Tối ưu hóa thiết kế, gia công cơ khí từ ứng dụng AI

Vận hành dây chuyền gia công cơ khí tại Công ty Tomerco An Khang, Cụm công nghiệp Ngọc Liệp (Hà Nội). (Ảnh TUỆ NGHI)

Không chỉ là công cụ hỗ trợ, AI còn là động lực thúc đẩy sự đổi mới, giúp vượt qua các giới hạn của phương pháp truyền thống trong thiết kế và gia công. Trước đây, cơ khí Việt Nam chủ yếu dựa trên tự động hóa và điều khiển số, nhưng hiện nay xu hướng đang chuyển dịch mạnh mẽ sang sản xuất tự chủ thông minh - nơi máy móc, robot, hệ thống cảm biến, điều khiển thông minh tích hợp AI có thể tự ra quyết định, tự tối ưu và thích nghi với điều kiện sản xuất thực tế.

Tiến sĩ Nguyễn Lạc Hồng, Phó Chủ tịch Tổng hội Cơ khí Việt Nam nhận định, các công nghệ như dữ liệu lớn (Big Data), Internet vạn vật (IoT), công nghiệp và mô hình “bản sao số” đã tạo nên sự chuyển dịch mạnh mẽ trong cách thức thiết kế và gia công cơ khí. Thông qua học máy, nhiều phương án khác nhau được đưa ra, đánh giá theo tiêu chuẩn về độ bền, chi phí sản xuất hoặc trọng lượng trước khi đề xuất phương án tối ưu. Điều này đặc biệt hữu ích trong các ngành đòi hỏi độ chính xác cao như ô-tô, hàng không, robot và chế tạo máy. Trong gia công cơ khí, AI được tích hợp trực tiếp vào hệ thống điều khiển số (Computer Numerical Control-CNC) nhằm tối ưu hóa quá trình cắt gọt theo thời gian thực.

Thí dụ tiêu biểu là hệ thống FANUC Intelligent Edge Link & Drive (FIELD), kết hợp AI + IoT để đồng bộ dữ liệu từ nhiều máy CNC, phân tích trạng thái vận hành và tự động dự đoán lỗi trước khi xảy ra. Nhờ đó, AI giúp tăng hiệu suất cắt gọt từ 10-20% và giảm 40% thời gian thiết lập trong sản xuất hàng loạt. Bên cạnh đó còn hỗ trợ điều khiển thích nghi, trong đó hệ thống học từ dữ liệu quá khứ để xác định điều kiện gia công tối ưu cho từng vật liệu như titan hoặc hợp kim nhôm.

Nhận định về AI trong kỹ thuật cơ khí, Tiến sĩ Vũ Dương (Đại học Duy Tân) cho biết, Al được ứng dụng để tối ưu hóa thiết kế, quy trình sản xuất, kiểm soát chất lượng, dự đoán bảo trì và phát triển vật liệu mới giúp tăng năng suất, độ chính xác và hiệu quả tổng thể. Thêm vào đó, các thông số gia công như tốc độ cắt và tốc độ cấp liệu có thể được điều chỉnh linh hoạt để đạt hiệu quả tối ưu. Hệ thống sử dụng camera kết hợp với thuật toán AI để phân tích bề mặt sản phẩm và phát hiện các lỗi như nứt, cong vênh hoặc sai số kích thước.

Tuy có tiềm năng lớn, nhưng hiện nay, việc ứng dụng AI trong ngành cơ khí Việt Nam còn đối mặt nhiều rào cản. Theo Tiến sĩ Đinh Văn Chiến, Viện trưởng Viện Cơ khí-Tự động hóa và Môi trường, việc tận dụng tiềm năng của AI đòi hỏi chi phí và nguồn lực đáng kể: Đầu tư thành lập cơ sở hạ tầng AI; phần mềm chuyên dùng và tuyển dụng hoặc đào tạo nhân viên có tay nghề… Mặt khác, do nhu cầu về điện toán hiệu suất cao, có thể làm tăng chi phí vận hành, đòi hỏi phải đầu tư liên tục vào tài nguyên tính toán và bảo trì…

Mức độ ứng dụng AI hiện nay mới dừng ở giai đoạn thử nghiệm, chủ yếu tại các tập đoàn và viện nghiên cứu lớn. Hơn 90% doanh nghiệp cơ khí, đặc biệt là doanh nghiệp vừa và nhỏ chưa đủ điều kiện để triển khai rộng rãi AI trong sản xuất. Thách thức đầu tiên là dữ liệu sản xuất chưa được số hóa đồng bộ. Dữ liệu từ máy gia công, thiết bị đo kiểm hay phần mềm thiết kế vẫn còn phân tán hoặc không được lưu trữ theo chuẩn thống nhất. Điều này khiến mô hình AI thiếu dữ liệu để học và khó đạt độ chính xác cao.

Bên cạnh đó, thiếu hụt nhân lực liên ngành, các kỹ sư có hiểu biết đồng thời về cơ khí, AI và mô phỏng số còn rất ít. Trong khi đó, hệ thống sản xuất thông minh đòi hỏi lực lượng kỹ thuật có khả năng vận hành và bảo trì thiết bị tích hợp cảm biến, thuật toán học máy và mô hình số. Về công nghệ, nhiều thiết bị cơ khí thông minh hiện phải nhập khẩu với chi phí cao. AI tích hợp trên máy nhập khẩu thường vận hành như “hộp đen”, khó tùy chỉnh để phù hợp điều kiện sản xuất trong nước. Doanh nghiệp trong nước chưa làm chủ được các mô-đun cảm biến, hệ thống thu thập dữ liệu hay phần mềm mô phỏng có tích hợp AI.

Chiến lược quốc gia về nghiên cứu, phát triển và ứng dụng AI đến năm 2030 xác định cơ khí, chế tạo là một trong các lĩnh vực ưu tiên. AI đang và sẽ trở thành yếu tố cốt lõi định hình lại ngành cơ khí Việt Nam, chuyển dịch từ mô hình “thiết kế dựa trên kinh nghiệm” sang “thiết kế dựa trên dữ liệu và trí tuệ nhân tạo”. Đây không chỉ là định hướng công nghệ, mà còn là nhiệm vụ chiến lược của ngành cơ khí trong kỷ nguyên chuyển đổi số, góp phần đưa Việt Nam tiến tới nền sản xuất thông minh, tự chủ và cạnh tranh toàn cầu.

Tuy nhiên, để làm được điều này, theo các chuyên gia trong lĩnh vực cơ khí, cần có giải pháp mang tính chiến lược và đồng bộ. Trước hết, cần xây dựng kho dữ liệu cơ khí số hóa quốc gia, bao gồm dữ liệu thiết kế, gia công, mô phỏng và cảm biến. Kho dữ liệu này sẽ là nền tảng huấn luyện mô hình AI, giúp công nghệ được áp dụng rộng rãi hơn.

Đồng thời, phải đẩy mạnh đào tạo nhân lực liên ngành cơ khí - điện tử - AI, kết nối nhà trường và doanh nghiệp để kỹ sư có cơ hội thực hành trên dây chuyền thực tế. Ngoài ra, cần thúc đẩy nội địa hóa sản phẩm cơ khí thông minh. Việc phát triển phần mềm điều khiển máy gia công, hệ thống thị giác máy hoặc mô hình bản sao số “Make in Vietnam” sẽ giúp doanh nghiệp giảm chi phí và chủ động công nghệ. Cùng với đó, cần tăng cường hợp tác nghiên cứu giữa các viện - trường - doanh nghiệp nhằm hình thành hệ sinh thái cơ khí thông minh, tạo điều kiện thử nghiệm và hoàn thiện công nghệ trước khi đưa ra thị trường.

QUANG MINH