Thu thập dữ liệu sản xuất trong hệ thống MES trong sản xuất công nghiệp

Thu thập dữ liệu sản xuất là nền tảng quan trọng cho chuyển đổi số trong công nghiệp. Việc tự động ghi nhận thông tin từ sàn nhà máy thay thế các phương pháp thủ công, giúp doanh nghiệp nắm bắt tình hình hoạt động, phát hiện nút thắt và xử lý sự cố kịp thời. Đây không chỉ là một bước kỹ thuật mà còn là chiến lược nâng cao năng lực cạnh tranh và tối ưu hiệu suất. Bài viết sẽ phân tích cách triển khai công nghệ thu thập dữ liệu, vai trò của MES trong việc biến dữ liệu thô thành thông tin hữu ích, và những lợi ích cụ thể đối với hiệu quả sản xuất.

1. Các Phương Pháp và Công nghệ Thu thập Dữ liệu

Các phương pháp thu thập dữ liệu sản xuất bao gồm cả tự động và thủ công, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Việc kết hợp các phương pháp này, thường được thực hiện qua hệ thống MES, tạo ra một bức tranh toàn cảnh về hoạt động sản xuất.

1.1. Thu thập tự động: Nguồn dữ liệu thời gian thực

Thu thập dữ liệu tự động cho phép doanh nghiệp loại bỏ sai sót và cung cấp dữ liệu tức thời. Việc kết nối trực tiếp với các thiết bị trên sàn nhà máy cho phép hệ thống MES tự động nhận dữ liệu mà không cần sự can thiệp của con người.

1.1.1. Kết nối với PLC/SCADA

Hệ thống MES giao tiếp trực tiếp với các bộ điều khiển lập trình logic (PLC) và hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA). PLC điều khiển máy móc, thu thập các thông số vận hành như số lượng sản phẩm, thời gian hoạt động, và trạng thái của máy. SCADA giám sát các hệ thống phức tạp, cung cấp dữ liệu toàn diện về quy trình sản xuất. Hệ thống MES kết nối với PLC và SCADA qua các giao thức truyền thông như OPC, Modbus, hoặc Ethernet/IP.

Dữ liệu này, bao gồm cả số lượng sản phẩm, tốc độ máy và tình trạng lỗi, được truyền thẳng đến MES. Việc tích hợp này loại bỏ nhu cầu nhập liệu thủ công, giảm thiểu đáng kể sai sót và đảm bảo dữ liệu luôn được cập nhật.

1.1.2. Sử dụng cảm biến IIoT

Các cảm biến IIoT (Industrial Internet of Things) mở rộng phạm vi thu thập dữ liệu, vượt ra ngoài khả năng của các hệ thống PLC/SCADA truyền thống. Các cảm biến này đo lường các thông số môi trường hoặc hiệu suất không thể thu được từ máy móc, chẳng hạn như nhiệt độ, độ rung, hoặc áp suất.

Dữ liệu từ các cảm biến IIoT được truyền không dây đến hệ thống MES hoặc một nền tảng đám mây. Việc sử dụng IIoT giúp các nhà máy theo dõi tình trạng thiết bị một cách liên tục, từ đó áp dụng chiến lược bảo trì dự đoán, tránh các sự cố bất ngờ.

1.1.3. Kết nối với hệ thống khác

Hệ thống MES tích hợp với các hệ thống quản lý doanh nghiệp (ERP) để tạo ra một luồng dữ liệu liền mạch. ERP cung cấp thông tin về đơn hàng, nguyên vật liệu và kế hoạch sản xuất. MES nhận thông tin này, thực hiện các lệnh sản xuất, và sau đó gửi lại dữ liệu về tình trạng hoàn thành, mức tiêu thụ nguyên vật liệu, và thời gian thực hiện. Việc tích hợp hai hệ thống này giúp doanh nghiệp có một cái nhìn thống nhất về hoạt động kinh doanh và sản xuất.

1.2. Thu thập bán tự động và thủ công: Vai trò của con người

Thu thập dữ liệu bán tự động và thủ công vẫn có vai trò quan trọng, đặc biệt đối với các quy trình phức tạp, không thể tự động hóa hoàn toàn. Các phương pháp này tận dụng sự linh hoạt của con người để ghi nhận thông tin.

1.2.1. Sử dụng thiết bị di động

Các thiết bị di động cho phép nhân viên sản xuất nhập dữ liệu trực tiếp tại nơi làm việc. Nhân viên sử dụng máy tính bảng hoặc điện thoại thông minh để ghi lại các thông tin như thời gian chết máy, lý do ngừng sản xuất, hoặc kiểm tra chất lượng. Dữ liệu này được đồng bộ hóa ngay lập tức với hệ thống MES, giảm thiểu thời gian xử lý giấy tờ và cải thiện độ chính xác.

1.2.2. Mã vạch và QR Code

Mã vạch và QR Code đơn giản hóa việc theo dõi nguyên vật liệu và sản phẩm. Quá trình quét mã vạch hoặc QR code cho phép nhân viên ghi nhận sự di chuyển của sản phẩm qua các công đoạn sản xuất. Công nghệ này đảm bảo dữ liệu về nguyên vật liệu và thành phẩm luôn chính xác và được cập nhật.

1.2.3. Cảm biến RFID

Công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến (RFID) giúp tự động hóa hoàn toàn quá trình theo dõi tài sản và sản phẩm. Các thẻ RFID gắn trên sản phẩm truyền tín hiệu đến đầu đọc, tự động ghi lại vị trí và thời gian. Điều này giúp theo dõi chuỗi cung ứng nội bộ một cách hiệu quả, loại bỏ hoàn toàn các lỗi nhập liệu.

2. MES: Bộ xử lý trung tâm của Dữ liệu sản xuất

Hệ thống MES đóng vai trò là bộ não của sàn nhà máy, xử lý, chuẩn hóa và biến dữ liệu thô thành những thông tin hữu ích. MES tích hợp tất cả các nguồn dữ liệu, cung cấp một cái nhìn tổng thể về hoạt động sản xuất.

2.1. Tổng hợp và chuẩn hóa dữ liệu

Hệ thống MES tổng hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, từ máy móc, con người cho đến các hệ thống quản lý. Quá trình này đảm bảo dữ liệu có cùng định dạng, giúp việc phân tích trở nên dễ dàng hơn. MES loại bỏ các giá trị trùng lặp, giải quyết các xung đột dữ liệu và biến các thông số kỹ thuật (ví dụ: tín hiệu điện từ PLC) thành các biến có ý nghĩa (ví dụ: thời gian hoạt động của máy). MES chuẩn hóa các loại dữ liệu sau:

• Dữ liệu sản lượng: Bao gồm số lượng sản phẩm được sản xuất, số lượng sản phẩm lỗi, và số lượng sản phẩm đạt tiêu chuẩn.
• Dữ liệu thời gian: MES ghi nhận thời gian hoạt động của máy móc, thời gian ngừng sản xuất, thời gian chu kỳ sản xuất, và thời gian thiết lập.
• Dữ liệu chất lượng: MES thu thập các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, và các kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm.
• Dữ liệu con người: Bao gồm thông tin về thời gian làm việc của công nhân, hiệu suất công việc và các sự cố được báo cáo thủ công.

2.2. Phân tích và báo cáo thời gian thực

Hệ thống MES cung cấp khả năng phân tích dữ liệu ngay lập tức, tạo ra các báo cáo và biểu đồ trực quan. Khả năng này cho phép người quản lý theo dõi hiệu suất sản xuất theo thời gian thực.

Bảng điều khiển (dashboard) của MES hiển thị các chỉ số hiệu suất chính (KPIs), cho phép người dùng giám sát trạng thái của máy móc, tiến độ sản xuất và các vấn đề đang tồn tại. Các báo cáo thời gian thực của MES bao gồm:

• Báo cáo OEE: Cung cấp thông tin chi tiết về hiệu quả hoạt động tổng thể của thiết bị.
• Báo cáo tiến độ sản xuất: So sánh kế hoạch sản xuất với thực tế.
• Báo cáo sản phẩm lỗi: Phân tích nguyên nhân và tần suất lỗi sản phẩm.
• Báo cáo thời gian chết máy: Phân tích các nguyên nhân gây ra sự cố, giúp cải thiện chiến lược bảo trì.

2.3. Dữ liệu cho các quyết định thông minh

Dữ liệu được hệ thống MES xử lý cung cấp cơ sở vững chắc cho các quyết định chiến lược và vận hành. MES biến dữ liệu thô thành thông tin hữu ích, giúp người quản lý xác định các cơ hội cải tiến. Dữ liệu về hiệu suất máy, thời gian ngừng máy và chất lượng sản phẩm giúp các nhà quản lý xác định các vấn đề tiềm ẩn và đưa ra các quyết định khắc phục kịp thời.

Ví dụ: nếu MES báo cáo một máy thường xuyên bị ngừng do quá nhiệt, người quản lý có thể xem xét việc bảo trì dự phòng.

3. Tác động của Dữ liệu sản xuất đối với Hiệu suất Doanh nghiệp

Việc thu thập dữ liệu sản xuất mang lại nhiều lợi ích, giúp doanh nghiệp đạt được hiệu suất cao hơn và cải thiện lợi nhuận.

3.1. Cải thiện OEE: Tăng hiệu suất thiết bị tổng thể

Thu thập dữ liệu sản xuất giúp doanh nghiệp cải thiện chỉ số OEE (Overall Equipment Effectiveness) bằng cách giải quyết ba thành phần chính của nó.

• Tính sẵn có (Availability): Dữ liệu thời gian thực từ máy móc giúp xác định các khoảng thời gian chết không có kế hoạch. MES tự động ghi lại thời gian dừng máy và nguyên nhân, cho phép phân tích gốc rễ vấn đề. Việc hiểu rõ lý do máy móc ngừng hoạt động cho phép đội ngũ bảo trì xử lý các sự cố một cách nhanh chóng và hiệu quả, giảm thiểu thời gian chết.
• Hiệu suất (Performance): Dữ liệu thu thập từ PLC/SCADA giúp so sánh tốc độ sản xuất thực tế với tốc độ tối ưu. Sự chênh lệch này có thể do nhiều yếu tố như máy móc hoạt động chậm hơn thiết kế, hoặc các khoảng dừng ngắn không được ghi nhận. Phân tích dữ liệu giúp xác định các vấn đề này và cải thiện tốc độ sản xuất.
• Chất lượng (Quality): Dữ liệu về số lượng sản phẩm lỗi và nguyên nhân gây lỗi giúp cải thiện chất lượng sản phẩm. MES tự động ghi nhận số lượng sản phẩm bị loại bỏ và nguyên nhân, giúp đội ngũ sản xuất và kỹ thuật tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng và thực hiện các biện pháp khắc phục.

3.2. Tối ưu hóa quy trình sản xuất

Dữ liệu sản xuất cung cấp cái nhìn chi tiết về quy trình, cho phép các doanh nghiệp tối ưu hóa hoạt động của mình. Phân tích dữ liệu thời gian chu kỳ cho phép doanh nghiệp xác định các công đoạn bị tắc nghẽn. Bằng cách giảm thiểu thời gian chờ giữa các công đoạn, doanh nghiệp có thể rút ngắn thời gian sản xuất và tăng năng suất. Dữ liệu giúp tối ưu hóa các khía cạnh sau:

• Phân bổ tài nguyên: MES cung cấp dữ liệu về hiệu suất của từng máy và từng công nhân. Dữ liệu này giúp nhà quản lý phân bổ tài nguyên, chẳng hạn như máy móc và nhân lực, một cách hợp lý để đạt hiệu quả cao nhất.
• Giảm lãng phí: Phân tích dữ liệu về nguyên vật liệu tiêu thụ cho phép doanh nghiệp xác định và giảm thiểu lãng phí. MES theo dõi lượng nguyên liệu sử dụng và so sánh với định mức, giúp phát hiện các sai lệch.
• Giảm thời gian thiết lập: Dữ liệu về thời gian thiết lập máy móc cho phép các nhà quản lý tìm cách tối ưu hóa quy trình chuyển đổi sản phẩm, từ đó giảm thời gian gián đoạn và tăng năng suất.

3.3. Quản lý chất lượng hiệu quả hơn

Thu thập dữ liệu sản xuất chuyển đổi việc quản lý chất lượng từ phản ứng sang chủ động. Thay vì chỉ kiểm tra chất lượng sau khi sản phẩm đã hoàn thành, doanh nghiệp có thể giám sát các thông số theo thời gian thực. MES cung cấp cảnh báo tự động khi các thông số chất lượng vượt quá giới hạn, cho phép công nhân và quản lý can thiệp kịp thời. Dữ liệu giúp cải thiện chất lượng bằng cách:

• Kiểm soát chất lượng thống kê: Dữ liệu được thu thập tự động từ cảm biến và thiết bị đo lường được sử dụng để phân tích xu hướng và phát hiện các vấn đề tiềm ẩn.
• Phát hiện lỗi sớm: MES cung cấp các cảnh báo tự động khi các thông số sản xuất đi chệch khỏi giới hạn cho phép. Điều này giúp ngăn chặn việc sản xuất hàng loạt sản phẩm lỗi.
• Truy xuất nguồn gốc: Dữ liệu thu thập về từng sản phẩm giúp truy xuất nguồn gốc của nó, bao gồm nguyên vật liệu, máy móc sử dụng và công nhân thực hiện. Việc này đặc biệt quan trọng trong các ngành như thực phẩm và dược phẩm.

4. Lộ trình Triển khai và những Lưu ý

Việc triển khai một hệ thống thu thập dữ liệu sản xuất thành công đòi hỏi một kế hoạch chi tiết và chiến lược.

4.1. Các bước triển khai MES

• Xác định mục tiêu: Doanh nghiệp cần xác định rõ mục tiêu cần đạt được, ví dụ như cải thiện OEE 10%, hoặc giảm thời gian chết máy 20%. Mục tiêu rõ ràng giúp lựa chọn công nghệ và chiến lược phù hợp.
• Đánh giá hiện trạng: Đánh giá các thiết bị và hệ thống hiện có để xác định khả năng kết nối. Lập danh sách các loại dữ liệu cần thu thập.
• Lựa chọn công nghệ: Dựa trên mục tiêu và hiện trạng, lựa chọn các công nghệ phù hợp như hệ thống MES, cảm biến IIoT, hoặc hệ thống mã vạch.
• Triển khai thí điểm: Bắt đầu với một khu vực hoặc một dây chuyền sản xuất nhỏ. Việc này giúp thử nghiệm hệ thống, thu thập phản hồi và điều chỉnh trước khi mở rộng.
• Đào tạo nhân sự: Đảm bảo nhân viên được đào tạo đầy đủ về cách sử dụng hệ thống mới, từ việc nhập liệu thủ công đến việc phân tích dữ liệu trên bảng điều khiển.
• Mở rộng và tối ưu: Sau khi thí điểm thành công, mở rộng hệ thống ra toàn bộ nhà máy. Liên tục theo dõi hiệu suất và tối ưu hóa hệ thống để đạt được hiệu quả cao nhất.

4.2. Các chỉ số đo lường thành công

Đánh giá hiệu quả của việc thu thập dữ liệu sản xuất là rất quan trọng để đảm bảo lợi tức đầu tư (ROI) xứng đáng. Các doanh nghiệp có thể sử dụng các chỉ số sau để đo lường thành công.

Chỉ số	Mục đích	Cách đo lường
Tỷ lệ dữ liệu tự động hóa	Đo lường mức độ tự động hóa của quá trình thu thập dữ liệu.	Tỷ lệ phần trăm dữ liệu được thu thập tự động so với tổng dữ liệu.
Độ chính xác của dữ liệu	Đảm bảo tính tin cậy của dữ liệu được thu thập.	So sánh dữ liệu từ hệ thống với dữ liệu thực tế được kiểm tra thủ công.
Giảm thời gian chết máy	Đo lường sự cải thiện về thời gian hoạt động của máy móc.	So sánh thời gian chết máy trước và sau khi triển khai hệ thống.
Cải thiện OEE	Đo lường hiệu quả tổng thể của thiết bị.	So sánh chỉ số OEE trước và sau khi triển khai MES.
Giảm thời gian chu kỳ sản xuất	Đo lường tốc độ sản xuất.	So sánh thời gian sản xuất một sản phẩm trước và sau khi triển khai.

5. Kết luận

Tóm lại, thu thập dữ liệu sản xuất là nền tảng của sản xuất hiện đại, giúp quản lý hiệu suất, chất lượng và tối ưu quy trình. MES đóng vai trò trung tâm, biến dữ liệu thô thành phân tích thời gian thực và báo cáo chi tiết, từ đó cải thiện OEE và giảm chi phí. Đầu tư vào MES và IIoT không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn tạo nền tảng cho nhà máy thông minh, bền vững và cạnh tranh.