Nhà máy tại Nhật 'thông minh' đến đâu?

Từ nhà máy thông minh...

"Chúng tôi đã bắt đầu nghiên cứu dùng IoT cách đây 20 năm. 5 năm trở lại đây, hệ thống đã dần hoàn thiện", ông Takaichi Ishida – Giám đốc Omika Works nói dịp đón khách đến thăm vào trung tuần tháng 10.

Nằm ở tỉnh Ibaraki, Omika Works rộng 200.000 m2 và nhìn ra Thái Bình Dương. Nhà máy này sản xuất theo các đặt hàng riêng trong ngành hạ tầng công nghiệp. Khoảng 400 công nhân và 3.000 kỹ sư thiết kế đang làm việc tại đây. Omika Works là một trong những nhà máy ứng dụng IoT lớn nhất Nhật Bản. Giải pháp của họ được chia sẻ để "thông minh hoá" nhiều nhà máy khắp đất nước.

Là "cha đẻ" của hệ thống, ông K.Fujita kể rằng sau khi ý tưởng giúp Omika "thông minh" hơn được đề ra, năm 2007, nhà máy chính thức nghiên cứu và áp dụng hoàn chỉnh vào 2014. Về cơ bản, giải pháp IoT cho nhà máy này xoay quanh quá trình gọi là ‘Sense – Think – Act’.

Trong đó, ‘Sense’ là trực quan hoá sản xuất. Nhà máy dùng 80.000 thẻ RFID và lắp 450 máy đọc thẻ để thu thập thông tin từng công đoạn, cùng hệ thống camera. Dữ liệu đưa về theo thời gian thực sẽ được phân tích để phát hiện bất thường và tìm ra thao tác hiệu quả nhất. Quá trình này gọi là ‘Think’.

Tiếp theo, từ dữ liệu và giải pháp rút kết, ‘Act’ là quá trình mô phỏng sản xuất trên phần mềm để lập kế hoạch sản xuất cho nhiều tháng, nâng cao tính chính xác của kế hoạch và cắt giảm công đoạn thừa. Vòng tuần hoàn liên tục được lập lại để nhà máy ngày một ‘thông minh’ hơn.

"Bộ phận thiết kế tạo ra phần mềm để tính toán cách làm nào sẽ nhanh nhất, đưa ra chỉ thị cụ thể từng bước để công nhân học và thao tác", ông K.Fujita diễn giải khi dẫn khách tham quan khu B nhà máy.

Tại đây, mỗi công nhân thao tác sẽ có 8 camera quan sát. Khi xong một bước, họ dùng thẻ RFID để quét lên máy đọc, màn hình sẽ hiện ra hướng dẫn bước kế tiếp. Nếu lắp một tủ điện cần 100 bước thì họ sẽ quét thẻ RFID 100 lần để làm. Cách này còn giúp biết chính xác thời gian thao tác từng bước.

"Mỗi thao tác đều có chuẩn, nếu lâu hơn thì sẽ xem xét vấn đề ở đâu. Nhờ dữ liệu camera và RFID liên kết nhau nên có thể trích xuất ngay thời điểm sự cố", vị chuyên gia giải thích trong khi các công nhân vẫn tập trung cao độ. Chỉ một phút xao nhãng cũng có thể chậm hơn tiêu chuẩn và được các ‘tai mắt’ IoT ghi lại.

Hệ thống IoT trong nhà máy này còn có nhiều khả năng khác như quản lý năng lượng, phân bổ nhân sự tối ưu, tự kiểm soát linh kiện tồn kho và đặt mua thêm khi gần hết cũng như kiểm tra chất lượng thành phẩm.

"Bản mạch lắp xong được kiểm tra bằng máy, dùng tia X 3D, và lưu ngay lên hệ thống, thay vì để con người quan sát bằng mắt và ghi vào ‘check list’ như trước. Bằng cách dùng IoT, ta có thể lưu lại bằng chứng quy trình sản xuất và chất lượng thành phẩm", ông K.Fujita mô tả tại khu C, nơi các bản mạch chủ yếu được lắp bằng robot. Chỉ những bản mạch có độ phức tạp cao mới cần con người.

Lãnh đạo Omika nói rằng, việc thu thập và sử dụng thông tin về con người, máy móc và vật liệu theo thời gian thực cho đã giúp giảm một nửa thời gian sản xuất. Giải pháp sản xuất hiệu quả cao kết hợp công nghệ vận hành (kiểm soát và vận hành) và công nghệ thông tin (phân tích dữ liệu và ứng dụng) của nhà máy đã xuất khẩu đi Thái Lan.

...đến thành phố thông minh

Không chỉ có nhà máy, ý tưởng về thành phố thông minh cũng có hơn chục năm. Cách Tokyo 25 km, Kashiwa-no-ha Smart City (thuộc Kashiwa, tỉnh Chiba) hình thành từ một nhà ga vào 2005. Đến nay, nó là cộng đồng hơn 9.000 người với ‘AI, IoT, Sức khoẻ thông minh và Khoa học sự sống’ và được xem là đô thị kiểu mẫu.

Kashiwa-no-ha dự kiến rộng đến 300 ha, 26.000 cư dân và 15.000 lao động vào năm 2030. Mitsui Fodosan, chủ đầu tư đã đổ 923 triệu USD vào giai đoạn một với tham vọng ‘giải quyết các thách thức của tương lai, không chỉ Nhật Bản mà là thế giới’ thông qua 3 khái niệm phát triển về thành phố của: cộng sinh môi trường; sức khoẻ - tuổi thọ và sáng tạo công nghệ mới.

Điểm nổi bật của Kashiwa-no-ha là hệ thống quản lý năng lượng (AEMS), được xây dựng bởi Hitachi. Trên mái các tòa nhà, hay thậm chí là mái hiên, không khó để bắt gặp những tấm pin mặt trời. Gần đây, thành phố còn thử nghiệm lắp thêm các cánh quạt điện gió. Nguồn năng lượng tái tạo đáp ứng 10% nhu cầu tiêu thụ.

AEMS sẽ thu lượng điện tái tạo dư thừa từ các toà nhà về hai trung tâm lưu trữ bằng pin Lithium Ion của thành phố. Hai trung tâm cũng sẽ nạp điện từ điện lưới vào ban đêm, khi giá điện rẻ và cấp điện lại vào ban ngày, khi giá điện và áp lực tải của điện lưới lên cao.

Vào các ngày trong tuần, điện từ khu thương mại LaLaport sẽ được AEMS điều phối qua khu làm việc Gate Square và ngược lại vào ngày nghỉ. Điều này giúp thành phố giảm mức tiêu thụ cao điểm xuống 18,5%, bảo tồn năng lượng và giảm lượng khí thải carbon dioxide.

Hộ gia đình cũng có hệ thống quản lý năng lượng (HEMS). Với ứng dụng di động, người dân có thể theo dõi mức tiêu thụ điện, kiểm soát các thiết bị trong nhà. Trí thông minh nhân tạo của HEMS sẽ tư vấn cách tiết kiệm năng lượng. Cư dân tiết kiệm đạt mục tiêu trong tháng sẽ nhận điểm thưởng, dùng quy đổi khi mua sắm.

Đến nay, Kashiwa-no-ha là một trong 10 thành phố trên thế giới đạt chứng chỉ LEED về công trình xanh và ở cấp độ bạch kim, tức cao nhất. Ngoài ra, là thành phố của Nhật Bản nên Kashiwa-no-ha còn có khả năng chống thảm họa, tự cung cấp điện, nước và thức ăn trong 3 ngày khi thiên tai.

Dù mới quy mô nhỏ, nhưng Kashiwa-no-ha có hai bệnh viện và một phòng thí nghiệm xúc tiến sức khỏe cộng đồng. Đại học Tokyo, Đại học Chiba, một không gian làm việc chung thuộc hàng lớn nhất đất nước do 31ventures xây dựng cũng tọa lạc tại đây. Việc hợp tác công (chính quyền Kashiwa, Chiba), tư (doanh nghiệp và người dân) và giới học thuật (Đại học Tokyo và Đại học Chiba) là cách mà Kashiwa-no-ha ngày một ‘thông minh’ hơn.

Mỗi tháng một lần, đại diện 3 giới sẽ có cuộc họp về các vấn đề hệ trọng cũng như đường hướng phát triển tiếp theo. Một trong những mục tiêu sắp tới của họ là mở rộng hệ thống chia sẻ ôtô điện và tiến tới triển khai ôtô tự lái.

"Mọi người từ nhiều lĩnh vực khác nhau tham gia vào hợp tác này. Bằng cách duy trì hợp tác, chúng tôi hướng thành phố này như một hình mẫu giải quyết các thách thức và các đô thị đang gặp phải ngày nay", ông Atsushi Deguchi, Giám đốc điều hành Trung tâm Thiết kế Đô thị Kashiwa-no-ha (UCDK) cho biết.

Lo ‘Khủng hoảng 5.0’

Một tương lai ‘thông minh’ hơn cho nhà xưởng lẫn phố xá nằm ở Harmonious Competence Center (Tokyo), trưng bày các giải pháp ứng dụng AI, IoT, Blockchain vào nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Một số đã thí điểm thực tế.

Ví dụ, Daikin đang thử nghiệm dùng hệ thống phân tích thao tác công nghệ 3D để kiểm tra động tác của công nhân có đúng chuẩn chưa. Sân bay Quốc tế Haneda dùng hệ thống dịch thuật bằng AI để hỗ trợ cho nhân viên khi giao tiếp. Một chuỗi cửa hàng ở miền Nam Nhật Bản dùng giải pháp bán lẻ ứng dụng AI để nhận biết khách hàng thành viên nhằm tư vấn, hỗ trợ và thanh toán thuận tiện.

"Từ hai năm trước, chúng tôi đã cộng tác với Mitsui để xây dựng ý tưởng văn phòng của tương lai. Tháng rồi, một không gian làm việc chung quy mô lớn đã được nâng cấp nhờ phương pháp này. Văn phòng quan sát mọi người đến làm gì, nắm bắt bằng công nghệ kỹ thuật số để trực quan hoá, biết họ cần gì", Chủ tịch và CEO Hitachi - Toshiaki Higashihara cập nhật thêm tại ‘Diễn đàn Đổi mới vì Xã hội lần thứ 21’ của Hitachi với 10.000 khách tham dự tại Tokyo vừa qua. Harmonious Competence Center cũng là trung tâm thuộc Hitachi.

Hitachi từ lâu đã không còn là một công ty sản xuất thiết bị điện gia dụng. Thực tế, mảng điện tử chỉ còn chiếm 60% doanh thu. Ngày nay, tập đoàn cung cấp các giải pháp kỹ thuật số sử dụng công nghệ Lumada trong năm lĩnh vực bao gồm công nghệ di động, cuộc sống thông minh, công nghiệp, năng lượng và công nghệ thông tin. 17 đoàn tàu điện trị giá 370 triệu USD mà TP HCM mua cho hệ thống tuyến metro số 1 cũng là do tập đoàn này sản xuất.

Tuy nhiên, theo đuổi sự tiện lợi sẽ tạo ra những thách thức khác, khiến con người giống máy móc hơn. "Ngày càng, chúng ta càng nhớ về những điều xưa cũ nhưng vẫn ám ảnh về sự phát triển. Trong sự phát triển của nhân loại thì con người và kỹ thuật số phải cộng sinh với nhau, giúp con người vượt qua không gian, thời gian và đánh thức ký ức, giúp con người kiểm soát thảm họa và thắp sáng cuộc sống", đoạn phim mở đầu diễn đàn đặt vấn đề.

Trong Kế hoạch Khoa học Công nghệ lần thứ 5 giai đoạn 2016-2020, Chính phủ Nhật Bản bắt đầu đề cập đến ‘Xã hội 5.0’. Đó là khi một lượng dữ liệu vô cùng lớn được thu thập qua hệ thống IoT tích lũy vào không gian ảo. Nhờ vậy, AI có đủ dữ liệu để phân tích, dự đoán vượt cả trí tuệ con người và truyền kết phân tích trở lại không gian thực qua nhiều hình thức khác nhau.

Suy nghĩ về "Xã hội 5.0’, các giáo sư nhân học, xã hội học và nhân chủng học tại Đại học Kyoto dự đoán về những vấn đề của những năm 2050, còn gọi là Crisis 5.0. Họ chỉ ra rằng, khi ấy, nhân loại sẽ đối diện với 3 không: không còn gì để tin; không còn gì để dựa vào và không gì để làm. Tất cả bởi công nghệ thực tế ảo, AI, và robot đã mở ra thế giới vô tận và thay thế được con người trong mọi sự kiện.

Ông Toshiaki Higashihara nói rằng, trách nhiệm của tập đoàn là tập trung tất cả các nguồn lực, phối hợp với khách hàng và đối tác để tìm hiểu những điều mà mọi người trên thế giới mong muốn, như nâng cao chất lượng cuộc sống và tiến tới một xã hội bền vững bằng cách cải thiện các giá trị xã hội, môi trường và kinh tế.

Khi một nhà máy thông minh hơn ra đời, nó vì con người chứ không phải loại bỏ con người. Ví dụ, Hitachi đang hợp tác với Amada Holdings, chuyên về gia công kim loại hàng đầu thế giới để xây dựng nhà máy thân thiện với con người hơn nhưng vẫn tối tân.

Trước đó, trong chuyến đón đoàn tham quan, Giám đốc Omika Works dường như cảm nhận được suy nghĩ của những vị khách. "Hệ thống IoT là để tối ưu hoá sản xuất và liên tục phát triển nhà máy chứ không nhằm bắt lỗi công nhân", ông Takaichi Ishida lý giải.

Viễn Thông