Kỹ thuật sản xuất thông minh - Chương trình đào tạo nhân lực kỹ thuật cao

Phạm Văn Minh, Bùi Văn Huy

Khoa Điện - Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Ngày nay, trình độ khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ tạo ra bước đột phá về kỹ thuật, công nghệ làm thay đổi cả các phương pháp điều hành và quản lý sản xuất, một trong các yêu cầu cấp thiết trong sản xuất là quá trình chuyển đổi sản xuất, sản phẩm phải nhanh và linh hoạt để tạo lợi thế cạnh tranh, đáp ứng kịp thời yêu cầu thực tế. Để thực hiện được điều này, đòi hỏi các hệ thống sản xuất phải thông minh và đặc biệt đội ngũ cán bộ quản lý kỹ thuật các hệ thống này cũng phải có đủ trình độ, kiến thức, kỹ năng cần thiết. Vì vậy chương trình đào tạo “Kỹ thuật sản xuất thông minh” là một chương trình đào tạo mới đáp ứng được yêu cầu về đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật cao cho các nhà máy, xí nghiệp ở thời điểm hiện tại và tương lai.

Trong bài viết này, nhóm tác giả sẽ trình bày một số khái niệm về hệ thống sản xuất thông minh, phân tích hiện trạng của nền sản xuất thông minh, thực trạng đào tạo nguồn nhân lực lĩnh vực này tại Việt Nam từ đó giới thiệu chương trình đào tạo đầu tiên tại Việt Nam về lĩnh vực này, đó là “Kỹ thuật sản xuất thông minh” của khoa Điện, trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội.

1. Khái niệm về sản xuất thông minh

Cách mạng công nghiệp 4.0, cách mạng số đã làm thay đổi cách thức quản lý và điều hành quá trình sản xuất, sản xuất thông minh là quá trình sản xuất đáp ứng được sự chuyển đổi nhanh chóng và đúng lúc đem lại lợi ích to lớn cho xã hội. Hiện nay, hệ thống sản xuất thông minh có đặc điểm nổi bật là sự “tích hợp” quá trình sản xuất tự động hóa với con người và các hoạt động kinh doanh, dịch vụ của doanh nghiệp. Nền tảng cốt lõi trong sản xuất thông minh là “hệ thống thực - ảo” bao gồm “hệ thống sản xuất thực” (máy móc, phương tiện, các quy trình sản xuất,...) và “hệ thống sản xuất ảo” (công nghệ mô phỏng, dự đoán, thu thập thông tin chuẩn đoán, thực tế ảo tăng cường,..). Đây là hệ thống tích hợp hệ thống sản xuất ảo vào hệ thống sản xuất thực. Việc tương tác giữa hệ thống thực và hệ thống ảo dự trên các bộ tiêu chuẩn sẽ giúp doanh nghiệp tối ưu quá trình sản xuất, ví dụ thay vì tối ưu trên hệ thống thực thì hệ thống sẽ tối ưu trên hệ thống ảo, đưa ra được quyết định tốt nhất để đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng [1]. Hình 1 mô tả cấu trúc của hệ thống thực ảo, bản chất của hệ thống thực ảo là sự kết hợp dựa theo các tiêu chuẩn công nghệ thông tin, truyền thông và hệ thống mạng vào kết cấu hạ tầng để kiểm soát, điều phối hiệu quả hơn quá trình sản xuất và tương tác với các thiết bị trong hệ thống thực. Hệ thống thực ảo là nền tảng để chuyển đổi hệ thống sản xuất tự động hóa sang hệ thống sản xuất thông minh.

Hình 1 - Hệ thống thực ảo trong sản xuất thông minh

Hiện đang có một số khái niệm về sản xuất thông minh, phổ biến nhất là “Intelligent Manufacturing” (IM) và “Smart Manufacturing” (SM), trong đó khái niệm IM được sử dụng nhiều hơn trong các lĩnh vực kỹ thuật.

Theo Kumar ([2]), IM là hệ thống sản xuất có khả năng tự điều chỉnh và/hoặc tự kiểm soát để sản xuất trong phạm vi các thông số kỹ thuật thiết kế.

Theo viện tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST), sản xuất thông minh (SM) là hệ thống tích hợp đầy đủ, thích ứng với điều kiện thay đổi trong mạng lưới cung ứng tổng thể của doanh nghiệp và nhu cấu khách hàng trong thời gian thực [1].

Sản xuất thông minh có những lợi ích cơ bản như sau:

- Cải thiện đáng kể năng suất sản xuất;

- Tạo ra được các sản phẩm mới có chất lượng cao;

- Tạo ra lực lượng lao động có kiến thức và kỹ năng tiên tiến;

- Sử dụng hiệu quả năng lượng;

- Mở rộng không gian sản xuất.

Nguyên lý của hệ thống sản xuất thông minh được mô tả như hình 2, trong đó:

- PLM: Quản lý vòng đời sản phẩm;

- SCM: Quản lý chuỗi cung ứng;

- ERP: Lập kế hoạch nguồn lực doanh nghiệp;

- MES: Hệ thống điều hành sản xuất.

Hình 2- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sản xuất thông minh

Một điểm cần lưu ý là các thiết bị ở khâu IoT có thể liên kết với phần dịch vụ kết nối thông qua môi trường điện toán đám mây. Hệ thống sản xuất thông minh giúp doanh nghiệp có cái nhìn toàn cục, có hệ thống thông tin và quy trình thống nhất, đảm bảo người và máy móc, các thiết bị nhận được các thông tin một cách chính xác và kịp thời.

Hệ thống sản xuất thông minh có khả năng đáp ứng linh hoạt với những tình hình thực tế sản xuất, qua đó tối ưu quy trình sản xuất của doanh nghiệp. Hệ thống sản xuất thông minh cần hiểu theo nghĩa rộng, nghĩa là nó có thể tối ưu theo mạng lưới nhiều đơn vị sản xuất trong cùng một mạng lưới.

Một khâu rất quan trọng trong sản xuất thông minh là hệ thống tự động hóa với mức độ tích hợp toàn diện. Những phần tử cảm biến, các bộ truyền động, các bộ điều khiển và các thiết bị di động trong hệ thống sản xuất thực liên kết một cách chặt chẽ theo các tiêu chuẩn kết nối tạo thành hệ sinh thái trong nền sản xuất hiện đại.

2. Hiện trạng ứng dụng sản xuất thông minh và vấn đề đào tạo tại các trường Đại học

Hoa kỳ, Đức, Nhật Bản và Hàn Quốc là những quốc gia đi đầu trên thế giới về việc áp dụng kỹ thuật sản xuất thông minh. Trong đó, Hoa Kỳ là nước sở hữu công nghệ cao nhất ở 6 lĩnh vực (IoT, dữ liệu lớn, điện toán đám mây, cảm ứng, năng lượng thông minh, hệ thống thực-ảo); Hàn Quốc mạnh nhất ở mục viễn thông Internet và Đức thì đứng đầu về hệ thống điều khiển và rô bốt. Riêng với Hàn Quốc, chính phủ Hàn Quốc đã xây dựng biện pháp thúc đẩy việc hình thành 30.000 nhà máy thông minh vào năm 2022. Chính phủ Hàn Quốc cũng xây dựng các chính sách ưu đãi cho các công ty lớn ủng hộ dự án của chính phủ để xây dựng các nhà máy thông minh. Bốn tập đoàn: Sam sung Electrics Co., Samsung Display Co., Hyundai Motor Co. Và POSCO đã huy động 10,76 triệu USD để hỗ trợ cho 60 công ty xây dựng các nhà máy thông minh. Hàn Quốc cũng thành lập một trung tâm dữ liệu lớn để thu thập, phân tích và sử dụng dữ liệu sản xuất ở cấp quốc gia và đào tạo 100.000 kỹ sư nhà máy thông minh vào năm 2020 [1, 3].

Hiện nay ở Việt Nam, đa số các doanh nghiệp có quy mô không lớn, trình độ công nghệ, khả năng quản trị toàn diện còn nhiều hạn chế. Tuy nhiên, công cuộc chuyển đổi số tại các doanh nghiệp đang và sẽ diễn ra mạnh mẽ, điển hình như: Dự án xây dựng hệ thống ERP tích hợp quản lý và kiểm soát chất lượng sản phẩm của công ty cổ phần bóng đèn phích nước Rạng Đông; Ứng dụng công nghệ IOT để quản lý năng lượng và tình trạng thiết bị của công ty Bia Sài Gòn-Hà Nội (TT); Hệ thống kho thông minh của công ty Nhựa Thiếu niên tiền phong; Hệ thống lập kế hoạch và quản lý sản xuất của công ty cơ khí Phổ Yên; Ứng dụng IOT để quản lý máy móc và môi trường lao động của công ty khuôn chính xác Duy Tân [3]. Nhiều doanh nghiệp Việt Nam đã nhìn nhận thấy nguy cơ tụt hậu và xác định được nhu cầu phải thay đổi bằng việc từng bước ứng dụng hệ thống sản xuất thông minh vào quá trình sản xuất. Trong tương lai không xa, thị trường lao động Việt Nam sẽ đòi hỏi rất lớn về nguồn nhân lực có kỹ năng mới có khả năng làm chủ những hệ thống sản xuất thông minh.

Cách mạng số đang làm thay đổi mạnh mẽ cách thức sản xuất, kinh doanh của các doanh nghiệp trên toàn thế giới, người lao động cần có đủ kiến thức, kỹ năng mới đáp ứng được yêu cầu [5]. Do đó, cần có những chuyển dịch, xu hướng mới trong việc đào tạo nguồn nhân lực và đây chính là thách thức của ngành giáo dục trong việc đào tạo nguồn nhân lực theo nhu cầu mới của thời đại [6]. Nhiều nước trên thế giới đang phải đối mặt với những thách thức lớn về sự thiếu hụt lao động trình độ cao có thể đáp ứng được các yêu cầu đặt ra khi hệ thống sản xuất ngày càng được thông minh hóa.

Việc chuyển đổi số tác động rất mạnh mẽ đến việc đào tạo nguồn nhân lực nói chung cụ thể:

- Cơ cấu nhiều nghề đào tạo sẽ phải điều chỉnh, cập nhật liên tục vì các ranh giới giữa các lĩnh vực rất mỏng manh;

- Có sự phân hóa mạnh mẽ giữa nhóm lao động có trình độ thấp và nhóm lao động có trình độ cao trên phạm vi toàn thế giới;

- Một số kiến thức cũ, không cần thiết cần loạt bỏ;

- Rất nhiều kiến thức và kỹ năng mới cần được trang bị cho nhân lực.

Ở Việt Nam hiện nay, nhiều chương trình đào tạo đại học đã cập nhật những nội dung để đáp ứng cho nền sản xuất thông minh, chẳng hạn như nghành Điều khiển và tự động hóa, Cơ điện tử, Robot và trí tuệ nhân tạo,...Tuy nhiên, chương trình đào tạo chuyên sâu về lĩnh vực Kỹ thuật sản xuất thông minh tại Trường Đại học Công nghiệp là chương trình đào tạo đầu tiên về lĩnh vực này tại Việt Nam.

Trên thế giới, đã có một số trường đại học đào tạo ngành công nghệ sản xuất thông minh, điển hình là trường Xi'an Jiaotong-Liverpool University- Trung Quốc [7], Shanghai University [8], City university Hong Kong [9], ... trong tương lai không xa sẽ có nhiều trường đại học trên thế giới đào tạo ngành này.

3. Chương trình đào tạo Kỹ thuật Sản xuất thông minh của khoa Điện, trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Xuất phát từ những phân tích ở trên, Khoa Điện, trường đại học Công Nghiệp Hà Nội đã xây dựng chương trình đào tạo nguồn nhân lực có khả năng thiết kế kỹ thuật, quản lý kỹ thuật và khả năng khai thác hiệu quả các hệ thống sản xuất sao cho linh hoạt và thông minh, đáp ứng mọi yêu cầu thay đổi của thực tế sản xuất, đó chính là chương trình đào tạo trình độ đại học “Kỹ thuật sản xuất thông minh” thuộc ngành Công nghệ kỹ Thuật Điều khiển và Tự động hóa.

Chương trình này được thiết kế để đào tạo trong 4 năm với các kiến thức, kỹ năng được tích hợp trong các học phần cơ sở ngành, chuyên ngành cũng như đồ án tốt nghiệp. Trong chương trình đào tạo “Kỹ thuật sản xuất thông minh” ngoài các kiến thức nền tảng như toán học, khoa học tự nhiên, khoa học xã hội, tiếng Anh... Các kiến thức chuyên môn sẽ được chia thành 3 khối gồm kiến thức cơ bản, kiến thức công nghệ cốt lõi, khối kiến thức và kỹ năng ứng dụng. Trong đó:

+ Khối kiến ​​thức cơ bản về lĩnh vực kỹ thuật điện, cảm biến, điều khiển thường được sử dụng trong hệ hệ thống sản xuất công nghiệp và các công nghệ sản xuất tiên tiến.

+ Khối Công nghệ cốt lõi bao gồm công nghệ về hệ thống sản xuất thông minh, công nghệ điều khiển, tích hợp đặc biệt nhấn mạnh sự tích hợp hệ thống dựa trên các phần tử và các tiêu chuẩn, qui chuẩn, qui định tích hợp.

+ Khối kiến thức và kỹ năng ứng dụng để xử lý dữ liệu thông minh, ứng dụng các phần mềm để thực hiện việc tích hợp hệ thống sản xuất thông minh, linh hoạt, quản trị các quá trình sản xuất....

Sinh viên tốt nghiệp chương trình này sẽ làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật sản xuất thông minh liên quan đến thiết kế, tích hợp các hệ thống thông minh, tích hợp hệ thống, quản lý vận hành, bảo trì và quản lý thiết bị thông minh.

Để đáp ứng các yêu cầu về đào tạo, hiện nay khoa Điện có đội ngũ giảng viên là các nhà khoa học có năng lực chuyên môn tốt, có trình độ ngoại ngữ, nhiệt tình, tâm huyết với sự nghiệp đào tạo của Nhà trường được đào tạo tại các trường Đại học uy tín trong và ngoài nước.., đồng thời các giảng viên cũng có nhiều nghiên cứu, công trình khoa học liên quan đến ngành đã công bố trên các hội nghị, tạp chí khoa học có uy tín trong và ngoài nước, nhiều giảng viên đã có kinh nghiệm tham gia trực tiếp cung cấp giải pháp kỹ thuật cho các doanh nghiệp.

Khoa Điện với hệ thống cơ sở vật chất hiện đại, với nền tảng là trang thiết bị thực hành, thí nghiệm phục vụ đào tạo cơ bản và chuyên sâu ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện, Điện tử và Công nghệ Điều khiển và Tự động hóa sẵn sàng đáp ứng các yêu cầu cho việc đào tạo ngành Công nghệ sản xuất thông minh. Bên cạnh đó, sinh viên cũng được thừa hưởng các hệ thống phòng học lý thuyết chung của Nhà trường có 3 cơ sở đào tạo ở Hà Nội và Hà Nam với tổng diện tích 50 ha. Hệ thống trung tâm thông tin thư viện với tổng diện tích gồm nhiều sách, giáo trình, tài liệu tham khảo và hệ thống phòng đọc, phòng nghiên cứu, tra cứu tài liệu hiện đại là cơ sở quan trọng cho hoạt động giảng dạy và học tập của giảng viên và sinh viên.

Hình 3- Sinh viên khoa Điện trong giờ thực hành

Khoa Điện đã có 17 năm kinh nghiệm đào tạo đại học và đã được Nhà trường và Bộ giáo dục đồng ý cho đào tạo sau đại học trong nhiều năm. Các kỹ sư, cử nhân sau khi tốt nghiệp các ngành của khoa đã nhanh chóng có việc làm đúng chuyên môn đào tạo, đáp ứng tốt nhiệm vụ và được các cơ quan, doanh nghiệp đánh giá cao. Với những đặc điểm đó, khoa Điện đảm bảo đủ khả năng đào tạo Công nghệ sản xuất thông minh để tiếp tục đáp ứng yêu cầu về nguồn nhân lực về lĩnh vực ứng dụng công nghệ sản xuất thông minh cho các doanh nghiệp trong và ngoài nước, đáp ứng tốt hơn yêu cầu của sự nghiệp Công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.

4. Kết luận và kiến nghị

Cách mạng công nghiệp, cách mạng số đã tác động trực tiếp đến cơ cấu ngành nghề cũng như xu hướng đào tạo nguồn nhân lực. Để Việt Nam có thể chủ động bắt kịp với xu hướng yêu cầu thị trường lao động trên thế giới, nhóm tác giả kiến nghị Nhà nước, doanh nghiệp, các trường đại học và các tổ chức có liên quan, cần có sự chuẩn bị kịp thời bằng các chính sách, chương trình, đề án, hành động cụ thể để đào tạo, nhằm giải quyết thách thức về thiếu hụt nguồn lao động có kiến thức, có các kỹ năng mới đáp ứng nhu cầu phát triển nền kinh tế số.

Với vai trò là một đơn vị đào tạo mạnh trong trường, khoa Điện đã tiên phong trong việc xây dựng chương trình đào tạo “Kỹ thuật sản xuất Thông minh” nhằm đáp ứng những nhu cầu hiện tại và tương lai của các doanh nghiệp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Hà Minh Hiệp, Sản xuất thông minh trong cách mạng công nghiệp 4.0, NXB Chính trị Quốc gia Sự thật 2019.

2. S. Kumar, “ Intellignet Manufacturing Systems”, https://pchats.tripod.com/int_manu.pdf

3. Ban kinh tế trung ương, Diễn đàn cấp cao thường niên lần thứ 3 vầ công nghiệp 4.0: chuyên đề 2- Phát triển sản xuất thông minh trong tiến trình Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045, Hà Nội 9-11-2021

4. Alec Rock, Công nghiệp tương lai, NXB Trẻ 2016

5. Mic.gov.vn, Xây dựng nguồn nhân lực cách mạng 4.0: Nhiều thách thức, bài đăng ngày 3/11/2021. https://www.mic.gov.vn/mic_2020/Pages/TinTuc/149808/Xay-dung-nguon-nhan-luc-cach-mang-4.0--Nhieu-thach-thuc.html

6. Thanh Thủy (2017), Giáo dục Việt Nam trước yêu cầu của cách mạng công nghiệp 4.0, Báo chính Phủ (http://baochinhphu.vn/Khoa-hoc-Cong-nghe/Giao-duc-Viet-Nam-truoc-yeu-cau-cua-cach-mang-cong-nghiep-40/308970.vgp.

7. https://www.xjtlu.edu.cn/en/study/undergraduate/intelligent-manufacturing-engineering

8. https://en.sues.edu.cn/4a/7b/c23504a215675/page.htm

9. https://www.cityu.edu.hk/adse/bengitme.htm