Vai trò của đo lường trong thời đại 4.0

Đo lường là ngành khoa học quan trọng trong các ngành khoa học, đặc biệt là khoa học kỹ thuật. Vai trò của đo lường còn được gắn liền với câu nói nổi tiếng của Ngài Joseph Whitworth: “Bạn chỉ có thể sản xuất tốt những gì bạn có thể đo lường”. Vậy với việc đo lường tiến tới mức độ chính xác lượng tử và sự ra đời của Công nghiệp 4.0 và Internet vạn vật (IoT), đo lường sẽ đi về đâu?

Forbes định nghĩa cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư là lấy “những gì đã bắt đầu ở cuộc cách mạng thứ ba với việc áp dụng máy tính và tự động hóa, đồng thời nâng cao nó bằng các hệ thống thông minh và tự động được thúc đẩy bởi dữ liệu và máy học”.

Trong thời đại công nghiệp 4.0, đo lường đóng vai trò thúc đẩy mạnh mẽ cho sự phát triển khoa học công nghệ, sử dụng tiết kiệm tài nguyên, vật tư, năng lượng, bảo đảm an toàn sản xuất, bảo vệ sức khỏe và môi trường. Do đó, trang thiết bị đo lường ngày nay không chỉ đơn thuần phục vụ hoạt động đo đếm thông thường, mà còn tích hợp nhiều chức năng như truyền tín hiệu từ xa, đồng bộ với hệ thống và các trang thiết bị khác… để tối đa mục đích và hiệu quả hoạt động.

Trước đây, đo lường đã có vai trò lớn trong điều khiển và tự động hoá. Ngày nay, đo lường còn đóng vai trò định lượng nhiều vấn đề mà cuộc sống yêu cầu như định lượng về thời gian làm việc, năng suất lao động, nhiên, nguyên liệu, vật tư tiêu hao, sản lượng, chất lượng… nhất là khi dữ liệu đang được đánh giá là nguồn tài nguyên cực kỳ quan trọng trong tương lai gần.

Bên cạnh đó, đo lường trong thời đại 4.0 còn đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu, thiết kế triển khai và là cầu nối cho sản xuất thông minh. Các nhà xưởng đang ngày càng được xây dựng theo hướng thông minh và hiệu quả với thiết kế và sản xuất được tích hợp vào dây chuyền sản xuất tối ưu, cung cấp sản phẩm theo các yêu cầu của thời gian thực. Một trong những lợi ích chính của tự động hóa đo lường trong sản xuất thông minh là khả năng thu thập và phân tích dữ liệu theo thời gian thực. Với hệ thống đo lường tự động, nhà sản xuất có thể giám sát và điều chỉnh quy trình sản xuất theo thời gian thực để đảm bảo sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng.

Trong sản xuất công nghiệp, đo lường được sử dụng để cung cấp khả năng truy xuất nguồn gốc, độ chính xác và tính nhất quán của thiết bị đo lường trên toàn thế giới. Nó giúp cung cấp giá trị và ngăn ngừa sự khác biệt giữa các kết quả đo. Đo lường đặt ra khuôn khổ cho các phép đo đáng tin cậy, nhất quán theo thời gian và không gian. Đo lường giúp thúc đẩy việc cải tiến phương pháp và phương tiện đo lường, tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi thông tin khoa học và kỹ thuật, việc tiêu chuẩn hóa quốc tế các sản phẩm nói chung, máy móc, thiết bị và dụng cụ, phương tiện đo lường.

Hoạt động đo lường sẽ cho phép chúng ta đạt được điều này bằng cách đánh giá sự phù hợp, hiệu suất và tính năng của mỗi bộ phận của sản phẩm cuối cùng. Nó sẽ nối kết nghiên cứu và phát triển với sản xuất thông qua một quá trình duy nhất có mức tiêu thụ năng lượng thấp và giảm tác động môi trường, đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Để làm được điều này, ví dụ như các thiết bị đo thông minh được kết nối với môi trường hoạt động của chúng với thời gian thực thông qua việc sử dụng các cảm biến, điều khiển thông số đo lường như nhiệt độ và áp suất, thông số, dữ liệu đo được tích hợp qua mạng thông tin toàn cầu liên tục, đo và hiệu chỉnh liên tục… thực hiện điều này có thể thông qua các công nghệ tiên tiến, phần mềm và công nghệ thông tin cùng với sự phát triển của lượng tử mới, cảm biến sinh học và công nghệ nano.

Hệ thống đo lường thông minh (Đo lường 4.0) sẽ kết nối một số lượng lớn các cảm biến khác nhau, tích hợp dữ liệu từ các hệ thống khác nhau vào một mạng đo lường thông minh, đảm bảo hiệu chuẩn được duy trì liên tục.

Ảnh minh họa. 

Đo lường cũng đóng vai trò quan trọng trong thương mại quốc tế. Việc có sự kiểm soát về đo lường sẽ làm giảm bớt bất kỳ lợi thế thương mại hoặc hoạt động thương mại không công bằng nào. Điều này đảm bảo rằng các dụng cụ, phương tiện đo lường thương mại phù hợp với mục đích sử dụng và đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế.

Không những thế, các hoạt động về đo lường cũng đang thay đổi hàng ngày. Ngoài việc thay đổi cả về định nghĩa đơn vị đo, thay đổi về độ không đảm bảo đo (càng ngày càng tốt hơn lên), còn sử dụng các phương tiện đo lường không tiếp xúc, chứng chỉ hiệu chuẩn số (Digital Calibration Certificate – DCC). Chứng chỉ hiệu chuẩn kỹ thuật số cung cấp thông tin kỹ thuật ở dạng máy có thể đọc được – một lợi thế khác biệt cho quy trình sản xuất và giám sát chất lượng.

Các tổ chức đo lường lớn trên thế giới ngày nay đã và đang cùng nhau đưa chứng chỉ có thể đọc được bằng máy và biểu tượng công nhận kỹ thuật số vào thực tế (như DakkS, PTB, …). Các sản phẩm xuất sắc dựa trên một hệ thống phức tạp để đảm bảo chất lượng và bảo vệ người tiêu dùng (được gọi là “hạ tầng chất lượng” – QI).

Để đảm bảo chất lượng này được giữ nguyên giá trị trong thế giới kỹ thuật số, các công cụ cần thiết, ví dụ như chứng chỉ hiệu chuẩn, phải trở thành kỹ thuật số. Chứng chỉ hiệu chuẩn kỹ thuật số (DCC) có thể đọc được bằng máy nhằm phục vụ các bên liên quan muốn hỗ trợ nền kinh tế trong quá trình chuyển đổi số và các tổ chức đo lường quốc tế đang nỗ lực phát triển tiêu chuẩn thống nhất trên toàn thế giới trong lĩnh vực này.

Trong quá trình xây dựng và triển khai NQI (hạ tầng chất lượng quốc gia), một trong những mục tiêu đặt ra là cùng phát triển cơ sở hạ tầng chất lượng hiện đại, đáp ứng nhu cầu về chuỗi giá trị tự động và liên kết với nhau và làm giảm chi phí. Báo cáo kết quả dạng kỹ thuật số và máy có thể đọc được, chẳng hạn như chứng chỉ hiệu chuẩn, là một thành phần quan trọng của việc này.

Với vai trò của đo lường quan trọng như vậy, trong thời đại CN 4.0, đòi hỏi các cơ quan quản lý đến người tiêu dùng, các tổ chức cung cấp dịch vụ đo lường và cơ sở sử dụng phương tiện đo, sử dụng dịch vụ phải hướng đến số hoá và chuyển đổi số mạnh mẽ và toàn diện. Chúng ta cần hướng đến việc cấp các kết quả đo lường dạng điện tử, hướng tới chứng chỉ số. Do vậy, cần xác định các thách thức đối với đo lường ngày nay.

Trong thời đại Công nghiệp 4.0, hệ thống đo lường cũng cần phải cạnh tranh để nâng cấp, chuyển từ trạng thái hiện tại sang trạng thái mới nhất và nhanh nhất, duy trì các quy trình sản xuất cần thiết. Do đó cách vượt qua các thách thức sau:

Một là, đo lường trong quá trình cho CN 4.0 là khái niệm dựa trên dữ liệu và quy trình hiện đại. Các công nghệ đo lường liên quan đến ý tưởng này là những công cụ mới nhất và chính xác nhất. Các kỹ năng cần thiết cho việc điều hành, phân tích và ra quyết định khi can thiệp của con người muốn trải qua nguồn lao động chuyên môn. Chi phí liên quan đến việc thuê nhiều người quan sát được giảm bớt trong khái niệm đo lường tự động mặc dù việc bảo trì làm tăng chi phí ở mức cao. Trong trường hợp này, năng lực sản xuất thấp không thể thay thế chi phí cho việc đo lường trong quá trình với các tiêu chuẩn CN 4.0.

Hai là, các công ty luôn cạnh tranh vì lợi nhuận và sản xuất. Họ mong muốn tiếp cận ngày càng nhiều khách hàng và mở rộng phạm vi kinh doanh. Điều đó tạo nên khoảng cách giữa các công ty trong việc tích hợp đo lường. Ngày xưa là thời đại của sự phân chia và cạnh tranh về mặt vật lý mà giờ đây đang được chuyển đổi thành khoảng cách kỹ thuật số về tính toàn vẹn, bảo mật, kết nối. Việc che giấu bằng sáng chế và giá trị của sản phẩm đã cản trở chủ doanh nghiệp chia sẻ ngân hàng dữ liệu giữa các công ty trừ khi chính phủ cưỡng chế thực hiện điều đó.

Các công ty hầu như không tích cực tạo thành một nguồn dữ liệu duy nhất cung cấp tất cả thông tin cho hoạt động sản xuất, lập kế hoạch, tìm nguồn cung ứng và kiểm tra. Mỗi công ty coi việc bảo vệ tài sản trí tuệ của mình, duy trì giao thức thống kê và coi thông tin từ một nguồn khác là một phần tử của luồng kỹ thuật số. Mối quan hệ đối tác thắt chặt có khả năng phù hợp để khắc phục những trường hợp này miễn là họ đạt được lợi ích của mình. Cơ quan quản lý với một số mục tiêu chung có thể sử dụng cơ chế, chính sách nhằm loại bỏ những nguyên nhân mà trên đó tất cả các công ty và tổ chức có thể cùng nhau chia sẻ tất cả dữ liệu.

Ba là, chuyên môn và trọng tâm của các cơ quan khác nhau dựa trên địa điểm, luật pháp, luật lao động, giao thức, v.v. cũng làm giảm khả năng kết nối của CN 4.0. Một vấn đề quan trọng đối với dữ liệu số để chia sẻ là bản chất của định dạng dữ liệu và tệp. Trong quá trình xử lý, phần mềm đo lường hỗ trợ trực tiếp, đọc và ghi tệp vào ngân hàng dữ liệu và lấy lại nguồn khi muốn. Việc kết nối giữa các nguồn dữ liệu, định dạng dữ liệu, phiên bản máy và đầu dò, ngôn ngữ và các đơn vị là một trở ngại lớn. Phần mềm lỗi thời, khả năng tương thích, ngôn ngữ và thiết bị có thể gây ra một vấn đề quan trọng trong việc đồng bộ hóa mà ngay cả ngày nay cũng không dễ giải quyết.

Bốn là, nhà sản xuất hướng tới sự hài lòng của con người để kiếm lợi nhuận. Sự hài lòng và hấp dẫn của con người là những vấn đề phức tạp và là vấn đề cần nghiên cứu và phân tích quy mô lớn. Văn hóa, tôn giáo, địa điểm, thời tiết… là những dấu hiệu cho thấy sự hài lòng của con người. Quả thật, CN 4.0 có cơ hội xây dựng khả năng kết nối để có được sản phẩm lý tưởng cho từng khách hàng. Tuy nhiên, từ góc độ đo lường, việc thực hiện không hề dễ dàng. Các phép đo trong quá trình cũng phải chịu đựng điều tương tự để làm hài lòng con người.

Năm là, mặc dù chúng ta đang nói về đo lường trong quá trình được tự động hóa hoàn toàn trong CN 4.0 nhưng vẫn cần có sự tham gia của con người. Việc giảm số lượng người quan sát có thể gây ra sự tàn phá không chỉ đối với một công ty mà còn đối với một nhóm công ty vì ngân hàng dữ liệu được chia sẻ. Việc phân tích và tính toàn vẹn của dữ liệu dựa trên yêu cầu của con người và chuyển đổi chúng thành các thuật ngữ sản xuất luôn cần con người.

Sáu là, tự thay đổi nhanh chóng của các ngành công nghiệp từ quy trình sử dụng nhiều lao động truyền thống sang các bước hoàn toàn tự động hóa và số hóa khiến rất nhiều lao động mất việc làm. Điều này có thể dẫn tới tình trạng thất nghiệp và bất ổn xã hội. Nếu người lao động mất đi kỹ năng, hệ thống sẽ không thể đảo ngược khi quá trình số hóa đang diễn ra nhanh chóng. Những người thất nghiệp sẽ vướng vào những tệ nạn khi bản đồ nghề nghiệp và nhu cầu sẽ thay đổi. Mối lo ngại về nó và vấn đề lao động gia tăng sẽ không còn là vấn đề nếu có đủ phạm vi để đảm bảo tỷ lệ việc làm cho cộng đồng.

Tóm lại, những vấn đề ngắn gọn này đã tổng hợp các triển vọng và thách thức của đo lường trong quá trình áp dụng cho CN 4.0. Kỷ nguyên hiện nay của sản xuất thông minh chắc chắn sẽ thay thế các hệ thống sản xuất hiện có. Thành công bây giờ sẽ được tính vào việc các nhà hoạch định chính sách có thể thích ứng với sự thay đổi một cách thông minh đến mức nào. Khái niệm đo lường được tìm thấy qua nghiên cứu này đã đề cập rằng những thách thức và cơ hội gắn liền với nó rủi ro về mạng và quản lý dữ liệu lớn sẽ là một vấn đề then chốt.

Theo Aristotle, không có xúc giác thì sinh vật không thể tồn tại. Tương tự như vậy, nếu không có thước đo thì xã hội văn minh không thể tồn tại. Tốc độ phát triển đo lường và hiệu quả của ứng dụng đo lường có thể đặc trưng cho trình độ văn minh của mỗi quốc gia.

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đòi hỏi những thay đổi về chất trong phát triển đo lường. Trong số các lĩnh vực nghiên cứu ưu tiên liên quan đến thay đổi này là tìm kiếm giải quyết các thách thức đo lường liên quan đến phép đo đại lượng đa chiều (trong hầu hết các trường hợp, chúng là phi vật lý), cung cấp độ tin cậy của kết quả đo cũng như bảo mật và tối ưu hóa luồng kết quả đo khi số lượng dụng cụ đo ngày càng tăng.

Bởi vì những thay đổi này là thực tế nên việc tổ chức xây dựng các tiêu chuẩn quốc tế quy định yêu cầu đặc biệt của Công nghiệp 4.0 đối với các phương pháp đo lường cũng như dụng cụ và hệ thống đo lường là cần thiết. Cuối cùng, chúng ta cần trả lời câu hỏi rằng: Vị trí của đo lường trong “Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư” như thế nào, liệu ngành CN 4.0 đang được thúc đẩy bởi sự phát triển trong đo lường hay sự phát triển của đo lường đang được thúc đẩy bởi CN 4.0.

Nguyễn Phú Quốc – Trung tâm Kỹ thuật TCĐLCL 2