1. Vai trò của digital twin trong việc tối ưu bảo trì và giảm thiểu thời gian chết
Theo định nghĩa cơ bản, bảo trì dự đoán là việc xác định các vấn đề trong tương lai – điều này ngày càng dễ dàng hơn nhờ vào sự phát triển của IoT và công nghệ Digital Twin. Khi kết hợp với các thiết bị tự động khác, công nghệ này cho phép giám sát liên tục tình trạng thiết bị, sử dụng dữ liệu từ nhiều cảm biến khác nhau. Nhờ đó, nhà sản xuất có thể tránh được các sai sót tiềm ẩn và thiệt hại cho thiết bị nhờ vào khả năng dự đoán sự cố từ trước.
Tổng hợp từ nhiều nghiên cứu, hiện nay tập trung vào việc áp dụng công nghệ IoT, AI, cảm biến và Digital Twin để xây dựng hệ sinh thái sản xuất thông minh, giúp giải quyết các vấn đề như: giảm thời gian ngừng máy, tăng hiệu suất và thúc đẩy tính bền vững.
- Tích hợp dữ liệu cảm biến IoT vào mô hình Digital Twin giúp doanh nghiệp giảm tới 20% thời gian ngừng máy nhờ vào bảo trì dự đoán chính xác,
- Việc phát triển mô hình Digital Twin thời gian thực và đạt được 25% cải thiện hiệu quả vận hành toàn hệ thống.
- Ứng dụng AI vào Digital Twin, tăng độ chính xác phát hiện lỗi lên 35%, từ đó giúp doanh nghiệp ngăn chặn hỏng hóc trước khi xảy ra.
- Ngoài ra , kết hợp Digital Twin với điện toán biên (edge computing) giúp cải thiện khả năng phản ứng tức thời lên 30%, rất phù hợp cho các nhà máy sản xuất tốc độ cao.
Những con số này không chỉ thể hiện tiềm năng lý thuyết, mà đã được kiểm chứng qua thực tiễn ở các hệ thống sản xuất quy mô lớn.
Hình ảnh minh hoạ
2. Hệ sinh thái Digital Twin tích hợp IoT nhằm tối ưu hóa hoạt động sản xuất thông minh
2.1 Các thành phần chính
Hệ thống sản xuất thông minh được đề xuất tích hợp các cảm biến IoT như cảm biến nhiệt độ và rung động để theo dõi thời gian thực tình trạng thiết bị và hiệu suất hoạt động. Dữ liệu thu thập được xử lý cục bộ thông qua điện toán biên, đảm bảo phản hồi nhanh và giảm độ trễ. Dữ liệu sau đó được lưu trữ trên nền tảng đám mây, nơi tiến hành phân tích dữ liệu nâng cao và mô hình dự đoán bằng LSTM, cho phép dự báo các lỗi thiết bị tiềm ẩn.
Nền tảng Digital Twin mô phỏng môi trường sản xuất thực tế, cung cấp một không gian ảo để thử nghiệm các kịch bản và tối ưu hóa hiệu suất.
Hình minh họa cho thấy kiến trúc của hệ sinh thái Digital Twin.
a. Cảm biến (Sensors):
Hệ thống sản xuất thông minh dựa vào cảm biến IoT để thu thập dữ liệu về các thông số vận hành quan trọng như nhiệt độ, độ rung, áp suất và mức tiêu thụ năng lượng. Các cảm biến này cung cấp thông tin thời gian thực về tình trạng máy móc và dây chuyền sản xuất, giúp bảo trì chủ động và tối ưu hóa hiệu suất.
b. Thiết bị điện toán biên (Edge Device):
Điện toán biên đảm bảo các dữ liệu nhạy về thời gian như tín hiệu cảm biến được phân tích tức thì, giúp giảm độ trễ và nâng cao khả năng phản hồi thời gian thực. Điều này đặc biệt hữu ích trong việc phát hiện sự cố vận hành hoặc cảnh báo hệ thống ngay khi xảy ra.
c. Điện toán đám mây (Cloud Computing):
Nền tảng đám mây hỗ trợ mở rộng quy mô linh hoạt, giúp hệ thống dễ dàng mở rộng khi số lượng thiết bị hoặc khối lượng dữ liệu tăng lên. Điện toán đám mây cho phép quản lý tập trung toàn bộ mạng sản xuất, dễ dàng theo dõi hiệu suất, ra quyết định dựa trên dữ liệu và xử lý dữ liệu lớn.
d. Công nghệ Digital Twin:
Digital Twin là bản sao số của hệ thống sản xuất thực, cho phép mô phỏng và tối ưu hiệu suất theo thời gian thực. Khi được đồng bộ với cảm biến IoT, Digital Twin giúp dự đoán sự cố tiềm ẩn và cung cấp thông tin hành động để nâng cao hiệu quả vận hành.
e. Mô hình LSTM:
Công nghệ phân tích dự đoán tiên tiến như mô hình LSTM được sử dụng để dự báo lỗi thiết bị và tối ưu lịch trình bảo trì. Các mô hình này phân tích chuỗi dữ liệu thời gian nhằm phát hiện quy luật và dự đoán hành vi hệ thống trong tương lai, giúp giảm thiểu thời gian ngừng máy và kéo dài tuổi thọ thiết bị
f. Bộ truyền động (Actuators):
Bộ truyền động nhận lệnh điều khiển từ hệ thống để điều chỉnh cài đặt máy móc theo thời gian thực. Chúng giúp tinh chỉnh quy trình sản xuất, đảm bảo chất lượng và hiệu suất ổn định, đồng thời thích ứng linh hoạt với yêu cầu vận hành thay đổi.
Toàn bộ hệ thống hoạt động theo luồng:
Cảm biến → Edge → Cloud → Mô hình dự đoán → Điều khiển tự động → Cập nhật Digital Twin
Hệ thống còn tích hợp cơ chế cảnh báo thông minh, giúp con người can thiệp khi cần thiết trong khi phần còn lại được tự động hóa. Kết quả là một quy trình sản xuất thông minh, phản ứng nhanh, dễ mở rộng và tối ưu chi phí bảo trì.
2.2 Case study
a. Ngành sản xuất ô tô
Rolls-Royce
Rolls-Royce sử dụng công nghệ Digital Twin trong chương trình “IntelligentEngine” của họ. Chương trình này tạo ra bản sao số cho từng động cơ được sản xuất. Nhờ vậy, họ có thể thu thập dữ liệu từ hơn một chục thông số khác nhau thông qua các cảm biến tích hợp trên máy bay. Điều này cho phép giám sát hiệu suất của động cơ theo thời gian thực trong suốt chuyến bay, dự đoán nhu cầu bảo trì và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.
Toàn bộ dữ liệu được phân tích bằng thuật toán AI và machine learning, nhằm phát hiện sớm các dấu hiệu hao mòn hoặc sự cố kỹ thuật. Hệ thống sau đó sẽ đưa ưa ra cảnh báo bảo trì trước khi hỏng hóc xảy ra, lập lịch bảo trì tối ưu, tránh dừng máy đột ngột và giúp đội ngũ kỹ thuật quyết định chính xác vị trí và thời điểm cần can thiệp.
Nguồn: Sưu tầm
BMW
BMW tận dụng công nghệ bản sao kỹ thuật số để cải tiến quy trình sản xuất xe. Bản sao kỹ thuật số trong sản xuất được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa dây chuyền lắp ráp, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả. Phương pháp này đã giúp BMW giảm thiểu lỗi sản xuất và cải thiện chất lượng sản xuất tổng thể.
BMW cũng sử dụng bản sao kỹ thuật số để mô phỏng hiệu suất xe trong nhiều điều kiện khác nhau. Nhờ đó, các kỹ sư có thể đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu, nâng cao độ an toàn và sự hài lòng của khách hàng. Bên cạnh đó, bản sao kỹ thuật số của BMW còn hỗ trợ thiết kế và thử nghiệm các tính năng và công nghệ mới trên xe, đẩy nhanh chu kỳ phát triển và đưa các sản phẩm sáng tạo ra thị trường nhanh hơn.
Nguồn: Sưu tầm
b. Ngành dầu khí
Trong một ngành mà mỗi ngày ngừng hoạt động có thể gây thiệt hại hàng triệu đô la, các tập đoàn lớn như Shell đã xem Digital Twin là một công nghệ không thể thiếu trong hoạt động khai thác dầu khí hiện đại.
Bằng Giám sát thời gian thực các giàn khoan ngoài khơi, đường ống và nhà máy lọc dầu,dự đoán sự cố thiết bị trước khi xảy ra, đồng thời nâng cao mức độ an toàn, tất cả đều được thực hiện thông qua mô hình Digital Twin. Ngay cả những sự cố nhỏ trong ngành dầu khí cũng có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng về mặt tài chính và môi trường. Ví dụ, một thiết bị hỏng ngoài khơi mà không được xử lý kịp thời có thể khiến doanh nghiệp mất tới 3 triệu đô mỗi ngày.
Chính vì thế, ngày càng nhiều công ty đang lựa chọn Digital Twin như một giải pháp chiến lược để chủ động phát hiện và xử lý rủi ro trước khi chúng xảy ra.
Nguồn: Sưu tầm
c. Ngành hàng không
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, Lockheed Martin sử dụng bản sao kỹ thuật số để thiết kế và sản xuất các linh kiện phức tạp. Công nghệ này cho phép các kỹ sư mô phỏng và thử nghiệm các bộ phận trước khi sản xuất, đảm bảo chúng đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về hiệu suất và an toàn.
Bản sao kỹ thuật số cũng cho phép Lockheed Martin thực hiện đào tạo bảo trì ảo, nâng cao kỹ năng của kỹ thuật viên và giảm thời gian đào tạo tại chỗ. Hơn nữa, việc sản xuất bản sao kỹ thuật số giúp Lockheed Martin quản lý toàn bộ vòng đời sản phẩm, từ thiết kế và thử nghiệm ban đầu đến sản xuất và bảo trì, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy tối ưu.
Nguồn: Sưu tầm
Kết luận
Việc tích hợp IoT, Digital Twin và phân tích dự đoán là một bước quan trọng trong việc hiện thực hóa các mục tiêu của Công nghiệp 4.0 – nơi các hệ thống được tự động hóa, cho phép chia sẻ dữ liệu theo thời gian thực và phản ứng nhanh chóng, thông minh, qua đó cách mạng hóa hoạt động của nhà máy.
Hệ sinh thái Digital Twin được hỗ trợ bởi IoT được đề xuất giúp loại bỏ hàng loạt vấn đề mà ngành công nghiệp hiện đại đang phải đối mặt. Hệ sinh thái này không chỉ nâng cao hiệu suất vận hành cho các nhà sản xuất mà còn giúp họ sẵn sàng cạnh tranh trên thị trường bằng cách ứng dụng bảo trì dự đoán kết hợp với giám sát thời gian thực.
Tìm hiểu thêm: Vai trò của Digital Twin trong việc nghiên cứu thuốc và thử nghiệm lâm sàng
Liên hệ ngay hôm nay!
Bạn đang tìm kiếm một giải pháp quản lý khu công nghiệp và đô thị thông minh toàn diện ?
Liên hệ với VNTT ngay hôm nay để nhận Checklist đánh giá độ sẵn sàng triển khai Digital Twin!
———————–
Công ty CP Công nghệ & Truyền thông Việt Nam (VNTT)
– Địa chỉ: Tầng 16, Toà nhà WTC Tower , Số 1, Đường Hùng Vương, Phường Bình Dương, Thành phố Hồ Chí Minh.
– Hotline: 1800 9400 – 0274 222 0222
– Email: marketing@vntt.com.vn
– Facebook: https://facebook.com/eDatacenterVNTT
– Zalo OA: https://zalo.me/edatacentervntt
