Ứng dụng cách mạng công nghiệp 4.0 trong công tác tiêu chuẩn đo lường chất lượng

Cuộc cách mạng công nghệ đang diễn ra, còn được nhiều chuyên gia gọi là “Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư”, đã bắt đầu từ những năm 2000, đặc trưng bởi sự hợp nhất, không có ranh giới giữa các lĩnh vực công nghệ, vật lý, kỹ thuật số và sinh học. Đây là xu hướng kết hợp giữa các hệ thống ảo và thực thể, vạn vật kết nối Internet (IoT) và các hệ thống kết nối Internet (ToS).

Ở các quốc gia tiên tiến, cách mạng công nghiệp 4.0 được phát triển nhanh chóng nhờ nguồn lực và cơ sở hạ tầng kỹ thuật nhằm tạo ra các lợi thế về của cải vật chất, chất lượng, giá thành... Còn ở Việt Nam, cuộc cách mạng này cũng ngày càng được quan tâm từ nâng cao nhận thức, chuẩn bị các bước đi phù hợp thể hiện sự hội nhập sâu rộng, không đứng ngoài cuộc của Nhà nước, các doanh nghiệp.

Việc ứng dụng CMCN 4.0 trong tiêu chuẩn, đo lường, chất lượng cho phép xây dựng hệ thống dữ liệu tiêu chuẩn khổng lồ, tiêu chuẩn được số hóa, tối ưu về lưu trữ có thể truy cập ở bất cứ đâu, khi nào cần, với chi phí bỏ ra thấp. Tiêu chuẩn được chia sẻ giữa các quốc gia từ những nước phát triển có nền khoa học tiên tiến đến các quốc gia kém phát triển, góp phần mở rộng phạm vi áp dụng tiêu chuẩn, tạo ra các tiêu chuẩn được áp dụng cho toàn thế giới.

Đồng thời cũng đặt ra áp lực đối với lĩnh vực tiêu chuẩn cần xây dựng nội dung theo kịp sự phát triển như vũ bão của CMCN 4.0 hiện nay, ví dụ như Tiêu chuẩn đánh giá mức độ áp dụng CMCN 4.0; các tiêu chuẩn riêng rẽ của các lĩnh vực kỹ thuật, thương mại... liên quan đến CMCN 4.0.

Về đo lường, chất lượng: Hệ thống đo lường sản xuất vật lý ảo (CPM2S) dựa trên sự tích hợp của Hệ thống vật lý ảo (CPS) và kết nối giữa Internet vạn vật (IoT) và công nghệ đám mây (CT). Đây là những phương pháp luận cấp cao để phát triển các hệ thống đo lường chế tạo thế hệ mới, thông minh hơn, linh hoạt hơn và có khả năng tự thích ứng.

CPM2S tạo ra dữ liệu lớn, theo chiều ngang bằng tích hợp mạng máy công cụ/máy đo kích thước ba chiều CMM, quy trình và cảm biến) và theo chiều dọc bằng điều khiển (thường được xác định trên năm cấp), dữ liệu này sẽ được xử lý phân tích và quản lý bởi đo lường sản xuất vật lý ảo (CPM2).

Công nghiệp 4.0 đạt được bằng các giải pháp thông minh và kỹ thuật số kết nối mạng, đảm bảo truyền dữ liệu rất nhanh và đáng tin cậy của tất cả hệ thống nhúng với cấu trúc mới được đặt tên là Hệ thống Vật lý ảo. Hệ thống Vật lý ảo CPS dựa trên Công nghệ Thông tin và Truyền thông (ICT) biến đổi thế giới ảo và thế giới thực để tạo ra các mạng nơi các chủ thể và đối tượng giao tiếp và tương tác với nhau một cách thông minh.

Nền tảng của CMCN 4.0 là các máy tính mini (“thông minh”) được nhúng vào CPS. Các máy tính mini này xử lý thông tin thu thập thông qua các cảm biến và chúng có khả năng xác định và đo lường trạng thái hiện tại của cả thiết bị và quy trình, phân tích tình hình và kích hoạt các hành động cụ thể để cải thiện trạng thái tổng thể.

Điều đó được thực hiện thông qua liên kết vượt trội giữa phần cứng và phần mềm bằng mạng kỹ thuật số mới. CPS có khả năng điều khiển, tự động hóa và điều chỉnh các quy trình, hệ thống từ xa và trong thời gian thực. Yêu cầu đo lường chính yếu liên quan đến CMCN 4.0 là: hiệu quả về thời gian và chi phí, dễ dàng chuyển giao, thời gian thực thi, tự động hóa và tốc độ cao. Theo các yêu cầu này, lưu đồ đường đi của CMCN 4.0 để phát triển đo lường dựa trên năm khía cạnh: Nhanh chóng, chính xác, đáng tin cậy, linh hoạt và toàn diện.

Các giải pháp phần mềm gia công chế tạo được áp dụng cho các máy móc công nghệ đảm bảo tính tự động hóa cao của quá trình sản xuất (ACTING) tác động vào thế giới thực (REAL WORLD) để tạo ra sản phẩm, chi tiết, tiếp đến quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm (SENSING) được sử dụng các sensor, cảm biến, phương tiện đo để đo kiểm các tham số, trên cơ sở số liệu đo được, cần được xử lý, phân tích đánh giá chất lượng (THINKING), từ đó có các quyết định tác động đến quá trình sản xuất, theo mô hình vòng tròn khép kín.

Với công nghiệp 4.0 là công cụ cho phép các quá trình trên được nối ghép liên kết với nhau theo thời gian thực, trong đó các phương tiện đo kiểm với dữ liệu được thu thập tự động, có thể thống kê phân tích dữ liệu không chỉ ở một nhà máy, mà còn mở rộng ra trên các nhà máy của hệ thống mang tích chất toàn cầu, mở ra các tính năng ưu việt như quản lý dữ liệu tốt hơn và linh hoạt, dữ liệu tự động theo thời gian thực, khả năng điều khiển thống kê sản xuất với số liệu tức thời, vòng tròn quản lý khép kín tối ưu hóa quản lí tài liệu sản xuất, báo cáo tự động, dữ liệu tiêu chuẩn về lĩnh vực chất lượng, tối ưu hóa công đoạn...

Ví dụ cụ thể, hãng Hexagon đang đi tiên phong trong việc cung cấp các giải pháp theo hướng này cho rất nhiều nhà sản xuất trên toàn cầu trong các lĩnh vực quốc phòng, ô tô, kỹ thuật, hàng không, hóa dược phẩm...

Cảm biến đo lường, phần quan trọng không thể thiếu trong hệ thống đo. CMCN 4.0 hoặc IoT công nghiệp là hai thuật ngữ chỉ sự phát triển hiện nay trong tự động hóa và điều khiển công nghiệp. Chúng ngày càng thông minh hơn và dữ liệu được tạo ra ở tất cả các cấp của quá trình sản xuất được sử dụng để nâng cao chất lượng sản phẩm, tính linh hoạt và năng suất. Không thể không có các cảm biến thông minh, các cảm biến tạo ra dữ liệu và hơn nữa còn cho phép thêm chức năng khác như từ tự giám sát và tự cấu hình đến giám sát điều kiện của các quy trình phức tạp.

Tương tự như CMCN 4.0, sự phát triển của cảm biến đã trải qua các giai đoạn đặc biệt mà đỉnh cao là cảm biến thông minh ngày nay hay còn gọi là “Cảm biến 4.0”. Đặc điểm cơ bản của cảm biến 4.0 đó là ở khía cạnh tính năng và hiệu suất tốt hơn, việc tích hợp cao hơn và cảm biến đa tham số, nhưng cũng tích hợp trí thông minh cũng như kết nối mạng an toàn và bảo mật. Hệ thống cảm biến thông minh cho phép ví dụ tự nhận dạng hoặc chẩn đoán cho đến tự cấu hình, hiệu chuẩn và sửa chữa, thường được gộp chung dưới thuật ngữ self- X.

Hạ tầng chất lượng số phát triển ở các nước châu Âu với khái niệm “Đám mây đo lường châu Âu” được thiết kế để hỗ trợ các quá trình đánh giá sự phù hợp, khảo sát thị trường, phát triển dịch vụ đo lường dựa trên dữ liệu và công nghệ mới cho hạ tầng này để thúc đẩy đổi mới sáng tạo của các nhà sản xuất và hỗ trợ sự hài hòa ở châu Âu.

Hàng trăm triệu dụng cụ đo lường (MI) được sử dụng tại thị trường chung EU tạo ra khối lượng dữ liệu khổng lồ trong vòng đời của chúng từ các cơ sở dữ liệu riêng biệt. Sự hợp nhất thông minh các nguồn này sẽ tạo ra một dữ liệu đo lường rộng lớn mà từ đó có các dịch vụ dựa trên dữ liệu mới (dịch vụ thông minh) có thể được đưa ra để các bên liên quan đơn giản hóa các quy trình hiện có.

Về đảm bảo đo lường liên kết chuẩn, trong lĩnh vực này, theo yêu cầu của nhà nước và các ngành công nghiệp, duy trì liên kết chuẩn đo lường và hiệu chuẩn có thể thực hiện thông qua chuỗi so sánh không đứt đoạn với chuẩn. Thông lệ trước đây quá trình hiệu chuẩn dựa trên việc đưa các trang bị ĐL-TN từ chỗ này đến các nơi khác theo sơ đồ truyền chuẩn để thực hiện việc so sánh với chuẩn. Việc này tốn kém thời gian và chi phí với rủi ro liên quan đến hư hỏng, mất mát trong quá trình vận chuyển. Nay với ứng dụng CMCN 4.0 PTN chuẩn và các khách hàng được kết nối với nhau bằng các phương tiện vận chuyển dữ liệu, thay vì vận chuyển thiết bị, sau đó quy trình hiệu chuẩn tổng thể có thể được thực hiện trực tuyến và trong thời gian thực: dữ liệu điện tử được truyền từ một nơi (BIPM, Viện Đo lường Quốc gia-NMI hoặc phòng thí nghiệm hiệu chuẩn) đến một nơi khác (PTN hiệu chuẩn thứ cấp hoặc phòng thí nghiệm khách hàng) sẽ cho phép quá trình hiệu chuẩn ở các địa điểm khác nhau mà không cần mang chuẩn mẫu và đối tượng cần kiểm định/hiệu chuẩn đến cùng một địa điểm là phòng thí nghiệm hiệu chuẩn hoặc tại chỗ trong cơ sở của khách hàng bằng cách vận chuyển chuẩn mẫu di động đến chỗ khách hàng.

Vì vậy, cả thời gian và tiền bạc sẽ được tiết kiệm. Điều đó có thể đạt được thông qua việc thiết lập quy trình để thực hiện, chuyển giao và kiểm soát dữ liệu hiệu chuẩn sẽ so sánh với các giá trị của chuẩn tham chiếu với các giá trị của đối tượng hiệu chuẩn mà không gây hư hại, nguy hiểm đến độ chính xác và tính dẫn xuất chuẩn cần thiết trong hiệu chuẩn.

Đối với Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng – Bộ Tham mưu, thời gian qua, cùng với các đơn vị trong Bộ Quốc phòng cũng đã tích cực triển khai các nội dung, công việc liên quan đến CMCN 4.0, tiến tới xây dựng Chính phủ điện tử, chuyển đổi số, thực hiện có hiệu quả Chiến lược quốc gia về Cách mạng công nghiệp lần thứ tư đến năm 2030 của Chính phủ.

Cụ thể, đã xây dựng phần mềm quản lý công việc về tiêu chuẩn và đo lường áp dụng cho cơ quan cũng như các cơ sở đầu mối ngành trong toàn quân, cho phép quản lý thống nhất về tiêu chuẩn và đo lường phục vụ quản lý nhà nước đối với các cơ sở đo lường chất lượng từ cấp chiến lược đến cấp chiến thuật, chiến dịch; áp dụng phần mềm quản lý công văn tài liệu của văn thư trong nhận gửi công văn, hồ sơ, giấy tờ...

Một số chuẩn đo lường chính của Cục được trang bị gần đây đã được tích hợp các công nghệ cho phép ứng dụng CMCN 4.0 như hệ thống nhúng, cổng giao tiếp mạng cho phép kiểm tra trạng thái, hiệu chỉnh thông số từ xa như: Hệ thống chuẩn thời gian-tần số Time-Scale, Hệ thống chuẩn suy giảm Tergam 1312...

Tuy nhiên đánh giá chung, việc ứng dụng CMCN 4.0 trong Cục vẫn còn những hạn chế. Lý do các chuẩn mẫu đo lường đều là các trang thiết bị mua sắm của nước ngoài, việc kết nối mạng Internet cũng đặt ra nhiều vấn đề liên quan đến an toàn, an ninh mạng, đặc biệt nguồn lực con người cũng có nhiều hạn chế.

Để phát huy hiệu quả của ứng dụng CMCN 4.0 gắn với chức năng, nhiệm vụ của cơ quan, đơn vị, trong thời gian tới cần thực hiện các nhiệm vụ, giải pháp như sau:

Một là, quán triệt Chiến lược quốc gia về Cách mạng công nghiệp lần thứ tư của Chính phủ, cũng như thực hiện các biện pháp nâng cao nhận thức của cơ quan, đơn vị về CMCN 4.0 đặc biệt là đối tượng cán bộ chủ trì các cấp; xây dựng kế hoạch ứng dụng CMCN 4.0 trong cơ quan, đơn vị Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng;

Hai là, tổ chức các hội thảo chuyên đề giới thiệu các mô hình ứng dụng CMCN 4.0 trên thế giới và trong nước trong công tác Tiêu chuẩn, Đo lường, Chất lượng để các đơn vị xác định nội dung ứng dụng CMCN 4.0 cho phù hợp;

Ba là, chuẩn bị nguồn lực cho việc tự triển khai thực hiện các nội dung ứng dụng CMCN 4.0 cho việc hiệu chuẩn từ xa, bằng việc áp dụng các phương pháp hiệu chuẩn thích hợp đối với một số đối tượng cụ thể hiện có đủ điều kiện như các chuẩn tần số (áp dụng phương pháp Common View), các thiết bị đo sử dụng công nghệ định vị GPS (áp dụng phương pháp Real Time Knimatic)...; xây dựng phần mềm phục vụ công tác quản lý trong các cơ sở đo lường, chất lượng được nối mạng diện rộng trong toàn quân; mua các bản quyền phần mềm ứng dụng CMCN 4.0 triển khai áp dụng đối với công tác bảo đảm kỹ thuật cho các PTĐ đồng bộ với VKTB hiện đại, công nghệ cao...

Hà My