Sản xuất theo quy trình là gì?

Sản xuất theo quy trình là gì?

Sản xuất theo quy trình là phương pháp sản xuất trong đó các nguyên liệu hoặc vật liệu thô được kết hợp theo một công thức - thường đòi hỏi nhiệt độ, thời gian và/hoặc áp suất - để tạo ra sản phẩm.

Trong sản xuất theo quy trình, thu gom nguyên liệu hoặc lập công thức thường là bước đầu tiên trong số nhiều bước tiếp theo. Các nhà phát triển chọn vật liệu thô và phụ gia, thử nghiệm tất cả tỉ lệ và rút ra một công thức mà phải được tuân thủ một cách chính xác và ổn định.

Vận hành theo các quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, các nguyên liệu được kết hợp trong điều kiện phù hợp để tạo ra một lượng sản phẩm đã được định sẵn. Một khi sản phẩm được tạo ra, nó thường không thể chia nhỏ lại thành các thành phần riêng lẻ.

Sản xuất theo quy trình phụ thuộc vào các công nghệ vận hành như phân tích dữ liệu thời gian thực theo các cảm biến cực nhạy cũng như công nghệ thông tin bao gồm Hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP) và các hệ thống quản lý khác. Những hệ thống này quản lý và theo dõi các thử nghiệm liên tục để đảm bảo an toàn và độ nguyên vẹn của nguyên liệu thô và quá trình sản xuất, cũng như tối ưu hóa chất lượng và sản lượng của sản phẩm cuối cùng.

Sản xuất theo quy trình so với sản xuất rời

Quá trình sản xuất được chia thành hai nhóm lớn: theo quy trình và rời.

Sản xuất theo quy trình tạo ra sản phẩm và hàng hóa số lượng lớn. Trong sản xuất theo quy trình, nguyên liệu thô được thu gom, kết hợp và tinh chế theo một công thức chính xác và ổn định để tạo ra lượng sản phẩm cuối cùng được định sẵn.

Danh mục sản phẩm này bao gồm các sản phẩm dầu mỏ, hóa chất, nhựa, kim loại và nhiều loại thực phẩm, đồ uống và thuốc. Hàng hóa được tạo ra từ sản xuất theo quy trình thường không thể chia nhỏ lại thành các bộ phận thành phần, mặc dù một số sản phẩm có thể tái chế hoặc tái sử dụng.

Sản xuất rời tạo ra những đơn vị riêng lẻ thường được lắp ráp từ những bộ phận và hệ thống con. Ví dụ về các sản phẩm của quá trình sản xuất rời bao gồm phương tiện, máy tính, nội thất, thiết bị và quần áo.

Sự khác biệt giữa sản xuất theo quy trình và sản xuất rời đôi khi có thể không rõ rệt. Nhiều sản phẩm được tạo ra từ sản xuất theo quy trình sau đó được tích hợp với các sản phẩm từ quá trình sản xuất rời. Ví dụ, các loại đồ uống sản xuất theo quy trình và sau đó thường được đóng chai và đóng gói tại các cơ sở riêng. Tuy nhiên, các chai lọ, hộp và thùng đựng là các đơn vị rời, và đa số các nhà máy đóng chai được xây dựng trên dây chuyền lắp ráp, đây là một đặc điểm của sản xuất rời.

Sản xuất theo quy trình trong các thị trường ngành dọc

Năm ngành hàng đầu đầu tư mạnh vào sản xuất theo quy trình và các công nghệ mới để hỗ trợ chất lượng và hiệu suất sản xuất:

• Dầu khí
• Thực phẩm và đồ uống
• Dược phẩm
• Nhựa
• Kim loại

Sản xuất theo quy trình thường đòi hỏi một quy trình phức tạp, nhiều bước, thường phải có nhiều hơn một dây chuyền sản xuất hoặc thậm chí cả một cơ sở riêng biệt.

Ví dụ, dầu thô được tinh chế bằng cách làm nóng và phân tách thành xăng, paraffin, nhiên liệu diesel và các sản phẩm khác. Những quá trình này diễn ra tại một nhà máy tinh chế.
Những sản phẩm tạm thời này có thể trải qua các quá trình bổ sung. Tại Mỹ, xăng từ nhà máy tinh chế được vận chuyển đến điểm pha trộn, để kết hợp với ethanol - một nhiên liệu bổ sung làm từ thực vật - cũng như chất tẩy và các phụ gia khác.

Công thức xăng khác nhau tùy theo khu vực và theo mùa. Những thay đổi khác nhau này nhằm tuân thủ theo các quy định về kiểm soát khí thải tại từng bang, quản lý độ bốc hơi của xăng theo điều kiện mùa đông và mùa hè, và điều chỉnh mức octan cho phù hợp với các loại phương tiện khác nhau.

Do bản chất của nhiều sản phẩm tạo ra từ sản xuất theo quy trình, nên việc tìm cách sản xuất hàng hóa một cách bền vững hơn là mối quan tâm hàng đầu với các doanh nghiệp. Các công nghệ IIoT đang mang lại những lộ trình sản xuất bền vững mới thông qua việc thu thập và phân tích nhiều dữ liệu hơn tại cạnh biên.

Ví dụ, ExxonMobil đã đầu tư vào các hệ thống mở trong những năm gần đây. Chiến lược sản xuất theo quy trình mới này cho phép các công ty lớn trong ngành năng lượng thay thế những hệ thống kiểm soát công nghiệp lỗi thời bằng những nền tảng linh hoạt có thể cập nhật và nâng cấp, để tận dụng những công nghệ mới mạnh mẽ hơn và đáp ứng những nhu cầu không ngừng thay đổi của công ty.

Trong hành trình phát triển của mình, ExxonMobil đã tham gia Diễn đàn Tự động hóa Quy trình mở để khuyến khích cộng tác và đổi mới trong các hệ thống kiểm soát quy trình theo tiêu chuẩn mở. ExxonMobil đã triển khai những sáng kiến này với những công ty gặp phải những thách thức tương tự trong nhiều ngành khác nhau. Intel là thành viên bạch kim của Open Group, đơn vị chủ trì diễn đàn này.

Lợi ích của IoT trong sản xuất theo quy trình

Các nhà sản xuất theo quy trình triển khai các công nghệ tiên tiến, bao gồm các robot, bộ điều khiển thông minh và phân tích dữ liệu thời gian thực để tối ưu hóa chất lượng, độ ổn định và sản lượng sản phẩm trong một môi trường an toàn.

Các nền tảng mở mới hỗ trợ sản xuất và cho phép thu thập, phân tích dữ liệu thử nghiệm và thông báo đến bộ điểu khiển sản xuất theo một vòng lặp liên tục để điều chỉnh quy trình theo thời gian thực. Quá trình hội tụ công nghệ thông tin (CNTT) và công nghệ vận hành (CNVH) này là một ví dụ điển hình cho phương thức IIoT, còn gọi là Công nghiệp 4.0.

Trong một khung IIoT, các nhà sản xuất theo quy trình có thể kết nối dữ liệu đến các hệ thống vận hành theo thời gian thực và đồng bộ hóa chuỗi cung ứng, quản lý đơn hàng và chức năng giao hàng với các hệ thống sản xuất. 
Hợp tác chặt chẽ với các đối tác cung ứng, các nhà sản xuất theo quy trình có thể tích hợp và hợp lý hóa các chức năng khác nhau mà thường được coi là các silo riêng biệt. Những cải tiến về hiệu suất và kiểm soát chất lượng giúp các nhà sản xuất đáp ứng những điều kiện thị trường liên tục thay đổi và rút ngắn thời gian ra mắt các sản phẩm mới.

IIoT và các công nghệ biên thông minh cũng hỗ trợ các giải pháp như bảo trì dự phòng, giúp phát hiện các vấn đề với máy móc trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng. Thời gian ngừng hoạt động trong sản xuất theo quy trình có thể gây thiệt hại nghiêm trọng. Một giây phút ngừng hoạt động cũng có thể dẫn đến lãng phí cả một lô sản phẩm.

Đại dịch COVID-19 nhấn mạnh tầm quan trọng của sự linh hoạt

Đại dịch COVID-19 đã khiến cả thế giới nhận ra sự cần thiết của tính linh hoạt và khả năng phục hồi trong sản xuất trong một giai đoạn dịch chuyển nhanh chóng, không dự đoán được về nhu cầu đi cùng với những gián đoạn về chuỗi cung ứng.

Một số ngành đã thích ứng nhanh chóng với những điều kiện thị trường bất ổn. Ví dụ, một số công ty dược phẩm nhất định, đã đạt doanh số kỷ lục với các loại vắc-xin và các sản phẩm mới khác, trong khi vẫn duy trì được cam kết dài hạn của mình.

Các ngành khác không đạt kết quả tốt, khi các kệ hàng hết sạch khăn giấy, sản phẩm vệ sinh và các sản phẩm khác của sản xuất theo quy trình mà không được bổ sung kịp thời.

Một hệ quả của áp lực thị trường đó là chú trọng hơn đến việc số hóa ngành sản xuất theo quy trình. Những mục tiêu chính của quá trình chuyển đổi số này là nâng cao sản lượng và độ linh hoạt bằng kết nối các quy trình và thiết bị trong nhà máy hoặc nhà máy tinh chế và tích hợp các hoạt động của chuỗi cung ứng và đối tác phân phối với sản xuất. Các công ty trong các phân khúc ngành dọc truyền thống và ổn định đang đầu tư ngày càng nhiều cho hoạch định chiến lược và triển khai IIoT khi họ bắt đầu kết hợp thông tin kỹ thuật số với các sản phẩm vật lý trong mọi khía cạnh của quá trình sản xuất.

IIoT mở hỗ trợ vòng phản hồi QA

Cho đến gần đây, hầu hết các hệ thống sản xuất theo quy trình được cung cấp như một giải pháp tích hợp độc quyền từ một nhà cung cấp duy nhất. Nhà sản xuất thường bị trói buộc vào thiết bị và phần mềm của nhà cung cấp và phải phụ thuộc vào các hợp đồng nâng cấp và bào trì tốn kém của nhà cung cấp đó, thường là 10 năm hoặc lâu hơn. Trong nhiều trường hợp, các đối tác chuỗi cung ứng của nhà sản xuất không thể tương tác hoàn toàn với những hệ thống đó, dẫn đến tích trữ quá nhiều hàng tồn kho hoặc thậm chí thiếu hụt nghiêm trọng.

Nhiều hệ thống cũ kỹ như vậy hiện đang được thay thế hoặc bổ sung bằng các giải pháp có thể mở rộng được xây dựng dựa trên phần cứng và phần mềm lắp ráp sẵn. Phương pháp tiếp cận ERP mở này cho phép các nhà sản xuất áp dụng các công nghệ mới nhất về trí tuệ nhân tạo (AI) và thu thập dữ liệu thời gian thực để tăng tốc, điều khiển và xác thực các quy trình sản xuất và kiểm tra các sản phẩm cuối cùng.

Quá trình chuyển giao sang một hệ thống IIoT mở không nhất thiết phải là một bước đi "được ăn cả ngã về không". Đối với nhiều nhà sản xuất, quá trình số hóa từng bước có thể mang lại nhiều lợi ích ngay cả khi không thể thay thế hoặc sửa đổi tất cả các thiết bị và quy trình sản xuất cùng một lúc.

Kiểm soát Quy trình

Các nhà sản xuất thường bắt đầu quá trình số hóa bằng cách thay thế hệ thống kiểm soát quy trình công nghiệp theo silo bằng một giải pháp mở có thể tích hợp với ERP ở phía trước và bảo đảm chất lượng ở phía sau. Kiểm soát quy trình được thiết kế để duy trình độ ổn định vận hành trong giới hạn thiết lập sẵn về số lượng và tỉ lệ của thành phần, nhiệt độ và áp suất, áp dụng với nguyên vật liệu, tốc độ dòng chảy và các yếu tố quan trọng khác.

Những điều kiện này được các cảm biến định lượng và theo dõi. Thông thường, các dữ liệu cảm biến được hệ thống phân tích tự động sao cho con người chỉ cần can thiệp khi một số khía cạnh trong quá trình sản xuất bị lệch khỏi phạm vi đo lường được chấp nhận. Điều khiển và phân tích công nghiệp bằng AI sẽ làm giảm nhu cầu với lao động có tay nghề trong sản xuất theo quy trình.

Bảo đảm chất lượng

Khi liên kết kiểm soát quy trình với bảo đảm chất lượng, hầu hết các hệ thống tiên tiến sẽ kết nối cảm biến và bộ điều khiển trong một vòng phản hồi nhanh tích hợp, để những thay đổi bất ngờ trong sản xuất sẽ kích hoạt tính năng phát hiện lỗi.

Tương tự, tính năng phát hiện lỗi sẽ thúc đẩy sửa lỗi ngay lập tức trong quá trình sản xuất, đảm bảo chất lượng và độ ổn định của sản phẩm.

Trong sản xuất theo quy trình, một số lỗi sản phẩm có thể phát hiện ngay trên dây chuyền. Ví dụ, trong các nhà máy giấy, khối lượng, độ ẩm, sức căng, độ dày, độ xốp và màu sắc của sản phẩm có thể theo dõi theo thời gian thực trong quá trình sản xuất.

Với các loại sản phẩm khác, quá trình bảo đảm chất lượng có thể cần phải lấy mẫu sản phẩm để thử nghiệm tại phòng thí nghiệm. Mặc dù những thí nghiệm này hiếm khi hoàn thành theo thời gian thực, nhưng việc thí nghiệm tự động, thường xuyên và đều đặn có thể kết hợp vào vòng phản hồi. Nếu mẫu bắt đầu có sự chênh lệch dù nhỏ nhất so với giá trị bình thường, hệ thống QA sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển quy trình phù hợp để tự động khắc phục vấn đề. Những biện pháp dự phòng này giúp quá trình sản xuất không bị chậm lại hoặc dừng hoạt động.

Công nghệ Intel® trong sản xuất theo quy trình

Tính chất tương quan trong các môi trường sản xuất theo quy trình có nghĩa là chỉ một máy móc bị lỗi cũng có thể gây ra những hậu quả trực tiếp nghiêm trọng. 
Các giải pháp Intel® tập trung hỗ trợ:

• Tối ưu hóa quy trình (theo lô hoặc dòng chảy liên tục)
• Kiểm soát chất lượng ngay trên dây chuyền
• Tính lặp lại theo lô
• Thời gian vận hành tối đa
• Tạo mô hình và mô phỏng
• Đo lường ảo
• Khả năng truy xuất nguồn gốc
• Theo dõi an toàn và tuân thủ

Intel và mạng lưới đối tác toàn cầu của mình đang giúp các doanh nghiệp chuẩn bị các cơ sở hạ tầng mở do phần mềm xác định để có thể đáp ứng một bộ công nghệ tích hợp. Các giải pháp của Intel có thể mở rộng với các biện pháp bảo mật nâng cao, giúp bảo vệ dữ liệu độc quyền ngay cả khi đang sử dụng.

Nhiều sản phẩm và công nghệ của Intel® hỗ trợ sản xuất theo quy trình. Trong đó có:

• Intel® Edge Controls cho Công nghiệp, một nền tảng phần mềm tham chiếu, kết hợp các bộ phận điện toán thời gian thực với hợp nhất khối lượng công việc, khả năng kết nối công nghiệp, bảo mật và an toàn chức năng, cũng như quản lý cơ sở hạ tầng và phần mềm.
• Intel® Edge Insights cho Công nghiệp, một nền tảng mở miễn phí dành cho thị giác máy và dữ liệu chuỗi thời gian.
• Máy tính công nghiệp, xây dựng dựa trên cấu trúc Intel®, được thiết kế để đạt hiệu năng và khả năng tương thích cao ngay cả trong những môi trường vận hành khắc nghiệt.

Intel hỗ trợ IIoT trong sản xuất theo quy trình

Hợp tác với Intel trong sản xuất theo quy trình có thể rút ngắn thời gian tạo ra giá trị với các giải pháp IIoT tương thích dựa trên dữ liệu.

Tham gia Liên minh Đối tác Intel