CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

Khái niệm cách mạng công nghiệp 4.0 hay cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 là khái niệm đã không còn xa lạ với tất cả mọi người. Trên các phương tiện truyền thông, từ báo đài, báo giấy, mạng xã hội… ở đâu cũng nhắc đến từ nóng “4.0” này. Vậy Cách mạng công nghiệp 4.0 thực sự là gì, mà được truyên thông thổi phồng đến vậy?

Khái niệm cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4

hay Industry 4.0 lần đầu được GS. Klaus Schwab, người Đức, Chủ tịch Diễn đàn Kinh tế Thế giới Davos đưa ra và đó cũng là chủ đề chính của diễn đàn kinh tế lớn nhất thế giới năm 2016. Cuộc CMCN thứ 4 hay Công nghiệp 4.0, là xu hướng hiện tại của trí tuệ nhân tạo và trao đổi dữ liệu trong công nghệ sản xuất.

“We must develop a comprehensive and globally shared view of how technology is affecting our lives and reshaping our economic, social, cultural, and human environments. There has never been a time of greater promise, or greater peril.” — Klaus Schwab

Cuộc CMCN lần thứ 4 không chỉ là về các máy móc, hệ thống thông minh và được kết nối, mà còn có phạm vi rộng lớn hơn nhiều. Đồng thời là các làn sóng của những đột phá xa hơn trong các lĩnh vực khác nhau từ mã hóa chuỗi gen cho tới công nghệ nano, từ các năng lượng tái tạo tới tính toán lượng tử. Công nghiệp 4.0 tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các "nhà máy thông minh" hay “nhà máy số”. Trong các nhà máy thông minh này, các hệ thống vật lý không gian ảo sẽ giám sát các quá trình vật lý, tạo ra một bản sao ảo của thế giới vật lý. Với IoT, các hệ thống vật lý không gian ảo này tương tác với nhau và với con người theo thời gian thực, và thông qua IoS thì người dùng sẽ được tham gia vào chuỗi giá trị thông qua việc sử dụng các dịch vụ này.

Nguyên lý thiết kế - Design Principles

4 nguyên lý chính của cách mạng công nghiệp 4.0

• Interoperability (Khả năng tương tác): Khả năng của các thiết bị, máy móc, sensor và con người kết nối và giao tiếp với nhau thông qua IoT hoặc IoP.
• Information transparency (Minh bạch thông tin): Khả năng mô hình hóa thế giới thực vào vào các hệ thống thông tin thông qua các mô hình kỹ thuật số với sensor dữ liệu.
• Technical assistance (Kỹ thuật hỗ trợ): Khả năng các hệ thống hỗ trợ con người tổng hợp, đưa ra các quyết định chính xác hơn trong thời gian ngắn. Máy móc giúp con người thực hiện các công việc lặp lại và nguy hiểm.
• Decentralized decisions (Phân cấp quyết định): Khả năng tự quyết định của máy móc trong khi thực hiện các nhiệm vụ. Trong trường hợp ngoại lệ hoặc mâu thuẫn, nhiệm vụ sẽ được chuyển cho các cấp cao hơn.

Cách mạng công nghiệp 4.0 – Tái phát minh factory stack

If you went to bed last night as an industrial company, you’re going to wake up today as a software and analytics company.

Một điều ngạc nhiên là các nhà máy tự động hóa không có sự tác động của con người đã hoạt động 24/7 từ những năm 80 của thế kỷ trước. Với sự phát triển hàm mũ của công nghệ ngày nay, các co-bots ngày càng thông minh và đảm nhận nhiều vị trí trong dây chuyền sản xuất. Tuy nhiên không vì thế mà chúng thay thế hoàn toàn con người, máy móc giúp chúng ta hoàn thành công việc tốt hơn và điều chúng ta cần làm là điều khiển và vận hành chúng tốt. Dữ liệu và phần mềm đang thay đổi lớn tới các nhà máy, từ nguồn dữ liệu về người dùng này càng khổng lồ. Các nhà máy đang chuyển sang bán product as a service hay solution as a service thay vì sản phẩm đơn lẻ thông thường. Điều này nghe giống như chúng ta đang nói đến xu hướng hiện nay các công ty phần mềm chuyển từ software sang SaaS.

• Đối với các nhà sản xuất: Công ty có thể nhận được lợi nhuận lâu dài và ổn định dựa trên khách hàng.
• Đối với người mua: Các dịch vụ bảo trì và cập nhật cũng được cung cấp tốt hơn trước.

Nhìn lại các cuộc cách mạng công nghiệp trong lịch sử

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất: Nổ ra vào khoảng năm 1784. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất này là việc sử dụng năng lượng nước, hơi nước và cơ giới hóa sản xuất. Cuộc cách mạng công nghiệp này được đánh dấu bởi dấu mốc quan trọng là việc James Watt phát minh ra động cơ hơi nước năm 1784. Phát minh vĩ đại này đã châm ngòi cho sự bùng nổ của công nghiệp thế kỷ 19 lan rộng từ Anh đến châu Âu và Hoa Kỳ. Cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lịch sử nhân loại – kỷ nguyên sản xuất cơ khí, cơ giới hóa. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất đã thay thế hệ thống kỹ thuật cũ có tính truyền thống của thời đại nông nghiệp (kéo dài 17 thế kỷ), chủ yếu dựa vào gỗ, sức mạnh cơ bắp (lao động thủ công), sức nước, sức gió và sức kéo động vật bằng một hệ thống kỹ thuật mới với nguồn động lực là máy hơi nước và nguồn nguyên, nhiên vật liệu và năng lượng mới là sắt và than đá. Nó khiến lực lượng sản xuất được thúc đẩy phát triển mạnh mẽ, tạo nên tình thế phát triển vượt bậc của nền công nghiệp và nền kinh tế. Đây là giai đoạn quá độ từ nền sản xuất nông nghiệp sang nền sản xuất cơ giới trên cơ sở khoa học. Tiền đề kinh tế chính của bước quá độ này là sự chiến thắng của các quan hệ sản xuất tư bản chủ nghĩa, còn tiền đề khoa học là việc tạo ra nền khoa học mới, có tính thực nghiệm nhờ cuộc cách mạng trong khoa học vào thế kỷ XVII. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2 ra đời từ khoảng năm 1870 đến khi Thế Chiến I nổ ra. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần này là việc sử dụng năng lượng điện và sự ra đời của các dây chuyền sản xuất hàng loạt trên quy mô lớn. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai diễn ra khi có sự phát triển của ngành điện, vận tải, hóa học, sản xuất thép, và (đặc biệt) là sản xuất và tiêu dùng hàng loạt. Cuộc CMCN lần thứ 2 đã tạo nên những tiền đề mới và cơ sở vững chắc để phát triển nền công nghiệp ở mức cao hơn nữa. Cuộc cách mạng này được chuẩn bị bằng quá trình phát triển 100 năm của các lực lượng sản xuất trên cơ sở của nền sản xuất đại cơ khí và bằng sự phát triển của khoa học trên cơ sở kỹ thuật. Yếu tố quyết định của cuộc cách mạng này là chuyển sang sản xuất trên cơ sở điện – cơ khí và sang giai đoạn tự động hóa cục bộ trong sản xuất, tạo ra các ngành mới trên cơ sở khoa học thuần túy, biến khoa học thành một ngành lao động đặc biệt. Cuộc cách này đã mở ra kỷ nguyên sản xuất hàng loạt, được thúc đẩy bởi sự ra đời của điện và dây chuyền lắp ráp. Công nghiệp hóa thậm chí còn lan rộng hơn tới Nhật Bản sau thời Minh Trị Duy Tân, và thâm nhập sâu vào nước Nga, nước đã phát triển bùng nổ vào đầu Thế Chiến I. Về tư tưởng kinh tế – xã hội, cuộc cách mạng này tạo ra những tiền đề thắng lợi của chủ nghĩa xã hội ở quy mô thế giới. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3 xuất hiện vào khoảng từ 1969, với sự ra đời và lan tỏa của công nghệ thông tin (CNTT), sử dụng điện tử và công nghệ thông tin để tự động hóa sản xuất. Cuộc cách mạng này thường được gọi là cuộc cách mạng máy tính hay cách mạng số bởi vì nó được xúc tác bởi sự phát triển của chất bán dẫn, siêu máy tính, máy tính cá nhân (thập niên 1970 và 1980) và Internet (thập niên 1990). Cuộc cách mạng này đã tạo điều kiện tiết kiện các tài nguyên thiên nhiên và các nguồn lực xã hội, cho phép chi phí tương đối ít hơn các phương tiện sản xuất để tạo ra cùng một khối lượng hàng hóa tiêu dùng. Kết quả, đã kéo theo sự thay đổi cơ cấu của nền sản xuất xã hội cũng như những mối tương quan giữa các khu vực I (nông - lâm - thủy sản), II (công nghiệp và xây dựng) và III (dịch vụ) của nền sản xuất xã hội. Làm thay đổi tận gốc các lực lượng sản xuất, cuộc Cách mạng KH&CN hiện đại đã tác động tới mọi lĩnh vực đời sống xã hội loài người, nhất là ở các nước tư bản chủ nghĩa phát triển vì đây chính là nơi phát sinh của cuộc cách mạng này.

Các cốt lõi của cách mạng công nghiệp 4.0:

Khoa học máy tính là nền tảng hỗ trợ tất cả các ngày khoa học đi đầu trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư.

Trí tuệ nhân tạo:

Trí thông minh nhân tạo lần đầu tiên được con người biết đến với dự án Deep Blue của IBM năm 1997 đã đánh thắng con người trong bộ môn cờ vua. Deep Blue xây dựng 1 máy chủ với 30 máy con được tích hợp vi xử lý 120MHz/mỗi máy và 480 chip VLSI đặc thù được dùng để tính toán ra 200 triệu vị trí bàn cờ trong một giây. Deep Blue đã dự đoán tất cả các nước đi của con người bắng cách chỉ ra các phép tính kiểu “trâu bò”. Ngày nay, con người hầu như không thể đánh thắng máy trong các app cờ vua. AphaGo của Google năm 2015 lại thắng con người trong bộ môn cờ vây nhưng theo một hướng hoàn toàn khác. Máy tính truyền thống với năng lực tính toán có giới hạn. Khó có thể tạo ra một server farm để tính toán được tất cả các nước đi tiếp theo của trò chơi này. Lúc này, vai trò của học máy xuất hiện. AphaGo trở thành một kỳ thủ giỏi không phải nhờ vào khả năng tính toán tất cả các nước đi như DeepBlue. AphaGo thu thập dữ liệu từ các trận đấu trước của kỳ thủ, bằng cách học như con người, AlphaGo tỏ ra hoàn toàn mạnh mẽ so với các tính toán “tủn mủn” của DeepBlue. Hơn thế nữa, AlphaGo ngày càng “thông minh” nhờ thu nhập thêm các bộ dữ liệu từ các kỳ thủ khác và dựa vào tự đánh với chính mình. Bất chấp những lợi thế to lớn kể trên như vậy nhưng trí tuệ nhân tạo thực sự vẫn thua xa với trí tuệ con người. Cờ vây dĩ nhiên vẫn có thể số hóa với 0 hoặc 1 tương tự quân đen hoặc trắng. Một câu hỏi đơn giản là làm sao máy tính có thể nhận ra “đây là bức ảnh một con mèo”. Khi tất cả những gì nó nhận vào là một file ảnh JPG 500kb.

Đã từ lâu, các bộ não thiên tài của loài người đã nghĩ ra cách để dạy máy móc biết nhận diện con mèo trong bức ảnh. Chúng ta không có cách nào khác là ngồi và nghĩ ra những đặc điểm của con mèo (bốn chân, chân dài từ 5 đến 15cm, mồm có lông, mũi hình gần giống tam giác…). Mỗi đặc điểm chung chung này lại cần phải được phân tích thêm thành những đặc điểm chi tiết hơn để đến cuối cùng, chúng ta có được một bộ rất nhiều các đặc điểm loài mèo đã được “số hóa” triệt để thành các dòng code phức tạp. Một trong những cách thực hiện quá trình dạy và học này là qua các mạng nơ-ron (neural network). Ở một neuron (“nơ-ron”) – là một hình tròn trong bức ảnh ở trên, máy tính sẽ thực hiện một phép tính toán nào đó (bằng code, bằng byte, bằng mã nhị phân v…v..) để đưa ra một kết luận nhỏ: liệu dữ liệu được đưa vào “neuron” này có giống với dữ liệu thường có trên một bức ảnh chụp con mèo hay không? Nhiều lớp neuron kết hợp cùng nhau tạo thành một bộ lọc tổng thể: trên hình ảnh vừa “đọc”, có thể đưa ra kết luận “là con mèo” hay không? Kỷ nguyên deep learning chính thức bắt đầu: chỉ cần khiến mạng neural network “sâu” hơn (nói nôm na: “sâu” trong “deep learning” có nghĩa là nhiều lớp), con người đã có thể nâng khả năng suy nghĩ của máy móc lên một đẳng cấp khác. Thay vì tốn công đánh dấu dữ liệu, hoặc thậm chí là cố gắng đi tìm những dấu hiệu mà chúng ta không hề biết đến (ví dụ, triệu chứng ung thư từ bản scan), con người đơn giản chỉ cần đi mua những chiếc card màn hình nhiều nhân CUDA hơn, hoặc mua thêm card màn hình để chúng tự hình thành khái niệm “mèo” của riêng mình thay vì phải được dạy “thế nào là mèo”. Các topic khác: IoT, Block Chain, new business model, industrial internet… …