại công việc không nhất quán hoặc hồ sơ sản xuất không đầy đủ có thể nhận diện những mối tương quan ít có giá trị vận hành. Các thuật toán tốt hơn không thể bù đắp vô thời hạn cho dữ liệu nguồn kém chất lượng.
Các sáng kiến trong ngành có sự tham gia của những tổ chức như PRINTING United Alliance, GWG, CIP4 và UCP có thể góp phần xây dựng nền tảng này bằng cách cải thiện khả năng tương tác và tính nhất quán của dữ liệu quy trình công việc.
Bước tiếp theo nên là hợp nhất trên phương diện thực tiễn: các hệ thống phải có khả năng đọc, so sánh, xác thực và trao đổi thông tin sản xuất mà không yêu cầu người vận hành phải chuyển đổi thủ công giữa các nền tảng.
Tự động hóa thay đổi công việc của người vận hành
Trong tương lai gần, tự động hóa sẽ không loại bỏ nhân sự sản xuất có tay nghề. Nó sẽ thay đổi nơi chuyên môn của họ được áp dụng.
Người vận hành sẽ dành ít thời gian hơn cho việc thực hiện các điều chỉnh lặp đi lặp lại và dành nhiều thời gian hơn cho việc xử lý các tình huống bất thường, phân tích hoạt động của quy trình, xác nhận chất lượng, khắc phục sự cố thiết bị, giám sát quy trình công việc và duy trì các tiêu chuẩn quy trình.
Sự chuyển đổi này đòi hỏi hình thức đào tạo khác.
Một kỹ thuật viên hiểu về cảm biến, mạng, logic PLC, truyền thông công nghiệp, cấu trúc dữ liệu và điều khiển quy trình có thể trở nên giá trị hơn khi các hệ thống sản xuất ngày càng được kết nối.
Vì vậy, thách thức về lực lượng lao động không chỉ đơn giản là thiếu nhân công. Đó là sự chuyển đổi kỹ năng từ thực hiện thủ công sang giám sát kỹ thuật và quản lý các tình huống bất thường.
An ninh mạng phải trở thành một phần của tự động hóa sản xuất
Khả năng kết nối cao hơn cũng làm tăng bề mặt tấn công.
Khi máy in, hệ thống kiểm tra, nền tảng MIS, dịch vụ đám mây, hệ thống bảo trì và mạng doanh nghiệp trao đổi thông tin, tự động hóa sản xuất trở nên phụ thuộc vào hạ tầng truyền thông.
An ninh mạng không còn có thể chỉ được xem là trách nhiệm của bộ phận CNTT.
Mạng công nghiệp cần phân đoạn mạng, kiểm soát truy cập, bảo trì từ xa an toàn, xác thực, quản lý vòng đời phần mềm, chiến lược sao lưu và các quy trình khôi phục được xác định rõ. Tính liên tục của sản xuất phải được cân nhắc song song với tính bảo mật của dữ liệu.
Khi ngày càng nhiều thiết bị được giám sát từ xa và vận hành bằng phần mềm, an ninh mạng sẽ trở thành một yêu cầu kỹ thuật nền tảng đối với các hệ thống sản xuất được kết nối.
Sản xuất Không cần Đèn sẽ Vẫn Phụ thuộc vào Từng Ứng dụng
Các nhà máy hoàn toàn tự chủ sẽ thu hút sự chú ý vì chúng đại diện cho tầm nhìn tối thượng về tự động hóa. Tuy nhiên, sản xuất hoàn toàn không cần người vận hành vẫn sẽ khó thực hiện trong các môi trường có sản phẩm biến động lớn, thường xuyên chuyển đổi, nguyên vật liệu khó dự đoán và yêu cầu tùy chỉnh của khách hàng.
Sản xuất được tiêu chuẩn hóa cao phù hợp hơn với vận hành tự chủ.
Đối với môi trường sản xuất hỗn hợp, mô hình lai thực tế hơn. Máy móc xử lý các hoạt động có thể lặp lại, phần mềm điều phối quy trình làm việc, cảm biến xác minh kết quả, AI hỗ trợ ra quyết định và các chuyên gia can thiệp khi điều kiện vượt ra ngoài các giới hạn được xác định trước.
Mô hình này mang lại một lộ trình thực tế hơn hướng tới sản xuất tự chủ.
Lợi thế cạnh tranh tiếp theo nằm ở kiến trúc quy trình làm việc
Ngành này đang chuyển từ tự động hóa lấy máy móc làm trung tâm sang tự động hóa lấy hệ thống làm trung tâm.
Các nhà sản xuất có sức cạnh tranh cao nhất không nhất thiết phải sở hữu máy in nhanh nhất hay từng máy móc riêng lẻ hiện đại nhất. Họ sẽ là những doanh nghiệp tích hợp thiết bị, phần mềm, dữ liệu, cảm biến, hệ thống kiểm tra, lập lịch, bảo trì và chuyên môn của con người vào một kiến trúc sản xuất thống nhất.
Kiến trúc đó nên tạo ra một số kết quả có thể đo lường: ít thao tác thủ công hơn, thời gian chuẩn bị ngắn hơn, giảm lãng phí vật liệu, tuân thủ lịch trình tốt hơn, màu sắc nhất quán, xác định lỗi nhanh hơn và khả năng quan sát sản xuất được cải thiện.
Xét từ góc độ tự động hóa công nghiệp, đây mới là những chỉ số hiệu suất thực sự.
Lộ trình hướng tới Sản xuất Tự chủ
Ngành in ấn và đóng gói hiện đang ở giai đoạn tự động hóa kết nối thay vì giai đoạn sản xuất hoàn toàn tự chủ.
Quá trình phát triển có thể sẽ tuân theo một chuỗi dễ nhận thấy:
- Tự động hóa từng máy móc và các tác vụ lặp đi lặp lại.
- Kết nối thiết bị sản xuất với các hệ thống phần mềm.
- Tiêu chuẩn hóa dữ liệu sản xuất và dữ liệu máy móc.
- Đưa vào sử dụng phân tích và công cụ hỗ trợ ra quyết định dựa trên AI.
- Triển khai cơ chế phản hồi và điều khiển quy trình vòng kín.
- Tự động hóa việc xử lý ngoại lệ khi các điều kiện quy trình có thể dự đoán được.
- Mở rộng hướng tới sản xuất tự chủ được điều phối.
Giai đoạn cuối cùng sẽ không đạt được chỉ vì AI trở nên mạnh hơn. Điều đó phụ thuộc vào việc kiến trúc sản xuất nền tảng có thể cung cấp dữ liệu chính xác, giao diện điều khiển đáng tin cậy, các quy trình được tiêu chuẩn hóa và ranh giới vận hành được xác định rõ ràng hay không.
Vì vậy, bài học cốt lõi rất đơn giản: tự động hóa nên được thiết kế như một kiến trúc, không phải được mua dưới dạng một tập hợp các công nghệ biệt lập.
Các nhà máy sớm thiết lập kiến trúc này sẽ có vị thế tốt hơn để tiếp nhận AI, robot, nền tảng đám mây, công nghệ kiểm tra tiên tiến và các công nghệ sản xuất trong tương lai mà không phải liên tục xây dựng lại quy trình làm việc.
