Sử dụng HMI để theo dõi KPI sản xuất: Đòn bẩy tối ưu hóa hiệu suất nhà máy

Trong môi trường sản xuất cạnh tranh ngày nay, việc theo dõi và cải thiện hiệu suất là yếu tố then chốt cho sự thành công và duy trì lợi thế cạnh tranh. Các chỉ số hiệu suất chính (KPI) cung cấp cái nhìn sâu sắc về sức khỏe hoạt động của nhà máy, từ hiệu suất thiết bị đến chất lượng sản phẩm. Nhiều hệ thống giám sát KPI truyền thống phức tạp, khó tiếp cận trực tiếp tại sàn nhà máy, cản trở việc ra quyết định nhanh chóng. HMI đã vượt ra khỏi vai trò công cụ điều khiển đơn thuần, trở thành một bảng điều khiển KPI HMI trực quan và mạnh mẽ, mang dữ liệu đến gần người vận hành và quản lý, từ đó chuyển đổi cách chúng ta theo dõi và tối ưu hóa sản xuất. Bài viết này sẽ đi sâu vào cách sử dụng HMI để theo dõi KPI sản xuất, từ các khái niệm cơ bản đến lợi ích thực tiễn và các KPI cụ thể có thể được hiển thị.

1. HMI và KPI sản xuất: Khái niệm và tầm quan trọng

HMI đóng vai trò cầu nối quan trọng giữa dữ liệu máy móc và KPI sản xuất, biến dữ liệu thô thành thông tin trực quan, dễ hiểu giúp người vận hành và quản lý theo dõi và phản ứng kịp thời với hiệu suất hoạt động.

1.1. KPI sản xuất là gì?

KPI sản xuất là các chỉ số đo lường hiệu suất cụ thể của quy trình sản xuất, giúp đánh giá mức độ đạt được mục tiêu và xác định các lĩnh vực cần cải tiến. KPI là các chỉ số định lượng, chúng đo lường hiệu suất cụ thể của quy trình sản xuất, giúp doanh nghiệp đánh giá mức độ đạt được các mục tiêu đã đề ra.

KPI sản xuất có thể được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau, bao gồm KPI hoạt động (như tốc độ sản xuất, số lượng lỗi), KPI chất lượng (như tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn, tỷ lệ phế phẩm), và KPI tài chính (như chi phí sản xuất trên mỗi đơn vị). Tầm quan trọng của KPI nằm ở khả năng cung cấp cơ sở vững chắc cho việc ra quyết định, thúc đẩy quá trình cải tiến liên tục, và cho phép tối ưu hóa việc sử dụng nguồn lực trong nhà máy.

1.2. Vai trò của HMI trong theo dõi KPI

HMI có vai trò thiết yếu trong việc theo dõi KPI bằng cách cung cấp khả năng truy cập dữ liệu thời gian thực, trực quan hóa thông tin, và hỗ trợ ra quyết định nhanh chóng ngay tại sàn nhà máy.

HMI cung cấp khả năng truy cập trực tiếp và hiển thị dữ liệu sản xuất thời gian thực HMI từ máy móc và thiết bị tự động hóa, loại bỏ sự chậm trễ trong việc thu thập thông tin. Nó biến các con số thô thành biểu đồ, đồ thị, và đồng hồ đo dễ hiểu trên bảng điều khiển KPI HMI, giúp người vận hành dễ dàng nắm bắt tình hình mà không cần phân tích phức tạp.

HMI hỗ trợ ra quyết định nhanh chóng bằng cách cho phép người vận hành và giám sát viên nhìn thấy ngay lập tức hiệu suất hiện tại và các điểm bất thường, từ đó đưa ra hành động khắc phục kịp thời. Ngoài ra, HMI cung cấp thông tin tập trung, tích hợp nhiều KPI khác nhau vào một giao diện duy nhất, đơn giản hóa việc giám sát tổng thể.

2. Các KPI sản xuất quan trọng có thể theo dõi trên HMI

HMI có thể hiển thị một loạt các KPI sản xuất quan trọng, từ hiệu suất tổng thể của thiết bị đến tốc độ và chất lượng sản xuất, cung cấp cái nhìn toàn diện và kịp thời về hoạt động nhà máy, giúp tối ưu hóa sản xuất HMI.

2.1. Hiệu suất tổng thể thiết bị (OEE – Overall Equipment Effectiveness)

OEE là một KPI tổng hợp và mạnh mẽ, đo lường tính khả dụng, hiệu suất và chất lượng của thiết bị, được HMI hiển thị một cách trực quan để người vận hành nắm bắt hiệu suất tổng thể ngay lập tức. OEE là một KPI tổng hợp, nó đo lường ba yếu tố chính: tính khả dụng (Availability), hiệu suất (Performance) và chất lượng (Quality) của thiết bị. Công thức tính OEE là Khả dụng nhân với Hiệu suất nhân với Chất lượng.

Ứng dụng của HMI trong hiển thị OEE bao gồm:

• Hiển thị OEE thời gian thực: HMI có thể sử dụng đồng hồ đo, biểu đồ thanh hoặc biểu đồ kim để hiển thị giá trị OEE hiện tại một cách rõ ràng.
• Chi tiết thành phần OEE: HMI cho phép người dùng xem chi tiết các thành phần riêng lẻ của OEE (Khả dụng, Hiệu suất, Chất lượng) để xác định nguyên nhân gốc rễ của sự sụt giảm hiệu suất.
• Nguyên nhân gây tổn thất: HMI cho phép người vận hành ghi nhận và hiển thị các nguyên nhân gây dừng máy, giảm tốc độ sản xuất, hoặc lỗi chất lượng, hỗ trợ phân tích và cải tiến.

2.2. Tốc độ sản xuất (Production Rate/Throughput)

Tốc độ sản xuất là KPI quan trọng thể hiện số lượng sản phẩm được sản xuất trong một đơn vị thời gian, được HMI hiển thị so sánh với mục tiêu và theo xu hướng để đánh giá hiệu suất trực quan. Tốc độ sản xuất là KPI biểu thị số lượng sản phẩm được sản xuất trong một đơn vị thời gian (ví dụ: sản phẩm/giờ, sản phẩm/ca).

Ứng dụng của HMI trong theo dõi tốc độ sản xuất bao gồm:

• Hiển thị tốc độ hiện tại so với mục tiêu: HMI có thể sử dụng biểu đồ đường, đồng hồ đo hoặc chỉ số trực tiếp để so sánh tốc độ hiện tại với mục tiêu đề ra.
• Biểu đồ xu hướng tốc độ: Hiển thị biểu đồ xu hướng tốc độ sản xuất theo thời gian (giờ, ca, ngày) giúp nhận diện sự sụt giảm hoặc tăng trưởng hiệu suất.
• Số lượng sản phẩm đã sản xuất: Đếm và hiển thị số lượng sản phẩm hoàn thành trong ca làm việc hoặc trong ngày, cung cấp thông tin cập nhật liên tục.

2.3. Chất lượng sản phẩm (Quality Rate/Defect Rate)

Chất lượng sản phẩm là KPI quan trọng biểu thị tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu hoặc tỷ lệ lỗi, được HMI trực quan hóa để đảm bảo kiểm soát chất lượng liên tục và kịp thời. Chất lượng sản phẩm là KPI đo lường tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu so với tổng số sản phẩm được sản xuất, hoặc ngược lại, tỷ lệ lỗi/phế phẩm.

Ứng dụng của HMI trong giám sát chất lượng sản phẩm bao gồm:

• Hiển thị tỷ lệ lỗi hiện tại: HMI hiển thị trực tiếp tỷ lệ hoặc số lượng lỗi được phát hiện trong quá trình sản xuất.
• Phân loại lỗi: Sử dụng biểu đồ tròn hoặc biểu đồ thanh để hiển thị các loại lỗi phổ biến, giúp xác định nguyên nhân gốc rễ.
• Mục tiêu chất lượng: So sánh chất lượng hiện tại với mục tiêu chất lượng đề ra, cảnh báo khi có sự sai lệch.

2.4. Thời gian dừng máy (Downtime)

Thời gian dừng máy là KPI thể hiện tổng thời gian máy không hoạt động, được HMI hiển thị chi tiết và cho phép ghi nhận lý do, hỗ trợ phân tích và giảm thiểu tổn thất. Thời gian dừng máy là KPI đo lường tổng thời gian máy không hoạt động do các sự cố, bảo trì, thay đổi sản phẩm, hoặc các nguyên nhân khác.

Ứng dụng của HMI trong theo dõi thời gian dừng máy bao gồm:

• Hiển thị thời gian dừng máy hiện tại: HMI có thể hiển thị đồng hồ đếm ngược/đếm xuôi cho thời gian dừng máy hiện tại.
• Lý do dừng máy: HMI cho phép người vận hành chọn hoặc nhập lý do dừng máy trực tiếp trên giao diện, hỗ trợ phân tích sau này.
• Phân tích nguyên nhân dừng máy: Hiển thị biểu đồ Pareto các nguyên nhân dừng máy phổ biến, giúp ưu tiên các nỗ lực cải tiến.

2.5. Tiêu thụ năng lượng/nguyên vật liệu

Tiêu thụ năng lượng/nguyên vật liệu là KPI quan trọng đo lường lượng tài nguyên sử dụng trên mỗi đơn vị sản phẩm, được HMI hiển thị để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng nguồn lực. Tiêu thụ năng lượng/nguyên vật liệu là KPI đo lường lượng năng lượng (điện, khí) hoặc nguyên vật liệu tiêu thụ trên mỗi đơn vị sản phẩm được sản xuất.

Ứng dụng của HMI trong giám sát tiêu thụ bao gồm:

• Hiển thị mức tiêu thụ thời gian thực: HMI hiển thị trực tiếp mức tiêu thụ hiện tại của năng lượng hoặc nguyên vật liệu.
• So sánh với định mức/mục tiêu: HMI so sánh mức tiêu thụ hiện tại với định mức hoặc mục tiêu đã đặt ra để phát hiện lãng phí.

Dưới đây là bảng tổng hợp các KPI sản xuất quan trọng và cách HMI có thể hỗ trợ theo dõi:

Yếu tố	Mô tả	Ảnh hưởng trực tiếp đến HMI
Bố cục HMI	Cách các thành phần, nút bấm, đồ thị được sắp xếp trên màn hình.	Bố cục lộn xộn/không logic có thể gây nhầm lẫn cho người vận hành, dẫn đến lỗi người vận hành.
Sử dụng Màu sắc	Cách màu sắc được dùng để biểu thị trạng thái, cảnh báo, dữ liệu.	Màu sắc không nhất quán/khó phân biệt có thể làm giảm khả năng nhận diện cảnh báo, tăng rủi ro HMI.
Biểu tượng	Các hình ảnh trực quan đại diện cho chức năng hoặc trạng thái.	Biểu tượng không rõ ràng/không phổ quát có thể gây hiểu lầm, dẫn đến thao tác sai.
Văn bản/Thông báo	Các thông báo, nhãn, hướng dẫn trên HMI.	Văn bản mơ hồ, quá dài, hoặc không rõ ràng có thể khiến người vận hành không hiểu đúng thông tin, ảnh hưởng đến an toàn chức năng.
Phản hồi HMI	Cách HMI phản ứng với thao tác của người dùng (âm thanh, hình ảnh, rung).	Thiếu phản hồi hoặc phản hồi không rõ ràng có thể khiến người vận hành không chắc chắn về thao tác, có thể dẫn đến lặp lại hành động nguy hiểm.
Kiểm soát Truy cập	Các cơ chế xác thực và phân quyền cho người dùng HMI.	Kiểm soát truy cập HMI lỏng lẻo có thể dẫn đến truy cập trái phép, thay đổi cài đặt an toàn, gây ra rủi ro bảo mật HMI nghiêm trọng.
Độ tin cậy phần mềm	Khả năng của phần mềm HMI hoạt động ổn định, không bị treo, không hiển thị dữ liệu sai.	Lỗi phần mềm có thể gây ra hiển thị sai dữ liệu sản xuất thời gian thực HMI, dẫn đến quyết định sai của người vận hành.
Bảo mật mạng	Các biện pháp bảo vệ HMI khỏi các cuộc tấn công mạng.	Lỗ hổng bảo mật mạng có thể cho phép kẻ tấn công kiểm soát HMI, vô hiệu hóa các chức năng, gây nguy hiểm và ảnh hưởng đến KPI nhà máy thông minh.
Môi trường vận hành	Các yếu tố vật lý xung quanh HMI (ánh sáng, nhiệt độ, độ rung, bụi bẩn).	Môi trường khắc nghiệt có thể làm giảm khả năng nhìn/thao tác HMI, tăng khả năng lỗi người vận hành.

3. Thách thức và giải pháp khi sử dụng HMI để theo dõi KPI

Việc sử dụng HMI để theo dõi KPI sản xuất đối mặt với các thách thức về chất lượng dữ liệu, thiết kế giao diện và bảo mật, đòi hỏi các giải pháp thông minh và chiến lược để đảm bảo hiệu quả tối ưu và thúc đẩy tối ưu hóa sản xuất HMI.

3.1. Thách thức

Việc triển khai HMI để theo dõi KPI sản xuất đối mặt với nhiều thách thức, từ chất lượng dữ liệu đến khả năng tích hợp và yếu tố con người.

• Chất lượng dữ liệu là một thách thức lớn; dữ liệu không chính xác, thiếu sót, hoặc không đồng bộ từ các nguồn khác nhau có thể dẫn đến KPI sai lệch.
• Quá tải thông tin thường xuyên xảy ra khi hiển thị quá nhiều KPI hoặc dữ liệu không liên quan trên một màn hình, gây khó hiểu và giảm khả năng tập trung của người vận hành.
• Thiếu ngữ cảnh cũng là một vấn đề, khi KPI được hiển thị nhưng không có thông tin chi tiết về nguyên nhân gây ra sự thay đổi, cản trở việc phân tích.
• Bảo mật dữ liệu luôn là mối lo ngại, với nguy cơ truy cập trái phép hoặc thao túng dữ liệu KPI có thể dẫn đến các quyết định sai lầm.
• Tích hợp phức tạp là một rào cản kỹ thuật, đặc biệt khi kết nối HMI với các hệ thống MES/ERP hiện có hoặc các thiết bị cũ.
• Cuối cùng, chi phí triển khai và bảo trì (phần mềm, phần cứng, đào tạo) có thể là đáng kể.

3.2. Giải pháp

Để giải quyết các thách thức trên, cần áp dụng các giải pháp toàn diện bao gồm xác minh dữ liệu, thiết kế giao diện thông minh, tăng cường bảo mật và đào tạo liên tục.

Xác minh và làm sạch dữ liệu: Triển khai các quy trình xác minh dữ liệu tại nguồn, sử dụng các công cụ ETL (Extract, Transform, Load) để đảm bảo chất lượng, tính nhất quán và độ tin cậy của dữ liệu sản xuất thời gian thực HMI.

Thiết kế HMI trực quan hóa dữ liệu tập trung: Tuân thủ nguyên tắc thiết kế HMI hiệu suất cao (ví dụ: ISA 101.01), chỉ hiển thị KPI quan trọng nhất cho từng cấp độ người dùng, tránh quá tải thông tin.

• Sử dụng biểu đồ, đồ thị rõ ràng: Biến dữ liệu số thành hình ảnh trực quan dễ hiểu.
• Màu sắc và biểu tượng nhất quán: Đảm bảo ý nghĩa rõ ràng, dễ nhận biết.
• Bố cục phân cấp: Sắp xếp thông tin theo mức độ quan trọng, ưu tiên KPI cốt lõi.

Cung cấp ngữ cảnh rõ ràng: Thêm chức năng drill-down (khoan sâu) để xem thông tin chi tiết hơn, liên kết với các biểu đồ xu hướng hoặc nguyên nhân gốc rễ của sự thay đổi KPI.

Tăng cường bảo mật HMI: Áp dụng các biện pháp bảo mật mạng vững chắc (tường lửa, phân đoạn mạng), triển khai kiểm soát truy cập HMI nghiêm ngặt (phân quyền, xác thực đa yếu tố) và mã hóa dữ liệu nhạy cảm.

Sử dụng kiến trúc tích hợp linh hoạt: Triển khai các giao thức truyền thông tiêu chuẩn công nghiệp (như OPC UA, MQTT) và nền tảng tích hợp trung gian để kết nối HMI một cách liền mạch với các hệ thống MES/ERP hiện có.

Đánh giá ROI và đào tạo: Thực hiện phân tích lợi tức đầu tư (ROI) để chứng minh giá trị của việc triển khai, và cung cấp đào tạo toàn diện cho người vận hành và quản lý về cách sử dụng hiệu quả bảng điều khiển KPI HMI và cách diễn giải dữ liệu để đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu HMI.

Tối ưu hóa sản xuất HMI liên tục dựa trên phản hồi từ người dùng và các phân tích hiệu suất.

4. Kết luận

Việc sử dụng HMI để theo dõi KPI sản xuất đã trở thành một yếu tố không thể thiếu trong chiến lược tối ưu hóa hiệu suất của các nhà máy hiện đại, biến giao diện người-máy thành một công cụ quản lý và ra quyết định hiệu quả. Bằng cách mang dữ liệu sản xuất thời gian thực HMI trực tiếp đến sàn nhà máy, HMI giúp người vận hành và quản lý có cái nhìn tức thì về hiệu suất thiết bị HMI, tốc độ sản xuất HMI và chất lượng sản phẩm HMI, từ đó thúc đẩy tối ưu hóa sản xuất HMI.