Mô phỏng nhà máy: Khái niệm, ví dụ và lợi ích của giải pháp

“Mô phỏng" từ lâu đã được đưa vào trong việc ứng dụng và nghiên cứu khoa học của các trường Đại học, tổ chức, doanh nghiệp để có thể chứng minh và củng cố cho những dự án mới, mô hình mới được đề xuất. Dần dần, các nhà máy, khu công nghiệp cũng đã bắt đầu ứng dụng và triển khai mô hình mô phỏng này. Vậy mô phỏng nhà máy là gì và mang đến những lợi ích nào cho doanh nghiệp? Tất cả sẽ có trong nội dung dưới đây!

I. Mô phỏng nhà máy là gì? 

Mô phỏng nhà máy là quá trình tạo ra một bản sao gồm tất cả các thực thể hữu hình và vô hình của nhà máy sản xuất. Ở đó, các mô hình nhà máy ảo, mô hình dây chuyền sản xuất, các thiết bị máy móc được lập trình và hoạt động như đang vận hành trong thực tế.  

Để hiểu rõ về khái niệm mô phỏng nhà máy, bạn có thể bắt đầu tìm hiểu về thuật ngữ “mô phỏng”, có tên tiếng Anh là Simulation. Đây là một hành động mang ý nghĩa nhân bản, bắt chước một sự vật, sự việc nào đó để có thể xem và đánh giá sự việc thật tế có cơ sở hơn. 

Như vậy có thể hiểu mô phỏng nhà máy chính là việc tạo nên một mô hình nhà máy hay một hệ thống sản xuất tương tự trong thực tế. Sau đó cho hệ thống ảo này hoạt động và bắt đầu theo dõi theo từng giai đoạn thời gian để có thể đưa ra những đối chiếu, so sánh và phân tích tính hiệu quả và phù hợp khi ứng dụng vào thực tế. 

II. Ví dụ về mô phỏng nhà máy 

Nắm bắt được nhu cầu và tính tất yếu về số hóa trong xu hướng công nghiệp 4.0, rất nhiều hãng công nghệ lớn trên thế giới đã xây dựng các giải pháp giúp doanh nghiệp xây dựng bản sao số của nhà máy sản xuất và tối ưu hóa mọi quy trình sản xuất. 

Tại Việt Nam, mô hình bản sao mô phỏng nhà máy thông minh cũng đã được một số doanh nghiệp triển khai ứng dụng. Đơn cử một số đơn vị đã triển khai mô phỏng nhà máy như: mô phỏng hoạt động của một nhà máy nghiền gỗ, mô phỏng nhà xưởng với Arena Plant, mô phỏng nhà máy sản xuất Siemens Technomatic Plant Simulation...  

       - Phát triển ứng dụng công nghệ thực tế ảo để giới thiệu mô hình nhà máy nghiền gỗ trên Oculus Quest. Dự án đã mô phỏng dây chuyền hoạt động của máy nghiền gỗ thành dặm có kích thước lớn hơn với công suất vượt trội hơn. Thực hiện mô hình với kết cấu và chuyển động từ dữ liệu CAD (Computer-aided design), tham chiếu hình ảnh và không gian trực tiếp tại nhà máy để tạo nội dung thực tế ảo giống thực tế nhất. 

       - Mô phỏng nhà máy sản xuất Siemens đã ứng dụng công nghệ 3D, VR mô phỏng dòng nguyên liệu, lập kế hoạch đường đi cho lắp ráp tự động và mô phỏng động học... giúp quá trình phân tích hiệu suất hệ thống hiệu quả hơn, tối ưu hóa giải pháp dựa trên số liệu trực tuyến và đa dạng nguyên liệu, kích thước đơn hàng. Mô phỏng trong môi trường 3D giúp hạn chế các nguy cơ tiềm ẩn và hoạt động trơn tru, hiệu quả hơn. 

       - Arena Plant - phần mềm mô phỏng của công ty phần mềm Rockwell: là phần mềm mô phỏng kết hợp ở mức cao với ngôn ngữ mô phỏng linh hoạt như hệ thống chương trình của Microsoft Visual Basic (VB). Bằng cách cung cấp sự thay thế và hoán đổi những mô hình mô phỏng bằng các mẫu đồ họa và phân tích các mô-đun do kết hợp để xây dựng nhiều loại hình mô phỏng. Để tiện hiển thị và quản lý, những mô-đun mẫu tùy loại được phân nhóm thành các bảng để biên soạn thành các khung mẫu. Khi tắt bảng này, ta có thể tiếp cận tất cả những mẫu cấu trúc mô phỏng và khả năng của nó. 

Tìm hiểu Giải pháp công nghệ thực tế ảo dành cho nhà máy, khu công nghiệp

III. Chức năng chính của mô phỏng nhà máy 

Khi vấn đề cắt giảm chi phí, thời gian sản xuất để tối ưu hóa lợi nhuận ngày càng trở nên cấp thiết. Việc tạo nên một mô hình nhà máy ảo không chỉ cho phép người dùng mô phỏng thử nghiệm những quy trình sản xuất khác nhau mà không để ảnh hướng đến việc sản xuất ở thực tế. mà còn có thể thiết sử dụng để lập kế hoạch, quy trình sản xuất trước khi sản xuất thực tế.  

Việc ứng dụng mô phỏng nhà máy cho phép ban quản lý đánh giá được các kịch bản sản xuất khác nhau từ đó đưa ra các quyết định nhanh chóng và đáng tin cậy trong giai đoạn lập kế hoạch sản xuất. Có thể làm được điều này là nhờ vào một số chức năng đặc biệt khi triển khai mô phỏng nhà máy: 

       - Mô hình hóa quy trình sản xuất: Mô phỏng nhà máy cho phép các công cụ xây dựng và mô hình hóa trực quan toàn bộ các công đoạn sản xuất bao gồm cả các hệ thống phức tạp. Điều này giúp nhà máy có thể đảm bảo quá trình sản xuất tối ưu và tránh được những sai sót không đáng có. 

Thông thường chức năng này được thể hiện rõ nét nhất trong quá trình sản xuất một sản phẩm, dịch vụ mới. Lúc này mô phỏng lại cấu trúc, quy trình sản xuất của sản phẩm để đảm bảo dây chuyền sản xuất thực tế có thể vận hành đúng theo dự kiến đề ra. Bên cạnh đó, việc mô phỏng còn giúp các nhân viên có thể làm quen với một tiến trình làm việc mới, từ đó nâng cao công suất làm việc của nhân viên. 

       - Mô phỏng và phân tích hiệu suất của hệ thống: Mô phỏng hoạt động của toàn bộ các quy trình dựa trên mô hình từ đó phân tích đánh giá và tối ưu hóa. Để đánh giá một quy trình sản xuất mới của nhà máy, việc thử nghiệm sẽ giúp doanh nghiệp đưa ra những kết luận mang tính cơ sở, có căn cứ hơn, từ đó thay đổi, cải tiến quy trình thực tế để đạt được hiệu quả cao hơn. 

 - Hiển thị trực quan mô hình sản xuất: Có thể thiết lâp và hiển thị trực quan toàn bộ mô hình sản xuất bao gồm 2D, 3D, VR, ... Nhà máy có thể tạo dựng mô hình trực quan giới thiệu và theo dõi quy trình sản xuất, từ đó ghi lại những tiến trình hoạt động thử nghiệm trong không gian ảo, giúp người xem dễ dàng hình dung về mô hình sản xuất của nhà máy. 

IV. Lợi ích của mô phỏng nhà máy 

4.1 Nâng cao năng suất và giảm thiểu chi phí 

Dễ dàng nhận thấy được một số lợi ích dành cho các doanh nghiệp khi triển khai mô phỏng các tiến trình sản xuất. Giúp các doanh nghiệp cải tiến năng suất hiện tại, đồng thời giảm thiểu được các vấn đề về chi phí như chi phí đầu tư cho kế hoạch sản xuất mới, giảm thiểu hàng tồn kho, tối ưu hóa kích thước hệ thống, giảm thiểu rủi do đầu tư do có thể thử nghiệm ảo và xác thực trước khi tiến hành thực tế, tối đa hóa sử dụng các nguồn lực của nhà máy 

4.2 Loại bỏ tắc nghẽn và hợp lý hóa lưu lượng 

Các mô hình mô phỏng nhà máy được sử dụng để hợp lý hóa lưu lượng, giảm tắc nghẽn và giảm thiểu công việc trong quá trình. Kết quả đầu ra cho mô hình này là phát hiện bottleneck (nút cổ chai) tự động, phân tích lưu lượng, sử dụng máy móc, tài nguyên và bộ đệm... Các mô hình mô phỏng xem xét các chuỗi cung ứng bên trong và bên ngoài, nguồn lực sản xuất và quy trình kinh doanh, cho phép bạn phân tích động tác động của các biến thể sản xuất khác nhau.

Từ đó giúp quy trình sản xuất của doanh nghiệp được tối ưu hóa, giảm thiểu các hoạt động gây mất thời gian.  

4.3 Tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng để cải thiện hiệu suất 

Tối ưu hóa hiệu suất và việc sử dụng năng lượng của các hệ thống sản xuất hiện có bằng cách thực hiện các biện pháp đã được xác minh với các mô hình mô phỏng. Một số mô hình bao gồm một bộ phân tích năng lượng tích hợp hiển thị mức tiêu thụ năng lượng hiện tại, tối đa và tổng.

Một máy vẽ năng lượng tích hợp hình ảnh động trực quan đến mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình mô phỏng cho phép người dùng xem mức sử dụng năng lượng trong cả thời gian làm việc và nghỉ giải lao theo lịch trình. Có thể hình dung trực quan mức tiêu thụ năng lượng bằng đồ thị, dễ dàng xác định các khu vực cần tiết kiệm năng lượng tiềm năng. 

4.4 Hệ thống sản xuất thử nghiệm ảo trước khi khởi động 

Mô phỏng nhà máy cho phép khởi tạo một mô hình ảo được liên kết với điều khiển nhà máy thực để mô phỏng quá trình sản xuất thực tế. Với cách tiếp cận mô phỏng tích hợp này, điều khiển, tự động hóa, vận chuyển vật liệu và toàn bộ hoạt động kỹ thuật có thể được kiểm tra và tối ưu hóa. Có thể kết nối bộ điều khiển logic lập trình ảo hoặc PLC thực tế (phần cứng) từ môi trường thực. Giải pháp vận hành thử này linh hoạt và mở, có thể được sử dụng kết hợp với bất kỳ PLC nào. 

Ứng dụng giải pháp mô phỏng nhà máy là một hướng đi mới nhanh hơn, hiệu quả hơn dành cho các doanh nghiệp, đặc biệt trong giai đoạn ứng dụng và thử nghiệm. Với tiềm năng không giới hạn, mô hình mô phỏng nhà máy sẽ là hướng đi với nhiều triển vọng dành cho các doanh nghiệp. Hy vọng với những thông tin VR360 cung cấp sẽ giúp bạn hình dung rõ hơn về giải mô hình này.  

Nếu bạn cần tư vấn, hỗ trợ hay đóng góp ý kiến liên quan đến chủ đề mô phỏng nhà máy, vui lòng liên hệ qua địa chỉ email: infor@vr360.com  

Bài viết liên quan: 

• Nhà máy thực tế ảo: Giải pháp dành cho ngành công nghiệp trong thời đại 4.0
• Mô hình nhà máy thông minh: Giúp doanh nghiệp Việt “lột xác”

LIÊN HỆ HỢP TÁC CÙNG VR360 
VR360 – ĐỔI MỚI ĐỂ KHÁC BIỆT 
- Facebook: https://www.facebook.com/vr360vnvirtualtour/
- Hotline:  0935 690 369  
- Email: infor@vr360.com.vn 
- Địa chỉ:

• 123 Phạm Huy Thông, Sơn Trà, Đà Nẵng
• Toà nhà Citilight, số 45 Võ Thị Sáu, Đakao, Quận 1, TP Hồ Chí Minh
• 3B Đặng Thái Thân, Phan Chu Trinh, Hoàn Kiếm, Hà Nội