BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH
SMART FACTORY

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Phạm Quốc Phương

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Nguyễn Đại Cường

1711020253

17DDCA2

Nguyễn Minh Quân

1711020358

17DDCA2

Nguyễn Duy Thành

1711020384

17DDCA2

TP. Hồ Chí Minh, 2021


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học công nghệ Thành
phố Hồ Chí Minh đã đưa các kiến thức kỹ thuật thực tiễn vào chương trình giảng dạy.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn – Thầy Phạm Quốc
Phương đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian thực
hiện đồ án tốt nghiệp vừa qua. Trong thời gian thực hiện đồ án dưới sự hướng dẫn của
thầy, em đã có thêm cho mình nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập hiệu quả, nghiêm
túc. Đây chắc chắn sẽ là những kiến thức quý báu, là hành trang để em có thể vững bước
sau này.
Đề tài thiết kế, thi cơng mơ hình Smart Factory là một đề tài lớn, vơ cùng bổ ích
và có tính khoa học cao. Đảm bảo cung cấp đủ kiến thức, gắn liền với nhu cầu nghiên
cứu kỹ thuật của sinh viên. Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn nhiều hạn chế và khả năng
tiếp thu thực tế còn nhiều bỡ ngỡ. Mặc dù em đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn bài
báo cáo khó có thể tránh khỏi những thiếu sót và nhiều chỗ cịn chưa chính xác, kính
mong thầy xem xét và góp ý để bài báo cáo của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

ii


MỤC LỤC


LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ..................................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................. x
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ............................................................................................ 4
1.1
Đề Tài .................................................................................................................... 4
1.2
Giới Thiệu Chung ................................................................................................. 4
1.3
Vấn đề đặt ra ......................................................................................................... 6
1.4
Khái niệm về Smart Factory ................................................................................. 6
1.5
Tính Năng Của Smart factory ............................................................................... 7
1.5.1 Smart Factory là một hệ thống chủ động (Proactive)....................................... 7
1.5.2 Smart Factory linh hoạt và nhanh nhẹn (Agile) ................................................ 7
1.5.3 Smart Factory - bản chất được kết nối (Connected) ......................................... 7
1.5.4 Smart Factory thu thập dữ liệu minh bạch (Transparent) ................................ 8
1.5.5 Khả năng tối ưu hóa (Optimized) ...................................................................... 8
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP ..................................................................... 9
2.1
Cơ sở lý thuyết ...................................................................................................... 9
2.2
Điều kiện để xây dựng nhà máy thông minh ...................................................... 13
2.3
Nhân tố ảnh hưởng đến giải pháp xây dựng nhà máy thơng minh ..................... 14

2.4
Những khả năng chính của các nhà máy thông minh tại Việt Nam ................... 16
2.5
Các giải pháp ....................................................................................................... 18
2.5.1 Distributed Control System (DCS) .................................................................... 18
2.5.2 Manufacturing Execution System (MES) .......................................................... 20
2.5.3 SCADA ............................................................................................................... 21
2.5.4 Internet Of Things.............................................................................................. 22
2.6
PLC ..................................................................................................................... 23
2.7 Cảm biến (Sensors) .................................................................................................. 25
2.8 Tổng quan về sản phẩm............................................................................................ 26
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT .......................................................... 37

iii


3.1
Khác nhau giữa SCADA và DCS ....................................................................... 37
3.2
Khác nhau giữa SCADA và MES ....................................................................... 38
3.3
So sánh SCADA và IoT Công Nghiệp ............................................................... 39
3.4 Phương thức hoạt động SCADA .............................................................................. 41
3.4.1 Thành phần cơ bản của kiến trúc SCADA ...................................................... 42
3.4.2 Cơ chế thu thập dữ liệu của SCADA ............................................................... 43
3.4.3 Lợi ích của SCADA ......................................................................................... 44
3.5 Nền tảng webserver .................................................................................................. 45
CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH THIẾT KẾ ...................................................................... 46
4.1 Quy trình nhà máy .................................................................................................... 46

4.2 Lưu đồ thuật toán ..................................................................................................... 47
4.3 Loại hàng hóa ........................................................................................................... 49
4.4 Tính tốn lựa chọn thiết bị ....................................................................................... 51
4.4.1 Động cơ ............................................................................................................. 51
4.4.2 Thiết bị bảo vệ ................................................................................................... 53
4.4.3 Danh mục các thiết bị ........................................................................................ 58
4.4.4 Module PLC....................................................................................................... 59
4.5 Thiết bị mô phỏng .................................................................................................... 60
4.5.1 Băng chuyền tải nhẹ .......................................................................................... 61
4.5.2 Băng chuyền tải nặng ........................................................................................ 62
4.5.3 Băng chuyền nghiêng ........................................................................................ 63
4.5.4 Băng chuyền đo cân nặng ................................................................................. 63
4.5.5 Bánh xe phân loại .............................................................................................. 64
4.5.6 Cảm biến phát và thu tín hiệu hồng ngoại ........................................................ 65
4.5.7 Cảm biến quang ................................................................................................. 66
4.5.8 Cảm biến màu sắc ............................................................................................. 66
4.5.9 Lưỡi dừng .......................................................................................................... 67
4.5.10 Palletizer.......................................................................................................... 68
4.5.11 Xi lanh khí nén ................................................................................................. 69
4.5.12 Trung tâm gia công ......................................................................................... 70
4.5.13 Tay gắp 2 trục .................................................................................................. 71
4.5.14 Thanh định vị ................................................................................................... 72
4.5.15 Băng chuyền tải hàng ...................................................................................... 72
4.5.16 Cần cẩu xếp hàng và giá đỡ ............................................................................ 73
4.6 Công suất nhà máy ................................................................................................... 74
4.7 Bản vẽ thiết kế .......................................................................................................... 75
4.8 Thiết kế nền tảng webserver .................................................................................... 79
CHƯƠNG 5 THI CÔNG SẢN PHẨM ....................................................................... 82
5.1 Các thiết bị I/O ......................................................................................................... 82


iv


5.2 Chương trình PLC .................................................................................................... 86
5.3 Xử lý tín hiệu cảm biến ............................................................................................ 87
5.4 Phương thức kết nối ................................................................................................. 91
5.5 Tổng quan giao diện Factory IO .............................................................................. 98
5.6 Quản lý SCADA trên LabView ............................................................................. 106
5.7 Web Server ............................................................................................................. 107
5.7.1 Cấu trúc websever ........................................................................................... 107
5.7.2 Cấu hình PLC .................................................................................................. 108
5.7.3 Giao diện web sever ........................................................................................ 111
CHƯƠNG 6 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN ................................................. 113
6.1 Những kết quả đạt được ......................................................................................... 114
6.2 Hạn chế ................................................................................................................... 114
6.3 Hướng phát triển đề tài........................................................................................... 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 115
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 116

v


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Ký hiệu chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ

1


IIoT

Industrial Internet of Things

2

SCADA

Supervisory Control and Data Acquisition

3

MES

Manufacturing Execution System

4

DCS

Distributed Control System

5

PLC

Programmable Logic Controller

6


RTU

Remote Terminal Units

7

HMI

Human Machine Interface

8

LAN

Local Area Network

9

WAN

Wide Area Network

10

OPC

OLE for Process Control

11


I/O

Input/Output

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Giải pháp quản lý Nhà Máy Thơng Minh ....................................................... 5
Hình 2.1: Kiến trúc mơ hình Smart Factory (Nguồn internet) ........................................ 9
Hình 2.2: Cấu trúc nhà máy thơng minh ....................................................................... 11
Hình 2.3: Tiêu chuẩn lập trình ...................................................................................... 12
Hình 2.4: Cấu trúc biểu đồ chức năng tuần tự - SFC .................................................... 12
Hình 2.5: Cấu hình cơ bản hệ thống điều khiển phân tán DCS. ................................... 18
Hình 2.6: Kiến trúc IoT (Nguồn internet) ..................................................................... 22
Hình 2.7: Các khối của một PLC .................................................................................. 23
Hình 2.8: Kiến trúc Sensors (Nguồn internet) .............................................................. 25
Hình 2.9: Tấm nhựa ABS .............................................................................................. 27
Hình 2.10: Sản phẩm được in 3D với sợi nhựa PETG .................................................. 35
Hình 3.1: So sánh SCADA và DCS (Nguồn internet) .................................................. 37
Hình 3.2: Kiến trúc Smart Factory (Nguồn internet) .................................................... 38
Hình 3.3: Kiến trúc SCADA (Nguồn internet) ............................................................. 42
Hình 3.4: Cấu trúc webserver (Nguồn tài liệu tham khảo 2) ........................................ 46
Hình 4.1: Lưu đồ thuật tốn .......................................................................................... 48
Hình 4.2: Tấm nhựa ABS .............................................................................................. 49
Hình 4.3: Thanh nhựa POM .......................................................................................... 50
Hình 4.4: Thời gian đóng cắt MCB............................................................................... 56
Hình 4.5: Cấu hình PLC ................................................................................................ 59
Hình 4.6: Băng chuyền tải nhẹ (Nguồn tài liệu tham khảo 3) ...................................... 61

Hình 4.7: Băng chuyền tải nặng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) .................................... 62
Hình 4.8: Băng chuyền nghiêng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) .................................... 63
Hình 4.9: Băng chuyền đo cân nặng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) .............................. 63
Hình 4.10: Con lăn phân loại (Nguồn tài liệu tham khảo 3) ......................................... 64

vii


Hình 4.11: Cảm biến phát và thu hồng ngoại (Nguồn tài liệu tham khảo 3) ................ 65
Hình 4.12: Cảm biến hồng ngoại (Nguồn tài liệu tham khảo 3) ................................... 66
Hình 4.13: Cảm biến màu sắc (Nguồn tài liệu tham khảo 3) ........................................ 66
Hình 4.14: Lưỡi dừng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) .................................................... 67
Hình 4.15: Palletizer (Nguồn tài liệu tham khảo 3) ...................................................... 68
Hình 4.16: Xi lanh (Nguồn tài liệu tham khảo 3) .......................................................... 69
Hình 4.17: Trung tâm gia cơng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) ...................................... 70
Hình 4.18: Tay gắp 2 trục (Nguồn tài liệu tham khảo 3) .............................................. 71
Hình 4.19 : Thanh định vị (Nguồn tài liệu tham khảo 3) .............................................. 72
Hình 4.20: Băng chuyền tải hàng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) .................................. 72
Hình 4.21: Cần cẩu xếp hàng (Nguồn tài liệu tham khảo 3) ......................................... 73
Hình 4.22: Bản vẽ thiết kế mặt bằng ............................................................................. 76
Hình 4.23: Sơ đồ bố trí mơ hình Smart Factory ............................................................ 77
Hình 4.24: Bản vẽ thiết kế hệ thống điện ...................................................................... 78
Hình 4.25: Giao diện đăng nhập.................................................................................... 79
Hình 4.26: Cấu trúc liên kết web (Nguồn tài liệu tham khảo 2) ................................... 79
Hình 4.27: Cấu trúc thư mục trang web (Nguồn tài liệu tham khảo 2)......................... 80
Hình 4.28: Giao diện hiển thị web cơ bản (Nguồn tài liệu tham khảo 2) ..................... 81
Hình 5.1: Hệ quy chiếu giá trị analog ........................................................................... 87
Hình 5.2: Lưu đồ cảm biến cân nặng ............................................................................ 88
Hình 5.3: Xử lý ảnh ....................................................................................................... 89
Hình 5.4: Lưu đồ cảm biến hình ảnh ............................................................................. 90

Hình 5.5: Giao diện lập trình PLC ................................................................................ 91
Hình 5.6: Phương pháp kết nối OPC ............................................................................. 92
Hình 5.7: Giao diện thiết kế Labview ........................................................................... 96
Hình 5.8: Giao diện thiết kế Factory IO ........................................................................ 96
Hình 5.9: Giao diện cấu hình driver trên Facroty IO .................................................... 97

viii


Hình 5.10: Tổng quan nhà máy ..................................................................................... 98
Hình 5.11: Tủ điện chính............................................................................................... 99
Hình 5.12: Dây chuyền phân loại cân nặng ................................................................ 100
Hình 5.13: Dây chuyền phân loại màu sắc .................................................................. 101
Hình 5.14: Hệ thống gia cơng ..................................................................................... 102
Hình 5.15: Hệ thống lắp ráp ........................................................................................ 103
Hình 5.16: Hệ thống lưu kho ....................................................................................... 104
Hình 5.17: Hiển thị hàng hóa ...................................................................................... 105
Hình 5.18: Giao diện SCADA tổng quát ..................................................................... 106
Hình 5.19: Cấu trúc webserver (Nguồn tài liệu tham khảo 2) .................................... 107
Hình 5.20: Cấu hình địa chỉ IP .................................................................................... 108
Hình 5.21: Giao diện đăng nhập webserver ................................................................ 111
Hình 5.22: Trang chủ webserver ................................................................................. 111
Hình 5.23: Quản lý cơng suất ...................................................................................... 112
Hình 5.24: Biểu đồ thể hiện công suất ........................................................................ 112

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Bảng tổng hợp thiết bị cơ khí........................................................................ 58

Bảng 4.2: Danh sách thiết bị.......................................................................................... 60
Bảng 4.3: Công suất nhà máy ........................................................................................ 75
Bảng 5.1: Bảng địa chỉ IO ............................................................................................. 85
Bảng 5.2: Giá trị cảm biến hình ảnh .............................................................................. 89

x


LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong xu thế phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật thế giới nói chung, cùng các
ngành kỹ thuật mũi nhọn là cơng nghệ thơng tin và tự động hóa nói riêng. Cơng nghiệp
4.0, đơi khi cịn gọi là Industrial Internet of Things (IIoT) hoặc sản xuất thông minh, kết
hợp sản xuất và vận hành thực tế với công nghệ kỹ thuật thông minh, máy móc và dữ
liệu lớn để tạo hệ sinh thái được kết nối tốt hơn và tổng thể hơn cho các công ty tập trung
vào sản xuất và quản lý chuỗi cung ứng. Mặc dù ngày nay mọi công ty và tổ chức hoạt
động khác nhau, họ đều phải đối mặt với một thách thức chung - nhu cầu về kết nối và
truy cập vào thông tin chi tiết trong thời gian thực trong các quy trình, đối tác, sản
phẩm và con người.
Các hệ thống SCADA đang ngày càng phát triển vượt bậc về cả quy mô lẫn chất
lượng và được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong công nghiệp, trong sản xuất mà đã
thâm nhập vào nhiều lịch vực dịch vụ và gia dụng, Trong muôn vàn ứng dụng hết sức
đa dạng của các hệ thống SCADA, việc thiết kế mạng SCADA giám sát hệ thống điện
và các nhà máy địi hỏi khơng thiếu cho một hệ thống điều khiển hiện đại, bao gồm từ
khâu vận chuyển, đóng hộp, lưu trữ.
Hệ thống SCADA trong nhà máy thông minh là một phần rất quan trọng, được liên
kết với các thiết bị điều khiển để phân quyền chức năng giám sát và thu thập dữ liệu.
Với sự gợi ý của thầy ThS. Phạm Quốc Phương, nhóm tơi quyết định chọn đề tài thiết
kế một mơ hình SMART FACTORY dưới một hệ thống SCADA theo hướng hiện đại,
đáp ứng các yêu cầu trong quản lý, vận hành nhà máy.


1


2. Mục đích nghiên cứu
Thiết kế hệ thống quản lý cho mơ hình SMART FACTORY sử dụng cơng nghệ tiên
tiến hiện đại theo sự phát triển của ngành Điện – Điện Tử.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Khảo sát tìm hiểu nguyên lý làm việc của các bộ phận chính trong hệ thống SCADA,
tìm hiểu lý thuyết về cảm biến, PLC, phần mềm mô phỏng FACTORY IO. Từ cơ thực
tế và lý thuyết, áp dụng để lựa chọn thiết kế hệ thống SCADA cho mơ hình SMART
FACTORY.

4. Đối tượng nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển giám sát vận hành cho mơ hình

SMART FACTORY.
-

Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Thiết kế hệ thống quản lý cho một hệ thống nhà

máy thu nhỏ, gồm nhiều chu trình hệ thống hoạt động phối hợp với nhau.

5. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được nghiên cứu theo quy trình thiết kế kỹ thuật gồm các bước: Xác định vấn đề,
tìm hiểu vấn đề, xác định các yêu cầu, đánh giá chọn giải pháp thích hợp, thiết kế giải
pháp, tiến hành thực nghiệm và đánh gía kết quả.


2


6. Kết quả đạt được của đề tài
- Thiết kế hệ thống nhà máy Smart Factory gồm 6 chu trình nhỏ gồm: Phân loại cân
nặng, phân loại màu sắc, gia cơng sản phẩm, lắp ráp lưu kho, palletizer
- Chương trình PLC hoạt động của nhà máy.
- Mô phỏng hoạt động trên phần mềm Factory IO.
- Quản lý hệ thống trên phần mềm SCADA
- Xây dựng nền tảng websever quản lý trực tuyến.

7. Kết cấu của đề tài
Đề tài gồm 6 chương với các nội dung chính như sau:
Chương 1: Giới thiệu khái quát về nội dung và những yêu cầu dành cho đề tài.
Chương 2: Tổng quan chi thiết về giải pháp, đưa ra các giải pháp có thể giải quyết được
những yêu cầu đưa ra.
Chương 3: Phương pháp giải quyết từ những giải pháp được nghiên cứu.
Chương 4: Quy trình chi thiết thiết kế hệ thống Smart Factory, tính tốn các thơng số
thiết bị, loại hàng hóa.
Chương 5: Thực hiện thi công, mô phỏng hệ thống.
Chương 6: Đánh giá kết quả thu được từ hệ thống mô phỏng.

3


CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU


1.1

Đề Tài
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH SMART FACTORY

1.2

Giới Thiệu Chung
Các nhà sản xuất ngày nay đang tìm kiếm hiệu quả trong sản xuất và cách chuyển

đổi hoạt động kinh doanh của họ thông qua Công Nghiệp 4.0. Để bắt đầu với Công
Nghiệp 4.0, các doanh nghiệp khơng nhất thiết phải thay đổi tồn bộ cơ sở hạ tầng gây
tốn kém rất nhiều.
Các giải pháp Nhà Máy Thông Minh (Smart Factory) được thiết kế để mở khố tiềm
năng thu thập dữ liệu, có khả năng kết nối và trích xuất dữ liệu ngay cả từ các hệ thống
cũ vốn khơng được kết nối và tính tốn và trực quan hóa dữ liệu để quản lý một cách
thông minh và chuyển đổi kỹ thuật số theo hướng dựa trên dữ liệu. Đồng thời cải thiện
năng suất, giảm tổn thất và tăng lợi nhuận.
Smart Factory là xu hướng quản lý tất yếu trong tương lai, khi mà năng lực quản lý
các hoạt động sản xuất kinh doanh đã tiến đến điểm tối ưu:

4


Hình 1.1: Giải pháp quản lý Nhà Máy Thơng Minh
Như vậy, vấn đề đặt ra với các nhà sản xuất tồn cầu là làm sao để có thể cạnh tranh
và phát triển được. Với phương thức sản xuất hiện tại, thì các nhà sản xuất chủ yếu dựa
vào chi phí nhân công giá rẻ và chất lượng sản phẩm dựa vào đánh giá chủ quan của con
người. Nhưng việc lạm phát tại các quốc gia đang phát triển, chi phí nhân cơng giá rẻ
khơng cịn là ưu thế cạnh tranh và chi phí đưa chuyên gia của nhà sản xuất ra nước ngoài

làm việc sẽ đắt đỏ hơn việc đưa nhà máy sản xuất vào - Các nhà sản xuất chỉ cần tuyển
dụng được chun gia có trình độ kỹ thuật cao, vận hành được hệ thống mạng lưới máy
móc thiết bị tiên tiến là giúp các nhà sản xuất tiết kiệm chi phí quản lý, vận hành và nâng
cao năng suất mà sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng tốt hơn. Từ đó các nhà sản xuất
giảm giá thành sản xuất và kiểm soát tốt được chất lượng sản phẩm có độ tin cậy cao
hơn… Đây chính là do tại sao mà Smart Factory sẽ được nhiều nhà sản xuất ứng dụng
trong tương lai không xa.

5


1.3

Vấn đề đặt ra
Thiết kế hệ thống SCADA cho nhà máy thông minh.
Nguyên lý hoạt động của Smart Factory là sự kết nối giữa phần mềm ứng dụng với

hệ thống máy móc, thiết bị được kết nối Internet. Dữ liệu của chúng được tổng hợp và
phân tích bằng những phần mềm lập trình ứng dụng phục vụ cho việc hỗ trợ ra các quyết
định trong việc quản lý và điều hành nhà máy.
Trong một Smart Factory thực sự toàn bộ máy móc đều được lắp đặt các cảm biến
thơng minh để giúp hệ thống có thể truy xuất liên tục các dữ liệu để đảm bảo dữ liệu
được cập nhật liên tục và đầy đủ giúp phản ánh tình trạng hiện tại. Sự tích hợp dữ liệu
từ các hoạt động sản xuất và kinh doanh cũng như từ nhà sản xuất và khách hàng, sẽ cho
phép tạo ra cái nhìn tồn cục về q trình cung ứng trước sau, tạo ra mạng lưới cung ứng
hiệu quả. Dữ liệu sẽ là nhiên liệu cho Nhà Máy Thông Minh hoạt động.

1.4

Khái niệm về Smart Factory

Nhà máy thông minh (Smart Factory) là thuật ngữ về cơ bản mô tả một môi trường

nơi máy móc và thiết bị có thể cải thiện quy trình thơng qua tự động hố và tối ưu hố.
Giải pháp Smart Factory là bước tiến vượt bậc khi một hệ thống sản xuất tự động hóa
truyền thống sang một hệ thống sản xuất được kết nối và xử lý dữ liệu liên tục từ hoạt
động sản xuất và kinh doanh để có thể tự học và thích nghi theo nhu cầu mới của thị
trường. Với hệ thống này, hoạt động sản xuất kinh doanh sẽ hiệu quả hơn, linh hoạt hơn,
giảm thời gian chết, có khả năng dự báo và tự điều chỉnh
Quan trọng, sức mạnh thực sự của một Smart Factory nằm ở chỗ nó có khả năng phát
triển trong suốt quá trình thay đổi của tổ chức, dù là mở rộng thị trường hay sản phẩm
mới, dự báo và đáp ứng nhu cầu vận hành, bảo dưỡng, kết hợp cơng nghệ và quy trình
mới theo thời gian thực cho quy trình sản xuất.

6


1.5

Tính Năng Của Smart factory

5 tính năng chính của Smart Factory – điều tạo nên khác biệt.
1.5.1 Smart Factory là một hệ thống chủ động (Proactive)
Smart Factory là hệ thống chủ động với khả năng đáp ứng và thích nghi các yêu cầu khắt
khe của thị trường. Nhờ có Smart Factory, con người có thể kiểm sốt máy móc, thiết bị
sản xuất, theo dõi và số hóa các hoạt động để tạo thành một hệ thống hiệu quả, giảm thời
gian chết của máy móc và nâng cao khả năng dự báo, tự hiệu chỉnh. Con người có thể
dựa trên các phân tích, dự báo của hệ thống để có phương án chuyển đổi, phản ứng khi
phát sinh vấn đề và thách thức, đảm bảo an toàn cho hoạt động sản xuất.

1.5.2 Smart Factory linh hoạt và nhanh nhẹn (Agile)

Smart Factory sở hữu khả năng thích ứng, tiến hóa và phát triển nhanh trong suốt tiến
trình sử dụng. Doanh nghiệp ứng dụng hệ thống sản xuất thơng minh có thể chủ động
phát triển hệ thống sản xuất của mình theo nhu cầu của thị trường, mở rộng sang thị
trường mới linh hoạt. Như đã nói ở trên, Smart Factory cịn có khả năng dự báo giúp
doanh nghiệp thay đổi công nghệ, quy trình mới kịp thời và phù hợp.

1.5.3 Smart Factory - bản chất được kết nối (Connected)
Một điểm quan trọng không thể thiếu tạo nên sự tối ưu của Smart Factory chính là
khả năng kết nối tồn bộ các máy móc, tài sản một cách thơng minh. Nhờ vậy, hệ thống
có thể truy xuất và cập nhật liên tục các dữ liệu phản ảnh tình trạng sản xuất, các điều
kiện hiện tại, tạo ra cái nhìn tồn diện hơn và đích đến cuối cùng là giúp doanh nghiệp
tạo ra mạng lưới cung ứng hiệu quả hơn.

7


1.5.4 Smart Factory thu thập dữ liệu minh bạch (Transparent)
Một mạng lưới thu thập dữ liệu thông minh tạo ra khả năng hiển thị lớn hơn trên toàn
bộ cơ sở dữ liệu với nhiều công cụ tối ưu để đảm bảo rằng doanh nghiệp đưa ra các quyết
định chính xác hơn. Từ các dữ liệu trực quan, minh bạch thu thập được trong q trình
sản xuất, con người có thể chuyển đổi thành các thông tin chi tiết để phục vụ cho quá
trình phát triển sản xuất và đưa ra các quyết định cụ thể.

1.5.5 Khả năng tối ưu hóa (Optimized)
Một Smart Factory có thể mang đến cho nhà sản xuất nhiều tính năng ưu việt, đồng
bộ và đáng tin cậy. Nhờ vậy mà con người không cần can thiệp quá nhiều vào hệ thống
sản xuất nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả vận hành cao (tăng sản lượng, chất lượng, uptime,
giảm chi phí…). Có thể khẳng định rằng, những lợi ích mà một Smart Factory mang đến
không chỉ nằm trong quy trình sản xuất mà cịn trợ giúp đắc lực cho doanh nghiệp ở
những điểm sau:

- Nâng cao năng suất và hiệu quả hoạt động tài sản
- Tăng tính linh hoạt và hoạt động tối ưu
- Tự động hóa nhiều hoạt động giúp con người làm việc an toàn
- Nâng cao chất lượng và phịng ngừa rủi ro nhanh chóng
- Tiết kiệm và tối ưu chi phí.

8


CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP

2.1

Cơ sở lý thuyết

Kiến trúc mô hình Smart Factory theo mơ hình chuẩn quốc tế ISA 95
Mơ hình này được xây dựng trên nền tảng của 5 thành tố: BI (Business Intelligence)
– Báo cáo thông minh; ERP (Enterprise Resource Planning) – Hệ thống hoạch định
nguồn lực doanh nghiệp; MES (Manufacturing Execution System) – Hệ thống điều hành
sản xuất, IIoT và tầng tự động hóa máy móc.

Hình 2.1: Kiến trúc mơ hình Smart Factory (Nguồn internet)
Trước tiên để xây dựng mơ hình Smart Factory, điều tối quan trọng là phải hồn thiện
hệ thống tự động hóa cơng nghiệp. Hệ thống này thường hay sử dụng PLC – Bộ điều
khiển Logic lập trình. Hiểu đơn giản, PLC là những máy tính đơn giản để hỗ trợ người
thiết lập hệ thống tạo ra các chương trình điều khiển dựa trên những thuật toán điều khiển

9



logic và các sự kiện kích thích từ những hệ thống bên ngồi như các cảm ứng (sensor)
hoặc các thơng tin ghi nhận lại tại các trạm HMI (Human Machine Interface), MMI
(Machine Machine Interface). Trong quy trình sản xuất, PLC được sử dụng trên dây
chuyền lắp ráp, thiết bị robot hoặc bất kỳ hoạt động nào địi hỏi kiểm sốt độ tin cậy cao
và dễ lập trình.
Ở bước tiếp theo, IIoT trong công nghiệp với nhiệm vụ là sử dụng cảm biến để thu
thập thơng tin tình trạng máy móc, thống kê sản lượng sản xuất của thiết bị theo thời
gian thực, từ đó cung cấp dữ liệu cho các tầng phía trên sử dụng và phân tích. Một số
cơng cụ tiêu biểu của tầng IIoT có thể kể đến như Sensor, QR code, Workstation,…
Đóng vai trị trực tiếp và quan trọng nhất trong việc quản lý và điều hành sản xuất tại
mỗi nhà máy là MES – Hệ thống điều hành sản xuất. MES là hệ thống giải pháp phần
mềm có những chức năng như theo dõi, giám sát, lưu trữ, cập nhật liên tục thông tin từ
nhà máy và khu sản xuất trong thời gian thực. Các tác vụ nổi bật của MES cần phải kể
đến là: báo cáo tiến độ, truy cập hướng dẫn công việc và tương tác với các hệ thống truy
xuất nguồn gốc và chất lượng. Cơng nhân trong nhà máy có thể dễ dàng nhìn thấy các
thơng tin quan trọng như hướng dẫn, lịch trình, dữ liệu chất lượng, tình trạng hàng tồn
kho và thay đổi nhu cầu. Trong mơ hình nhà máy thông minh, dữ liệu từ IIoT và MES
bổ trợ cho nhau, giúp nhà quản lý có bức tranh tổng thể nhất về vận hành của nhà máy
từ đó đưa ra các quyết định chính xác nhất liên quan đến hoạt động sản xuất.
Tầng cao hơn của cấp độ quản lý tại khu vực nhà máy là phần mềm ERP – Phần mềm
hoạch định nguồn lực doanh nghiệp. Trong khi MES tập trung hồn tồn vào khía cạnh
sản xuất, thì ERP là một giải pháp tổng thể giúp liên kết các sự kiện của khu vực sản
xuất với các sự kiện kinh doanh, bán hàng, mua hàng, bảo trì máy móc thiết bị, và tài
chính kế tốn. ERP có thể hỗ trợ quản lý tài nguyên trên toàn bộ doanh nghiệp, đảm bảo
hiệu quả cao hơn, tăng lợi nhuận và khả năng cạnh tranh.
Ở trên cùng của mơ hình Smart Factory với mức độ phối hợp thông tin cao nhất là
BI – Báo cáo quản trị thông minh. BI dựa trên luồng dữ liệu từ dưới phân xưởng gửi lên


10


khối văn phịng thơng qua các tầng trong nhà máy, từ đây hỗ trợ Nhà quản trị có một cái
nhìn trực quan về mọi hoạt động diễn ra trong doanh nghiệp. Tính ưu việt của tầng BI
trong mơ hình nhà máy của tương lai đó là hệ thống phân tích trực quan thơng qua các
biểu đồ và màn hình thơng minh. Từ đó người quản trị có thể đưa ra những quyết định
mang tính chiến lược, đem lại hiệu quả lâu hơn.

Cấu trúc chính của một Smart Factory:


Máy móc và hệ thống tự động hóa trong nhà máy.



Robots và cơ cấu chấp hàng tự động.



Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI).



Mọi thiết bị được kết nối đồng nhất – Internet of Things (IoT).



Dữ liệu lớn (Big Data).


Hình 2.2: Cấu trúc nhà máy thông minh

11


- Tiêu chuẩn lập trình PLC:

Hình 2.3: Tiêu chuẩn lập trình
Ngơn ngữ được sử dụng để lập trình cho PLC là dạng logic bậc thang (Ladder
logic). Chương trình PLC được viết theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 61131-3. Các chức
năng nhập chương trình, kiểm tra, giám sát, hệ điều hành, v.v., được quy định trong
Phần 1 của tiêu chuẩn IEC 61131.

Hình 2.4: Cấu trúc biểu đồ chức năng tuần tự - SFC

12


Điều kiện để xây dựng nhà máy thông minh

2.2

- Cập nhật và ứng dụng tự động hoá vào sản xuất
Đây là điều kiện đầu tiên và quan trọng nhất; quyết định lớn đến việc xây dựng nhà
máy thông minh không chỉ tại Việt Nam mà cịn là trên tồn thế giới. Trước tiên, nhà
máy cần cập nhật những thành tựu của cuộc công nghiệp 4.0; bao gồm hệ thống mạng
vật lý, mạng internet kết nối vạn vật và điện toán đám mây, trí tuệ nhân tạo… Đây là
những yếu tố then chốt tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy thông minh.
Mỗi một lĩnh vực sản xuất lại có những đặc thù riêng; bởi vậy cần tìm hiểu thật kỹ
những thơng tin về tự động hóa liên quan tới lĩnh vực đó để ứng dụng sao cho phù hợp

nhất.
- Chuyển đổi mạnh mẽ về con người
Đối với giải pháp nhà máy thơng minh; trình độ nguồn nhân lực là vô cùng quan
trọng. Đây là một trong hai điều kiện tiên quyết để xây dựng nhà máy thông minh tại
Việt Nam. Muốn xây dựng Smart Factory; con người cần phải có trình độ về cơng nghệ;
tự động hóa; để đảm nhận những công việc phức tạp hơn. Con người sẽ dịch chuyển từ
vai trị lao động thủ cơng sang điều khiển; kiểm soát và đưa ra quyết định. Muốn đảm
nhận tốt vai trò này, con người cần phải biết tổng hợp; phân tích dữ liệu từ đó đưa ra
những quyết định nhanh chóng và chính xác nhất; giúp quy trình vận hành của nhà máy
được tối ưu nhất.
Nhiều người lầm tưởng rằng mơ hình nhà máy thơng minh thì khơng cần đến sự
can thiệp của con người nữa; chỉ cần có máy móc tốt; ứng dụng tự động hóa là sẽ vận
hành tối ưu nhất. Tuy nhiên, cơng nghệ dù có tốt đến đâu cũng khơng thể loại bỏ vai trò
của con người được. Khi xây dựng nhà máy thông minh tại Việt Nam; nhà máy càng
ứng dụng nhiều cơng nghệ tiên tiến thì càng cần sự hỗ trợ gián tiếp của con người để xử

13


lý dữ liệu; lập trình thao tác; điều khiển máy móc… Vai trị của con người và cơng nghệ
lúc này là ngang nhau trong việc tạo nên một quy trình tự động chuẩn hóa, thơng minh
và hoạt động hiệu quả nhất.

2.3

Nhân tố ảnh hưởng đến giải pháp xây dựng nhà máy thơng minh

- Tài chính
Đây là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến việc xây dựng nhà máy thơng minh
tại Việt Nam. Vì để xây dựng được mơ hình nhà máy thơng minh; doanh nghiệp cần phải

đi con đường khá dài; thực hiện nhiều kế hoạch; chiến lược cụ thể. Để lộ trình thực hiện
được thuận lợi; cần phải chủ động về tài chính và xây dựng được một kế hoạch tài chính
một cách chi tiết nhất. Trên cơ sở đó, cũng cần khảo sát giá cả các thiết bị tự động hóa
có ý định đầu tư; để đảm bảo sử dụng tài chính tối ưu nhất cho doanh nghiệp mình. Đồng
thời, cần có ngân sách dự phịng trước những thách thức; rủi ro có thể xảy ra trong q
trình xây dựng mơ hình nhà máy thơng minh.
- Sự đồng bộ hóa giữa máy móc, con người

Nhân tố này sẽ có ảnh hưởng hai chiều đến việc xây dựng và vận hành nhà máy thông
minh. Nghĩa là nếu giữa con người và máy móc có sự đồng bộ hóa; con người đủ trình
độ để điều khiển và kiểm sốt sự hoạt động của máy móc; thì sẽ giúp việc xây dựng nhà
máy thông minh được thuận lợi nhất. Ngược lại, nếu con người khơng có đủ trình độ;
kiến thức về cơng nghệ tự động hóa thì sẽ khơng điều khiển được máy móc hoạt động
tối ưu.
Bởi vậy, muốn xây dựng nhà máy thông minh tại Việt Nam, cần nâng cao trình độ của
con người. Nhân sự phải biết sử dụng thành thạo công nghệ; phải hiểu rõ về những thành

14


tựu của cuộc cách mạng 4.0. Tất cả các thông tin về máy móc thiết bị tự động hóa; cảm
biến; robot; dữ liệu và cả con người đều phải được kết nối với nhau thì mới có thể thực
hiện các quy trình thơng minh trong sản xuất được. Sự đồng bộ hóa sẽ giúp vận hành
Smart Factory một cách chủ động; dự đốn trước được những rủi ro; từ đó giúp tối ưu
nhất q trình sản xuất.
- Cơng nghệ sản xuất thông minh
Đây là một hệ sinh thái sản xuất bao gồm rất nhiều công nghệ và các giải pháp khác
nhau. Yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến việc xây dựng và vận hành nhà máy thông
minh. Công nghệ sản xuất thơng minh giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất; từ đó tăng lợi
nhuận cho nhà máy; nâng cao sức cạnh tranh và vị thế trên thị trường.

Công nghệ sản xuất thông minh bao gồm những yếu tố cơ bản như: Internet công nghiệp;
robot công nghiệp; an ninh mạng, trí tuệ nhân tạo… Nếu nhà máy tiếp cận và ứng dụng
được đầy đủ những yếu tố này vào quá trình sản xuất thì sẽ giúp sản xuất hiệu quả, linh
hoạt hơn.
- Nguồn cung ứng các thiết bị tự động hóa
Đây cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới việc xây dựng và nâng cấp nhà máy
thông minh tại Việt Nam. Nếu doanh nghiệp tìm được một nhà cung cấp các thiết bị máy
móc tự động hóa uy tín; thì việc xây dựng Smart Factory sẽ thuận lợi hơn, mọi chi phí
sẽ được tối ưu nhất.

15