Thiết bị đo lường hiện đại và Internet Vạn Vật: Những đổi mới và xu hướng chủ chốt

Internet Vạn Vật (IoT) đang thay đổi cách thức hoạt động của các thiết bị đo lường hiện đại trong nhiều ngành công nghiệp. Các nhà phân tích dự kiến sẽ có tới 50 tỷ thiết bị kết nối vào năm 2030. Sự kết nối này mang lại những thay đổi lớn về kinh tế, ví dụ như công nghệ IoT trong lĩnh vực bán lẻ dự kiến sẽ tạo ra 35 tỷ USD vào năm 2030.

Thiết bị đo lường hiện đại đã phát triển đáng kể, từ những công tắc cơ học đơn giản đến các hệ thống kỹ thuật số phức tạp. Nhiều lĩnh vực như điện, cơ khí, công nghệ thông tin (IT), truyền thông và phần mềm đã định hình sự phát triển này.

Những đổi mới công nghệ chính

Các công nghệ đột phá đang thúc đẩy sự kết hợp giữa thiết bị đo lường và IoT bao gồm:

• Cảm biến thông minh hỗ trợ IoT: Đây đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn, cung cấp khả năng kết nối không dây, độ chính xác cao hơn và độ bền tốt hơn. Chúng có khả năng tự chẩn đoán vấn đề và thu thập dữ liệu trực tiếp, cho phép thu thập dữ liệu theo thời gian thực và giám sát từ xa.
• Truyền thông không dây: Giúp giảm bớt dây dẫn và cải thiện tính linh hoạt trong các nhà máy. Các thiết bị kết nối Ethernet có thể gửi lượng dữ liệu lớn hơn đáng kể so với các hệ thống 4-20mA truyền thống, giúp giảm chi phí.
• Điện toán đám mây (Cloud Computing) và điện toán biên (Edge Computing): Nền tảng điện toán đám mây cung cấp khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu mở rộng. Điện toán biên cho phép xử lý nhanh hơn và phân tích dữ liệu ngay tại thiết bị, giảm độ trễ và tăng cường quyền riêng tư, từ đó đưa ra quyết định tốt hơn.
• Trí tuệ nhân tạo (AI) và Học máy (Machine Learning): Được sử dụng cho bảo trì dự đoán và phát hiện lỗi tự động. AI cải thiện việc ước tính và bù đắp lỗi đo lường, tạo điều kiện cho các hệ thống phân tích dự đoán và thích ứng.
• An ninh mạng trong IoT: Là yếu tố cần thiết để bảo vệ các mạng công nghiệp khỏi các cuộc tấn công và vi phạm dữ liệu.
• 5G và Kết nối tốc độ cao: Cung cấp khả năng truyền dữ liệu nhanh hơn và đáng tin cậy hơn cho các ứng dụng quan trọng.
• Bản sao kỹ thuật số (Digital Twins): Là các mô hình ảo được sử dụng để tối ưu hóa quy trình và phân tích dự đoán.
• Hệ thống tiết kiệm năng lượng: Giúp giảm tiêu thụ điện năng và quản lý năng lượng thông minh.
• Blockchain để đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu: Cung cấp hồ sơ thiết bị đo lường an toàn, không thể bị giả mạo.
• Tích hợp liền mạch CNTT (IT) và OT (Operational Technology): Kết nối các thiết bị công nghiệp với hệ thống thông minh phục vụ mục đích kinh doanh.

Lợi ích của thiết bị kết nối

Các thiết bị kết nối IoT mang lại nhiều lợi ích quan trọng trong hoạt động sản xuất và các ngành công nghiệp. Các công ty sử dụng công nghệ này báo cáo quy trình tốt hơn và lợi nhuận cao hơn.

• Độ chính xác và hiệu quả được cải thiện: Cảm biến thông minh và hệ thống thu thập dữ liệu tự động giúp đo lường chính xác hơn. Các nhà sản xuất thấy năng suất cao hơn thông qua việc sử dụng máy móc tốt hơn.
• Cơ hội giảm chi phí: Các hệ thống dựa trên IoT có thể giảm chi phí bảo trì tới 40%, cắt giảm thời gian ngừng hoạt động của thiết bị tới 50%, kéo dài tuổi thọ máy móc 3-5% và giảm tổng chi phí vận hành 30%.
• Tối ưu hóa bảo trì: Bảo trì dự đoán là một lợi thế chính của các thiết bị kết nối. Các hệ thống này liên tục giám sát tình trạng thiết bị và phát hiện các lỗi tiềm ẩn sớm, giúp các nhóm bảo trì lên kế hoạch sửa chữa vào thời điểm thuận tiện, giảm chi phí sửa chữa khẩn cấp.
• Ra quyết định theo thời gian thực: Phân tích trực tiếp đóng vai trò quan trọng, cho phép điều chỉnh và sửa chữa nhanh chóng. Thiết bị hoạt động ngoài ngưỡng cho phép sẽ tự động kích hoạt báo động hoặc tắt máy để ngăn chặn sản xuất lỗi. Giám sát từ xa cho phép kiểm soát tập trung nhiều địa điểm. Nghiên cứu của Gartner cho thấy các công ty sử dụng hệ thống này đạt hiệu quả sản xuất cao hơn 20% và giảm lãng phí vật liệu 10%.

Giải quyết thách thức tích hợp băng Internet vạn vật

Việc tích hợp thiết bị đo lường hiện đại với cơ sở hạ tầng hiện có tạo ra những thách thức độc đáo, đặc biệt với các hệ thống cũ. Vấn đề lớn nhất là không tương thích định dạng dữ liệu, vì các hệ thống cũ thường sử dụng định dạng lỗi thời hoặc tiêu chuẩn độc quyền.

Tuy nhiên, các giải pháp tồn tại để thu hẹp khoảng cách công nghệ này:

• Điện toán biên (Edge Computing): Công nghệ điện toán biên hoạt động như cầu nối giữa các hệ thống cũ và mới. Các cổng thông minh (smart gateways) có thể dịch các giao thức cũ sang định dạng tương thích IoT, cho phép trích xuất dữ liệu mà không cần hiện đại hóa sâu rộng.
• Tiêu chuẩn hóa dữ liệu: Quá trình này biến thông tin đến thành một định dạng thống nhất để đảm bảo tính nhất quán trên các nền tảng khác nhau. Điều này bao gồm chuyển đổi các nguồn dữ liệu khác nhau thành một mô hình chung, ánh xạ thẻ dữ liệu thông qua các thiết bị biên và lưu trữ thông tin tiêu chuẩn hóa trong kho dữ liệu hoặc hệ thống đám mây. Tiêu chuẩn hóa hợp lý hóa việc tích hợp, cải thiện hiệu quả hoạt động và giúp duy trì tuân thủ các quy định bảo vệ dữ liệu. Dữ liệu chuẩn hóa cung cấp nguồn thông tin chính xác nhất cho nhà sản xuất để dự đoán xu hướng sản phẩm và phân tích vấn đề chất lượng.

Xu hướng tương lai trong thiết bị đo lường thông minh

Thiết bị đo lường thông minh đang tiến bộ nhanh chóng nhờ những đột phá công nghệ trong AI và các giải pháp kết nối. Một báo cáo của McKinsey cho thấy các sản phẩm và dịch vụ IoT sẽ tạo ra giá trị từ 5.50 nghìn tỷ USD đến 12.60 nghìn tỷ USD vào năm 2030.

Các công nghệ mới nổi đang định hình tương lai bao gồm:

• Tích hợp AI và Học máy sâu hơn: AI sẽ trở thành thành phần quan trọng của thiết bị đo lường thông minh, giúp chúng tự giám sát, chẩn đoán và tối ưu hóa hoạt động với sự can thiệp tối thiểu của con người.
• Điện toán biên (Edge Computing): Ngày càng quan trọng hơn khi mang quá trình xử lý đến gần các thiết bị hơn, giảm độ trễ và tăng cường quyền riêng tư.
• Mạng 5G: Cung cấp kết nối băng thông cao và độ trễ cực thấp, thúc đẩy các ứng dụng quan trọng.
• Điện toán không gian (Spatial Computing): Cho phép số hóa các mối quan hệ giữa máy móc, con người và môi trường.
• Thị trường cảm biến toàn cầu: Dự kiến sẽ đạt 250 tỷ USD vào năm 2035, cho thấy sự tăng trưởng mạnh mẽ trong các lĩnh vực như robot công nghiệp và cảm biến phát hiện va chạm.
• AI biên (Edge AI): Đã trở nên quan trọng cho trí tuệ phi tập trung, trên thiết bị.
• Mạng lưới giao thông thông minh: Được hỗ trợ bởi IoT và 5G, tích hợp với xe tự hành và hệ thống quản lý giao thông trực tiếp.
• Cảm biến đeo được: Tích hợp vào thiết bị bảo hộ cá nhân, mang lại hứa hẹn cho an toàn nơi làm việc.

Kết luận: Công nghệ IoT đang cách mạng hóa cách các doanh nghiệp vận hành và bảo trì thiết bị, mang lại nhiều lợi ích đáng kể như giảm chi phí bảo trì và thời gian ngừng hoạt động của thiết bị. Các giải pháp hiện đại như điện toán biên và tiêu chuẩn hóa dữ liệu tạo ra những con đường hiệu quả để tích hợp, bất chấp những thách thức từ hệ thống cũ.

Sự kết hợp của thiết bị IoT, phân tích dựa trên AI và hệ thống dữ liệu tiêu chuẩn hóa đang định hình tương lai của hoạt động công nghiệp, giúp các công ty đạt được hiệu quả hoạt động cao hơn, chi phí thấp hơn và khả năng ra quyết định tốt hơn.

Nếu bạn thích bài viết này, hãy đăng ký kênh YouTube của chúng tôi để xem các video hướng dẫn về PLC và SCADA.

Bạn cũng có thể theo dõi chúng tôi trên Facebook và LinkedIn để nhận các cập nhật hàng ngày.