Tin thị trường và sản phẩm

Sản xuất lốp xe là một quy trình tiêu tốn năng lượng rất lớn, trong đó một nhà máy điển hình tiêu thụ từ 120 GWh đến 275 GWh năng lượng mỗi năm. Đương nhiên, đây là một trong những khoản chi phí vận hành lớn nhất của nhà máy sản xuất lốp, dao động từ 12 triệu USD đến 27 triệu USD mỗi năm. Bên cạnh đó, mức tiêu thụ khí tự nhiên cũng rất cao, vì vậy việc quản lý phụ tải điện và khí đốt trở thành ưu tiên hàng đầu đối với các nhà quản lý nhà máy nhằm xây dựng một hệ thống sản xuất hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất.

Hiện nay, vẫn còn nhiều thách thức khiến các nhà máy chưa thể tối ưu hóa toàn diện hoạt động sản xuất. Nhiều cơ sở sản xuất chưa ghi nhận dữ liệu tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực để có thể đưa ra hành động nhanh chóng, mà thay vào đó vẫn phụ thuộc vào các báo cáo hàng tháng và dữ liệu hóa đơn. Điều này khiến việc thiết lập các mục tiêu hiệu quả năng lượng có thể đo lường và đạt được trở nên khó khăn. Việc hiểu rõ bối cảnh sử dụng năng lượng, chẳng hạn như cài đặt máy móc và lượng sản phẩm được tạo ra từ nguồn năng lượng đó, cũng là yếu tố quan trọng để xác định những khu vực cần ưu tiên tối ưu hóa.

Khả năng vượt qua những thách thức này có ý nghĩa quan trọng vì nhiều lý do. Ví dụ, nếu tất cả máy trộn, máy nén khí và hệ thống làm lạnh đều vận hành ở công suất tối đa cùng một lúc, nhu cầu điện năng (kW) sẽ tăng đột biến. Trong những giờ cao điểm tiêu thụ điện, điều này có thể gây ra chi phí rất lớn, thậm chí trong một số trường hợp có thể làm tăng gấp đôi hóa đơn tiền điện. Các điểm kém hiệu quả tồn tại ở nhiều khu vực trong toàn bộ nhà máy sản xuất lốp xe – ví dụ như các máy ép lưu hóa (curing press) ở trạng thái chờ nhưng vẫn tiêu thụ năng lượng mà không tạo ra sản phẩm. Ngoài ra, các yếu tố kém hiệu quả khác trong quy trình sản xuất như sản phẩm lỗi (scrap) và sự kéo dài thời gian chu kỳ sản xuất cũng dẫn đến lãng phí năng lượng. May mắn là hiện nay các giải pháp mới đang được phát triển giúp quá trình tối ưu hóa trở nên dễ dàng quản lý hơn.

Rockwell Automation đang kết hợp các công nghệ Internet vạn vật (IoT) với kinh nghiệm trong ngành để phát triển một nền tảng quản lý năng lượng, cung cấp dữ liệu theo thời gian thực có ý nghĩa và có thể đưa ra hành động cụ thể nhằm quản lý nhiều loại tiện ích quan trọng nhất được sử dụng trong quá trình sản xuất. Các nguồn này bao gồm nước (Water), khí nén (Air), khí đốt (Gas), điện (Electricity) và hơi nước (Steam), thường được gọi chung là WAGES.
Việc hiểu rõ dữ liệu này, kết hợp với việc sử dụng công nghệ đáp ứng nhu cầu tự động (automated demand response), học máy (machine learning) và trí tuệ nhân tạo (AI), có thể giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính và cắt giảm chi phí.

Công nghệ số và học máy trong sản xuất

Việc ứng dụng công nghệ số trong sản xuất đã chứng minh mang lại nhiều lợi ích cho mục tiêu sử dụng năng lượng hiệu quả và phát triển bền vững, bao gồm giảm lượng phát thải CO₂, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí, đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn và giảm thời gian máy móc ngừng hoạt động.

Nền tảng quản lý năng lượng của Rockwell tự động hóa quá trình thu thập dữ liệu, tổ chức dữ liệu theo cách giúp dễ dàng trực quan hóa từng quy trình trong nhà máy dựa trên mối quan hệ giữa sản lượng sản phẩm và mức tiêu thụ năng lượng. Việc phân tích này có thể thực hiện ở cấp độ toàn nhà máy hoặc chi tiết đến từng máy móc riêng lẻ. Sau đó, dữ liệu tiếp tục được phân loại theo từng loại tiện ích, giúp xác định rõ những khu vực cần ưu tiên nhằm đạt được các khoản tiết kiệm vận hành.

Để đáp ứng yêu cầu của khách hàng, Rockwell Automation áp dụng phương pháp tiếp cận gồm ba giai đoạn: khảo sát (discovery), trình diễn (demonstration) và triển khai (deployment) đối với nền tảng quản lý năng lượng, được tùy chỉnh theo nhu cầu cụ thể của từng khách hàng.

Giai đoạn khảo sát tập trung tìm hiểu mục tiêu của nhà máy – ví dụ như họ muốn đạt được điều gì thông qua công nghệ này, từ giảm cường độ sử dụng năng lượng đến giảm tổng chi phí vận hành. Từ đó, các chỉ số hiệu suất chính (KPI) được đánh giá và những khoảng trống trong mô hình năng lượng của nhà máy được xác định.

Tiếp theo là giai đoạn trình diễn, trong đó các giao diện người dùng thử nghiệm và bảng điều khiển dữ liệu (dashboard) được sử dụng để tinh chỉnh sản phẩm cuối cùng theo yêu cầu của khách hàng.

Cuối cùng, sản phẩm được triển khai, sẵn sàng hoạt động nhằm hướng tới các mục tiêu đã xác định ngay từ đầu quy trình.

Kiến trúc có khả năng mở rộng này bao gồm các hệ thống điều khiển logic lập trình (PLC), công tơ điện, bộ biến tần và nền tảng IoT. Việc các thiết bị này do nhà sản xuất nào cung cấp không phải là vấn đề, bởi nền tảng quản lý năng lượng có khả năng tương thích với công nghệ của nhiều nhà cung cấp khác nhau. Điều này giúp hệ thống duy trì tính độc lập về công nghệ, sử dụng các giải pháp thương mại có sẵn và có khả năng hỗ trợ lâu dài.

Ứng dụng thực tế của nền tảng quản lý năng lượng

Một trong những cách Rockwell nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng là tối ưu hóa máy móc và quy trình sản xuất, qua đó tăng sản lượng sản phẩm có thể bán được và giảm chi phí vận hành.

Một nghiên cứu tình huống gần đây đã chứng minh hiệu quả của việc tối ưu hóa máy móc và năng lượng. Một nhà sản xuất lốp xe gặp tình trạng thường xuyên xuất hiện các mối nối lốp không đạt dung sai kỹ thuật. Mỗi khi xảy ra lỗi, công nhân vận hành phải dừng máy để điều chỉnh thủ công mối nối về mức đạt yêu cầu, sau đó thiết lập lại và khởi động lại quy trình. Thời gian dừng máy này gây tổn thất đáng kể cho năng suất và hiệu quả sử dụng năng lượng.

Để giải quyết vấn đề này, Rockwell đã sử dụng dữ liệu lịch sử về các mối nối lỗi để huấn luyện một mô hình học máy. Sau đó, trong thời gian thực, mô hình có thể dự đoán thời điểm xuất hiện các mối nối không đạt yêu cầu và đưa ra điều chỉnh áp suất con lăn phù hợp nhằm đưa mối nối trở lại phạm vi cho phép. Sau mỗi lần ứng dụng, hệ thống học máy tiếp tục cải thiện mô hình, giúp nâng cao hiệu suất theo thời gian.

Kết quả là tổng số lần dừng máy giảm 45%, giúp tăng thêm 600.000 lốp xe được sản xuất mỗi năm trên 14 máy, đồng thời giảm lượng năng lượng tiêu thụ trên mỗi chiếc lốp. Điều này mang lại mức tăng thu nhập ròng ước tính khoảng 25 triệu USD.

Rockwell Automation tin rằng nền tảng quản lý năng lượng này có tiềm năng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của ngành sản xuất lốp xe, vừa giúp giảm chi phí vận hành vừa tăng doanh thu.