Kỹ thuật nhúng: Nút thắt tiềm ẩn trong tự động hóa nhà máy

Những thách thức trong kỹ thuật nhúng gây tắc nghẽn hoạt động tự động hóa công nghiệp và các hệ thống điều khiển như thế nào

Khoảng cách giữa tham vọng và mức độ ứng dụng tự động hóa công nghiệp

Tự động hóa công nghiệp vẫn là mục tiêu chiến lược hàng đầu của các nhà sản xuất hiện đại trên toàn thế giới. Robot tiên tiến, trí tuệ nhân tạo và các hệ thống kết nối hứa hẹn mang lại những bước tiến lớn về năng suất. Tuy nhiên, mức độ ứng dụng thực tế tại nhà máy rất khác nhau trong toàn ngành sản xuất. Chẳng hạn, các báo cáo ngành gần đây cho thấy 80% cơ sở sản xuất tại Mỹ vẫn thiếu những giải pháp tự động hóa cơ bản. Ngược lại, hơn 90% lãnh đạo doanh nghiệp xem sản xuất thông minh là yếu tố thiết yếu để duy trì năng lực cạnh tranh trong tương lai. Vì vậy, tồn tại khoảng cách rất lớn giữa chiến lược doanh nghiệp và việc triển khai tại xưởng sản xuất.

Phần cứng ẩn sau hoạt động tự động hóa nhà máy hiện đại

Các kỹ sư thường tập trung nhiều vào những công nghệ tự động hóa dễ thấy như cánh tay robot và hệ thống thị giác máy. Tuy nhiên, những giải pháp phức tạp này hoàn toàn phụ thuộc vào phần cứng nhúng và phần mềm cấp thấp bên dưới. Cảm biến phải thu thập dữ liệu thời gian thực một cách hiệu quả trên toàn dây chuyền sản xuất. Bộ điều khiển phải xử lý tín hiệu nhanh chóng để điều phối các nền tảng DCS cũ và PLC hiện đại. Ngoài ra, máy tính biên phải xử lý đáng tin cậy khối lượng công việc trí tuệ nhân tạo nặng. Vì vậy, việc kết hợp xử lý thời gian thực, an ninh mạng và tích hợp hệ thống cũ tạo ra những trở ngại kỹ thuật rất lớn cho các nhà phát triển hệ thống.

Giải quyết tình trạng thiếu hụt nhân lực kỹ thuật nhúng

Sự thiếu hụt nhân lực kỹ thuật nhúng chuyên môn cao đang làm chậm đáng kể tiến độ tự động hóa công nghiệp. Phát triển hệ thống tự động hóa nhà máy vững chắc đòi hỏi thành thạo thiết kế phần cứng, vi điều khiển, Linux nhúng và trình điều khiển thiết bị tùy chỉnh. Các khảo sát ngành gần đây cho thấy 65% công ty công nghệ nhúng gặp khó khăn trong việc tuyển dụng lập trình viên có kỹ năng. Do đó, các công ty sản xuất phải đối mặt với chi phí phát triển tăng cao và thời gian thực hiện dự án kéo dài. Hơn nữa, các nhóm kỹ thuật thường không thể mở rộng những ý tưởng tự động hóa thành công vượt ra ngoài các nguyên mẫu ban đầu trong phòng thí nghiệm.

Đẩy nhanh sản xuất với các nền tảng System on Module mô-đun

Kiến trúc điện toán mô-đun mang đến giải pháp thiết thực cho những điểm nghẽn trong kỹ thuật hệ thống nhúng. System on Module (SOM) tích hợp bộ xử lý cốt lõi, bộ nhớ và quản lý nguồn trên một bo mạch sẵn sàng cho sản xuất. Do đó, kỹ sư không cần thiết kế các mạch điện toán tốc độ cao phức tạp từ đầu. Thay vào đó, các nhà tích hợp hệ thống có thể lắp nền tảng SOM đã được kiểm định lên các bo mạch mang tùy chỉnh, phù hợp với từng hệ thống điều khiển cụ thể. Nhờ đó, phương pháp mô-đun này giảm đáng kể rủi ro phát triển và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

Góc nhìn chiến lược để xây dựng các hệ thống điều khiển sẵn sàng cho tương lai

Tự động hóa nhà máy thành công đòi hỏi phải có kiến trúc vững chắc trước khi triển khai các mô hình AI tiên tiến hoặc rô-bốt tự hành. Đội ngũ lãnh đạo kỹ thuật cần sớm đánh giá nhu cầu xử lý ở biên, các yêu cầu về tính xác định theo thời gian thực và công tác bảo trì bảo mật lâu dài. Theo quan sát nghề nghiệp của tôi, quá nhiều nhóm công nghiệp lãng phí nguồn lực quan trọng để tự phát triển lại các nền tảng máy tính tiêu chuẩn. Thay vào đó, các nhóm kỹ thuật nên tận dụng những mô-đun phần cứng đã được kiểm định trước. Nhờ vậy, nhà phát triển có thể tập trung chuyên môn kỹ thuật vào các thuật toán điều khiển độc quyền và những tính năng phần mềm tạo lợi thế cạnh tranh.

Các tình huống ứng dụng thực tế của hệ thống nhúng mô-đun

Kiến trúc nhúng mô-đun thúc đẩy hiệu quả thực tế trong nhiều ứng dụng tự động hóa công nghiệp. Thứ nhất, SOM nhúng hỗ trợ các cổng thị giác máy thông minh kiểm tra dây chuyền sản xuất tốc độ cao mà không bị trễ. Thứ hai, bộ điều khiển mô-đun kết nối các mạng PLC cũ với nền tảng phân tích dựa trên đám mây hiện đại. Thứ ba, máy tính biên nhỏ gọn chạy các thuật toán bảo trì dự đoán theo thời gian thực ngay trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Nhờ đó, các nhà sản xuất nhanh chóng chuyển đổi chương trình thí điểm thành hệ thống sản xuất quy mô lớn, đạt chuẩn doanh nghiệp.