WGPSG (30.6.2020) – Cuộc cách mạng công nghiệp 5.0: Kết hợp hài hòa giữa con người và máy móc tự trị để giải quyết tình trạng thất nghiệp và ô nhiễm môi trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu cá nhân hóa sản phẩm.
1. Các cuộc cách mạng công nghiệp
Thế giới đã trải qua 4 cuộc cách mạng công nghiệp và đang tiến vào cuộc cách mạng công nghiệp 5.0.
Cách mạng công nghiệp 1.0 ra đời từ năm 1780 với năng lượng cơ học được tạo ra từ hơi nước và nhiên liệu hóa thạch.
Cách mạng công nghiệp 2.0 bắt đầu từ năm 1870 với điện năng và việc sản xuất dây chuyền hàng loạt.
Cách mạng công nghiệp 3.0 khởi sự từ năm 1970 với điện tử, công nghệ thông tin và tự động hóa việc sản xuất.
Cách mạng công nghiệp 4.0 xuất hiện vào đầu thế kỷ 21 với việc sử dụng Internet vạn vật (IoT) và điện toán đám mây, để tạo ra tương tác ‘thực tại – ảo (AR)’ nối kết thế giới ảo và thế giới thực với nhau (được gọi là những ‘Hệ thống không gian mạng – vật lý’).
Tiếp theo, mặc dù cách mạng công nghiệp 4.0 chưa phát triển hết mức, nhiều nhà tiên phong trong ngành và các nhà lãnh đạo công nghệ đã hướng tới cuộc cách mạng công nghiệp 5.0: Kết hợp hài hòa giữa con người và máy móc tự trị để giải quyết tình trạng thất nghiệp và ô nhiễm môi trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu cá nhân hóa sản phẩm.
2. Bối cảnh của Công nghiệp mới: đi từ Công nghiệp 4.0
Bắt nguồn từ một dự án của chính phủ Đức, cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 là một chiến lược chủ động nhằm chuyển đổi các tác nhân sản xuất từ các ‘Hệ thống hoàn toàn Vật lý’ sang các ‘Hệ thống không gian Mạng – Vật lý (CPS: Cyber Physical System)’.
Như vậy, nền tảng của Công nghiệp 4.0 là dựa trên hệ thống CPS (Mạng – Vật lý), và giao tiếp với nhau thông qua IoT (Internet vạn vật).
Trao đổi thông tin theo thời gian thực giữa các hệ thống CPS (Mạng – Vật lý) sẽ tạo ra một khối lượng lớn dữ liệu, đòi hỏi phải có một phương pháp lưu trữ có hiệu quả và an toàn. Giải pháp phổ biến nhất hiện nay chính là Lưu trữ đám mây.
Và để có được thông tin hữu ích từ các khối dữ liệu thô khổng lồ này, người ta cần phải phân tích chúng. Việc kết hợp các dữ liệu được phân tích thông qua IoT (Internet vạn vật) đã làm xuất hiện khái niệm ‘Internet công nghiệp’: kết nối thế giới kỹ thuật số và thế giới thực.
Và như thế, các động lực chính yếu của Công nghiệp 4.0 là:
- Hội nhập kinh doanh và sản xuất;
- Thực hiện các ứng dụng liên kết không gian mạng và không gian đời thực;
- Thực hiện ‘Dây chuyền sản xuất hiệu quả’ và ‘sản phẩm thông minh’.
Các khái niệm mới của Công nghiệp 4.0 bao gồm: hệ thống CPS (Mạng – Vật lý), IoT (Internet vạn vật), nhà máy thông minh, dữ liệu lớn, lưu trữ đám mây và mạng an ninh tự chủ.
Về hiệu quả, Công nghiệp 4.0 giảm thiểu được các loại chi phí:
- Chi phí sản xuất: giảm từ 10% đến 30%;
- Chi phí hậu cần: giảm từ 10% đến 30%;
- Chi phí quản lý: giảm từ 10% đến 20%.
Tóm lại, Công nghiệp 4.0 sử dụng IoT (Internet vạn vật) như là không gian sản xuất và sau đó phân tích dữ liệu lớn được thu thập trên bộ lưu trữ đám mây để làm tăng hiệu quả cho mức độ tự chủ và an ninh của Mạng.
3. Giải quyết các vấn đề của Công nghệ 4.0
Công nghiệp 4.0 cốt yếu bao gồm việc tự động hóa các quy trình và thực hiện ‘điện toán biên’ (nối kết không gian mạng và không gian thực, với các dụng cụ thuận tiện).
Trọng tâm duy nhất của nó là nâng cao hiệu quả sản xuất và, do việc tối ưu hóa các quy trình sản xuất, nó vô tình bỏ qua chi phí dành cho nhân công, có nguy cơ khiến cho nhiều người phải thất nghiệp. Đây là vấn đề lớn nhất sẽ xảy ra khi toàn bộ công nghệ 4.0 phát huy tác dụng. Do đó, nó sẽ phải đối mặt với sự kháng cự từ các công đoàn và chính trị gia. Sự kháng cự này sẽ làm vô hiệu hóa một số lợi ích của Công nghiệp 4.0, khi ngày càng có nhiều áp lực đòi phải gia tăng số lượng việc làm cho con người.
Thêm vào đó, ô nhiễm môi trường đang gia tăng cách khủng khiếp, bắt đầu từ cuộc Cách mạng Công nghiệp 2.0.
Và Cách mạng công nghiệp 5.0 đã được hình thành để giải quyết các vấn đề này: đưa đông đảo những con người lao động trở lại nhà máy, đồng thời tập trung hơn vào việc giảm thiểu các tác động bất lợi cho môi trường.
4. Công nghiệp 5.0 giải quyết vấn đề môi trường
Mặc dù trong thập kỷ vừa qua, đã có nhiều thuật toán AI được sử dụng để nghiên cứu từ viễn tượng môi trường bền vững, nhưng Công nghiệp 4.0 đã không tập trung mạnh mẽ vào việc này, không tập trung cải thiện các công nghệ để củng cố tính bền vững môi trường của trái đất. Vì thế môi trường vẫn đang bị ô nhiễm một cách trầm trọng như là một trong những hậu quả xấu của các cuộc cách mạng công nghiệp.
Người ta đã nhắm thực hiện Cách mạng công nghiệp 5.0 để giải quyết vấn đề này. Chẳng hạn, Kế hoạch Khoa học Công nghệ lần thứ 5 của Chính phủ Nhật (2016-2020) đã đề xuất khái niệm Xã hội 5.0, trong đó con người sẽ giải quyết được các vấn đề như biến đổi khí hậu, ùn tắc giao thông, thiếu lương thực, xóa khoảng cách giàu nghèo. Con người sẽ được hưởng những sản phẩm, dịch vụ, tiện ích tốt hơn, với số lượng vừa đủ, tại thời điểm phù hợp nhất.
5. Công nghiệp 5.0: Robot trở thành Cobot
Đưa đông đảo con người lao động trở lại nhà máy, cuộc Cách mạng công nghiệp 5.0 sẽ kết hợp hài hòa giữa con người và máy móc thông minh, để tiếp tục sử dụng năng lực trí tuệ và sức sáng tạo của con người, hầu tăng cường hiệu quả của quy trình sản xuất.
Trong khi mối quan tâm chính trong Công nghiệp 4.0 là về tự động hóa, thì Công nghiệp 5.0 sẽ quan tâm đặc biệt về sự kết hợp hài hòa giữa con người và máy móc tự trị.
Lực lượng máy móc tự trị sẽ nhận ra và hiểu được ý muốn của con người. Loài người sẽ làm việc cùng với robot, không những không sợ hãi mà còn yên tâm khi biết rằng đồng nghiệp robot của họ hiểu rất rõ về họ và có khả năng hợp tác cách hiệu quả và hài hòa với họ.
Công nghiệp 5.0 sẽ thay đổi định nghĩa của từ robot. Robot sẽ không chỉ là một cỗ máy lập trình có thể thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, mà còn biến thành người bạn đồng hành lý tưởng của con người trong mọi tình huống.
Cung cấp các sản phẩm robot thông minh với sự tiếp xúc của con người, cuộc cách mạng công nghiệp 5.0 sẽ giới thiệu thế hệ robot tiếp theo, thường được gọi là cobots (collaborative robots) – tức là những ‘robot hợp tác’, luôn hiểu biết hoặc nhanh chóng tìm hiểu xem chúng cần phải làm gì để hỗ trợ con người.
Những ‘robot hợp tác’ này sẽ nhận thức được sự hiện diện của con người; do đó, chúng sẽ quan tâm đến các tiêu chí an toàn và rủi ro. Chúng có thể nhận thấy, hiểu được và cảm nhận được không chỉ con người, mà cả mục tiêu và kỳ vọng của nhân vật điều hành.
Giống như người học việc, cobot sẽ nhìn xem và tìm hiểu cách thức một cá nhân thực hiện nhiệm vụ của họ. Một khi đã tìm hiểu xong, cobot sẽ thực hiện các nhiệm vụ y như một con người. Do đó, con người sẽ cảm thấy thỏa mãn khi làm việc cùng với các cobot.
Khái niệm về Công nghiệp 5.0 có thể được hình dung qua một ví dụ về dây chuyền sản xuất. Nó cho thấy một công nhân đang làm việc trong một bộ máy dây chuyền lắp ráp cơ điện.
Người công nhân bắt đầu làm nhiệm vụ. Và một cobot sử dụng máy ảnh trên một trục quay để quan sát quá trình. Máy ảnh này hoạt động như cặp mắt của cobot.
Cobot cũng được kết nối với một máy tính xử lý để lấy ra hình ảnh, rồi xử lý hình ảnh, và học các kiểu mẫu bằng cách sử dụng máy học hỏi.
Nó quan sát con người, theo dõi môi trường, và suy ra những gì mà người vận hành sẽ làm tiếp theo, bằng cách ‘học tập sâu’ để phân tích ý định của con người.
Một cảm biến quan trọng có thể được sử dụng để hiểu ý định của con người là ‘quang phổ chức năng cận hồng ngoại’ (fNIRS), qua kênh liên lạc không dây, để lấy tín hiệu từ não người. fNIRS khá phù hợp cho nhiệm vụ này vì nó có dạng tai nghe và không cần các bước thiết lập và hiệu chỉnh tốn thời gian.
Một khi cobot đã tự tin vào những dự đoán của nó, nó sẽ ra sức giúp đỡ người lao động. Nó sẽ giống như một con người khác, đang đứng cùng người lao động và ra sức giúp đỡ người này.
Ví dụ, khi cobot dự đoán rằng người lao động sắp sử dụng một dụng cụ nào đó, nó sẽ tự động đi lấy và mang dụng cụ đó đến cho người lao động đúng lúc người này cần đến. Quá trình này diễn ra liền mạch để người lao động không phải khựng lại trong quy trình làm việc của mình.
Như vậy quá trình hoạt động của cobot thông minh này sẽ diễn ra như sau:
(1) Cobot quan sát một người đang lao động.
(2) Cobot phân tích ý định của người này qua máy quan sát trực quan (máy ảnh RGB) và cảm biến quang phổ chức năng cận hồng ngoại (fNIRS).
(3) và (4) Cobot bắt đầu di chuyển đến nơi có đồ vật mà người lao động sắp cần đến.
(5) Cobot cầm lấy đồ vật này.
(6) Cobot mang đồ vật đến vị trí làm việc của người đang lao động.
(7) Cobot trao đồ vật vào bàn tay người lao động đúng lúc họ cần.
Cách mạng công nghiệp 5.0 cũng sẽ tạo ra một chức vụ sản xuất mới: CRO (Chief Robotics Officer: Chánh văn phòng robot). CRO là một cá nhân có chuyên môn trong việc hiểu robot và hiểu tương tác của chúng với con người.
CRO sẽ chịu trách nhiệm đưa ra quyết định thêm hoặc bớt các máy móc hoặc các robot tại nhà máy để đạt được vận hành tối ưu và hiệu quả.
CRO là người có kinh nghiệm về robot, về trí thông minh nhân tạo, về mẫu nhân tố con người và tương tác giữa con người với máy móc.
CRO được trang bị các ‘kỹ thuật robot hợp tác’ và, nhờ biết tận dụng máy tính cao cấp, họ sẽ được đặt vào một vị trí thích hợp để tích cực quản lý môi trường. Điều này cuối cùng sẽ làm tăng tính bền vững của nền văn minh nhân loại bằng cách giảm thiểu ô nhiễm và chất thải để bảo tồn trái đất.
6. Công nghiệp 5.0: Cá nhân hóa sản phẩm
Bằng cách đưa con người trở lại sản xuất công nghiệp với sự phối hợp thông minh hài hòa của các cobot, người công nhân sẽ được nâng cao kĩ năng để có thể đáp ứng nhu cầu ‘cá nhân hoá’ sản phẩm của khách hàng.
Nền công nghiệp 4.0 bắt đầu chuyển sang công nghiệp 5.0 khi chúng ta bắt đầu cho phép khách hàng tùy chỉnh sản phẩm theo những gì họ muốn. Khách hàng có thể thiết kế chương trình trực tuyến, lựa chọn chi tiết vật liệu, lựa chọn nhà cung cấp, lựa chọn nhà sản xuất… từ bất cứ nơi nào trên thế giới, với yêu cầu tốt nhất, công nghệ tốt nhất, mức giá tốt nhất…
Ví dụ, khách hàng có thể vào trang web của hãng xe hơi BMW và chọn loại xe họ muốn với hàng ngàn biến số khác nhau, không chỉ màu sắc, đèn pha, nội thất… mà còn rất nhiều chi tiết khác. Công nghiệp 5.0 đưa khái niệm ‘cá nhân hóa’ lên một tầm cao mới, đặc biệt trong lãnh vực sức khỏe. Có các ứng dụng thông minh thực hiện việc ‘cá nhân hóa điều trị y tế’: tóm tắt lối sống, yêu cầu sức khỏe và thể trạng của bệnh nhân để tạo ra một chế độ chăm sóc sức khỏe hoàn toàn tùy chỉnh và thích hợp với từng bệnh nhân. Trong lãnh vực phẫu thuật, với chuyên môn của một bác sĩ phẫu thuật được đào tạo và sự chính xác của một trợ lý cobot, các phòng phẫu thuật sẽ phục vụ bệnh nhân cách nhanh gọn và hữu hiệu. Các cơ quan cấy ghép y tế, truyền máu, trị tiểu đường và một loạt các ứng dụng y tế khác có thể được hưởng lợi từ các quy trình sản xuất được hỗ trợ bởi cobot và hợp tác với AI.
Trong Công nghiệp 5.0, quyền tự do ‘thiết kế – phản ứng – sáng tạo sản phẩm’ được trao lại cho người sử dụng sản phẩm. Con người có nhiều trách nhiệm hơn và người ta xử lí công việc trong một môi trường rộng lớn hơn nhưng dễ dàng hơn, và an toàn hơn các môi trường trước đây. Các nhà sản xuất trong các xưởng sản xuất bắt đầu cho phép các sản phẩm mang tính cá nhân hoá và chuyên biệt hơn.
Công nghiệp 5.0 sẽ cho khách hàng tham gia nhiều hơn vào việc thiết kế và chế tạo sản phẩm theo mục tiêu sử dụng của từng cá nhân bởi vì họ có nhiều thông tin hơn. Chính vì vậy, Công nghiệp 5.0 sẽ tạo ra nhiều việc làm hơn. Một số lượng lớn các công việc sẽ được tạo ra trong lĩnh vực hệ thống thông minh, lập trình AI và robot, bảo trì, đào tạo, lên lịch, tái sử dụng và phát minh ra các loại robot sản xuất mới.
7. Đào tạo ảo
Công nghiệp 5.0 rất cần đến chương trình đào tạo ảo. Người ta đã bắt đầu thực hiện việc đào tạo ảo từ năm 1997 trong đó, học viên học một nhiệm vụ hoặc kỹ năng cụ thể trong một môi trường ảo. Khi huấn luyện viên và học viên không sống cùng một nơi, loại hình đào tạo này giúp giảm thiểu chi phí và thời gian đi lại cho cả hai bên.
Đào tạo ảo có thể cung cấp một môi trường an toàn và chính xác để đào tạo một lực lượng lao động lành nghề, tránh được những nguy hiểm và rủi ro mà họ có thể gặp phải khi được huấn luyện trong không gian thực.
8. Hệ thống máy móc tự trị thông minh
Hệ thống máy móc tự trị thông minh trong Công nghiệp 5.0 khác biệt đáng kể so với những gì được gọi là tự động hóa trong Công nghiệp 3.0.
Các hệ thống máy móc tự trị thông minh – cùng với các cobot – cần có được những cảm nhận giống như con người. Ví dụ, một người lao động sẽ ngừng làm việc khi nghi ngờ có điều gì đó bất thường trong không gian làm việc của mình. Đây là hành vi dự đoán rất quan trọng trong việc ngăn ngừa tai nạn tại nơi làm việc. Điều này được gọi là ‘công nghệ tầm nhìn và cảm giác’.
Các cobot sẽ được trang bị các ‘công nghệ tầm nhìn và cảm giác’ này, đồng thời chúng cũng phải ước tính được nhu cầu cần hỗ trợ, đánh giá rủi ro trong việc hỗ trợ, theo dõi các yếu tố an toàn và sau đó tiếp cận một cách an toàn để hỗ trợ con người. Chúng cũng cần được cung cấp khả năng ‘bản địa hóa’ và tính toán chính xác.
Các phương pháp ‘Học Tập Sâu (Deep Learning) ’ sẽ giúp các cobot đạt được những điều này. Các chiến lược ‘Học Tập Sâu’ về cơ bản được thành lập dựa trên các mạng lưới thần kinh nhân tạo.
9. Hệ thống sản xuất của Công nghiệp 5.0
Công nghiệp 5.0 sẽ mang lại những thách thức chưa từng có trong quá trình tương tác giữa máy móc và con người (HMI: Human-Machine Interface) vì nó sẽ đưa máy móc đến rất gần với cuộc sống hằng ngày của bất kỳ con người nào.
Công nghiệp 5.0 sẽ cách mạng hóa các hệ thống sản xuất trên toàn cầu khiến cho những người lao động không phải làm những công việc buồn tẻ, bẩn thỉu và lặp đi lặp lại, để đảm nhận những công việc hứng khởi mà hoạt động và sáng tạo nhiều hơn.
Người ta sẽ làm ra các robot rẻ hơn và có khả năng cao, được tạo thành từ các vật liệu tiên tiến như carbon và vật liệu nhẹ nhưng mạnh, được cung cấp bởi các gói pin được tối ưu hóa cao, với quy trình xử lý dữ liệu mạnh hơn và một mạng lưới các cảm biến thông minh hơn.
Công nghiệp 5.0 sẽ tăng năng suất và hiệu quả hoạt động, thân thiện với môi trường, giảm nguy cơ chấn thương và rút ngắn chu kỳ thời gian sản xuất.
10. Kết luận
Cuộc cách mạng công nghiệp 5.0 sẽ xuất hiện khi ba yếu tố chính của mạng công nghiệp hiện đại – là các thiết bị thông minh, hệ thống thông minh và tự động hóa thông minh – kết hợp hoàn toàn với thế giới vật lý, và hợp tác hài hòa với trí thông minh của con người.
Thuật ngữ ‘Tự động hóa trực tuyến (online automation)’ sẽ là một cụm từ đẹp của Công nghiệp 5.0 – mô tả các ‘cobot tự trị’ hợp tác tốt đẹp với con người trong cùng một thời gian và không gian làm việc. Sự tin tưởng và độ tin cậy giữa hai bên sẽ đạt được hiệu quả đầy hứa hẹn, sản xuất tùy chỉnh và phong phú, với số lượng chất thải tối thiểu, bảo vệ được môi trường, gia tăng việc làm hứng khởi cho con người, và tạo ra vô số sản phẩm mang dấu ấn cá nhân thích hợp cho từng khách hàng.
Đặc tính rất nhân văn của Cách mạng công nghiệp 5.0 tất nhiên cũng cần sự đóng góp tích cực của mọi Kitô hữu khi họ cố gắng nhận ra dấu chỉ của thời đại mà hoạt động và hợp tác với mọi người đúng với tinh thần của Tin Mừng.
Lm Giuse Vi Hữu
THAM KHẢO
- Saeid Nahavandi, Industry, 5.0 – A Human-Centric, 2019.
- Anand Birje, A vision for Industry 5.0: Humans augmented with cobots and connectivity, 2020.
- M Ramesh, Cobots expected to play increasing role in post-Covid-19 automation, 2020.
- Phill Cartwright, What will Industry 5.0 mean for manufacturing?, 2018.
- Global Briefing Report Society 5.0 Feature, Society 5.0 – Updates on Japanese Business and Economy, 2019
- Cabinet Office, Government of Japan, Society 5.0, 2020.
