Industry 4.0 là gì và những công nghệ nào đang thúc đẩy nó?

Kể từ cuối thế kỷ 18, chúng ta đã trải qua nhiều cuộc cách mạng công nghiệp khác nhau. Và giờ đây, chúng ta đang ở giữa một cuộc chuyển đổi số lớn trong cách sản xuất sản phẩm và tự động hóa nhiều công nghệ khác nhau. Cuộc cách mạng này được gọi là cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, hay còn gọi là Industry 4.0.

1. Industry 4.0 là gì?

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, hay Industry 4.0, đã trở thành một trong những từ khóa được nhắc đến nhiều nhất. Để hiểu rõ hơn về Industry 4.0, chúng ta cần nhìn lại lịch sử.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất bắt đầu vào những năm 1770, đánh dấu sự chuyển đổi từ lao động thủ công sang máy móc, từ nông trại sang những nhà máy đầu tiên. Nhờ các công nghệ đột phá như thoi bay, khung kéo sợi chạy bằng nước và máy dệt chạy bằng sức nước, việc dệt vải và kéo sợi trở nên dễ tiếp cận hơn. Sản xuất vải trở nên nhanh hơn, tốn ít thời gian hơn và cần ít nhân công hơn.

Khoảng 100 năm sau, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai mang đến điện năng và dây chuyền lắp ráp, dẫn đến sự ra đời của những nhà máy giống như ngày nay. Các nhà máy mở rộng quy mô lớn, và cuộc sống con người bắt đầu được điều chỉnh theo đồng hồ thay vì mặt trời — một sự chuyển mình to lớn.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba, cuộc cách mạng số, bắt đầu vào những năm 1970. Thời kỳ này chứng kiến quá trình số hóa và tự động hóa của thiết bị điện tử và máy tính. Đây cũng là thời kỳ đánh dấu sự ra đời của Internet và việc phát hiện ra năng lượng hạt nhân.

2. Sự tiến hóa của công nghiệp từ 1.0 đến 4.0

Trước khi đi sâu vào “cái gì”, “tại sao” và “như thế nào” của Industry 4.0, sẽ hữu ích nếu chúng ta hiểu trước ngành sản xuất đã phát triển như thế nào kể từ những năm 1800. Các cuộc cách mạng công nghiệp mà thế giới đã và đang trải qua có thể chia thành bốn giai đoạn đặc trưng.

2.1. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất diễn ra từ cuối những năm 1700 đến đầu những năm 1800. Trong thời kỳ này, ngành sản xuất đã chuyển từ lao động thủ công của con người và động vật sang hình thức lao động được tối ưu hóa hơn nhờ sử dụng động cơ chạy bằng nước, hơi nước và các loại máy công cụ khác.

2.2. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai

Đầu thế kỷ 20, thế giới bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai với sự ra đời của thép và việc sử dụng điện trong nhà máy. Việc đưa điện vào sử dụng giúp ngành sản xuất hiệu quả hơn và góp phần tăng tính linh hoạt của máy móc trong nhà máy. Trong giai đoạn này, các khái niệm sản xuất hàng loạt như dây chuyền lắp ráp đã được đưa vào áp dụng như một cách để nâng cao năng suất.

2.3. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba

Từ cuối những năm 1950, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba dần diễn ra, đưa công nghệ điện tử và sau đó là công nghệ máy tính vào nhà máy. Đây là khởi đầu cho quá trình chuyển đổi từ công nghệ analog và cơ khí sang công nghệ số và phần mềm tự động hóa.

2.4. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, hay Industry 4.0

Trong vài thập kỷ gần đây, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, được gọi là Industry 4.0, đang trỗi dậy. Industry 4.0 đưa các công nghệ số vốn được chú trọng trong những thập kỷ gần đây lên một tầm cao hoàn toàn mới, nhờ khả năng kết nối qua Internet vạn vật (IoT), khả năng truy cập dữ liệu thời gian thực và việc áp dụng các hệ thống thực-ảo (cyber-physical systems).

Industry 4.0 mang đến cách tiếp cận toàn diện, liên kết và tổng thể hơn cho ngành sản xuất. Nó kết nối thế giới vật lý và thế giới số, cho phép hợp tác và tiếp cận tốt hơn giữa các bộ phận, đối tác, nhà cung cấp, sản phẩm và con người. Industry 4.0 giúp các nhà lãnh đạo doanh nghiệp kiểm soát và hiểu rõ hơn mọi khía cạnh hoạt động của mình, đồng thời tận dụng dữ liệu tức thời để nâng cao năng suất, cải thiện quy trình và thúc đẩy tăng trưởng.

3. Các công nghệ thúc đẩy Industry 4.0

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư (Fourth Industrial Revolution) và Industry 4.0 về cơ bản đề cập đến cùng một khái niệm, nhưng đôi khi được sử dụng trong những ngữ cảnh khác nhau.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư là khái niệm được Diễn đàn Kinh tế Thế giới đề xuất, thể hiện quan điểm rằng đổi mới công nghệ hiện đại sẽ mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho kinh tế, xã hội và công nghiệp. Điều này được hỗ trợ bởi những tiến bộ nhanh chóng trong các lĩnh vực như công nghệ thông tin, robot học, trí tuệ nhân tạo và công nghệ sinh học. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư được đặc trưng bởi sự hòa quyện giữa số hóa và thế giới vật lý, sự tương tác giữa con người và công nghệ, cùng tầm quan trọng ngày càng tăng của dữ liệu.

Industry 4.0 là khái niệm trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, tập trung đặc biệt vào ngành sản xuất. Được chính phủ Đức đề xuất, khái niệm này đề cập đến sự tiến bộ của số hóa và tự động hóa trong sản xuất. Industry 4.0 tận dụng các công nghệ như IoT (Internet vạn vật), dữ liệu lớn, điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo để tự động hóa và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Mục tiêu là để thiết bị và hệ thống sản xuất phối hợp với nhau, chia sẻ dữ liệu theo thời gian thực nhằm nâng cao năng suất và hiệu quả.

Nói cách khác, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư là khái niệm chỉ sự chuyển đổi kinh tế - xã hội trên phạm vi rộng, còn Industry 4.0 thể hiện những nỗ lực cụ thể về số hóa và tự động hóa trong ngành sản xuất, nằm trong sự chuyển đổi rộng lớn đó. Tuy nhiên, hai khái niệm này có sự chồng lấn, và Industry 4.0 thường được xem là một phần của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.

Chúng ta đều biết rằng số hóa và tự động hóa các quy trình chuỗi giá trị có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Hãy cùng tìm hiểu những lĩnh vực quan trọng cần biết.

3.1 IoT (Internet of Things)

Phân tích dữ liệu lớn, bắt đầu từ IoT (Internet vạn vật), có nghĩa là thu thập một lượng lớn dữ liệu theo thời gian thực. Trong môi trường công nghiệp, dữ liệu này có thể được thu thập từ hoạch định nguồn lực, quản lý quan hệ khách hàng, dữ liệu dây chuyền sản xuất, thông tin chuỗi cung ứng, quy trình giao hàng, v.v. Khi được áp dụng vào phân tích thời gian thực, nó mang lại những hiểu biết giúp ra quyết định tốt hơn, đây là lý do nó đóng vai trò quan trọng trong Industry 4.0.

3.2 Industrial Internet of Things (IIoT)

Industrial Internet of Things (IIoT) là việc lắp đặt các bộ cảm biến lên robot, máy móc và thiết bị để thu thập một lượng lớn dữ liệu thời gian thực trên diện rộng. Bằng cách phân tích dữ liệu này, ngành công nghiệp có thể tối ưu hóa và nâng cao năng suất. Cuối cùng, điều này giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, đồng thời theo dõi được hành vi của khách hàng.

3.3 In 3D

In 3D chủ yếu được sử dụng cho tạo mẫu và gia công trực tiếp. Cũng có một số trường hợp in 3D được sử dụng với các vật liệu bền hơn (như titan, thép, nhôm), ví dụ như việc sửa chữa cánh máy nén của tua-bin khí. Chi phí của các bộ phận kim loại được tạo ra bằng máy in 3D hiện vẫn cao, nhưng đang giảm nhanh chóng.

3.4 Máy móc tự hành

Máy móc tự hành có thể giảm thiểu tối đa sự can thiệp của con người trong lập trình, lắp ráp, kiểm thử, quản lý kho, giao hàng, v.v. Phần mềm đang nhanh chóng trở nên tinh vi hơn, đồng thời cũng thân thiện hơn với người dùng. Ví dụ, robot bắt đầu tự tạo phần mềm điều khiển dựa trên thao tác của người vận hành. Trong các sản phẩm tiêu dùng, có thể kể đến các ví dụ như tính năng tránh va chạm và giữ làn đường trên ô tô.

3.5 Digital Twin

Digital twin (bản sao số) là mô hình ảo được thiết kế để phản ánh một đối tượng vật lý. Các mô hình số được sử dụng cho thiết kế nội bộ, mô phỏng và đánh giá thiết kế. Khi toàn bộ cấu trúc trở thành dựa trên mô hình, bất kỳ bản sao số nào cũng có thể được trích xuất dễ dàng. Thế giới số có thể luôn chính xác và hoàn hảo, nhưng thế giới thực thì không, vì vậy luôn cần xử lý sự chênh lệch giữa thiết kế và thi công. Tuy nhiên, mô hình số rất hữu ích cho việc mô phỏng và thực hiện các biện pháp khắc phục.

3.6 An ninh mạng

Trong Industry 4.0, phần lớn tài sản của doanh nghiệp được cung cấp dưới dạng số, và lưu trữ đám mây làm tăng mức độ phơi nhiễm và rủi ro. Sự cố số trong vận hành là điều rõ ràng, do đó bảo mật CNTT là điều không thể thiếu. Tính bền vững (robustness) sẽ trở thành từ khóa, và việc phát triển liên tục sẽ được thực hiện để bảo vệ tài sản số khỏi nguy hiểm.

3.7 Thực tế tăng cường (AR)

Thực tế tăng cường (AR) chồng lớp dữ liệu số lên môi trường tự nhiên, và là cốt lõi của Industry 4.0. Trong thế giới thực, AR chủ yếu được dùng cho trò chơi. Trong công nghiệp, các công cụ video thường được dùng để truyền đạt kiến thức, khắc phục sự cố, kiểm tra và đào tạo. Kính thông minh là yếu tố thiết yếu của AR, thường được sử dụng khi người vận hành hoặc kỹ thuật viên cần rảnh cả hai tay. Tuy nhiên, điện thoại di động và máy tính bảng cũng có thể tạm dừng luồng video và giải phóng hai tay, nên trong nhiều trường hợp có thể tạo ra chức năng tương tự.

4. Những thách thức và rào cản khi áp dụng Industry 4.0 là gì?

Việc áp dụng Industry 4.0 gặp phải một số thách thức và rào cản. Dưới đây là một số điển hình.

4.1. Thách thức kỹ thuật

Industry 4.0 tận dụng các công nghệ mới nhất như IoT (Internet vạn vật), dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo (AI). Việc triển khai các công nghệ này đôi khi đòi hỏi phải thay đổi và nâng cấp quy mô lớn đối với hệ thống và quy trình hiện có. Ngoài ra, vấn đề bảo mật dữ liệu và quyền riêng tư cũng là thách thức quan trọng.

4.2. Đầu tư và chi phí

Việc áp dụng Industry 4.0 đòi hỏi một khoản đầu tư lớn, bao gồm mua sắm công nghệ và thiết bị mới, nâng cấp hệ thống hiện có, và triển khai các chương trình đào tạo, giáo dục. Đặc biệt, đối với doanh nghiệp vừa và nhỏ hoặc doanh nghiệp có ngân sách hạn chế, những chi phí này có thể trở thành rào cản.

4.3. Nhân lực và kỹ năng

Industry 4.0 đòi hỏi nhân lực có chuyên môn về công nghệ số và phân tích dữ liệu. Tuy nhiên, nhân lực có chuyên môn này còn hạn chế và sự cạnh tranh rất khốc liệt. Ngoài ra, cũng cần thời gian và chi phí để đào tạo kỹ năng mới cho nhân viên hiện có.

4.4. Cơ sở hạ tầng

Để hiện thực hóa Industry 4.0, cần có kết nối internet nhanh và đáng tin cậy. Tuy nhiên, một số khu vực có thể chưa có đủ cơ sở hạ tầng cần thiết. Ngoài ra, việc lắp đặt cảm biến và thiết bị trong các cơ sở công nghiệp cũng cần có mạng lưới và nguồn điện phù hợp.

4.5. Tiêu chuẩn hóa và khả năng tương tác

Trong môi trường Industry 4.0, các hệ thống và thiết bị khác nhau cần phối hợp và chia sẻ dữ liệu với nhau. Tuy nhiên, vấn đề về khả năng tương tác có thể phát sinh

do các giao thức và giao diện khác nhau mà các nhà cung cấp và nền tảng khác nhau sử dụng. Các nỗ lực tiêu chuẩn hóa đang được tiến hành, nhưng vấn đề này vẫn chưa được giải quyết triệt để.

Để vượt qua những thách thức và rào cản này, việc lập kế hoạch, chiến lược, đầu tư, chương trình đào tạo và xây dựng quan hệ đối tác phù hợp là rất quan trọng. Ngoài ra, cũng cần có sự thay đổi trong nhận thức và văn hóa của ban lãnh đạo và các bên liên quan.

5. Industry 4.0 ảnh hưởng đến lực lượng lao động và công việc như thế nào?

Industry 4.0 tác động rất lớn đến lực lượng lao động và công việc. Dưới đây là những tác động chính.

5.1. Tự động hóa và robot hóa

Các công nghệ nền tảng của Industry 4.0 thúc đẩy tự động hóa và robot hóa quy trình sản xuất. Điều này giúp tự động hóa các công việc đơn giản, lặp đi lặp lại và nguy hiểm. Nhân viên có thể tập trung vào các nhiệm vụ nâng cao và hoạt động có giá trị hơn. Tuy nhiên, đối với một số người lao động, tự động hóa có thể khiến khối lượng công việc giảm đi.

5.2. Dữ liệu và phân tích

Trong Industry 4.0, dữ liệu lớn và thu thập dữ liệu theo thời gian thực đóng vai trò quan trọng. Nhân viên tham gia vào việc thu thập và phân tích dữ liệu, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng. Ra quyết định dựa trên dữ liệu và phân tích dự đoán cũng trở thành nhiệm vụ quan trọng.

5.3. Thay đổi yêu cầu kỹ năng

Trong Industry 4.0, kỹ năng về công nghệ số và phân tích dữ liệu ngày càng trở nên quan trọng. Nhân viên cần trang bị những kỹ năng và kiến thức mới, như lập trình, phân tích dữ liệu, công nghệ cảm biến và AI. Bên cạnh đó, tính linh hoạt, sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề cũng là những năng lực quan trọng đối với nhân viên.

5.4. Hợp tác và giao tiếp

Trong môi trường Industry 4.0, các hệ thống và bộ phận khác nhau cần phối hợp làm việc với nhau. Nhân viên cần có khả năng hợp tác với các nhóm và chuyên gia khác, cũng như giao tiếp hiệu quả.

5.5. Tạo ra công việc mới

Mặt khác, Industry 4.0 cũng tạo ra những công việc và vai trò mới. Các lĩnh vực và chức danh chuyên môn mới có thể xuất hiện, như nhà khoa học dữ liệu, chuyên gia AI, kỹ thuật viên cảm biến và chuyên gia an ninh mạng.

Nhìn chung, Industry 4.0 mang lại những thay đổi lớn đối với lực lượng lao động và công việc. Một số người lao động có thể chịu ảnh hưởng từ sự thay đổi công việc và tự động hóa, nhưng đồng thời cũng có thể xuất hiện những cơ hội mới và công việc ở trình độ cao hơn. Nhân viên cần chủ động cập nhật kỹ năng và nâng cao khả năng thích ứng. Ngoài ra, các tổ chức và chính phủ cũng cần hỗ trợ ứng phó với sự chuyển đổi của lực lượng lao động, chẳng hạn như cung cấp giáo dục, đào tạo và điều chỉnh thị trường lao động.

6. 3 câu hỏi thường gặp về Industry 4.0

6.1. Industry 4.0 là gì?

Trả lời: Industry 4.0 là cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, đặc trưng bởi việc tích hợp các công nghệ tiên tiến — như tự động hóa, robot, trí tuệ nhân tạo, IoT (Internet vạn vật) và phân tích dữ liệu — vào ngành sản xuất và các lĩnh vực công nghiệp khác.

6.2. Những công nghệ chính thúc đẩy Industry 4.0 là gì?

Trả lời: Các công nghệ chính thúc đẩy Industry 4.0 bao gồm Internet vạn vật (IoT), điện toán đám mây, phân tích dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo (AI), robot học, sản xuất bồi đắp (in 3D) và hệ thống thực-ảo (CPS). Những công nghệ này giúp kết nối, tự động hóa và ra quyết định thông minh trong các quy trình công nghiệp.

6.3. Áp dụng Industry 4.0 mang lại lợi ích gì?

Trả lời: Việc áp dụng Industry 4.0 mang lại nhiều lợi ích, bao gồm nâng cao hiệu quả và năng suất, tối ưu hóa chuỗi cung ứng, tăng khả năng tùy biến sản phẩm, cải thiện quản lý chất lượng, bảo trì dự đoán, phân tích dữ liệu thời gian thực để ra quyết định tốt hơn và giảm chi phí tổng thể.

Kết luận

Đây là việc tận dụng các công nghệ số mới nhất để tự động hóa và tối ưu hóa quy trình sản xuất, thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp. Ngoài ra, các công nghệ như IoT, AI, dữ liệu lớn và điện toán đám mây đang xây dựng nền tảng cho Industry 4.0.

Nếu bạn có thêm câu hỏi hoặc cần thông tin về Industry 4.0, đừng ngần ngại cho chúng tôi biết.