IoT, IIoT, và công nghiệp 4.0 tới gần nhau hơn để tạo ra mô hình kinh doanh kiểu mới

Khái niệm của IoT là về việc dựa trên mạng internet trong hầu hết các hoạt động kinh tế, và nó chủ yếu tập trung vào công nghệ backend để có thể tiếp cận và tương tác giữa các hạng mục khác nhau. IIoT hướng tới các ngành công nghiệp nặng như sản xuất, năng lượng, xăng dầu và nông nghiệp, nơi các tài sản đều được kết nối với internet.

Ngành công nghiệp kết nối là danh mục lớn nhất trong IoT, so với hơn 30% thị trường trong năm 2017. Chúng lấn vào thị trường I4.0, tuy nhiên I4.0  có một tầm nhìn xa hơn, hướng tới việc tối ưu hóa toàn bộ chuỗi sản xuất và bao gồm cả các công cụ hỗ trợ khác, như thực tế thay thế và thực tế ảo, và tổ hợp robot. Hình 2 thể hiện điểm chung trên thị trường của I4.0 và nhấn mạnh các công nghệ hỗ trợ I4.0 khác.

Các thành phần của I4.0

I4.0 có thể được nhìn từ 5 khía cạnh khác nhau:

1. IIoT building blocks: Yếu tố công nghệ cần thiết để kết nối và phân tích dữ liệu từ các máy móc và trang thiết bị, bao gồm:

- Phần cứng, bao gồm chips, cảm biến hoặc các cổng

- Giao thức và dịch vụ đường truyền

- Thành phần phần mềm, bao gồm cơ sở hạ tầng, nền tảng IoT, và phân tích.

- Ứng dụng được xâu dựng trên tầng đỉnh của phần mềm.

2. Các công nghệ dang dở: Các công nghệ và chuẩn sẽ được thay thế bởi các công nghệ I4.0.

3. Công nghệ hỗ trợ: Đây không phải là một phần IIoT, nhưng thường xuyên được triển khai bên cạnh các công nghệ IIoT và hỗ trợ các ứng dụng thực tế của I4.0.

4. Ứng dụng thực tiễn: Ứng dụng IIoT và các công nghệ hỗ trợ để tăng khả năng vận hành, tăng lợi nhuận, và phục vụ khách hàng tốt hơn.

5. Cổ đông gián đoạn: Các hãng sản xuất (OEM), và các nhà cung cấp tự động hóa  đều đang sử dụng công nghệ I4.0 để tạo ra khác biệt trên thị trường. Những ông lớn trong ngành công nghiệp tự động hóa bao gồm Siemens, Rockwell Automation, General Electric, ABB và Schneider Electric đang tạo ra chiến lược xoay quanh IIoT và I4.0 để cải thiện vận hành và tạo nên khác biệt.

Thị trường I4.0

Thị trường này có vẻ như được giành cho các building blocks để hướng tới ngành công nghiệp kết nối với các lợi ích từ IoT và thị trường hỗ trợ I4.0. Những công nghệ này được ứng dụng rất nhiều trong ngành công nghiệp 4.0.

Sử dụng định nghĩa trên cho I4.0 thị trường nhìn chung được ước tính khoảng 65 tỷ USD và được kỳ vọng sẽ đạt 338 tỷ vào năm 2023, với chỉ số CAGR là 39%.

Các ứng dụng thực tiễn của giải pháp 4.0 thường được chia làm 3 loại:

1. Hoạt động hiệu quả trên toàn doanh nghiệp: Nhiều tổ chức công nghiệp đã dự tính giá trị gia tăng từ việc đầu tư vào công nghệ I4.0 rơi vào khoảng 25%. Fanuc và Cisco đã hợp tác để tạo ra nền tảng bảo trì dựa trên IIoT nhằm cải thiện trải nghiệm khách hàng.

2. Nguồn thu nhập mới: OEM đang sử dụng công nghệ IIoT để tạo ra các mô hình doanh nghiệp kiểu mới. Các mô hình kinh doanh trả tiền theo kết quả  hướng tới việc kết nối OEM tới mục tiêu của khách hàng bằng cách khuyến khích các OEM để chắc chắn rằng thiết bị của họ đang vận hành ổn. Các công cụ của OEM Heller sử dụng nền tảng MindSphere của Siemens  nhằm cho phép khác hàng sử dụng thiết bị và chi trả theo giờ.

3. Vận hành linh hoạt: công nghệ I4.0 cho phép các nhà sản xuất vận hành linh hoạt hơn trong tất cả các khâu của vòng đời sản phẩm. Các kỹ sư tại Volvo Construction Equipment gần đây đã áp dụng công nghệ in 3D để tạo ra các linh kiện mẫu nhanh hơn. Volvo đã giảm được chi phí và thời gian phát triển lên tới 90%.

Những công nghệ dở dang: Kim tự tháp tự động hóa

5 lớp trong cấu trúc công nghệ, đã phát triển trong vòng hơn 50 năm nay, là một trong những yếu tố cốt lõi sẽ bị ngắt quãng trong ngành công nghiệp 4.0. Kim tự tháp này là kết quả của hàng thập kỷ công nghệ thông tin và công nghệ vận hành (OT), và được công nhận là chuẩn cấu trúc cấp cao trong môi trường sản xuất.

Thuật ngữ OT thường để chỉ quá trình xử lý công nghệ của máy tính trong sản xuất, bao gồm các bộ điều khiển logic lập trình (PLC), hệ thống điều khiển phân phối (DCS) và Kiểm soát và thu nhận giữ liệu (SCADA). Những công nghệ này đã được sử dụng để hỗ trợ các ứng dụng dọc và được điều khiển bởi các giao thức chủ. IT theo mặt khác đã được triển khai trong mặt quản lý và điều hành, ví dụ như hình thức Kế hoạch tài nguyên doanh nghiệp (ERP), Quản lý quan hệ khách hàng (CRM) hoặc Hệ thống vận hành sản xuất (MES).

Mô hình kim tự tháp chuyền thống được xây dựng dựa trên giả thuyết cho rằng tất cả các lớp được chứa trong một mạng LAN. Ngày nay, hệ thống OT và IT đang dần chuyển sang môi trường lưu trữ đám mây, và các nhà cung cấp SCADA, MES và ERP cũng đang chuyển mình. Các cổng công nghiệp đang được được sử dụng để kết nối các trang thiết bị sang nền tảng đám mây, các thiết bị xuất/nhập và các phần cứng hỗ trợ cho giao thức đám mây. Báo cáo trong hình cho thấy 3 lĩnh vực bị ngắt quãng của kim tự tháp:

1. Chuyển sang đám mây

2. Sáp nhập SCADA, MES và ERP

3. Mạng Edge

Di chuyển sang cloud

Một khảo sát năm 2015 thực hiện bởi IDC cho thấy 66% công ty sản xuất sử dụng đám mây mở và 68% sử dụng đám mây riêng để host các ứng dụng. Các công nghệ mới hiện nay sẽ sử lý được những vấn đề thích ứng với đám mây. Nhiều nhà cung cấp SCADA và MÉ đang cân bằng sân chơi và đưa ra các giải pháp dựa trên đám mây nhằm củng cố cho giải pháp truyền thống của họ. Các nhà cung cấp nền tảng IIoT như Microsoft và Amazon đã có thể thu được lợi ích lớn từ sự chuyển mình sang cloud này.

Sự hợp lý của đám mây

Nên hay không việc host các ứng dụng trên cloud phụ thuộc vào các yêu cầu của cả ứng dụng và các ngành công nghiệp. 

Cơ sở hạ tầng dựa trên đám mây đã rất khó khăn để giải quyết 3 yếu tố này, hạn chế sự di chuyển của hệ thống SCADA và MES lên cloud trong những nền công nghiệp rất cần những yếu tố đó, ví dụ như trong môi trường sản xuất. Tuy nhiên, các công nghệ mới đang dần giải quyết được điều này, khiến việc chuyển lên cloud trở nên dễ dàng hơn đối với phần lớn người dùng.

Cấu trúc đám mây

Một khi công ty sản xuất muốn chuyển sang một ứng dụng SCADA/MES dựa trên đám mây, có một lượng lớn cấu trúc có thể lựa chọn:

1. Ứng dụng Dịch vụ cơ sở hạ tầng (App Iaas): Các ứng dụng độc lập chạy trên một máy ảo đám mây.

2. Ứng dụng xây dựng trên Nền tảng dịch vụ (App PaaS) Các ứng dụng trên đỉnh được ghép với các nhà cung cấp nền tảng dịch vụ IoT đám mây  như Azure IoT hay AWS IoT

3. Phần mềm dịch vụ (SaaS) Các ứng dụng đám mây không được xây trên đỉnh của PaaS được host bởi cơ sở hạ tầng IT sở hữu hoặc thuê.

Cơ sở hạ tầng IoT đám mây và nhà cung cấp nền tảng dịch vụ

Microsoft và Amazon là các nhà cung cấp hàng đầu của mô hình này với khoảng 13% và 33% thị trường. Không ngạc nhiên, các báo cáo cho rằng cả Microsoft và Amazon đều đi đầu trong nền tảng IoT. Các công ty tự động hóa đã hợp tác với Microsoft Azure để host nền tảng IoT của họ, điều này đạt được nhờ khả năng sử dụng những mối quan hệ sẵn có từ thời công nghiệp tự động hóa. Azure có vẻ sẽ còn phát triển hơn nhiều.

Ứng dụng: I4.0 và Cloud

JD Norman Industries, nhà máy hàng đầu về linh kiện kim loại, đã chọn Plex làm nhà cung cấp giải pháp ERP/MES dựa trên sự phát triển của công ty. Bằng cách tối ưu hóa mô hình SaaS Plex cung cấp, JD Norman đã tránh được việc phải cài đặt và quản lý các giải pháp MES giữa các nhà máy rải rác toàn cầu. Plex đã hợp tác với Kors để cung cấp giải pháp hợp nhất hệ thống và kết nối thiết bị, cho phép JD Norman thu thập và phân tích dữ liệu xử lý dựa trên nền tảng đám mây của Plex.

Kết luận

I4.0 là về việc các nhà sản xuất sử dụng IIoT và các công nghệ hỗ trợ khác để cải thiện vận hành. Thị trường của các công nghệ này đang phát triển một cách nhanh chóng bởi sự cạnh tranh mà một vài ông lớn trong I4.0 đã nhận ra. Các công nghệ mới, sự hợp nhất giữa máy móc và cloud, đang ngắt quãng ngành công nghiệp hiện tại và khiến các nhà sản xuất lớn và nhỏ có thể kết nối và chia sẻ tầm nhìn và ngành công nghiệp 4.0.

Ngọc Ánh, Trương Khánh Hợp