Giáo án Bài 13. Tự động hoá quá trình sản xuất dưới tác động của Cách mạng công nghiệp lần thứ 4

Xác định vấn đề: HS nhận ra thiết bị có màn hình hoặc nối mạng chưa chắc đã cho kết quả đúng, từ đó nêu được câu hỏi cần giải quyết trong bài.

GV trình chiếu hai tình huống:

• Máy tiện có màn hình hiển thị nhiệt độ trục chính.
• Máy bơm được nối mạng, gửi dữ liệu về phòng điều khiển.
  Câu hỏi GV đặt ra: «Hai máy này có chắc chắn thông minh và cho kết quả đúng không? Vì sao?»

Câu trả lời dự kiến: Chưa chắc. Màn hình hay kết nối mạng chỉ là điều kiện cần; dữ liệu có thể sai do cảm biến, có thể thiếu hoặc có rủi ro an ninh, nên vẫn cần kiểm chứng và bảo trì. HS nêu được ba nội dung cần tìm hiểu: IoT công nghiệp, bảo trì dựa tình trạng, mô hình số và điều kiện khai thác công nghệ.

Giải thích được IoT công nghiệp là kết nối thiết bị để trao đổi dữ liệu phục vụ sản xuất; mô tả được vai trò của dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo trong dòng dữ liệu.

HS làm việc nhóm 4 người, đọc mục «Kiến thức và mối liên hệ» trong SGK và hoàn thành Phiếu học tập số 1 (phần A).
Nhiệm vụ: vẽ sơ đồ dòng dữ liệu gồm 4 khối: (1) thiết bị và cảm biến thu thập trạng thái; (2) kết nối IoT truyền dữ liệu; (3) xử lí bằng dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo; (4) người quyết định và điều khiển.
Câu hỏi GV đặt ra: «Dữ liệu lớn giúp nhà máy làm gì? Trí tuệ nhân tạo nhận diện lỗi dựa trên cái gì?»

Sơ đồ nhóm có 4 khối đúng thứ tự trên.
Kiến thức HS rút ra:

• IoT công nghiệp: kết nối thiết bị để trao đổi dữ liệu phục vụ sản xuất.
• Dữ liệu lớn hỗ trợ phát hiện xu hướng.
• Trí tuệ nhân tạo có thể nhận diện lỗi từ mẫu đã học.
• Mô hình số hỗ trợ phân tích trước khi thay đổi sản xuất.
  Trả lời dự kiến: «Dữ liệu lớn giúp phát hiện xu hướng hỏng hóc theo thời gian; AI nhận diện lỗi dựa trên mẫu đã được học từ trước».

Phân biệt được bảo trì dựa tình trạng với bảo dưỡng định kì bắt buộc; giải thích được mô hình số là biểu diễn số để phân tích hệ thống hoặc sản phẩm theo dữ liệu.

HS làm việc theo cặp đôi, đọc ví dụ giám sát rung máy có ngưỡng cảnh báo do chuyên gia thiết lập và hoàn thành Phiếu học tập số 1 (phần B).
Câu hỏi GV đặt ra:

• «Số đo rung vượt ngưỡng có chứng minh chi tiết nào đã hỏng không?»
• «Bảo trì dựa tình trạng dùng dữ liệu để làm gì? Có được bỏ bảo dưỡng định kì do pháp luật hay nhà sản xuất yêu cầu không?»
• «Mô hình số giúp gì trước khi thay đổi sản xuất?»

Kiến thức HS rút ra:

• Số đo vượt ngưỡng chỉ gợi ý cần xem xét, không tự chứng minh hỏng một chi tiết cụ thể.
• Bảo trì dựa tình trạng: lập quyết định bảo trì từ thông tin trạng thái thiết bị, dùng dữ liệu để chọn thời điểm kiểm tra.
• Không bỏ bảo dưỡng định kì có yêu cầu pháp lí hoặc nhà sản xuất.
• Mô hình số: biểu diễn số để phân tích hệ thống hoặc sản phẩm theo dữ liệu, hỗ trợ phân tích trước khi thay đổi sản xuất.
  Trả lời dự kiến: «Không, vượt ngưỡng chỉ là dấu hiệu cần kiểm tra thêm»; «Không được bỏ bảo dưỡng định kì bắt buộc».

Giải thích được kết nối thiết bị không tự bảo đảm dữ liệu đúng hoặc máy không hỏng; nêu được ba điều kiện để khai thác công nghệ và các thành phần của sơ đồ giải pháp.

HS làm việc nhóm 4 người (nhóm cũ), thảo luận nhiệm vụ: «Đưa dữ liệu lên mạng tự động làm dữ liệu đúng và bảo đảm máy không hỏng. Đúng hay sai? Vì sao?»
Nhiệm vụ tiếp theo: nêu 3 điều kiện để khai thác công nghệ và bổ sung 4 thành phần vào sơ đồ giải pháp: dữ liệu, nơi xử lí, người quyết định, cách xử lí khi mất mạng.

Kết luận: Sai.
Lí do: kết nối không loại sai số cảm biến, dữ liệu thiếu hay rủi ro an ninh; vẫn cần kiểm chứng và bảo trì.
3 điều kiện: chất lượng dữ liệu; an ninh thông tin; năng lực con người.
Sơ đồ giải pháp chỉ rõ: dữ liệu đầu vào; nơi xử lí (máy tính trung tâm hoặc thiết bị biên); người quyết định (kĩ thuật viên hoặc chuyên gia); cách xử lí khi mất mạng (chuyển sang ghi dữ liệu tại chỗ và kiểm tra thủ công).

Phân biệt đúng các khái niệm; sắp xếp đúng quy trình xử lí hồ sơ; tính đúng tỉ lệ lỗi và điểm phần trăm.

GV trình chiếu lần lượt 6 câu hỏi (có thể mở bài tập tương tác trên NeoEdu). HS làm cá nhân, sau đó đối chiếu theo cặp:

1. Chọn mô tả đúng của «IoT công nghiệp»: A. Lập quyết định bảo trì từ thông tin trạng thái thiết bị; B. Kết nối thiết bị để trao đổi dữ liệu phục vụ sản xuất; C. Biểu diễn số để phân tích hệ thống hoặc sản phẩm theo dữ liệu.
2. Ghép: IoT công nghiệp; Bảo trì dựa tình trạng; Mô hình số với mô tả tương ứng.
3. Đúng hay sai: «Đưa dữ liệu lên mạng tự động làm dữ liệu đúng và bảo đảm máy không hỏng.»
4. Điền thuật ngữ: «Biểu diễn số để phân tích hệ thống hoặc sản phẩm theo dữ liệu» là {{1}}.
5. Sắp xếp: Xác định vấn đề cần theo dõi; Chọn dữ liệu và nguồn hợp lệ; Phân tích so với ngưỡng đã cho; Đề xuất người phụ trách xác minh cảnh báo.
6. Bảng mô hình có 200 sản phẩm, 8 lỗi trước cải tiến; sau cải tiến 200 sản phẩm có 4 lỗi. Tỉ lệ lỗi giảm bao nhiêu điểm phần trăm?
7. Chọn đúng hai kết luận có căn cứ: A. Kết nối không loại sai số cảm biến, dữ liệu thiếu hay rủi ro an ninh; vẫn cần kiểm chứng và bảo trì. B. Đưa dữ liệu lên mạng tự động làm dữ liệu đúng và bảo đảm máy không hỏng. C. Bảo trì dựa tình trạng: lập quyết định bảo trì từ thông tin trạng thái thiết bị.

Đáp án:

1. B.
2. IoT công nghiệp – kết nối thiết bị để trao đổi dữ liệu phục vụ sản xuất; Bảo trì dựa tình trạng – lập quyết định bảo trì từ thông tin trạng thái thiết bị; Mô hình số – biểu diễn số để phân tích hệ thống hoặc sản phẩm theo dữ liệu.
3. Sai. Kết nối không loại sai số cảm biến, dữ liệu thiếu hay rủi ro an ninh; vẫn cần kiểm chứng và bảo trì.
4. Mô hình số.
5. Xác định vấn đề cần theo dõi → Chọn dữ liệu và nguồn hợp lệ → Phân tích so với ngưỡng đã cho → Đề xuất người phụ trách xác minh cảnh báo.
6. Trước: $\dfrac{8}{200} = 4\%$; sau: $\dfrac{4}{200} = 2\%$; giảm $2$ điểm phần trăm (khác với giảm tương đối $50\%$). Đáp số: 2.
7. A và C.

Vận dụng kiến thức để đánh giá giới hạn sử dụng hệ thống AI trong tình huống giả định và lập hồ sơ kết luận, bằng chứng, giới hạn an toàn và sơ đồ giải pháp.

Tình huống: Mô hình AI báo 10 ảnh có lỗi; kiểm tra chuyên môn xác nhận 7 ảnh thật lỗi. HS dùng bảng số liệu giả định, không truy cập mạng xưởng, không điều khiển máy từ xa.
HS làm việc nhóm 4 người, hoàn thành Phiếu học tập số 2 gồm: kết luận; bằng chứng; giới hạn sử dụng; sơ đồ giải pháp (dữ liệu, nơi xử lí, người quyết định, cách xử lí khi mất mạng).
Câu hỏi GV đặt ra: «Có nên coi mọi cảnh báo của AI là kết luận cuối cùng không? Vì sao?»; «Dữ liệu hiện có đã đủ để tính khả năng AI bỏ sót lỗi chưa?»

Hồ sơ mẫu của nhóm (dự kiến):

• Kết luận: không coi mọi cảnh báo là kết luận cuối; hệ thống dùng để sàng lọc, cần chuyên gia xác nhận.
• Bằng chứng: trong 10 ảnh được cảnh báo có lỗi, 7 ảnh được xác nhận thật lỗi, tỉ lệ xác nhận $70\%$; có 3 cảnh báo chưa được xác nhận lỗi.
• Giới hạn: chưa đủ số liệu để tính khả năng bỏ sót vì thiếu các ảnh không được cảnh báo; không tự nối hệ thống vào máy sản xuất; phải thẩm định an toàn và bảo vệ dữ liệu.
• Sơ đồ giải pháp: dữ liệu ảnh từ dây chuyền; xử lí tại máy tính trung tâm; kĩ thuật viên là người quyết định; khi mất mạng thì chuyển sang kiểm tra thủ công và ghi nhận dữ liệu tại chỗ.