Hệ thống điều hành sản xuất (MES): Sản xuất dựa trên AI

Trong hầu hết các nhà máy sản xuất, các công việc hàng ngày bao gồm kiểm tra máy móc, theo dõi dữ liệu và kiểm tra các bộ phận để tìm lỗi. Thật không may, những hoạt động lặp đi lặp lại này có thể dễ dàng bị bỏ qua trong những ca làm việc dài. 

Tuy nhiên, với những tiến bộ như AI và thị giác máy tính, một lĩnh vực con tập trung vào việc dạy máy móc hiểu thông tin trực quan, nhiều tác vụ trong số này hiện đang được tự động hóa. Để hỗ trợ mức độ tự động hóa sản xuất này, các nhà sản xuất cũng đang sử dụng các hệ thống tập hợp dữ liệu từ khắp sàn nhà máy. 

Đặc biệt, một trong những hệ thống thúc đẩy sự thay đổi này trong các nhà máy là hệ thống điều hành sản xuất (MES). Phần mềm MES tiên tiến có thể theo dõi mọi giai đoạn sản xuất, cung cấp dữ liệu theo thời gian thực và giúp các nhóm ứng phó nhanh chóng với các vấn đề phát sinh. 

Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá cách các hệ thống điều hành sản xuất (MES) hoạt động trong các nhà máy và cách các công nghệ như AI và thị giác máy tính đang làm cho chúng thông minh hơn, nhanh hơn và đáng tin cậy hơn. Hãy bắt đầu!

Hệ thống điều hành sản xuất (MES) là gì?

Phần mềm sản xuất MES quản lý và giám sát sản xuất trên sàn nhà máy. Nó kết nối các giải pháp doanh nghiệp, chẳng hạn như hệ thống Hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP), với các hoạt động sản xuất theo thời gian thực.

Trong khi ERP lập kế hoạch hàng tồn kho, vật liệu và lịch trình, MES tập trung vào việc thực thi. Nó gửi hướng dẫn đến máy móc và người vận hành, thu thập dữ liệu sản xuất và theo dõi từng bước khi nó xảy ra. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất có thể phát hiện sự chậm trễ, theo dõi chất lượng và đưa ra quyết định nhanh hơn. 

Ví dụ: trong các ngành như dược phẩm và hàng không vũ trụ, MES giúp theo dõi lô, thiết lập thiết bị và đầu vào của người vận hành. Điều này giúp dễ dàng theo dõi mọi bước sản xuất nếu có bất kỳ vấn đề nào phát sinh.

Mối quan hệ giữa hệ thống MES và ERP

Các hệ thống MES và ERP hoạt động tốt nhất khi chúng được kết nối. Bạn có thể coi một hệ thống ERP lập kế hoạch nguồn lực như bộ não của hoạt động, xử lý việc lập kế hoạch cấp cao như hàng tồn kho, đơn đặt hàng và tài chính. Phần mềm sản xuất MES hoạt động như bàn tay, quản lý hoạt động thời gian thực trên sàn nhà máy như quy trình sản xuất, giám sát thiết bị và kiểm tra chất lượng. 

Khi não và tay phối hợp với nhau, toàn bộ hệ thống sẽ chạy trơn tru hơn. Kết nối hai bộ phận này tạo ra một liên kết rõ ràng giữa lập kế hoạch và thực hiện. Điều này cải thiện sự phối hợp và giúp các nhóm đưa ra quyết định nhanh hơn, sáng suốt hơn trong toàn bộ hoạt động.

Tại sao MES lại quan trọng đối với các nhà sản xuất hiện đại?

Các nhà máy phải đối mặt với các đơn đặt hàng tùy chỉnh, thay đổi trong đơn đặt hàng và kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt mỗi ngày. Để xử lý tốt hơn những thách thức này, phần mềm MES được xây dựng để luôn linh hoạt và duy trì tính chính xác. Các hệ thống này cung cấp cho các nhóm một cái nhìn rõ ràng về sàn nhà máy và cho phép họ phản ứng nhanh chóng với những thay đổi.

Cụ thể, công nghệ MES đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất bằng cách cung cấp khả năng theo dõi thời gian thực. Nó giám sát trạng thái máy móc, lệnh sản xuất và dòng vật liệu. Điều này giúp các nhóm phát hiện sự chậm trễ hoặc các vấn đề trước khi chúng ảnh hưởng đến sản lượng.

Ngoài ra, hệ thống MES có thể giúp truy xuất nguồn gốc, điều này rất quan trọng trong các ngành công nghiệp phức tạp và được quản lý như công nghệ sinh học và sản xuất thiết bị y tế, bằng cách theo dõi vật liệu, cài đặt máy và hành động trong suốt quá trình sản xuất. Dữ liệu thời gian thực như vậy có thể hỗ trợ kiểm toán, đảm bảo tuân thủ và duy trì chất lượng sản phẩm nhất quán.

Các tiêu chuẩn MES qua các năm

Trước khi khái niệm về nhà máy thông minh trở nên phổ biến, các nhà sản xuất dựa vào các hệ thống không kết nối để quản lý sản xuất. Điều này gây khó khăn cho việc điều phối quy trình làm việc, duy trì khả năng truy xuất nguồn gốc hoặc truy cập thông tin chi tiết theo thời gian thực. Khi các hoạt động ngày càng hướng đến dữ liệu, ngành công nghiệp cần một cách nhất quán để xác định cách công nghệ MES phù hợp với thiết lập sản xuất rộng hơn.

Một cột mốc quan trọng là sự ra đời của ISA-95 vào cuối những năm 1990. Nó định nghĩa phần mềm sản xuất MES là liên kết giữa các hệ thống doanh nghiệp, chẳng hạn như ERP, và thiết bị trên sàn nhà máy. Điều này đã giúp tiêu chuẩn hóa cách MES hỗ trợ các tác vụ như lập kế hoạch sản xuất, theo dõi hàng tồn kho và quản lý chất lượng.

‍

Theo thời gian, nhu cầu sản xuất đã thay đổi. Các công ty hiện muốn khả năng truy xuất nguồn gốc tốt hơn, truy cập nhanh vào dữ liệu thời gian thực và các hệ thống đáp ứng cả mục tiêu tuân thủ và hiệu quả. Những nhu cầu này đã định hình phần mềm MES ngày nay, hiện hỗ trợ tự động hóa sản xuất và giúp các nhà máy trở nên thông minh và kết nối.

Các tính năng cốt lõi của hệ thống điều hành sản xuất

Dưới đây là một số tính năng phần mềm MES thiết yếu và cách chúng liên quan đến việc tăng năng suất, khả năng truy xuất nguồn gốc và chất lượng trong quy trình sản xuất:

• Quản lý nguồn lực và lệnh sản xuất: MES chỉ định máy móc, công cụ và người vận hành cho các lệnh sản xuất, đảm bảo rằng các nguồn lực phù hợp có sẵn vào đúng thời điểm. Điều này làm giảm thời gian chờ và hỗ trợ lập kế hoạch nguồn lực tốt hơn và sự liên kết của hệ thống ERP.
• Giám sát và kiểm soát sản xuất: MES theo dõi trạng thái máy, thời gian chu kỳ và tiến độ trong thời gian thực. Cảnh báo giúp các nhóm hành động nhanh chóng đối với sự chậm trễ hoặc thời gian ngừng hoạt động, giúp các quy trình sản xuất đi đúng hướng.
• Khả năng truy xuất nguồn gốc và phả hệ: MES ghi lại hành trình của từng bộ phận bằng số lô, dữ liệu nối tiếp và lịch sử thành phần, tạo ra một dấu vết kiểm toán hoàn chỉnh để tuân thủ và sẵn sàng thu hồi.
• Quản lý chất lượng: Ở mỗi bước, MES chạy kiểm tra để đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn. Nó ghi lại kết quả kiểm tra và gắn cờ mọi vấn đề để ngăn chặn các lỗi di chuyển về phía trước.
• Quản lý hàng tồn kho và kiểm soát vật liệu: MES theo dõi nguyên liệu thô, công việc đang tiến hành và thành phẩm theo thời gian thực. Nó kiểm tra kỹ xem các bộ phận phù hợp đã sẵn sàng chưa và tăng cường các hoạt động quản lý hàng tồn kho.
• Bảo trì, lực lượng lao động và phân tích: MES theo dõi việc sử dụng máy móc và hiệu suất của người vận hành để hỗ trợ bảo trì dự đoán, cải thiện hiệu quả lao động và cung cấp thông tin chi tiết để cải thiện quy trình.

Giới thiệu thị giác máy tính và AI vào MES

Mặc dù phần mềm sản xuất MES có thể theo dõi dữ liệu sản xuất, nhưng nó không phân tích các đầu vào trực quan từ camera. Các chi tiết quan trọng, chẳng hạn như hao mòn thiết bị hoặc lỗi lắp ráp, có thể không được chú ý. Thị giác máy tính có thể can thiệp và thêm lớp thông tin chi tiết đó, cho phép tự động hóa sản xuất cho các tác vụ trước đây hoàn toàn thủ công hoặc dựa trên cảm biến.

Phân tích hình ảnh trong sản xuất được thúc đẩy bởi các mô hình Vision AI. Các mô hình thị giác máy tính, như Ultralytics YOLO11, có thể phát hiện, theo dõi và phân loại các đối tượng trên các khung hình video. 

Ví dụ: YOLO11 có thể cho phép kiểm tra chất lượng theo thời gian thực bằng cách phát hiện các khuyết tật và giúp giám sát an toàn bằng cách phát hiện công nhân trong các khu vực hạn chế.

Sau đây là cái nhìn cận cảnh hơn về một số tác vụ thị giác máy tính được YOLO11 hỗ trợ, có thể hợp lý hóa quy trình sản xuất:

• Phát hiện đối tượng: Tác vụ này giúp MES phát hiện các thành phần hoặc công cụ trong quá trình sản xuất, xác nhận chúng ở đúng vị trí và ngăn ngừa lỗi lắp ráp.
  
• Phân loại ảnh (Image classification): Có thể dùng để phân loại sản phẩm đạt hoặc không đạt, hoặc theo loại sản phẩm, cho phép hệ thống MES tự động hóa việc phân loại và đưa ra các quyết định kiểm soát chất lượng theo thời gian thực.
  
• Ước tính tư thế: Phân tích tư thế của con người hoặc máy móc bằng cách sử dụng ước tính tư thế hỗ trợ các tiêu chuẩn an toàn và công thái học, trong khi MES có thể ghi lại các sai lệch và gắn cờ các rủi ro tiềm ẩn.
  
• Phân đoạn thể hiện (Instance segmentation): Ngay cả khi các vật phẩm chồng lên nhau hoặc được nhóm gần nhau, tác vụ này vẫn có thể phát hiện và phân đoạn chúng. Nó cho phép hệ thống MES theo dõi từng bộ phận chính xác hơn và cải thiện quản lý hàng tồn kho.

‍

Số hóa quy trình sản xuất với cloud MES

Để giải quyết những thách thức hàng ngày như nhập dữ liệu thủ công, giao tiếp sai lệch và quy trình sản xuất chậm, nhiều nhà sản xuất đang chuyển sang Hệ thống Điều hành Sản xuất (MES) dựa trên đám mây. Các hệ thống này kết hợp máy móc, con người và dữ liệu trên một nền tảng, giúp các nhóm làm việc hiệu quả hơn và luôn đồng bộ.

Với hệ thống MES trên nền tảng đám mây, các tác vụ như quản lý kho, quản lý chất lượng và cập nhật đơn hàng diễn ra theo thời gian thực và có thể được truy cập từ mọi thiết bị. Điều này giúp giảm thiểu sự chậm trễ, giảm lỗi và giúp quản lý các hoạt động trên toàn diện dễ dàng hơn.

‍

Một lợi ích quan trọng khác của hệ thống MES dựa trên đám mây là chúng có thể được tăng cường bằng các giải pháp thị giác máy tính, chẳng hạn như kiểm tra bộ phận tự động và giám sát hoạt động của người vận hành. 

Ví dụ: như đã thấy trước đó, Ultralytics YOLO11 có thể được sử dụng để theo dõi các đối tượng như linh kiện, công cụ hoặc hàng hóa thành phẩm khi chúng di chuyển xung quanh sàn nhà máy. Thông tin chi tiết từ các giải pháp như vậy có thể được sử dụng để xác định sự kém hiệu quả trong quy trình làm việc, ngăn chặn các vật phẩm bị thất lạc và hỗ trợ việc ra quyết định theo thời gian thực.

MES: Tích hợp & xu hướng nhà máy thông minh

Ngoài thị giác máy tính và các hệ thống dựa trên đám mây, công nghệ MES nói chung đang trở nên thông minh hơn và được kết nối nhiều hơn, tích hợp chặt chẽ với các hệ thống ERP lập kế hoạch tài nguyên, các công cụ đám mây và các thiết bị Internet of Things (IoT). Sự thay đổi này cải thiện trực tiếp khả năng phản hồi và các nhà sản xuất có thể đưa ra quyết định nhanh hơn, dựa trên dữ liệu.

Ví dụ: một xu hướng lớn là việc sử dụng điện toán biên. Thay vì gửi dữ liệu lên đám mây, MES giờ đây có thể xử lý dữ liệu cục bộ ngay tại xưởng. Điều này cho phép thu thập và xử lý dữ liệu theo thời gian thực, cung cấp khả năng hiển thị tốt hơn về các hoạt động.

Một lĩnh vực khác đang trải qua sự tăng trưởng ổn định là việc sử dụng các bản sao kỹ thuật số (digital twins). Đây là những mô hình ảo mô phỏng máy móc hoặc toàn bộ hệ thống. Chúng có thể được sử dụng để xác định các vấn đề sớm và kiểm tra các cải tiến trước khi chúng xảy ra trong môi trường thực tế.

‍

Những điều cần nhớ

Công nghệ MES đang trở thành một phần quan trọng trong các nhà máy ngày nay. Với sự hỗ trợ từ những đổi mới gần đây như mô hình thị giác máy tính, phần mềm MES có thể được sử dụng để giám sát sàn nhà máy, phát hiện sớm các vấn đề và giữ cho quá trình sản xuất diễn ra suôn sẻ. Khi các hệ thống MES tiếp tục phát triển, chúng có thể sẽ đóng một vai trò lớn hơn trong việc giúp các nhà sản xuất duy trì chất lượng và đưa ra các quyết định hàng ngày thông minh hơn.

Tham gia cộng đồng của chúng tôi và khám phá kho lưu trữ GitHub để tìm hiểu thêm về AI. Nếu bạn đang muốn bắt đầu dự án Vision AI của riêng mình, hãy xem các tùy chọn cấp phép của chúng tôi. Bạn cũng có thể xem AI trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và Vision AI trong lĩnh vực bán lẻ đang tạo ra tác động như thế nào bằng cách truy cập các trang giải pháp của chúng tôi.