Tự Động Hóa Sản Xuất Bắt Đầu Từ Việc Chuẩn Hóa Dữ Liệu
Giai đoạn tiếp theo của tự động hóa sản xuất không chỉ đơn giản là bổ sung thêm phần mềm, máy móc hoặc thiết bị robot. Sự chuyển đổi thực sự bắt đầu khi dữ liệu sản xuất có thể di chuyển nhất quán giữa các hệ thống kinh doanh, thiết bị sản xuất, nền tảng quy trình và ứng dụng chuỗi cung ứng.
Trong môi trường in ấn và bao bì, điều này có nghĩa là kết nối quản lý đơn hàng, MIS, ERP, tiền kỳ, thiết bị sản xuất, hệ thống hoàn thiện và các hoạt động hoàn tất đơn hàng. API, JDF, EDI và các giao diện máy có thể đọc khác cung cấp lớp giao tiếp, nhưng chỉ tích hợp thôi không tạo ra tự động hóa.
Nhiệm vụ kỹ thuật quan trọng hơn là chuẩn hóa dữ liệu. Các đơn hàng đến từ những kênh khác nhau phải được chuyển đổi thành thông tin sản xuất nhất quán trước khi có thể đưa ra các quyết định tự động.
Từ góc độ kỹ thuật tự động hóa, điều này tương đương với việc xây dựng một hệ thống điều khiển: các tín hiệu đầu vào không nhất quán không thể tạo ra hành vi đầu ra nhất quán. Vì vậy, tự động hóa sản xuất phụ thuộc vào dữ liệu được tiêu chuẩn hóa cũng nhiều như phụ thuộc vào khả năng kết nối thiết bị.
Tiếp Nhận Công Việc Đang Trở Thành Một Giao Diện Tự Động Hóa
Quy trình tiếp nhận công việc truyền thống phụ thuộc nhiều vào nhân viên dịch vụ khách hàng và việc nhập đơn hàng thủ công. Mô hình đó ngày càng khó duy trì khi web-to-print, thương mại điện tử, cổng thương hiệu và các kênh mua hàng tự động tạo ra số lượng lớn hơn các đơn hàng nhỏ hơn.
Các hệ thống sản xuất hiện đại cần tự động diễn giải đơn hàng đến, xác thực thông tin bắt buộc, gán các thông số sản xuất và trả về thông tin trạng thái mà không tạo ra sự can thiệp thủ công không cần thiết.
Các cửa hàng B2B và môi trường thiết kế trực tuyến có giới hạn có thể cải thiện đáng kể quy trình này vì chúng giới hạn dữ liệu đầu vào ở những cấu hình tương thích với sản xuất. EDI cung cấp một phương án thực tế khác cho các khách hàng lớn, cho phép thông tin đơn đặt hàng đi vào môi trường sản xuất ở định dạng có cấu trúc.
Tuy nhiên, không phải mọi công việc đều có thể được tiêu chuẩn hóa. Công việc tùy chỉnh, thông số kỹ thuật bất thường, thông tin còn thiếu và các yêu cầu riêng của khách hàng sẽ tiếp tục tạo ra các trường hợp ngoại lệ.
Do đó, mục tiêu không nên là loại bỏ hoàn toàn người vận hành. Mục tiêu kỹ thuật tốt hơn là tự động hóa các điều kiện thông thường, đồng thời tạo ra các quy trình được kiểm soát cho những điều kiện bất thường.
Tự động hóa dựa trên quy tắc cung cấp logic điều khiển
Tự động hóa quy trình dựa trên quy tắc vẫn là một trong những công nghệ thiết thực nhất cho môi trường sản xuất, vì nó chuyển hóa kiến thức sản xuất thành logic ra quyết định có thể thực thi.
Một hệ thống được thiết kế đúng cách có thể kiểm tra thông tin trên phiếu lệnh sản xuất, xác thực tệp, lựa chọn hướng sản xuất, cân đối công suất sẵn có và định tuyến công việc theo năng lực của thiết bị.
Điểm quan trọng là các quy tắc tự động hóa phải dựa trên những ràng buộc thực tế của sản xuất thay vì logic phần mềm trừu tượng. Công suất máy in sẵn có, yêu cầu về vật liệu nền, khả năng gia công sau in, thời hạn giao hàng và tính tương thích của máy móc đều cần ảnh hưởng đến các quyết định định tuyến.
Việc xử lý ngoại lệ cũng nên được thiết kế vào hệ thống ngay từ đầu. Tệp bị thiếu, thông số kỹ thuật không chính xác, kiểm tra trước in không đạt, giới hạn của thiết bị hoặc vấn đề về chất lượng nên tạo ra các điểm kiểm tra và thông báo được xác định rõ.
Điều này tạo ra một kiến trúc tự động hóa linh hoạt hơn, vì nhân viên vận hành chỉ can thiệp khi các điều kiện được xác định trước yêu cầu phán đoán của con người.
Kiểm soát quy trình phải được thực hiện trước tự động hóa nhà máy
Tự động hóa cấp nhà máy không thể bù đắp cho một quy trình sản xuất thiếu ổn định.
Trước khi tự động hóa một quy trình, nhà sản xuất cần chuẩn hóa các bước xử lý, xác định mục tiêu sản xuất, lập tài liệu về yêu cầu chất lượng và thiết lập các điểm kiểm tra có thể đo lường. Nếu không, tự động hóa chỉ đơn giản là đẩy nhanh những hoạt động thiếu nhất quán.
Khâu tiền kỳ in là một ví dụ điển hình. Theo truyền thống, nhân viên vận hành kiểm tra tệp, xác minh phiếu lệnh sản xuất, thực hiện các thao tác kiểm tra trước in, tạo bình bản, tạo bản proof và tự mình khắc phục sự cố.
Quy trình tự động hóa hoàn thiện đưa các hoạt động này vào những quy trình do phần mềm kiểm soát. Các hồ sơ kiểm tra trước in có thể phát hiện lỗi phổ biến, trong khi các tác vụ tự động có thể sửa lỗi hoặc định tuyến những điều kiện đã được xác định trước.
Lợi thế về mặt kỹ thuật không chỉ nằm ở việc giảm nhân công. Đó là khả năng lặp lại quy trình. Khi các điểm gây lỗi được đo lường nhất quán, những vấn đề tái diễn có thể được xác định và xử lý ngay tại nguồn.
Bình bản tự động giảm sự phụ thuộc vào mẫu
Các quy trình bình bản truyền thống thường yêu cầu số lượng lớn mẫu được duy trì thủ công. Cách tiếp cận này ngày càng khó khăn khi số biến thể sản phẩm và tổ hợp thiết bị tăng lên.
Bình trang dựa trên quy tắc mang đến một giải pháp thay thế có khả năng mở rộng tốt hơn. Các tệp đầu vào có thể được đánh giá dựa trên kích thước, số trang, yêu cầu về vật liệu in, khả năng của thiết bị và các quy tắc sản xuất.
Sau đó, hệ thống có thể chọn chiến lược bình trang phù hợp mà không yêu cầu người vận hành phải chọn thủ công từ hàng trăm mẫu.
Phương pháp này đặc biệt có giá trị khi môi trường sản xuất bao gồm nhiều máy in kỹ thuật số, máy in offset và cấu hình hoàn thiện khác nhau. Lớp tự động hóa chịu trách nhiệm chuyển đổi các yêu cầu của đơn hàng thành hướng dẫn sản xuất dành riêng cho từng máy.
In Kỹ thuật số Tạo ra Môi trường Tự động hóa Mạnh mẽ
In kỹ thuật số đặc biệt phù hợp với tự động hóa quy trình vì hoạt động sản xuất có thể được thay đổi nhanh chóng mà không cần chuẩn bị bản kẽm theo cách truyền thống.
Tuy nhiên, môi trường sản xuất kỹ thuật số thường bao gồm thiết bị của nhiều nhà sản xuất. Các máy in kỹ thuật số, hệ thống xử lý đầu vào kỹ thuật số, hệ thống hoàn thiện và nền tảng quy trình khác nhau có thể sử dụng các giao diện và cấu trúc dữ liệu khác nhau.
Điều này khiến việc chuẩn hóa ngày càng trở nên quan trọng.
Quy trình tập trung có thể cung cấp một dạng “liên kết muộn”, cho phép các quyết định sản xuất vẫn linh hoạt cho đến khi có đủ thông tin để chọn máy phù hợp.
Ví dụ, một đơn hàng có thể ban đầu được đưa vào hàng đợi sản xuất chung, sau đó được phân cho một máy in cụ thể dựa trên công suất, vật liệu in, yêu cầu hoàn thiện, thời gian giao hàng hoặc tình trạng sẵn sàng của máy.
Về bản chất, đây là việc lập lịch sản xuất bằng phần mềm thay vì điều phối thủ công.
Sản xuất Offset Phải Tiếp tục là một Phần của Kiến trúc Tự động hóa
Các chiến lược tự động hóa không nên giả định rằng in kỹ thuật số sẽ thay thế in offset tại mọi cơ sở.
Nhiều nhà máy sản xuất sẽ tiếp tục vận hành trong môi trường kết hợp, nơi thiết bị kỹ thuật số và thiết bị offset đáp ứng các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật khác nhau.
Tại các cơ sở này, tự động hóa quy trình nên mở rộng ngược lên các hệ thống bình trang và CTP, đồng thời mở rộng xuôi xuống khâu sản xuất và hoàn thiện.
Thu thập thông tin phiếu sản xuất ngay từ đầu cho phép cùng một bộ dữ liệu sản xuất điều khiển nhiều công đoạn. Điều này giảm việc nhập dữ liệu lặp lại và làm rõ hơn mối liên hệ giữa đơn hàng ban đầu và sản phẩm đầu ra thực tế.
Do đó, yêu cầu cốt lõi không phải là khả năng tương thích giữa kỹ thuật số và offset. Đó là khả năng của kiến trúc tự động hóa trong việc phối hợp cả hai công nghệ sản xuất thông qua dữ liệu sản xuất chung.
Gia công sau in là biên giới tiếp theo của tự động hóa
Tự động hóa ở khâu đầu vào tạo nền tảng cho việc tự động hóa công đoạn gia công sau in và hoàn tất đơn hàng.
Máy cắt, máy gấp, máy đóng kim, máy dán hộp, máy xẻ rãnh và tạo nếp, cùng các hệ thống xén ba dao ngày càng có thể tiếp nhận thông tin sản xuất có cấu trúc thay vì hoàn toàn phụ thuộc vào việc thiết lập thủ công.
Các quy trình dựa trên JDF đặc biệt phù hợp vì thông tin đơn hàng có thể đi xuống các công đoạn tiếp theo cùng với tệp sản xuất và cung cấp cho thiết bị gia công sau in những thông tin cần thiết để thiết lập.
Điều này ngày càng quan trọng đối với hoạt động sản xuất số lượng nhỏ và sản lượng biến động. Khi số lượng sản phẩm thường xuyên thay đổi, việc chuẩn bị máy thủ công có thể chiếm tỷ lệ không tương xứng trong tổng thời gian sản xuất.
Mục tiêu dài hạn là một quy trình kết nối, trong đó thông tin đơn hàng đi theo sản phẩm từ lúc tiếp nhận đơn hàng qua sản xuất, gia công sau in, đóng gói và hoàn tất giao hàng.
Tích hợp là thách thức thực sự của tự động hóa
Thách thức lớn nhất của tự động hóa thường không nằm ở từng máy riêng lẻ. Đó là sự tích hợp giữa máy móc và các hệ thống thông tin.
Một môi trường sản xuất hiện đại có thể bao gồm các hệ thống ERP, nền tảng MIS, cổng thương mại điện tử, ứng dụng tiền kỳ, công cụ workflow, máy in, hệ thống CTP, thiết bị gia công sau in, hệ thống kho và nền tảng vận chuyển.
Mỗi thành phần có thể thực hiện hiệu quả chức năng riêng nhưng vẫn tạo ra một quy trình tổng thể kém hiệu quả nếu các giao diện giữa các hệ thống được thiết kế không tốt.
Từ góc độ tự động hóa công nghiệp, điều này giống với một kiến trúc điều khiển phân tán. Mỗi phân hệ có chức năng cục bộ, nhưng toàn bộ hệ thống cần các tuyến liên lạc được xác định, dữ liệu được chuẩn hóa, phản hồi trạng thái, xử lý ngoại lệ và logic ra quyết định phối hợp.
Do đó, kiến trúc tự động hóa nên được thiết kế xoay quanh luồng thông tin thay vì từng thương hiệu thiết bị riêng lẻ.
AI Phát huy giá trị khi kiểm soát các biến số sản xuất thực tế
AI đang nhận được sự quan tâm đáng kể trong lĩnh vực sản xuất và sản xuất in, nhưng giá trị thực tiễn của nó phụ thuộc vào nơi được áp dụng.
AI tạo sinh có thể thu hút nhiều sự chú ý nhất của công chúng, nhưng môi trường sản xuất có thể nhận được những lợi ích tức thời hơn từ việc áp dụng machine learning vào dữ liệu vận hành.
Các ứng dụng tiềm năng bao gồm bảo trì dự đoán, giám sát quy trình, phân tích chất lượng, tính nhất quán của màu sắc, so sánh hiệu suất sản xuất, tối ưu hóa lịch trình và hỗ trợ điều khiển máy.
Ví dụ, dữ liệu máy trong quá khứ có thể được phân tích để xác định các điều kiện liên quan đến sự xuống cấp của linh kiện hoặc tình trạng quy trình không ổn định. Dữ liệu chất lượng có thể được đối chiếu với các tham số máy để xác định những mẫu hình khó phát hiện qua kiểm tra thủ công.
Tuy nhiên, không nên dùng AI để thay thế điều khiển tất định ở những nơi điều khiển tất định là phù hợp.
Các chức năng an toàn, liên động máy, trình tự cơ bản và các giới hạn quy trình được xác định rõ ràng nên tiếp tục sử dụng logic điều khiển có tính dự đoán. AI phù hợp hơn ở những nơi các tập dữ liệu lịch sử lớn có thể cải thiện khả năng dự đoán, phân loại, tối ưu hóa hoặc hỗ trợ ra quyết định.
Bước tiếp theo là lớp điều khiển sản xuất thông minh
Tương lai của tự động hóa sản xuất nhiều khả năng sẽ là sự kết hợp giữa tự động hóa tất định, học máy, thiết bị được kết nối và quản lý ngoại lệ bởi con người.
Những kiến trúc mạnh mẽ nhất sẽ không cố gắng tự động hóa mọi quyết định sản xuất. Thay vào đó, chúng sẽ tự động hóa các quyết định lặp đi lặp lại, liên tục thu thập dữ liệu vận hành, xác định các sai lệch và chuyển cấp những tình huống cần đến chuyên môn của con người.
Điều này tạo ra một lộ trình thực tiễn hướng tới Công nghiệp 5.0 mà không coi người vận hành là một thành phần lỗi thời.
Theo quan điểm của tôi, quá trình chuyển đổi quan trọng nhất do đó không phải là từ sản xuất thủ công sang sản xuất hoàn toàn tự chủ. Đó là từ tự động hóa biệt lập sang tự động hóa phối hợp.
Khi dữ liệu đơn hàng, công suất sản xuất, trạng thái máy, thông tin chất lượng và các yêu cầu hoàn thiện trở thành một phần của cùng một mô hình thông tin được kết nối, tự động hóa có thể chuyển từ tối ưu hóa từng quy trình riêng lẻ sang tối ưu hóa ở cấp nhà máy.
Đó là nơi những bước tiến lớn tiếp theo về năng suất có khả năng xuất hiện: không phải từ việc bổ sung thêm một máy tự động độc lập, mà từ việc khiến toàn bộ hệ thống sản xuất có khả năng trao đổi thông tin, đưa ra các quyết định có kiểm soát, học hỏi từ hiệu suất trong quá khứ và chỉ cần con người tham gia ở những nơi phán đoán của họ tạo ra giá trị.
