Điểm danh các khối kiến tạo hệ thống số đóng vai trò quan trọng trong chuyển đổi số

Tất cả các hệ thống số đều có chung đặc điểm là được tạo ra từ cùng một số khối kiến tạo nhất định, sự khác nhau chỉ nằm ở quy mô của từng hệ thống. Nghiên cứu về từng khối kiến tạo này cho chúng ta hiểu biết sâu hơn về vai trò và đặc điểm của từng khối, qua đó, chủ động hơn trong việc thiết kế, vận hành và phát triển các hệ thống số - thành phần cơ bản của một xã hội số. 

Trong quá trình chuyển đổi số (CĐS), một dạng hệ thống mới được tạo ra có những đặc điểm khác hẳn so với những hệ thống đã hình thành trước đó trong kỷ nguyên điện tử: chúng có khả năng tự vận hành. Để có thể tạo ra một hệ thống tự vận hành, một loạt yêu cầu sau phải được đáp ứng: Thứ nhất là phải có khả năng tự thu thập dữ liệu theo thời gian thực. Thứ hai là phải có khả năng mô tả tường minh quy trình vận hành mong muốn để AI có thể hiểu và lập trình (coding) cho quy trình đó. Thứ ba là phải có khả năng xử lý tình huống theo thời gian thực. Thứ tư là phải tự động điều khiển được quy trình vận hành thích ứng với mọi biến động. Thứ năm là phải có cơ chế tự học để tối ưu hóa hoạt động của hệ thống. Cuối cùng, thứ sáu là phải có khả năng tích hợp tri thức đa ngành vào quy trình hoạt động tối ưu thì hệ thống mới đạt được đẳng cấp thực sự là hệ thống số theo quan điểm công nghiệp 4.0 (Industry 4.0).

Ứng với mỗi yêu cầu này là một khối kiến tạo tham gia vào việc tạo ra một hệ thống số hoàn chỉnh như dưới đây.    

Khối IoT

Trong phương thức sản xuất (PTSX) thủ công và điện tử, việc thu thập dữ liệu do con người thực hiện. Vì những hạn chế vật lý tự nhiên, con người không có khả năng thu thập được đầy đủ mọi dữ liệu cần thiết, dữ liệu được thu thập không chính xác (vì mang tính chủ quan của con người) và không kịp thời (theo nghĩa thời gian thực). Những hạn chế này trực tiếp kìm hãm sự phát triển như ngưỡng chặn không thể vượt qua. Vì thế, làm thế nào thu thập được dữ liệu đầy đủ, chính xác và kịp thời sẽ mở ra một kỷ nguyên mới làm thay đổi PTSX của cả xã hội. Đây là nguyên nhân thúc đẩy mạnh mẽ ngành chế tạo IoT (Internet of Things – các thiết bị kết nối vạn vật vào Internet gồm các sensors, camera, GPS, RFID,… gọi chung là IoT). IoT là thiết bị được sử dụng để tự động thu thập dữ liệu. Tuy nhiên, chúng không thể tự vận hành mà cần có cơ chế quản trị chúng. Có một vài cơ chế như vậy, trong đó, tối ưu nhất là sử dụng hệ điều hành dùng cho IoT (IoT OS) để quản trị các IoT như các devices của nó.     

Như thế, chúng ta đã nhận diện được khối kiến tạo IoT bao gồm các IoT được quản trị bởi IoT OS.

Khối EO

Thiết kế quy trình hoạt động tích hợp được các công nghệ tiên tiến của thời đại (như công nghệ xanh hóa, tuần hoàn hóa,…) là mục tiêu của mọi tổ chức, doanh nghiệp. Việc này chỉ có thể thực hiện bởi các chuyên gia ngành (domain experts – những người am hiểu nhất về quy trình nghiệp vụ của tổ chức hay doanh nghiệp, rộng ra là của xã hội). Tuy nhiên, trong đại đa số trường hợp, họ là những người không chuyên lập trình cho máy tính. Vì thế, họ cần được đào tạo để có thể mô tả quy trình mong muốn cho “máy” hiểu để “máy” tự lập trình.

Để làm việc này, các chuyên gia cần học phương pháp phân rã quy trình mong muốn đến nguyên công (elemental operation – EO: là công đoạn sản xuất nhỏ nhất, không thể chia ra nhỏ hơn). Vì mỗi EO được hình thành từ một số hành động nguyên thủy (primitive action – PA) mà trong xã hội chỉ tồn tại xấp xỉ 50 PA (trong đó, phổ biến nhất là “bật” và “tắt”) và tất cả các PA đều có thể số hóa (thành các PA số) nên có thể sử dụng chúng (các PA số) để số hóa mọi EO hiện hữu. Nói cách khác, mọi quy trình dù phức tạp tới đâu cũng có thể đơn giản hóa thành hợp của các EO và mọi EO đều có thế số hóa (digitalizing) dựa trên các PA số. Vì thế, có thể số hóa mọi quy trình. Đây chính là tinh thần của Khối EO hay còn gọi là khối thiết kế quy trình. Khối EO là thành phần quan trọng nhất tạo ra “đất dụng võ” cho tất cả các chuyên gia ngành – những người được ví là nguyên khí quốc gia – phát huy tài năng (xem “Các cấp độ tư duy”, TGS).

Khối lập trình

Muốn tự động hóa quy trình sản xuất thì phải lập trình. Muốn quy trình sản xuất ứng phó được với những biến động ngẫu nhiên thì phải có khả năng lập trình theo thời gian thực. Việc này, chỉ các công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) mới làm được. Như thế, cần giao cho AI nhiệm vụ này. Để làm việc này cần có 2 điều kiện. Một là các chuyên gia ngành phải mô tả được quy trình sản xuất mong muốn tới mức EO để chuyển cho AI hiểu quy trình logic và hai là cần có khả năng lập trình bằng ngôn ngữ tự nhiên. Mô tả EO đã được trình bày ở trên (mục 2), còn ngôn ngữ lập trình cận tự nhiên là Vlogic (xem TGS) đã được hướng dẫn cho các AI (ChatGPT, Gemini, Grok) nên khả năng lập trình thích ứng thời gian thực dựa trên AI (AI driven adaptive realtime programing- ADARP) là hoàn toàn khả thi.

Sử dụng AI để lập trình bằng Vlogic dựa trên mô tả EO để tạo ra chương trình điều khiển quy trình sản xuất thích ứng thời gian thực là nội hàm của Khối lập trình (còn gọi là khối ADARP).

Khối điều khiển

Mọi quy trình sản xuất tự động đều được điều khiển bởi các bộ điều khiển nhúng (embedded controler – EC) để điều khiển các thiết bị chấp hành (actuators) theo chương trình được lập.

Bộ điều khiển nhúng (hình minh họa từ RS Components)

Ở đây, chương trình do AI lập bằng Vlogic, gửi đến EC thông qua d-rep (xem TGS) của bộ điều khiển số có tên là IO Easy. Bộ điều khiển này được cài đặt IoT OS để quản trị các IoT và actuators như các devices. Mỗi IO Easy có thể quản trị 2000 devices trong đó bao gồm các IoT, actuators và cả các IO Easy khác. IO Easy có trình biên dịch (compiler) dịch chương trình viết bằng Vlogic sang ngôn ngữ máy để IO Easy điều khiển các actuators thực hiện quy trình sản xuất tự động.

EC (ở đây là IO Easy) là thành phần trung tâm của Khối điều khiển.

Khối huấn luyện tối ưu hóa

Một quy trình sản xuất số mới được thiết kế chưa thể vận hành trơn tru ngay mà phải qua giai đoạn chạy thử và điều chỉnh. Hơn nữa, thực tế cho thấy tình huống sản xuất thay đổi liên tục vì vậy cũng cần tạo ra quy trình sản xuất có khả năng thích ứng theo tình huống. Việc này chỉ các chuyên gia ngành mới nắm được. Họ sẽ điều chỉnh quy trình sản xuất bằng cách “ra lệnh” cho hệ thống bằng lời hay văn bản huấn luyện nội dung cần điều chỉnh. AI tự lập trình lại theo thời gian thực và gửi tới IO Easy để dịch sang mã máy và chạy chương trình điều khiển quy trình sản xuất. Tất cả các phương án sản xuất được điều chỉnh theo các tình huống khác nhau được hệ thống lưu lại và sắp xếp theo trình tự ưu tiên. Quá trình điều chỉnh này diễn ra liên tục cho tới khi quy trình sản xuất đạt hiệu quả tốt nhất. Đây là quá trình huấn luyện hệ thống số hoạt động tự động theo hướng tối ưu hóa.

Các thành phần của khối huấn luyện tối ưu hóa quy trình sản xuất

Khối AI hành động

Trong Khối lập trình (3) chúng ta mới sử dụng AI để mã hóa cho quy trình sản xuất được lập bởi các chuyên gia ngành. Lúc này, AI vẫn nằm trong không gian số (cyber) chưa đụng chạm được tới các thực thể vật lý trong thế giới thực. Vì thế, sức mạnh của AI chưa được phát huy để tạo ra những quy trình sản xuất thực sự tiên tiến. Muốn AI có khả năng “vươn tay” tới thế giới thực, cần biến AI trợ lý (AI assistant) thành AI hành động (AI in action). Để làm việc này cần đáp ứng 2 điều kiện, một là cần tạo ra ngôn ngữ lập trình riêng cho AI có khả năng ánh xạ ngôn ngữ tự nhiên vào ngôn ngữ lập trình (xem Vlogic++, TGS) và hai là có cơ chế điều khiển trực tiếp nhận mệnh lệnh từ AI in action và cơ chế giúp IoT có thể tương tác với AI. Nhờ đó, AI có thể tự kiểm chứng những tri thức mà nó đã tích lũy được từ việc khai phá dữ liệu lớn. Trong ngữ cảnh đó, AI có thể “chuyển hóa” những tri thức đa ngành và xuyên ngành mà nó “cóp nhặt” được từ các chuyên gia hàng đầu thế giới để đưa vào quy trình sản xuất, làm cho quy trình tự xuất tự động trở nên thông minh nhờ khả năng tối ưu hóa xuất sắc này.

Khối tự chủ (Autonomy)

Mục tiêu cuối cùng của CĐS là tạo ra các hệ thống tự vận hành (autonomous systems). Đó là các hệ thống có khả năng tự động thực hiện quy trình sản xuất theo hướng tối ưu hóa, tự học, tự điều chỉnh, tự hoàn thiện và tự vận hành – tinh thần chủ đạo của Industry 4.0. 

Hình minh họa Industry 4.0 (Nguồn: InnovateEnergy)

Đây là khối kiến tạo cuối cùng làm nhiệm vụ liên kết, tích hợp tất cả các khối kiến tạo trước đó (1 – 5) thành một hệ thống số thống nhất tự vận hành. Ngành công nghiệp tự vận hành chính là được phát triển từ những hệ thống sản xuất tự vận hành này. Đây cũng là mục tiêu cao nhất mà loài người muốn đạt được trong quá trình CĐS.

Kết luận

Phát triển các hệ thống số có khả năng tự vận hành không phải là ước mơ tương lai mà đã hiện hữu. Hiện nay (2025) các hệ thống này đã xuất hiện và vận hành trong thực tế, cụ thể như: “cánh đồng tự canh tác”, “hầm mỏ tự khai thác”, “UAV bầy đàn tự tác chiến” và nhiều ví dụ khác. Điều này khẳng định CĐS là quá trình khả thi và trong quá trình đó, ai nắm được phương pháp và công cụ phù hợp chắc chắn sẽ vượt lên. Việc phát triển và sử dụng các khối kiến tạo hệ thống số nêu trên là cách triển khai CĐS chủ động và hiệu quả đã được kiểm chứng.

Với nước ta, mọi cơ hội tích cực đều cần cho sự vươn mình trong kỷ nguyên mới, trong số các cơ hội đó, các khối kiến tạo CĐS có vị trí xứng đáng của mình.