Mạng máy móc là chìa khóa cho việc sản xuất hiệu quả, ví dụ như: truy xuất nguồn gốc, theo dõi tình trạng máy móc hoặc máy học (machine learning) (1). Tại sự kiện K của hội chợ thương mại Emo Hannover 2022, các nhà sản xuất máy móc từ Châu Âu, Trung Quốc, Nhật Bản và Canada đã trình diễn giải pháp công nghệ dựa trên hệ sinh thái Umati (2), sáng kiến toàn cầu về trao đổi dữ liệu mở trong kỹ thuật cơ khí, máy móc bằng công nghệ OPC UA (3) (ngôn ngữ của thế giới sản xuất). Điểm nổi bật trong năm 2023 là Hannover Messe vào tháng 4 và EMO Hannover vào tháng 9, nơi du khách có thể tìm hiểu về hệ sinh thái Umati và chứng kiến những lợi ích của việc trao đổi dữ liệu mở. Tiến sĩ Alexander Broos từ hiệp hội các nhà chế tạo máy công cụ Đức – VDW (German Machine Tool Builders’ Association), nói về tình trạng phát triển và triển vọng phát triển ngành. (1) Học máy là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo liên quan đến việc nghiên cứu và xây dựng các kĩ thuật cho phép các hệ thống “học” tự động từ dữ liệu để giải quyết những vấn đề cụ thể. (2) Umati: Một hệ sinh thái với sự kết nối giữa các nhà chế tạo máy, nhà cung cấp linh kiện hoặc phần mềm cùng nhau đảm bảo cho khách hàng có thể dễ dàng truy cập dữ liệu từ máy móc. (3) OPC: là một tiêu chuẩn IEC62541 đa nền tảng, mã nguồn mở để trao đổi dữ liệu từ các cảm biến sang các ứng dụng đám mây do OPC Foundation phát triển. OPC UA được hiểu là một chuẩn truyền thông bậc cao độc lập, được phát triển bởi hiệp hội OPC Foundation.
Với Umati, một hệ sinh thái đang nổi lên nhằm hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu mở và an toàn giữa các máy móc, linh kiện, bộ điều khiển và phần mềm dựa trên “ngôn ngữ của ngành sản xuất” – công nghệ OPC UA. Năm 2022 là một năm với rất nhiều hoạt động ý nghĩa đối với ngành công nghiệp sản xuất máy công cụ. Triển vọng của ngành công nghiệp máy công cụ hiện nay như thế nào?
[Broos] Theo một thống kê quan trọng về công nghệ OPC UA dành cho máy công cụ năm 2022. Nhờ vào tiện ích mở rộng KPI, cuối cùng cũng có thể kết nối tất cả các hệ thống kiểm tra để thu thập dữ liệu sản xuất theo cách chuẩn hóa. Hiện nay, công nghệ OPC UA đã áp dụng cho lĩnh vực gia công kim loại bằng áp lực (Metal Forming), sản xuất chồng lớp và công nghệ Laser. Cuối cùng, sản xuất dụng cụ cắt cũng đang bắt đầu áp dụng. Điều này đề cập đến việc truyền dữ liệu giữa công nghệ đo lường và máy mài cũng như hệ thống điều khiển. Trong quá trình đó, các dạng hình học phức tạp của dụng cụ cắt, ví dụ như dao phay, được phản hồi từ máy đo đến máy công cụ để trực tiếp tối ưu hóa hình học của chương trình gia công trên cơ sở dữ liệu đo được. Do đó, quy trình còn được gọi là tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu hình học – GDX (Geometrical Data Exchange), bổ sung cho công nghệ OPC UA trong hệ sinh thái Umati. Sáng kiến này xuất phát từ đầu năm 2021, một giao diện tiêu chuẩn hóa công nghệ OPC UA dành cho hệ thống đo lường hình học, đã được trình bày bởi một nhóm các nhà khoa học của hiệp hội các nhà sản xuất máy móc và thiết bị châu Âu – VDMA (Machinery and Equipment Manufacturers Association). Đây là công nghệ đo chiều dài. Sau khi xuất bản, đã nảy sinh mối quan tâm đến việc nâng cấp trao đổi dữ liệu cho các công cụ chính xác trên nền tảng OPC UA.
Có bao nhiêu nhóm đang làm việc trên công nghệ OPC UA? [Broos] Dưới sự dẫn dắt của hiệp hội VDMA, khoảng 55 nhóm phát triển công nghệ OPC UA cho kỹ thuật cơ khí và nhà máy. Hoạt động này nhằm tạo ra “ngôn ngữ của ngành sản xuất”. VDMA điều phối hoạt động của nhiều nhóm và thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật cơ khí. “Công nghệ OPC UA dành cho máy móc” đã tự thiết lập thành một tiêu chuẩn xuyên suốt cho toàn bộ lĩnh vực kỹ thuật cơ khí. Nó đảm bảo rằng công nghệ dành cho tất cả các máy móc, từ hệ thống đến thành phần. Quản lý công việc và quản lý năng lượng hiện đang được phát triển. Quản lý công việc được thực hiện dưới dạng truy cập từ xa và cho phép điều khiển máy từ xa, để tải nhiệm vụ và truy xuất thông tin về các máy công cụ hoặc bộ phận và đưa công thức vào máy.
Hệ thống MES hỗ trợ quá trình sản xuất như thế nào? Hệ thống MES không chỉ là nơi chứa dữ liệu giống như bảng điều khiển, mà còn có chức năng kiểm soát quy trình sản xuất. Nghĩa là nó có khả năng can thiệp tích cực. Ví dụ, trong lĩnh vực ép phun, dữ liệu công thức là cần thiết; Hoặc trong trường hợp máy công cụ, các chương trình CNC phải được tải vào máy móc tương ứng. Và cuối cùng, việc thực hiện cũng có thể được kích hoạt bởi MES thông qua ứng dụng.
Các yêu cầu về bảo mật dữ liệu như thế nào để các đối thủ cạnh tranh không thể đọc được các công thức tính toán? [Broos] Về cơ bản, các nhà cung cấp phải tạo ra các cấu trúc công nghệ thông tin an toàn và loại trừ quyền truy cập của bên thứ ba. Để liên lạc giữa các máy móc hoặc với phần mềm bên ngoài môi trường an toàn này, có các cơ chế mã hóa liên lạc giữa người gửi và người nhận. Công nghệ OPC UA đã có rất nhiều giải pháp về mặt này, mặc dù nó vẫn chưa được triển khai hoặc đưa vào áp dụng trên diện rộng. Mục tiêu là thay thế bằng giao tiếp trực tiếp, ví dụ qua giao thức MQTT (4) và TLS (5). Bên ngoài phạm vi ảnh hưởng của giao tiếp thuần túy, như được bao phủ bởi hệ sinh thái Umati, vẫn còn câu hỏi về việc truy cập dữ liệu dựa trên độ tin cậy, an toàn như thế nào khi nó được xử lý trong khuôn khổ của một nền tảng hoặc ứng dụng phần mềm. Đây là mục tiêu của sáng kiến Manufacturing-X, đang được khởi tạo dưới sự điều phối của hiệp hội VDMA và bộ Kinh tế và Bảo vệ Khí hậu Liên bang Đức. Nhằm thúc đẩy các công ty sản xuất quy mô vừa thực hiện số hóa và có thể sử dụng công nghệ OPC UA. (4) MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): Một giao thức mạng kích thước nhỏ, hoạt động theo cơ chế publish – subscribe theo tiêu chuẩn ISO và OASIS mở để truyền tin nhắn giữa các thiết bị. (5) TLS (Transport Layer Security): trước đây là SSL là giao thức mật mã được thiết kế để cung cấp truyền thông an toàn qua một mạng máy tính.
Mối quan hệ giữa hệ sinh thái Umati và Manufacturing-X là gì? [Broos] Bản thân tôi cũng tham gia vào Manufacturing-X cùng các đồng nghiệp từ hiệp hội VDMA. Tôi dự định thiết lập Umati làm tài liệu tham khảo tiêu chuẩn ngành, để trao đổi dữ liệu sản xuất trong không gian dữ liệu được liên kết. Với Umati, tôi có công trình nghiên cứu về kết nối OPC-UA trong môi trường sản xuất. Các trường hợp sử dụng cho các ứng dụng có thể được xây dựng trên cơ sở này. Cuối cùng, chúng ta phải đóng góp để Manufacturing-X mang lại giá trị gia tăng cho khách hàng của toàn bộ ngành công nghiệp cơ khí và kỹ thuật nhà máy.
Những phát triển nào được lên kế hoạch cho Umati năm 2023? [Broos] Tôi hiện đang thiết lập lại khá nhiều công việc trong dự án trình diễn sắp tới tại hội chợ EMO Hannover tháng 9.2023. Năm 2022 là một giai đoạn rất thử thách nhưng cũng rất thành công. Tôi đã phải tích hợp một số lượng lớn các thông số kỹ thuật từ kỹ thuật cơ khí và nhà máy vào hệ sinh thái Umati. Đối với triển lãm thương mại K 2022, tiến sĩ đã tích hợp tám thông số kỹ thuật về máy móc nhựa và cao su, công nghệ thủy tinh, hệ thống đo lường hình học, kết hợp robot với thị giác máy tính và cánh tay robot. Trong khi đó, một hệ sinh thái rộng lớn đã phát triển không chỉ được sử dụng cho các buổi giới thiệu tại hội chợ thương mại mà còn cho các thử nghiệm khác, hướng tới đảm bảo chất lượng, từ đó các nhóm và công ty được hưởng lợi từ việc thúc đẩy công nghệ OPC UA dưới sự bảo trợ của VDMA hoặc đóng vai trò là đối tác của hệ sinh thái Umati để phổ biến rộng rãi. Theo đó, tiến sĩ phải thiết kế lại một số thứ, đặc biệt là vì ông muốn áp dụng giao thức MQTT. Và một lần nữa từ quan điểm của hiệp hội VDW, tiến sĩ đang lên kế hoạch cho một sự xuất hiện quan trọng tại hội chợ công nghệ EMO Hannover vào tháng 9.2023.
Tiến sĩ Broos, trưởng phòng nghiên cứu và công nghệ tại hiệp hội VDW.
Giao thức MQTT có phải là công cụ để phát triển công nghệ OPC UA? [Broos] Đúng vậy. Nhu cầu về công nghệ OPC UA để liên lạc giữa máy móc và phần mềm đang tăng lên. Tuy nhiên, thật không may, vẫn có những hiểu lầm về giá trị gia tăng của nhiều thông số kỹ thuật đi kèm và việc triển khai một phần dành riêng cho nhà cung cấp trên các bộ điều khiển công nghiệp hiện tại. Ngoài ra, cấu trúc máy khách – máy chủ của công nghệ OPC UA được coi là quá phức tạp để giao tiếp theo hướng hệ thống điều hành và đám mây. Thay vào đó, giao tiếp qua giao thức MQTT được coi là một con đường đơn giản hơn.
Công nghệ OPC UA và giao thức MQTT trong tự động hóa? [Broos] Giao thức MQTT được sử dụng rộng rãi trong giao tiếp dọc từ máy đến đám mây. Tuy nhiên, câu hỏi không phải là công nghệ OPC UA hay giao thức MQTT. Bạn phải nhận ra rằng OPC UA, một mặt, cung cấp một “từ điển dữ liệu”, một ngữ nghĩa. Ngoài ra, OPC UA cung cấp một mô hình dữ liệu hoặc thông tin. Điều này đảm bảo rằng dữ liệu luôn được cấu trúc theo cùng một cách. Việc triển khai kênh truyền tải phần nào độc lập với điều này, bởi vì ngoài kiến trúc máy khách – máy chủ cổ điển, dữ liệu cũng có thể được gửi và nhận bằng phương thức xuất bản – đăng ký, sau đó có thể được chuyển qua giao thức MQTT và sử dụng rộng rãi. Công nghệ OPC UA trên Pub Sub cung cấp cho điều này, ngay cả khi một số điều nhỏ vẫn cần được thêm vào đây để mở rộng quy mô trong thực tế. Và để làm rõ ở đây cũng như để đáp ứng nhu cầu từ thực tiễn, chúng tôi mở ra cách sử dụng hệ sinh thái Umati thông qua giao thức truyền tải MQTT.
Lợi thế của công nghệ OPC UA sẽ được tôi trình bày tại hội chợ công nghệ EMO Hannover vào tháng 9.2023.
Giới thiệu Hệ sinh thái Umati (Universal Machine Technology Interface) – giao diện công nghệ máy móc toàn cầu, là sáng kiến nhằm phổ biến các tiêu chuẩn giao diện mở trong kỹ thuật máy móc và nhà máy để liên lạc giữa các máy móc, linh kiện và phần mềm dựa trên công nghệ OPC UA. Nhiệm vụ cốt lõi của Umati là giúp các doanh nghiệp khắp thế giới cùng hoạt động thống nhất. Điều này bao gồm việc xây dựng một cộng đồng quốc tế gồm các nhà sản xuất máy móc và phần mềm cũng như khách hàng của họ; triển khai thống nhất các thông số kỹ thuật đồng hành của công nghệ OPC UA cho kỹ thuật máy móc và nhà máy; thể hiện hiệu suất của các hệ sinh thái giao diện mở thông qua một trình biểu diễn phi tập trung có thể được sử dụng trên toàn thế giới; và đóng góp liên tục cho các tài nguyên như phần mềm nguồn mở để sử dụng dễ dàng, theo tiêu chuẩn ngành. Hệ sinh thái Umati được 300 đối tác đăng ký từ khắp nơi trên thế giới và được hỗ trợ bởi hiệp hội VDW và VDMA.
Để xem các tin bài khác về “Máy công cụ”, hãy nhấn vào đây.
(Nguồn: EMO Hannover)
