Một số nét khái quát về cách mạng công nghiệp 4.0

Thuật ngữ “Industries 4.0” (Công nghiệp 4.0) lần đầu tiên được đề cập vào năm 2011, tại Hội chợ Hannover giới thiệu các dự kiến của chương trình công nghiệp 4.0 của nước Đức, nhằm nâng cao nền công nghiệp cơ khí truyền thống của quốc gia này. Tại đây, ông Henning Kagermann, người đứng đầu Học viện Khoa học và Kỹ thuật Quốc gia Đức (Acatech) đã sử dụng thuật ngữ “Industrie 4.0” để miêu tả một sáng kiến công nghiệp do Chính phủ Đức tài trợ. Đến năm 2012, khái niệm “Industries 4.0” hay Cuộc Cách mạng Công nghiệp (CMCN 4.0) đã chính thức được đưa ra trong bản Kế hoạch Hành động chiến lược công nghệ cao của Chính phủ Đức.

Theo GS. Klaus Schwab, Chủ tịch Diễn đàn Kinh tế Thế giới, CMCN 4.0 được định nghĩa là “một cụm thuật ngữ cho các công nghệ và khái niệm của tổ chức trong chuỗi giá trị” đi cùng với các hệ thống vật lý trong không gian ảo, Internet của vạn vật và Internet của các dịch vụ. Với tốc độ, quy mô và tác động của những thành tố công nghệ mới, một cuộc cách mạng mà cả nhân loại chưa từng trải qua, cuộc CMCN 4.0 được xem là đảo lộn toàn bộ mô hình và các phương thức truyền thống trong kinh doanh, sinh hoạt, tiêu dùng và quản trị quốc gia. Cuộc CMCN 4.0 dựa trên nền tảng số hóa của cuộc CMCN 3.0 nhưng mang một bản chất khác, trong xu thế tất yếu khách quan, máy móc đã bắt đầu thay thế, trợ giúp cho sức suy nghĩ, tư duy hay năng lực trí tuệ của con người.

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 về cơ bản khác với các cuộc CMCN trước đó, không chỉ là về các máy móc, hệ thống thông minh và được kết nối, mà còn có phạm vi rộng lớn hơn nhiều. Đồng thời là các làn sóng của những đột phá xa hơn trong các lĩnh vực khác nhau từ mã hóa chuỗi gen cho tới công nghệ nano, từ các năng lượng tái tạo tới tính toán lượng tử. FIR là sự dung hợp của các công nghệ này và sự tương tác của chúng trên các lĩnh vực vật lý, số và sinh học. Trong cuộc cách mạng này, các công nghệ mới nổi và sự đổi mới trên diện rộng được khuếch tán nhanh hơn và rộng rãi hơn so với các cuộc CMCN trước.

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 có những đặc trưng phổ biến sau:

(1) Xu hướng kết hợp công nghệ cảm biến mới, phân tích dữ liệu lớn, điện toán đám mây và kết nối Internet vạn vật đang thúc đẩy phát triển máy móc tự động hóa và hệ thống sản xuất thông minh.

(2) Công nghệ in 3D cho phép sản xuất sản phẩm hoàn chỉnh nhờ nhất thể hóa các dây chuyền sản xuất không phải qua giai đoạn lắp ráp các thiết bị phụ trợ.

Công nghệ này cho phép in ra sản phẩm bằng những phương pháp phi truyền thống nhờ đó loại bỏ các khâu sản xuất trung gian và giảm chi phí sản xuất.

(3) Công nghệ nano và vật liệu mới cho phép tạo ra các cấu trúc vật liệu mới ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực.

(4) Trí tuệ nhân tạo và điều khiển học có bước phát triển vượt bậc cho phép con người kiểm soát từ xa mọi thứ, không giới hạn về không gian, thời gian; tương tác nhanh hơn, tốt hơn và chính xác hơn.

(5) Ba xu hướng chính thay đổi cách thức tổ chức và hoạt động của các nhà máy, tổ hợp công nghiệp, đó là:

– Số hóa: Mọi quy trình sản xuất (trong mọi lĩnh vực từ công nghệ cao tới thiết bị công nghiệp) đang được chuyển đổi bởi công nghệ số.

– Công nghiệp hóa: Các doanh nghiệp đã tích hợp công nghệ mới để cải tiến và phát triển.

– Tối ưu hóa: Những doanh nghiệp hiện đại giờ đây coi việc cải tiến dù những thành phần đơn giản nhất trong quy trình sản xuất cũng tạo ra nhiều cơ hội phát triển mới.

(6) CMCN 4.0 gồm 4 đặc điểm chính, thể hiện năng lực to lớn mà các ngành công nghiệp và khu vực sản xuất có được cho sự thay đổi:

Thứ nhất, sự kết nối chiều dọc của quy trình sử dụng các hệ thống điều khiển công nghiệp phỏng sinh học (CPS) cho phép các nhà máy phản ứng một cách nhanh chóng đối với những thay đổi cung cầu trên thị trường và sản phẩm lỗi. Các nhà máy thông minh tự tổ chức sản xuất và cho phép tạo ra những sản phẩm theo sở thích của từng cá nhân. Việc này đòi hỏi tích hợp dữ liệu rất nhiều trong quá trình sản xuất. Các công nghệ cảm biến thông minh cần thiết để hỗ trợ việc giám sát và hiện thực hóa một tổ chức tự hành. Không chỉ đổi mới quy trình sản xuất, CPS cho phép tự tổ chức trong việc quản lý bảo trì và hậu mãi. Nguồn lực và sản phẩm hàng hóa được kết nối mạng, trong khi nguyên vật liệu và linh kiện có thể được định vị mọi lúc, mọi nơi. Tất cả các khâu sản xuất được ghi lại thành các file. Mọi sự bất thường (thay đổi đơn hàng, nhu cầu thị trường, mức độ dao động chất lượng sản phẩm, sản phẩm lỗi…) đều được ghi nhận và xử lý một cách nhanh chóng. Do vậy, việc lãng phí thời gian, nguyên vật liệu, nhân công được giảm thiểu.

Thứ hai, sự tích hợp theo chiều ngang thông qua một dạng mới của chuỗi giá trị toàn cầu. Uber và Grab là các ví dụ điển hình của mô hình kinh doanh mới thông qua sự tích hợp theo chiều ngang, tạo giá trị mới trong chuỗi giá trị toàn cầu. Những mạng sản sinh giá trị mới này là những mạng tối ưu cho phép tích hợp sự minh bạch và độ linh hoạt cao độ để xử lý nhanh chóng những vấn đề và lỗi sản phẩm, theo sau là sự tối ưu chuỗi giá trị trên quy mô toàn cầu. Tương tự như các hệ thống sản xuất được kết nối mạng, những chuỗi giá trị (cấp độ địa phương hay toàn cầu) cung cấp năng lực kết nối qua CPS, từ khâu hậu cần đầu vào như nhà kho, sản xuất, tiếp thị và mua sắm tới các khâu hậu cần đầu ra và dịch vụ hậu mãi. Lịch sử sản xuất của từng bộ phận trong sản phẩm được ghi nhận và có thể truy cập bất cứ lúc nào, nơi nào để tạo khả năng truy vết (còn được gọi là ký ức sản phẩm – product memory). Cơ chế này cho phép tính minh bạch và linh hoạt trong toàn chuỗi giá trị – từ mua sắm, tới sản xuất, giao hàng và hậu mãi. Ví dụ, với việc định hướng sản phẩm theo sở thích từng khách hàng, việc tinh chỉnh theo từng khách hàng không chỉ thực hiện trong khâu sản xuất mà còn cả phần phát triển, lập đơn hàng, kế hoạch, kết hợp và phân phối sản phẩm. Việc này đảm bảo các yếu tố chất lượng, thời gian, rủi ro, giá cả và tính bền vững môi trường được xử lý một cách linh hoạt, theo thời gian thực tại mọi giai đoạn trong chuỗi giá trị.

Thứ ba, hàm lượng tri thức/khoa học công nghệ cao và có tính liên ngành được thể hiện trên toàn chuỗi giá trị cũng như trên toàn bộ vòng đời của sản phẩm và khách hàng. Kỹ nghệ được áp dụng trơn tru trong giai đoạn thiết kế, phát triển và sản xuất sản phẩm/dịch vụ mới. Bản chất của hàm lượng kỹ nghệ thể hiện ở việc dữ liệu và thông tin luôn sẵn có trong mọi giai đoạn trong vòng đời của sản phẩm. Việc này cho phép những quy trình mới, linh hoạt hơn thông qua mô hình hóa dữ liệu để xây dựng khuôn mẫu sản phẩm.

Thứ tư, tác động của các công nghệ mang tính đột phá là chất xúc tác cho phép các giải pháp phù hợp sở thích cá nhân, độ linh hoạt và giảm chi phí trong các quy trình sản xuất. CMCN 4.0 đòi hỏi các giải pháp tự động hóa với khả năng nhận thức cao và tự hành. Công nghệ trí tuệ nhân tạo, robot tiên tiến và cảm biến thông minh có những tiềm năng cho việc tăng tính tự chủ và khả năng phù hợp với sở thích cá nhân. Ví dụ, trí tuệ nhân tạo không chỉ giúp các robot vận chuyển hàng hóa trong nhà máy, kho chứa một cách tự hành, tiết kiệm thời gian và chi phí trong quản lý chuỗi cung ứng, tăng độ tin cậy sản xuất hoặc phân tích dữ liệu lớn; mà còn hỗ trợ tìm kiếm những giải pháp thiết kế mới hoặc tăng cường hợp tác người – máy tới thời điểm cung cấp dịch vụ. Ngoài ra, công nghệ in 3D cũng là ví dụ điển hình cho công nghệ đột phá trong kỹ nghệ sản xuất tăng dần.

Một số nét khái quát về cách mạng công nghiệp 4.0