Bảo trì trong sản xuất là một trong những nhiệm vụ đóng vai trò vô cùng quan trọng giúp cho các nhà máy sản xuất nói chung và các nhà máy sản xuất thiết bị chiếu sáng nói riêng có thể vận hành một cách hiệu quả. Một sự cố máy móc dù là chi tiết nhỏ cũng có thể làm gián đoạn cả dây chuyền dẫn tới chất lượng sản xuất bị ảnh hưởng. Chính vì vậy, các doanh nghiệp sản xuất cần tìm ra một phương pháp bảo trì hiệu quả để có thể đảm bảo được thời gian hoạt động cũng như tính khả dụng của các thiết bị máy móc. Predictive Maintenance (PdM) – bảo trì dự đoán đang là một trong những phương pháp được ưa chuộng nhất hiện nay tại nhiều doanh nghiệp sản xuất nhằm mục đích ngăn ngừa sự cố bất thường và tối ưu hoá hoạt động của trang thiết bị, máy móc.  

Tuy nhiên, tại Việt Nam, đa phần hoạt động bảo trì, bảo dưỡng của các doanh nghiệp, kể cả các doanh nghiệp sản xuất đèn LED lớn như Rạng Đông vẫn chỉ đang dừng lại ở giai đoạn lên các kế hoạch bảo trì định kỳ. Còn đối với bảo trì dự báo, chủ yếu các sản phẩm, giải pháp đều là sản phẩm nhập khẩu của các hãng công nghệ nước ngoài. Vì vậy việc nghiên cứu xây dựng hệ thống bảo trì dự báo trong nước, có khả năng ứng dụng trong nhà máy sản xuất là cấp thiết. Xuất phát từ thực tế đó, các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa (VIELINA) phối hợp cùng các kỹ sư tại Công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đông đã thực hiện đề “Nghiên cứu xây dựng hệ thống bảo trì dự báo trong dây chuyền sản xuất đèn LED dựa trên một số công nghệ cho I4.0”. Đây là đề tài cấp Bộ Công Thương do Th.S Nguyễn Đình Lượng (VIELINA) làm chủ nhiệm.

Mục đích chính của việc ứng dụng phương pháp bảo trì dự báo là giúp cho doanh nghiệp đánh giá được tình trạng của thiết bị máy móc và dự báo được thời điểm có khả năng xảy ra lỗi để lập kế hoạch bảo trì hiệu quả, giúp doanh nghiệp tối ưu chi phí, nâng cao năng suất.

Dựa trên những ưu điểm vượt trội của phương pháp bảo trì dự báo, nhóm nghiên cứu đặt ra mục tiêu nghiên cứu làm chủ công nghệ bảo trì dự báo trên cơ sở thực hiện kết nối số các thiết bị trong dây chuyền sản xuất đèn LED có sử dụng công nghệ IoT, điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo. Đồng thời, xây dựng, thử nghiệm và áp dụng thành công hệ thống bảo trì dự báo trên dây chuyền sản xuất đèn LED M36 tại Công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đông. 

Trong quá trình thực hiện, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu tổng quan về bảo trì, bảo trì dự báo, tình hình nghiên cứu ngoài nước và tình hình nghiên cứu trong nước, nghiên cứu giải pháp, sản phẩm của một số hãng công nghệ trên thế giới, các thuật toán học máy ứng dụng trong bảo trì dự báo, để tìm ra định hướng phục vụ nghiên cứu, xây dựng sản phẩm của đề tài. Đồng thời, tiến hành khảo sát, đánh giá thực trạng tại doanh nghiệp, khảo sát dây chuyền xuất đèn LED M36 để phục vụ xây dựng và áp dụng thử nghiệm sản phẩm vào thực tế sản xuất tại doanh nghiệp. 

Theo đánh giá, dây chuyền sản xuất đèn LED M36 của Công ty Rạng Đông là một dây chuyền đồng bộ, bán tự động, được thiết kế để lắp ráp từ các linh kiện rời là bảng mạch LED, thân máng bằng thanh nhôm, đui đèn, vỏ tán quang, bộ nguồn (driver) thành một bóng đèn hoàn chỉnh, sau đó thử sáng trong một thời gian gọi là quá trình luyện đèn để loại bỏ những đèn có lỗi, và công đoạn cuối cùng là đóng gói đèn vào những hộp carton thành phẩm.

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thu thập dữ liệu về tình trạng hoạt động của các thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất đèn LED M36 như biến áp máy luyện, động cơ băng chuyền. Bên cạnh đó, nghiên cứu lựa chọn các thông số cần thu thập dữ liệu liên quan đến tình trạng hoạt động của động cơ gồm độ rung, nhiệt độ, cường độ dòng điện, tốc độ động cơ. Sự biến động trong các thông số này sẽ được sử dụng cho dự báo nguy cơ ảnh hưởng đến sản phẩm đèn.

Dựa vào những căn cứ trên, nhóm nghiên cứu đã xây dựng hệ thống bảo trì dự báo gồm: Hệ thống kết nối số với các thiết bị đo, cảm biến được lắp đặt trên động cơ băng chuyền, máy luyện đèn, biến áp máy luyện và trên tủ điện khu vực lắp ráp, khu vực luyện đèn của dây chuyền sản xuất đèn LED M36, kết nối truyền thông các thiết bị nhằm thu thập dữ liệu và giám sát theo thời gian thực tình trạng hoạt động của thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất; Phần mềm bảo trì dự báo tình trạng thiết bị trong dây chuyền sản xuất (PdMSoftware) nhằm tin học hóa công tác bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị cho Công ty Rạng Đông; chức năng dự báo tình trạng thiết bị, bước đầu đề tài sẽ xây dựng hệ thống có khả năng bảo trì dự báo một số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất đèn LED M36 là động cơ băng chuyền, biến áp máy luyện và nguy cơ ảnh hưởng đến sản phẩm đèn.

Trước khi hệ thống bảo trì dự báo được áp dụng trên dây chuyền sản xuất, công việc bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị trong các dây chuyền sản xuất được công nhân của Công ty Rạng đông thực hiện định kỳ theo kế hoạch, và tiến hành ghi chép, thống kê trên hồ sơ giấy và các file word, excel về tình trạng hoạt động, các nguy cơ xảy ra sự cố đối với thiết bị, các hỏng hóc của thiết bị, các công việc được thực hiện bảo dưỡng, sửa chữa. Các thiết bị chưa được lắp các công nghệ đo, cảm biến để thu thập dữ liệu về trạng thái hoạt động, dữ liệu chưa được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.

Sau khi lắp đặt hệ thống bảo trì dự báo dựa trên công nghệ trí tuệ nhân tạo, bước đầu hệ thống có khả năng bảo trì dự báo một số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất đèn LED M36 là động cơ băng chuyền, biến áp máy luyện và nguy cơ ảnh hưởng đến sản phẩm đèn. Từ kết quả đánh giá, lựa chọn mô hình, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô hình LSTM để dự báo tình trạng động cơ băng chuyền; mô hình dùng thuật toán Boosting (thư viện Catboost) dự báo tình trạng máy biến áp; mô hình sử dụng thuật toán Boosting (thư viện LightGBM) dự báo nhiệt độ các vùng luyện ảnh hưởng tới sản phẩm đèn và mô hình dự báo điện áp các máy biến áp ảnh hưởng tới sản phẩm đèn.

Dây chuyền sản xuất đèn LED M36 là dây chuyền được lắp đặt các thiết bị, cảm biến để triển khai ứng dụng thử nghiệm. Để thử nghiệm hệ thống bảo trì dự báo trong dây chuyền sản xuất, nhóm nghiên cứu đã triển khai thử nghiệm những nội dung sau: Thử nghiệm hệ thống kết nối số, thử nghiệm các chức năng của phần mềm PdMSoftware nhằm tin học hóa công tác bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị cho Công ty Rạng Đông bằng phần mềm. Thử nghiệm mô hình dự báo, chức năng dự báo tình trạng động cơ băng chuyền, dự báo tình trạng biến áp máy luyện và nguy cơ ảnh hưởng đến sản phẩm đèn.

Sau 21 tháng nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm, đề tài đã thu được những kết quả theo đúng thuyết minh và hợp đồng. Trong đó, thành công hoàn thành hệ thống bảo trì dự báo bao gồm hệ thống kết nối số các thiết bị trong dây chuyền sản xuất và tích hợp phần mềm bảo trì dự báo tình trạng thiết bị trong dây chuyền sản xuất. Đồng thời, hoàn thiện phần mềm bảo trì dự báo tình trạng thiết bị trong dây chuyền sản xuất, có kèm tập huấn, hướng dẫn sử dụng phần mềm cho các cán bộ, công nhân của Công ty Rạng Đông.

Từ kết quả nghiên cứu của đề tài, nhóm nghiên cứu tạo ra được sản phẩm mới có khả năng dự báo được nguy cơ lỗi “mất cân bằng và bị lệch trục” đối với động cơ băng chuyền, dự báo được nguy cơ “nhiệt độ vùng luyện ảnh hưởng đến sản phẩm đèn”, dự báo được nguy cơ “điện áp của biến áp máy luyện ảnh hưởng đến sản phẩm đèn”. Đây là tiền đề quan trọng, là cơ sở cho nhóm nghiên cứu tiếp tục phát triển, hoàn thiện sản phẩm theo hướng ứng dụng này và mở rộng ứng dụng với các thiết bị khác, các ngành, lĩnh vực sản xuất khác.

Sản phẩm của đề tài được thử nghiệm và ứng dụng thành công trong thực tế sản xuất của Công ty Rạng Đông, đáp ứng chỉ tiêu chất lượng chủ yếu so với đăng ký. Thời gian tới, sản phẩm tiếp tục được triển khai sử dụng tại Công ty Rạng đông để thu thập thêm dữ liệu lỗi mới của thiết bị, từ đó nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục xây dựng thêm tập dữ liệu mẫu mới và huấn luyện mô hình để sản phẩm ngày càng nhận diện được nhiều nguy cơ lỗi của các thiết bị, chức năng phân tích dự báo của hệ thống sẽ ngày càng hoàn thiện hơn, giúp sản phẩm đến gần hơn với các doanh nghiệp, phục vụ thương mại hoá.