Cách mạng công nghiệp 4.0 bắt đầu diễn ra từ đầu thế kỷ 21 và hiện nó đang tiến tới một nền công nghiệp mới. Tuy nhiên, ở giai đoạn đầu nên chưa thể có được cái nhìn toàn diện về nó như các cuộc cách mạng công nghiệp trước đó, mà chỉ có những đánh giá, nhận định về xu hướng của nó tùy theo cách tiếp cận của từng người. Đối với ngành công nghiệp in, chúng tôi chỉ nói đến sản xuất in theo quan điểm truyền thống, đó là, in theo nghĩa tạo ra chữ và hình ảnh trên các vật liệu để truyền tải thông tin, mà không nói đến phương pháp in 3D. Vì in 3D không phải là in theo định nghĩa in từ trước tới nay, mà nó là một ngành sản xuất tạo ra vật chất với mục đích sử dụng khác nhau chứ không phải vật mang thông tin. In 3D thuộc ngành sản xuất đắp/ thêm dần (additive manufacturing) và là một thành phần cơ bản của Công nghiệp 4.0.

Trong bài viết này, chúng tôi đưa ra quá trình phát triển của việc số hóa và kết nối trong sản xuất in từ trước đến  nay, và quá trình tiếp cận với nền công nghiệp 4.0 của ngành công nghiệp in. Nội dung chính bao gồm: Khái niệm về cánh mạng công nghiệp 4.0; Công nghiệp in với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0; Sự phát triển của công nghiệp in hướng tới công nghiệp 4.0; Công nghiệp in tiếp cận với công nghiệp 4.0. Với những vấn đề trên chúng tôi chỉ phác họa những nét cơ bản nhất về công nghiệp 4.0 và sự phát triển hướng tới công nghiệp 4.0 của ngành sản xuất in trên thế giới. Qua đó, giúp các nhà in và những ai quan tâm đến ngành công nghiệp in Việt Nam có thể hiểu thêm về ngành in trong cuộc cách công nghiệp 4.0.

CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0

1.  Khái niệm về Cách mạng Công nghiệp 4.0

Cách mạng công nghiệp (CMCN) 4.0 là một khái niệm mới xuất hiện trong những năm gần đây, một số người gọi nó là "Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư", những người khác lại thích gọi là "Công nghiệp 4.0". Thuật ngữ “Công nghiệp 4.0” lần đầu tiên được đưa ra ở Cộng hòa Liên bang Đức năm 2011 tại Hội chợ Công nghệ Hannover với khái niệm tiếng Đức là "Industrie 4.0". Đến năm 2012, được xác định là một trong 10 "Dự án tương lai" cho Chiến lược Công nghệ cao của Chính phủ Đức năm 2020. Ngày 20/01/2016, tại Diễn đàn Kinh tế thế giới khai mạc với chủ đề “Làm chủ cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư”. Từ đó, đến nay, thuật ngữ “Công nghiệp 4.0” được sử dụng rộng rãi trên thế giới để mô tả cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0. Tuy nhiên, để định nghĩa công nghiệp 4.0 là gì? Nó bao gồm những gì? Thì hiện nay thế giới không có quan điểm thống nhất mà tùy theo nhận định của từng người.

Theo Klaus Schwab, người sáng lập và chủ tịch điều hành Diễn đàn Kinh tế Thế Giới đưa ra cái nhìn đơn giản về CMCN 4.0 như sau:

"Cách mạng công nghiệp đầu tiên sử dụng năng lượng nước và hơi nước để cơ giới hóa sản xuất. Cuộc cách mạng lần 2 diễn ra nhờ ứng dụng điện năng để sản xuất hàng loạt. Cuộc cách mạng lần 3 sử dụng điện tử và công nghệ thông tin để tự động hóa sản xuất. Bây giờ, cuộc Cách mạng Công nghiệp thứ tư đang nảy nở từ cuộc cách mạng lần ba, nó kết hợp các công nghệ lại với nhau, làm mờ ranh giới giữa vật lý, kỹ thuật số và sinh học". “Cách mạng Công nghiệp 4.0 sẽ diễn ra trên 3 lĩnh vực chính gồm Công nghệ sinh học, Kỹ thuật số và Vật lý. Những yếu tố cốt lõi của kỹ thuật số trong Cách mạng công nghiệp 4.0 sẽ là: Trí tuệ nhân tạo AI (Artificial Intelligence), Vạn vật kết nối IoT (Internet of Things) và dữ liệu lớn (Big Data)”. “Tốc độ đột phá của CMCN 4.0 hiện "không có tiền lệ lịch sử". “Khi so sánh với các cuộc cách mạng công nghiệp trước đây, CMCN 4.0 đang tiến triển theo một hàm số mũ chứ không phải là tốc độ tuyến tính. Hơn nữa, nó đang phá vỡ hầu hết ngành công nghiệp ở mọi quốc gia. Theo chiều rộng và chiều sâu của những thay đổi này báo trước sự chuyển đổi của toàn bộ hệ thống sản xuất, quản lý và quản trị”. Hiện CMCN 4.0 đang diễn ra tại các nước phát triển như Mỹ, châu Âu, một phần châu Á. Bên cạnh những cơ hội mới, CMCN 4.0 cũng đặt ra cho nhân loại nhiều thách thức phải đối mặt.

Hình 1: Mô hình về nền công nghiệp 4.0

2. Lịch sử về các cuộc cách mạng công nghiệp trên thế giới.

Các chuyên gia và sử gia trong ngành công nghiệp thường phân loại thay đổi cách sản xuất trong  công nghiệp thành các thời đại. Sự thay đổi mang tính đột phá trong quá trình phát triển thường được gọi là cuộc cách mạng. Theo đó, các cuộc cách mạng công nghiệp diễn ra như sau:

Hình 2: Lịch sử và đặc điểm cơ bản của các nền công nghiệp Thế giới

Cách mạng cộng nghiệp lần thứ nhất - Công nghiệp 1.0 (1760-1840). Về thời gian diễn ra cách mạng công nghiệp lần thứ nhất không thống nhất, nhưng nói chung là ở nửa cuối thế kỷ 18 đến nửa đầu thế kỷ 19. Đặc trưng chủ yếu: Dùng động cơ hơi nước sử dụng nhiên liệu than và máy móc dẫn động bằng cơ khí

Cách mạng công nghiệp lần thứ hai – Công nghiệp 2.0 (1850 – 1914). Công nghiệp 2.0 từ nửa sau thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20. Đặc trương của nền sản xuất: Sử dụng động cơ đốt trong; máy móc sử dụng điện và các công nghệ sản xuất lắp ráp dây chuyền; sản xuất hàng loạt.

Cách mạng Công nghiệp lần thứ ba – Công nghiệp 3.0 (1969 – 2000). Cuộc cách mạng công nghiệp thứ ba xuất hiện vào cuối thế kỷ 20 đến hết thế kỷ 20. Đặc trưng của nền sản xuất: sử dụng máy tính, internet và robot công nghiệp, tự động hóa, siêu máy tính (thập niên 1960), máy tính cá nhân (thập niên 1970 và 1980) và Internet (thập niên 1990). Cho đến cuối thế kỷ 20.

Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư – Công nghiệp 4.0 (bắt đầu vào đầu thế kỉ 21). Tiếp sau những thành tựu lớn từ cách mạng công nghiệp lần thứ 3, được hình thành trên nền tảng cải tiến của cuộc cách mạng số. Đặc điểm cơ bản của nền sản xuất công nghiệp 4.0:  Sản xuất thông minh (Smart production); Kết nối vạn vật (Internet of Things); Điện toán đám mây (Cloud computing); Hệ thống thực - ảo (Cyber-Physical Systems). Hiện tại cả thế giới đang ở trong giai đoạn đầu của cuộc cách mạng này và xu hướng mở ra bước ngoặt mới cho sự phát triển của con người.

Tuy nhiên, một số người khác không thống nhất với quan điểm mà nhiều người thừa nhận trên. Họ cho rằng, Công nghiệp 4.0 chỉ  là một sự tối ưu hóa nhanh chóng của các quy trình và chuỗi giá trị gia tăng đã bắt đầu vào những năm 70 và 80 với các công nghệ mới như một chuỗi liên kết. Theo họ, quá trình sản xuất đắp/ thêm dần (additive manufacturing) với máy in 3D mới xứng đáng được gọi là "cuộc cách mạng" bởi vì chúng thay đổi về nguyên tắc cơ bản ai sản xuất và sản xuất ở đâu và khi nào họ làm. Máy in 3D mới, nhanh chóng, rẻ tiền, hiệu suất cao đang ngày càng gia nhập thị trường và thúc đẩy sự phát triển có ý nghĩa lớn mà chưa được hiểu rõ.

3. Các nội dung của công nghiệp 4.0 và các nguyên tắc xây dựng (thiết kế) công nghiệp 4.0

Mặc dù "Công nghiệp 4.0" là thuật ngữ chung đề cập đến cuộc cách mạng công nghiệp thứ tư, các học giả vẫn đang tranh luận để xác định đúng cách tiếp cận. Điều này làm cho nó khó khăn hơn để phân biệt các thành phần chính của công nghiệp 4.0. Theo cách tiếp cập phổ biến nhất và đưa ra giai đoạn ban đầu, các thành phần cơ bản của công nghiệp 4.0 gồm: Hệ thống không gian mạng thực-ảo (Cyber-Physical Systems), Internet vạn vật (Internet of Things), Nhà máy thông minh  (Smart Factory) và Internet dịch vụ (Internet of Services). Một số quan điểm khác cho rằng công nghiệp 4.0 bao gồm một số yếu tố cơ bản: Robot tự động (Autonmous robots); Mô phỏng (Simulation); Hệ thống tích hợp; (System integration); Internet vạn vật (Internet of things); An ninh mạng (Cybersecurity); Điện toán đám mây (Cloud computing); Sản xuất thêm dần (in 3D) (Additive manufacturing); Tương tác thực (AR) (Augmented reality ); Dữ liệu lớn (Big date). 

Hình 3: Các thành phần cơ bản của công nghiệp 4.0

Hình 4: Nhà máy thông minh trong công nghiệp 4.0

·

Hình 5: Mô hình nhà in thông minh (print 4.0)

Nhà in thông minh là nhà in tích hợp và nối mạng, các quy trình và dịch vụ tự động:

• “Nhà in thông minh” là nhà in được tích hợp và nối mạng

Trong "nhà in thông minh" của tương lai, quy trình sản xuất sẽ được tự động hóa và tối ưu hóa chi phí và máy sẽ tự thiết lập các quy trình vì chúng sẽ có thể truy cập dữ liệu liên quan đến sản xuất từ ​​thượng nguồn (upstream). Tuy nhiên, quản lý cũng được tích hợp để theo dõi quy trình kinh doanh, cung cấp cho nhà in khả năng cung cấp cho khách hàng của họ quyền truy cập trực tiếp vào quy trình sản xuất.

Hầu hết các sản phẩm của các nhà sản xuất thiết bị in lớn hiện nay đều thích hợp cho việc tích hợp và tự động hóa quy trình trong một nhà in. Dây chuyền tích hợp giữa các hệ thống và máy móc, như việc tích hợp thông minh của in offset và in kỹ thuật số, tự động hóa bổ sung của tất cả các quy trình sản xuất, tích hợp các quy trình thương mại và đưa khách hàng vào quy trình làm việc.

• "Dịch vụ thông minh" tăng tính tiện lợi và năng suất

Dịch vụ thông minh bảo đảm hoạt động trơn tru của in suốt ngày đêm. Các nhà in có giao diện mở do các gói dịch vụ từ xa khác nhau, có những lợi thế cụ thể trong cả sản xuất in hàng ngày lẫn về dịch vụ. Ví dụ, sử dụng eCall, một máy in có thể tự động liên lạc với nhóm dịch vụ tại Heidelberg khi xảy ra lỗi. Nhờ Dịch vụ từ xa, các kỹ sư dịch vụ có thể đăng nhập vào hệ thống của khách hàng thông qua cấu ​​trúc giao diện mở và cung cấp hỗ trợ, nhắm mục tiêu nhanh chóng. Giám sát từ xa, trong khi đó, đảm bảo rằng máy móc thông báo cho đội ngũ dịch vụ của một vấn đề trước khi nó gây ra một sự ngừng máy, để các bộ phận có thể được thay thế trong thời gian tốt trong một dịch vụ theo lịch trình.

• Nhà in Bao bì thông minh

Khi đối mặt với toàn cầu hoá, các công ty thương hiệu lớn với cơ sở hạ tầng sản xuất và bán hàng quốc tế cũng có nhu cầu ngày càng tăng về các biến đổi bao bì bổ sung, phương pháp tiếp cận bán hàng cá nhân hơn và thời gian tiếp cận ngắn hơn. Điều này làm tăng tính phức tạp và nguy cơ sai hỏng trong sản xuất bao bì. Mặt khác, việc số hóa tất cả các bước quy trình chính trong sản xuất làm giảm đáng kể nguy cơ sai hỏng này, hoặc thậm chí loại bỏ nó hoàn toàn. Năm 2017, hội chợ thương mại Interpack tại Düsseldorf (Đức), Heidelberger Druckmaschinen AG (Heidelberg) và chi nhánh Gallus Thụy Sĩ đưa ra một loạt các giải pháp và biện pháp nhằm tự động hóa đảm bảo chất lượng và kiểm soát, sẽ tích hợp trong toàn bộ quy trình làm việc và các máy tham gia trong một môi trường sản xuất được nối mạng thông minh, với phương châm “Nhà in thông minh - Bao bì không lỗi”. Khái niệm “Nhà in thông minh - Bao bì không lỗi”, Heidelberg trình bày các giải pháp về sản xuất nhãn và bao bì không có lỗi. Các giải pháp và biện pháp này được thiết kế để tăng khả năng cạnh tranh quốc tế của các nhà sản xuất bao bì bằng cách cho phép sản xuất đáng tin cậy, hiệu quả và kinh tế, đặc biệt với các hộp carton và nhãn chất lượng cao không bị lỗi, trong in offset, in kỹ thuật số và in flexo.

Quy trình tích hợp Prinect Packaging do Heidelberg phát triển đóng vai trò trung tâm, đặt nền tảng cho sản xuất công nghiệp hóa. Nó cho phép tự động hóa quy trình công việc - từ việc chấp nhận đơn hàng, thông qua thiết kế cấu trúc, chế bản, và in qua đến hoàn thiện sau in - và tạo điều kiện giao tiếp thông minh giữa các giai đoạn để ngăn ngừa các sai hỏng. Sử dụng Prinect làm nền tảng trung tâm kinh doanh thông minh, tất cả các quy trình quản lý và sản xuất trong một nhà in, bao gồm khách hàng và nhà cung cấp, có thể được tích hợp thông minh và được kiểm soát tập trung. Các phiên bản mới nhất của hệ thống đo kiểm soát màu Prinect Inpress Control  và hệ thống điều khiển Prinect Image Control cũng như hệ thống kiểm tra tờ in Prinect Inspection Control, rất quan trọng cho việc sản xuất không bị lỗi. Kết quả cuối cùng là quy trình in tự động hóa và công nghiệp hóa hoàn toàn, nơi các can thiệp thủ công được giảm xuống mức tối thiểu.

Heidelberg đáp ứng nhu cầu bao bì và tem nhãn hàng loạt hoặc thậm chí tùy chỉnh với Primefire 106, công nghệ Perfect Stack tự động xóa các trang in không chính xác khỏi quy trình và in lại ngay lập tức và chính xác chúng. Hệ thống in nhãn của Gallus Labelfire cũng cung cấp tùy chọn nhận dạng riêng toàn bộ bao bì giống nhau hoặc thậm chí là nhãn riêng lẻ. Các hệ thống kiểm tra có thể được sử dụng để đánh dấu các vị trí trong các nhãn bị sai cũng như các nhãn in bị hỏng hoặc không chính xác để chúng có thể được sửa chữa trong các hệ thống phía sau (downstream) bằng cách loại bỏ hoặc in lại chúng.

QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHIỆP IN

HƯỚNG TỚI CÔNG NGHIỆP 4.0

Công nghiệp in trước đây và hiện nay luôn là một trong những ngành có khả năng tận dụng thành tựu của sự phát triển của khoa học, công nghệ của thế giới để phát triển và thực tế là một ngành đang một phần nằm trong nền công nghiệp 4.0. Trong quá trình phát triển đã từng bước số hóa các khâu sản suất để thay cho quá trình tương tự, và từng bước kết nối trong sản xuất và quản lý. Từ khởi đầu việc số hóa khâu sắp chữ và chụp ảnh nay đã số hóa hoàn toàn khâu chế bản và một phần khâu in, nếu chỉ tính riêng in KTS thì coi như quá trình sản xuất in đã được số hóa hoàn toàn.

Bằng việc tự động hóa, số hóa và nối mạng của công nghệ, thiết bị sử dụng trong công nghệ in những năm qua và hiện nay, chúng ta thấy rằng công nghệp in thế giới đã tiếp cận đến rất gần và một phần đã thuộc về nền công nghiệp 4.0. Để làm rõ hơn quá trình sản xuất in phát triển tiếp cận với nền công nghiệp 4.0 như thế nào, chúng ta xem xét một số các ứng dụng kỹ thuật số và nối mạng đã và đang áp dụng trong ngành công nghiệp in hiện nay. Quá đó chúng ta có thể thấy rõ vấn đề Ngành công nghiệp in với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.

1. Quá trình số hóa trong sản xuất in

• Mạng công việc và luồng dữ liệu

Thực hiện công việc kỹ thuật số làm giảm số lượng các bước trong quy trình và chi phí sản xuất. Một ưu điểm khác của luồng dữ liệu số là cải thiện về chất lượng. Dữ liệu công việc dạng số, có thể được chuyển từ nơi làm việc này sang nơi khác mà không mất chất lượng. Tuy nhiên, thực tiễn hàng ngày hiện tượng bị lỗi cũng có thể xảy ra trong một luồng công việc kỹ thuật số. Luồng dữ liệu số không chỉ  truyền dữ liệu sang hệ thống in để in trên vật liệu, nó còn giảm thời gian thực hiện và tỷ lệ chất thải - nghĩa là cắt giảm chi phí và tăng năng suất. Ngày càng có nhiều thiết bị sản xuất (hệ thống chế bản, in, hoàn thiện và đóng gói) được kiểm soát bằng điện tử. Ngày nay, kiểm soát điện tử chủ yếu diễn ra bằng phương tiện của một bảng điều khiển trực tiếp liên kết với máy. Tuy nhiên, cũng có thể kết nối thiết bị sản xuất và chuyển dữ liệu điều khiển cho các thiết lập máy và sản xuất thông qua mạng, nhằm tăng năng suất và giảm chi phí. Dữ liệu kiểm soát điện tử có thể được lưu lại, ví dụ trong định dạng sản xuất in PPF  (Print Production Format), định dạng độc lập của nhà cung cấp và được truyền giữa các giai đoạn sản xuất khác nhau.

Hình 6: Mô hình mạng dữ liệu sản xuất (chế bản – in – hoàn thiện) trong nhà in

Trong những năm tới, việc sử dụng dữ liệu số và mạng sẽ không chỉ giới hạn trong việc xử lý dữ liệu công việc và các thông số sản xuất. Ngày nay, cả tổ chức và quản lý của một công ty in đều có thể truy cập cơ sở dữ liệu printshop, cho phép xử lý và điều khiển công việc điện tử. Việc kết nối các giai đoạn sản xuất khác nhau thông qua mạng dữ liệu, dữ liệu liên quan đến việc kiểm soát và hỗ trợ sản xuất có thể được trao đổi thông qua các mạng này. Trong mạng tổng thể có các thành phần riêng lẻ của luồng dữ liệu số trong quá trình sản xuất.

• Dây chuyền sản xuất số trong sản xuất in

Dây chuyền sản xuất in tượng tự (analog) gồm nhiều công đoạn khác nhau, theo thời gian chúng từng bước được số hóa từng phần. Đó là quá trình tích hợp các dây chuyền sản xuất in (Integration of Print Production Workflows) và diễn ra theo các bước sau:

Quy trình sản xuất In tương tự. Nhà in là đơn vị sản xuất có cấu trúc phức tạp, việc kiểm soát quy trình làm việc là một thách thức đối với các chuyên gia, mặc dù có thể chia thành ba khu vực. Các công việc chế bản (Prepress), in (Press) và hoàn thiện (Postpress) phải được hoàn thành một cách hài hòa. Sự thành công của sự hài hòa này có thể được hỗ trợ bởi một hệ dây chuyền hiệu quả. Quy trình kiểm soát trong ngành in bao gồm việc kiểm soát hoàn toàn quy trình sản xuất từ ý tưởng thông qua in  tới sản phẩm cuối cùng (Hình 5).

Hình 7: Luồng dữ liệu trong sản xuất in

Quy trình sản xuất in kỹ thuật số với tương tự. Từ năm 1970, quy trình làm việc kỹ thuật số trong ngành công nghiệp in bắt đầu xuất hiện dựa trên dữ liệu tương tự. Khi đó, dây chuyền sản xuất in đã chuyển dần từ quá trình tương tự sang kỹ thuật số. Quá trình này được chuyển dịch từ khâu chế bản.

Hình 8: Dây chuyền sản xuất in dạng tương tự

Sự phát triển việc số hóa của quá trình sản xuất in có thể lấy phương pháp in offset là điển hình. Cho đến nay, việc số hóa từng phần trong dây chuyền công việc của sản xuất in này bao gồm 5 giai đoạn.

1) Giai đoạn đầu tiên: Kỹ thuật số hình ảnh, chữ - Chụp ảnh kỹ thuật số và sắp chữ chụp.  

Đầu tiên, máy quét màu (scanner) và hệ thống sắp chữ chụp (phototypesetting) đã được sử dụng để số hóa các bước đầu tiên của chuỗi quy trình. Máy quét trống đọc bản gốc bằng điện tử, thực hiện việc hiệu chỉnh màu sắc và tách màu trong bộ phận xử lý, và ghi lại kết quả trên film. Bằng cách sử dụng các hệ thống sắp chữ chụp (phototypesetting) để sắp chữ tạo văn bản, và một phần tạo ra đồ hoạ vector được số hóa và xuất ra chủ yếu ở dạng các film riêng biệt. Văn bản, hình ảnh, hình vẽ được số hóa ở giai đoạn đầu của chế bản. Tất cả các bước tiếp theo trong quá trình là tương tự, chẳng hạn như việc sắp xếp từng trang tài liệu và dàn khuôn đầy đủ (bình bản) sau đó là chế bản (phơi bản).

Hình 9: Dây chuyền sản xuất in với quét ảnh kỹ thuật số và sắp chữ chụp

2) Giai đoạn thứ hai: Kỹ thuật số đến khâu dàn trang (layout) - Xuất bản trên bàn (DTP)

Giai đoạn tiếp theo trong việc số hóa dữ liệu bắt đầu vào những năm 80, với sự ra đời của máy vi tính, thuờng gọi là DTP (Desktop Publishing). Công nghệ này dựa trên phần cứng và phần mềm máy tính. DTP không chỉ cho phép các văn bản, hình ảnh, và đồ họa được nhập và chỉnh sửa trên cùng một máy trạm (máy tính); nó cũng cho phép lắp ráp các chữ, hình ảnh và đồ họa thành các trang hoàn chỉnh (Page assembly) bằng cách sử dụng các chương trình sắp xếp (layout) và xuất ra dưới dạng tấm phim bằng các thiết bị in laser. Do đó, quá trình dàn trang bằng tay được loại bỏ. Trong giai đoạn thứ hai chữ, ảnh và hình vẽ được số hóa và in ra các trang rời trên các tấm phim (computer to film sheet). Tiếp theo, là quá trình tương tự như bình bản, chế bản.

Hình 10: Dây chuyền sản xuất in DTP với xử lý ảnh, sắp chữ vi tính và dàn trang  kỹ thuật số

3) Giai đoạn thứ ba: Kỹ thật số đến khâu bình bản - Công nghệ từ máy tính đến phim  (CTF)

Ngay sau khi công nghệ DTP được áp dụng, với các máy in phim laser khổ lớn (> A3), có thể in ra tờ mẫu phơi (support) với các loại giấy theo khuôn khổ của máy in tương ứng, đang có mặt trên thị trường. Đồng thời, các phần mềm bình bản (Imposition) kỹ thuật số được phát triển. Các phần mềm này cho phép đặt các trang trong các tờ in (Sheet assembly) và trình bày chúng trên các khổ giấy in, chúng được in ra tấm phim lớn (gọi là phim tấm). Công nghệ này gọi là CTF (Computer to Film). Tiếp theo là chế bản, đây là quá trình tương tự cuối cùng trong giai đoạn chế bản.

Hình 11: Dây chuyền sản xuất in CTF với xử lý ảnh, sắp chữ vi tính và dàn trang, dàn khuôn kỹ thuật số

4) Giai đoạn thứ tư: Kỹ thuật số đến khâu chế bản - Công nghệ từ máy tính đến bản (CTP)
Thông tin chữ, ảnh và hình vẽ của các trang và theo từng khuôn được chuyển trực tiếp sang bản in từ bản bình kỹ thuật số mà không tạo ra phim - công nghệ từ máy tính đến bản (Computer to Plate – CtP). Điều này được thực hiện bằng một thiết bị ghi hình ảnh laser trực tiếp trên bản in. Đến đây quá trình chế bản đã được số hóa hoàn toàn. Đây là công nghệ được dùng trong nhiều năm trước và phổ biến hiện nay. Ngoài ra, còn sử dụng ghi hình trực tiếp lên bản in trên máy in gọi là Coputer to Press (CTPress).

Hình 12: Dây chuyền sản xuất in CTP với xử lý ảnh, sắp chữ vi tính và dàn trang, dàn khuôn và chế bản  kỹ thuật số

Dây chuyền kỹ thuật số và In kỹ thuật số (từ máy tính đến máy in). Trong giai đoạn thứ tư từ máy tính đến máy in, hình ảnh được tạo trực tiếp lên bản trên máy in. Trong trường hợp cụ thể này, hình ảnh là hoàn toàn được tạo ra trên máy in trên cơ sở dữ liệu số. Trong kỹ thuật in, công nghệ in không tiếp xúc (công nghệ in không cần bản) cho phép mức công việc số cao nhất. Khuôn in là hình ảnh kỹ thuật số đối với mỗi một tờ in mới. Các máy in không tiếp xúc nhận dữ liệu từ khâu chế bản số, khi đó khâu chế bản vật chất (platemaking) không còn. In kỹ thuật số cũng bao gồm việc sử dụng công  nghệ từ máy tính đến máy in với công nghệ hình ảnh trực tiếp dựa trên công nghệ in thông thường, trong đó bản in được tự động tạo ra (ghi hình ảnh) trong máy in.

Hình 13: Dây chuyền sản xuất in kỹ thuật số (in không tiếp xúc hoặc tạo hình ảnh trực tiếp)

5) Giai đoạn thứ năm: Sản xuất máy tính tích hợp CIM (Computer-Integrated Manufacturing)

Việc chuyển giao các dữ liệu liên quan đến sản xuất từ chế bản, và việc chuẩn bị, kiểm soát các hệ thống in và gia công sau in và xử lý vận chuyển đóng một vai trò quan trọng trong việc thực hiện CIM trong ngành in. Mục đích của sự phát triển này là để đạt được một " nhà in nối mạng" (networked printhouse), là quá trình nối mạng theo tiêu chuẩn của cách mạng công nghiệp 4.0.

Hình 14: Dây chuyền sản xuất in CIM  với toàn bộ quá trình sản xuất được nối mạng

Nhìn vào quá trình số hóa trong sản xuất in chúng ta thấy quá trình này diễn ra từng phần theo thứ tự từ đầu đến cuối và đã hoàn tất toàn bộ tại giai đoạn chế bản và in kỹ thuật số. Tại khâu in, các công nghệ in truyền thống như offset, flexo, ống đồng… đều được điều khiển bằng kỹ thuật số. Khâu cuối cùng là hoàn thiện sản phẩm sau in việc số hóa tương đối khó vì công việc của nó liên quan trực tiếp tới vật liệu vật chất. Ở khâu sản xuất này hầu hết các công việc đều làm bằng thiết bị tự động, được điều khiển bằng điện tử và kỹ thuật số. Ngày nay, khi quá trình bế hộp bằng laser được thực hiện trực tiếp trên máy in thì coi như tất cả các công việc trong quá trình sản xuất in được số hóa và tự động hóa. Như vậy, trong những năm qua ngành công nghiệp in đã đi trên con đường tiến tới nền công nghiệp 4.0, bằng cách số hóa, tự động hóa và nối mạng theo tiêu chí cơ bản của công nghiệp 4.0.

• Dây chuyền kỹ thuật số: Ưu điểm, thách thức và khả năng

Tiết kiệm thời gian: Việc tạo ra các tấm phim, bản in được thực hiện tương đối nhanh. Thực hiện CIM trong in và hoàn thiện cho phép rút ngắn thời gian hiệu chỉnh.

Tiết kiệm vật liệu: Khi thay đổi công nghệ sang CTP, việc tiết kiệm vật liệu trở nên đặc biệt rõ ràng, vì không sử dụng film và hóa chất làm phim. Hơn nữa, bằng cách sử dụng CIM làm giảm số lượng phế liệu trong in và hoàn thiện, do công việc đơn giản

Cải thiện chất lượng: Việc cải tiến chất lượng qua việc số hoá ở tất cả các giai đoạn. Số hóa và tự động hóa cũng đơn giản hóa việc chuẩn hóa toàn bộ luồng công việc in. Việc quản lý màu liên tục chỉ có thể đạt được bằng cách thực hiện toàn bộ số hóa trong suốt quá trình chế bản.

Quản lý chất lượng: Vấn đề đối với công nghệ CTP là các lỗi file có thể gây ra tổn thất lớn của  bản in. Do đó, việc thực hiện số hoá và tự động hoá trong các giai đoạn khác nhau đặt ra các tiêu chuẩn cao hơn cho quản lý chất lượng. Một bước tiến quan trọng trong luồng công việc số là kiểm soát đầu vào và đầu ra của dữ liệu (preflight check), có thể được thực hiện bởi các tiện ích phần mềm đặc biệt.

In thử kỹ thuật số: Trong một hệ thống tương tự hoặc một phần kỹ thuật số, cần in thử trước khi bình bản. Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống in thử kỹ thuật số vẫn chưa thể mô phỏng được kết quả in một cách chính xác như in thử tương tự, dựa trên film.

Thay đổi vào phút cuối: Thay đổi thường có thể được quản lý dễ dàng và không mất bất kỳ vật liệu nào, miễn là công việc được thực hiện trong dữ liệu kỹ thuật số.

Lưu trữ / tái sử dụng dữ liệu: Lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số tiết kiệm không gian và dễ tổ chức hơn phim. Bằng cách này, các dữ liệu được tạo trước đây có thể được sử dụng lại bất kỳ lúc nào cho các công việc khác, có hoặc không có bất kỳ thay đổi nào. Khi sử dụng CIM, lợi thế này cũng có thể được nhìn thấy trong chuẩn bị và sự kiểm soát của các hệ thống in và xử lý.

Sao lưu: Trong một số công việc kỹ thuật số, mất dữ liệu có thể có hậu quả lớn về thời gian và chi phí nếu không có hình thức dự phòng cụ thể nào được thực hiện. Việc cài đặt các hệ thống sao lưu, thiết bị bảo vệ quá áp và các thiết bị dự phòng cho máy chủ, cũng như việc thiết lập các quyền truy cập, là những biện pháp quan trọng để ngăn ngừa sự mất mát dữ liệu.

Hợp lý hóa: Do tăng số hóa và tự động hóa, công việc đã được hợp lý hoá và được thực hiện đáng tin cậy và cấu trúc của hệ thống đã được thay đổi; công việc thủ công và phụ trợ không còn cần thiết nữa, và các hoạt động trước đây đã được tách rời và chuyên sâu được tập trung lại.

Các nhân viên có tay nghề: Một mặt, quy trình làm việc kỹ thuật số tiết kiệm công lao động, mặt khác, các yêu cầu đối với nhân viên đòi hỏi nhiều hơn, và các chuyên môn mới, chẳng hạn như cho công việc chuẩn bị trước (kiểm tra file), là cần thiết. Điều này trở nên đặc biệt rõ ràng trong công tác chế bản, nơi mà các nhiệm vụ của ba chuyên gia trước đây, người sắp chữ, người phục chế ảnh (chụp ảnh) và người chế bản đã được kết hợp thành một và có thể được thực hiện tại cùng một máy trạm. Hơn nữa, tình huống này đã tạo ra một nhu cầu ngày càng tăng cho các quản trị viên hệ thống để đảm bảo hoạt động an toàn của hệ thống mạng ngày càng phức tạp.

Xuất bản phân quyền: Bằng cách tích hợp số hóa, các quy trình sắp chữ, chụp ảnh, phơi bản, in ấn... có thể diễn ra tại các trang web khác nhau, trong khi việc truyền dữ liệu và liên lạc giữa các công ty tham gia vào các quá trình này được đảm bảo bằng mạng kết nối.

Các hệ thống quy trình làm việc đang được áp dụng rộng rãi để cải thiện năng suất và kiểm soát chất lượng. Các hệ thống công việc kỹ thuật số do các công ty hàng đầu của thị trường phát triển đáp ứng nhu cầu mới này. Các hệ thống này tích hợp công việc và chuyển tiếp chúng tới các đơn vị được giải quyết. Nhiều công việc thường lệ và tính toán có thể được tự động, công việc hành chính có thể được đơn giản hóa. Ngoài ra luồng thông tin trở nên nhanh hơn giữa các đơn vị, hệ thống quy trình làm việc cũng tăng cường lòng trung thành của khách hàng.

2. Quá trình nối mạng trong sản xuất in

• CIP3 với sản xuất máy tính tích hợp (CIM) trong sản xuất in

Giai đoạn thứ năm của dây chuyền công việc số, việc chuyển giao các dữ liệu liên quan đến sản xuất từ chế bản, rất quan trọng để đưa ra  sản xuất máy tính tích hợp CIM  (Computer integrated Manufacturing). Một sáng kiến quan trọng cho sự hỗ trợ của công việc số trong việc sản xuất các sản phẩm in là liên minh CIP3. CIP3 là viết tắt của "Hợp tác quốc tế về tích hợp chế bản, in và hoàn thiện (International Cooperation for Integration of Prepress, Press, and Postpress); nó là một hiệp hội của khoảng 40 công ty quốc tế, chủ yếu là các nhà sản xuất chế bản, in và hoàn thiện, cũng như các nhà cung cấp và người sử dụng thiết bị. Năm 2000 hiệp hội CIP3 được đổi tên thành CIP4 là một hiệp hội có nhiệm vụ đưa ra các tiêu chuẩn để trao đổi dữ liệu giữa các công đoạn của ngành in và không phụ thuộc thiết bị. Bằng cách đưa ra một tiêu chuẩn chung duy nhất cho việc trao đổi dữ liệu, các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau có thể liên lạc được với nhau thông qua máy tính tạo tiền đề biến quá trình sản xuất in trở thành một quá trình CIM.

• Định dạng sản xuất in (PPF)

Mục tiêu của CIP3 là cải tiến và tự động hoá sản xuất các sản phẩm in bằng cách thiết lập một tiêu chuẩn trong toàn ngành - định dạng sản xuất in PPF (Print Production Format). PPF xác định một cấu trúc dữ liệu đồng nhất và mã hóa kết nối cho dữ liệu, điều này cần thiết cho toàn bộ sản xuất kỹ thuật. PPF này được hỗ trợ bởi các sản phẩm (phần mềm và phần cứng) của các thành viên CIP3 và các công ty khác.

Trong chuỗi dài hoạt động cần thiết của sản xuất in, nhiều máy in đã có thể được kiểm soát và đặt trước bằng điện tử. Tuy nhiên, các giá trị cài đặt bắt buộc vẫn thường được nhập bằng tay, mặc dù nhiều thông tin cần thiết đã có sẵn trong các hoạt động trước đó. Khả năng trao đổi dữ liệu điện tử hầu như không được khai thác, đặc biệt là trong môi trường không sử dụng đồng nhất thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau, như thường gập trong thực tế. Điều này có thể được giải thích bởi sự vắng mặt của một định dạng thống nhất, không phụ thuộc vào nhà sản xuất, mà dữ liệu có thể được gửi từ một bước xử lý  trước sang bước xử lý tiếp theo.

Năm 1994, Viện đồ họa máy tính Fraunhofer (Fraunhofer Institute for Computer Graphics) đã đưa ra một định dạng sản xuất in (CIP3 / PPF). Định dạng này sẽ phục vụ như là bộ chứa dữ liệu cho các thông tin trao đổi giữa chế bản, in, và hoàn thiện. Mục tiêu của nghiên cứu cho Định dạng Sản xuất in của CIP3 là áp dụng các khái niệm về sản xuất máy tính tích hợp (CIM) cho việc sản xuất các sản phẩm in.

• Nội dung của các tệp CIP3 / PPF  và ứng dụng trong dây chuyền sản xuất.

File CIP3/ PPF chứa các mô tả tờ in, nội dung PPF có thể được lưu lại hoặc chỉnh sửa liên tục hoặc đồng thời trong một tập tin PPF. Dựa trên các quy trình phụ khác nhau trong quá trình sản xuất sản phẩm in, các nội dung được lưu, trao đổi hoặc đọc trong tệp PPF. Tập tin PPF chứa cài đặt vùng mực, di chuyển giấy, vị trí của dấu ốc (marks) chồng màu cho kiểm soát chồng màu. Tập tin PPF cũng có thể chứa các vị trí và các giá trị cài đặt của màu và mật độ cho các phép đo và kiểm soát chất lượng trực tiếp hay gián tiếp. Các thuộc tính được sử dụng trong gia công sau in: Thiết lập cắt ngang hoặc cài đặt trước đường gấp của máy in cuộn (web); Định kích thước các khối cắt và định vị các nhát cắt trong quá trình hoàn thiện sản phẩm; Cách gấp và các thông số riêng biệt của chúng cần được thiết lập từ khi bình bản, thông tin này có thể được lưu trong tệp. Trong phần hoàn thiện tiếp theo, CIP3/ PPF mô tả các phần được tạo ra trong các bước trước được xử lý đến thành sản phẩm cuối cùng như thế nào. Do đó, tệp PPF có thể chứa mô tả sản phẩm hoàn chỉnh. Nó bao gồm các mô tả về các hoạt động như dấu gáy (collating), hoặc tập hợp (bắt), đóng sách bằng nhiều cách khác nhau (không khâu, khâu chỉ, vv), xén ba mặt, hoặc thông tin về các sản phẩm đi kèm. Ngoài ra, Định dạng sản xuất in bao gồm dữ liệu quản trị, chẳng hạn như xác định công việc rõ ràng hoặc thông tin về số lượng in.

Trong định dạng sản xuất in CIP3, dữ liệu chuyên biệt về sản xuất, được gọi là "dữ liệu cá nhân", có thể được lưu trữ. Bằng cách này có thể lưu các giá trị thiết lập thực tế của một máy được sử dụng cho quá trình sản xuất và dữ liệu có nguồn gốc từ chế bản trong một tệp tin CIP3 / PPF. Nếu có một công việc lặp lại giống nhau hoặc trên một máy in tương tự, cài đặt sản xuất cũ sau đó có thể được sử dụng trực tiếp. Với cơ chế "dữ liệu cá nhân", định dạng sản xuất in CIP3 cũng có thể được sử dụng để lưu các thông số không được biết trước trong chế bản cũng như không có nguồn gốc từ thông tin đã có sẵn. Một lợi ích khác của khả năng sử dụng lại của dữ liệu này là rút ngắn đáng kể thời gian cho các công việc lặp lại. Nếu cần thiết, dữ liệu cá nhân chỉ có thể bị xóa dễ ràng trước khi dữ liệu được gửi đến các trang web sản xuất bên ngoài. Tất cả dữ liệu được lưu trữ dưới dạng có cấu trúc trong tệp CIP3/ PPF, cơ cấu logic này được lập trình với cơ chế thừa kế thuộc tính dữ liệu. Do đó, một phần tử có thể kế thừa các thuộc tính từ các phần tử trên một cấp bậc cao hơn của nó. Bằng cách này, các thuộc tính hợp lệ cho một số phần tử có thể được sao chép trong một cấu trúc cấp cao hơn. Sau đó chúng có thể được lưu một lần cho tất cả các cấu trúc cấp dưới.

Ứng dụng đầu tiên, tích hợp CIP3/ PPF trong luồng công việc, là cài đặt mực in. Nếu nội dung của toàn bộ tờ in tồn tại dưới dạng tệp CIP3/ PPF, ta có thể tính toán chính xác số lượng mực cần thiết cho mỗi bản tách màu, tức là cho mỗi đơn vị in. Thêm các ứng dụng sử dụng CIP3 / PPF, ví dụ như, tự động tạo ra các chương trình để sử dụng máy cắt, và vị trí các cảm biến, hoặc chuyển giá trị cài đặt để kiểm soát chất lượng in; chúng cũng đóng góp rất nhiều vào việc tiết kiệm thời gian và chất thải. Việc chuẩn bị máy in được rút ngắn, đặc biệt trong các sản phẩm in ngắn, tạo thành một lợi thế lớn.

• Định dạng công việc JDF  (Job Definiton Format) và CIP4

Một sáng kiến mới khác của nhóm cốt lõi Heidelberg, Adobe, MAN Roland và Agfa là sự phát triển của “Định dạng công việc” JDF (Job Definiton Format). Định dạng thẻ công việc này tương thích với Định dạng thẻ công việc di động của Adobe (PJTF) và với Định dạng sản xuất in (PPF) do nhóm CIP3 phát triển, từ đó góp phần vào dây chuyền tích hợp đầy đủ trong ngành in. Các giải pháp dựa trên Internet để sản xuất tại các địa điểm khác nhau được thực hiện bằng cách thực hiện các tiêu chuẩn XML (Extensible Markup Language).

CIP4 là một tiêu chuẩn của việc trao đổi dữ liệu trong quá trình sản xuất in, việc trao đổi này dựa trên 2 định dạng là JDF (Job Definition Format) và JMF (Job Messaging Format). Tất cả đều được mã hoá bằng ngôn ngữ XML. Với XML thì tính tương thích trên các nền phần cứng khác nhau cũng như việc xây dựng các ứng dụng trên nền internet được bảo đảm. CIP4 hay JDF ngày nay đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp phục vụ việc tích hợp các thiết bị hay giải pháp trong ngành công nghiệp in. Nó bao gồm tất cả các công đoạn từ quản lý vật tư, khách hàng, lên kế hoạch sản xuất, lập dự toán, tự động hóa quá trình sản xuất in, giao hàng vv. Bản thân CIP4 hay JDF không phải là một thiết bị hay phần mềm mà nó chỉ là một chuẩn giao tiếp. CIP4 đã và đang được ứng dụng một cách rộng rãi là xu thế phát triển tất yếu của ngành in theo hướng tiêu chuẩn hóa và tự động hóa.

• Quản lý sản xuất và  hệ thống giám sát sản xuất

Trong các công ty in lớn, quản lý sản xuất và giám sát công việc đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo giao hàng đúng giờ và chi phí sản xuất hiệu quả. Phần lớn các công ty in không có kế hoạch tổng quan chi tiết về công việc trong sản xuất, và đặc biệt không có cập nhật thời gian thực tế về trạng thái của chúng. Trong các công ty yêu cầu có thời gian tuyệt đối về sản xuất (như in báo hàng ngày), một số quy trình cụ thể đã được thiết lập dần, cùng với việc sử dụng các hệ thống lập kế hoạch và giám sát điện tử.  Điều này làm cho ngành công nghiệp in báo và tạp chí là công ty đầu tiên triển khai các giải pháp có thể làm giảm những rủi ro. Tuy nhiên, các công ty in với sản lượng in lớn cũng phải tích hợp một giải pháp hợp lý cho việc lập kế hoạch và giám sát sản xuất của họ, các hệ thống được phát triển để sản xuất có thể được lên kế hoạch, giám sát, chi phí và thương mại hóa một cách hiệu quả.

Để có một cái nhìn tổng quan cập nhật về việc sản xuất một tờ báo bất cứ lúc nào, cần một số công cụ theo dõi và trực quan nhất định. Việc kiểm tra phải có thể cho từng phần tử riêng lẻ. Sau khi kiểm tra, hệ thống sẽ gửi thông báo trạng thái như “đang trong quá trình sản xuất”, “đã dừng” hoặc “sẵn sàng’. Nhiệm vụ này là rất lớn và phức tạp vì toàn bộ quá trình sản xuất có thể liên quan đến một số hệ thống từ các nhà sản xuất khác nhau. Khi sản xuất báo, hệ thống độc lập được sử dụng trong các lĩnh vực sau: quản trị, biên tập, sản xuất quảng cáo, chỉnh sửa hình ảnh, bố cục, in ấn, vận chuyển, v.v. Do đó, nhiệm vụ của một hệ thống theo dõi là thu thập thông tin từ từng hệ thống một phần và đưa ra tổng quan về toàn bộ quá trình sản xuất. Để hệ thống này hoạt động đúng, tất cả các hệ thống phải truyền thông tin trạng thái của từng phần tử trong một biểu mẫu được chuẩn hóa đến một hệ thống theo dõi trung tâm.

Hiệp hội báo chí và công nghệ truyền thông IFRA, đã thiết lập một hệ thống theo dõi độc lập với nhà cung cấp với việc mã hóa thông tin theo dõi, XML (Extensible Markup Language) được ưu tiên cho IMF (IFRA Message Format). Ngoài ra, giao thức kết nối hiện được sử dụng là TCP/ IP (Internet – Transmission Control Protocol /Internet Protocol), dựa trên các tiêu chuẩn hiện có. In thương mại cũng đã giới thiệu các giải pháp giám sát sản xuất tương tự như trong in báo. Một số công ty, những người đã phát triển các hệ thống được tối ưu hóa đặc biệt để giao tiếp các thành phần hệ thống in của riêng họ: DataControl/Prinect (Heidelberg); PECOM (MAN Roland); K-LAN II/KMS (Komori); DiamondLink System (Mitsubishi)

Hình 15: Thiết bị đầu cuối trên trạm điều khiển của hệ thống sản xuất có kết nối với hệ thống sản xuất và thông tin (DataControl / Prinect, Heidelberg)

Các hệ thống được thiết kế để truyền dữ liệu từ xa, giám sát từ xa và kiểm soát các hệ thống sản xuất cũng đóng một vai trò quan trọng. Chúng có thể hỗ trợ việc sản xuất được thực hiện tại các địa điểm khác nhau và đảm bảo phát hiện sớm và chẩn đoán các lỗi. Do đó, chúng có thể thực hiện một dịch vụ nhanh chóng liên quan đến công việc bảo trì hoặc xử lý trục trặc.

CÔNG NGHIỆP IN TIẾP CẬN VỚI NỀN CÔNG NGHIỆP 4.0

Ngoài quá trình số hóa và nối mạng với dây chuyền sản xuất kỹ thuật số trong ngành in đã được áp dụng từ trước, hiện nay có rất nhiều các ứng dụng công nghệ số được các nhà sản xuất thiết bị in đưa ra và ngày càng hiện đại, đáp ứng được xu hướng phát triển của nền công nghiệp 4.0 làm cho ngành công nghiệp in hòa nhập nhanh với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra. Để minh họa cho các ứng dụng này chúng tôi đưa ra một số trường hợp đang được áp dụng.

1. Tự động hóa thay đổi quy trình sản xuất trong In 4.0 của Komori và SCREEN GP

Cách mạng công nghiệp 4.0 đang thay đổi các công việc ở tốc độ cao, trong đó đó có tính đến ngành in, nơi các nỗ lực tích hợp và tự động hóa liên tục phát triển - đặc biệt liên quan đến việc tích hợp một số tùy chọn in  khác nhau và quy trình in tự động nói chung. Quy trình làm việc của Komori và SCREEN GP hứa hẹn tăng cường tự động hóa trong tất cả các quy trình in và có thể dẫn đến một nhà máy thông minh IoT. Tập đoàn Komori Corporation và SCREEN Graphic and Precision Solutions (SCREEN GP) hiện đang tạo ra một quy trình làm việc, có thể mô phỏng (forge ahead) với tương lai kỹ thuật số của in ấn.

Hướng tới  quy trình làm việc của ngày mai. Dây chuyền sản xuất mới phát triển của Komori và SCREEN GP đáp ứng tất cả các yêu cầu của công nghiệp 4.0. Nó hứa hẹn tăng cường tự động hóa đáng kể trong tất cả các quy trình từ chế bản, in và hoàn thiện trong khi kết hợp các hệ thống in offset và kỹ thuật số. Ở đây, quy trình làm việc được tích hợp vào một quá trình in lai bao gồm một máy ghi bản PlateRite, máy in offset tờ rời Lithrone G và hệ thống in máy in phun UV kỹ thuật số dạng tờ rời Impremia IS29 29 inch. Các hệ thống này cũng sẽ được liên kết với các thiết bị gia công sau in thông qua JDF, tạo ra một quy trình làm việc hỗ trợ kiểm soát tích hợp toàn diện của tất cả các quy trình.

Các thành phần của quy trình làm việc mới của Komori và SCREEN GP đã kết hợp hai công cụ mạnh mẽ: KP-Connect Pro của Komori và nền tảng dây chuyền tổng  quát của SCREEN GP là EQUIOS 5.0 (EQUIOS là một công cụ giao tiếp dựa trên Internet kết nối tực tuyến giữa khách hàng, với người thiết kế và các quy trình chế bản. Là giải pháp cho phép nhiều loại thiết bị khác nhau được vận hành từ một giao diện sử dụng duy nhất, giúp tối ưu hóa toàn bộ quá trình sản xuất). Trong khi phần mềm điều khiển nhiệm vụ in nằm giữa hệ thống quản lý thông tin và địa điểm sản xuất - thu thập và chia sẻ chi tiết sản xuất mới nhất, do đó, cho phép điều khiển thời gian thực tinh vi của tất cả các thiết bị sản xuất. EQUIOS hoạt động như một trung tâm điều khiển cho quá trình chế bản và in, do đó có thể tạo ra một môi trường trong đó bất kỳ hệ thống in nào cũng có thể tạo ra chất lượng, hiệu suất và độ ổn định vượt trội. Giải pháp tích hợp dây chuyền công việc tiếp theo được EQUIOS và KP-Connect Pro tạo ra sẽ giúp cải thiện đáng kể tối ưu hóa và hiệu suất của các quá trình chế bản và in, và thực tế là toàn bộ quy trình in.

Trên đường đến một nhà máy thông minh IoT. Sự hợp tác kỹ thuật trong tương lai giữa Komori và SCREEN GP sẽ trở thành nguồn sáng tạo chính cho toàn bộ ngành in - một nhà máy thông minh IoT. Theo Katsuya Kawai, Chủ tịch Công ty TNHH Mizukami Insatsu: “Một trong những mục tiêu chính mà chúng tôi đang xúc tiến là tạo ra một thiết kế cho một nhà máy thông minh vào năm 2025. Tất cả các thiết bị, thiết bị ngoại vi và quy trình sẽ được kết nối bằng IoT, cho phép cải thiện đáng kể tính xuyên suốt của các hoạt động thời gian thực. Một người điều hành duy nhất sẽ kiểm soát nhiều hệ thống, nhân viên làm bán thời gian, trí tuệ nhân tạo (AI) và robot. Tầm nhìn của chúng tôi là tạo ra một nhà máy thông minh sử dụng logistics in thế hệ tiếp theo để đạt được một chiều hướng thực sự mới về năng suất”.

2. Prinect - Điều khiển nhà in thông minh  

Prinect là phần mềm cho sản xuất tích hợp kỹ thuật số của Heidelberg, được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2000. Prinect loại bỏ các điểm tiếp xúc, cản trở và lãng phí ở những nơi nó được áp dụng. Điều này tạo ra một môi trường minh bạch trong đó ích lợi có thể được theo dõi không chỉ là công việc với công việc, mà qua mỗi hoạt động và toàn bộ quá trình. Khi các nhà in và bao bì chuẩn bị bước vào nền công nghiệp 4.0, Heidelberg đã nâng cấp Prinect để đáp ứng được yêu cầu của họ trong quá trình sản xuất in.
Prinect kết hợp các lĩnh vực quản lý, chế bản, in và hoàn thiện sau in trong một nhà in thông minh. Dây chuyền làm việc của Prinect cho phép tự động hóa các quy trình và mang lại sự minh bạch cho chúng. Chúng cũng cho phép phân tích và tối ưu hóa luồng công việc của mình trên cơ sở dữ liệu được thu thập chính xác. Từ nhận hàng, thông qua báo giá, quản trị và lập kế hoạch, đến sản xuất và giao hàng. Cho dù in offset hay in kỹ thuật số, Prinect cho phép chúng ta thêm các dịch vụ kỹ thuật số vào chuỗi giá trị của mình và sử dụng các kênh tương tác và các cổng Internet trong cách tiếp cận khách hàng.
Prinect cung cấp một loạt các mô-đun phần mềm linh hoạt và riêng biệt cho các công ty in thương mại và bao bì cỡ nhỏ và lớn. Prinect có giải pháp tùy chỉnh cho chất lượng hàng đầu, đảm bảo chất lượng tối ưu và hiệu quả tối đa để mang đến lợi thế quyết định trong cuộc cạnh tranh. Chúng ta có thể tự động hóa các quy trình của mình, có thể phân tích tiềm năng và nhận câu trả lời trên cơ sở dữ liệu được thu thập chính xác và  mở rộng các dịch vụ của mình theo hướng truyền thông kỹ thuật số.

Hình 16: Nhà in tích hợp với Prinect

Năm 2016, Prinect Production Manager ra đời, đây là một khái niệm mới sử dụng trong các hình thức của một mô hình cho thuê trong nền tảng Prinect kinh doanh thông minh. Nó cho phép các nhà in ở mọi quy mô sử dụng mọi chức năng tích hợp của quy trình sản xuất Prinect một cách chính xác phù hợp với yêu cầu của mình, mà không phải thỏa hiệp về phạm vi hoạt động. Như sử dụng tất cả các chức năng của Prinect Prepress, Prinect Pressroom, Prinect Digital Print, và Prinect Postpress Manager khi cần thiết. Một hệ thống mô-đun, người dùng có thể chọn các chức năng của quy trình sản xuất Prinect mà họ cần: từ chế bản, đến in kỹ thuật số và in offset, đến hoàn thiện sau in, và bao gồm cả Prinect Portal mới. Thay vì trả tiền cho các giấy phép riêng từng phần, người dùng chỉ trả tiền cho việc sử dụng dữ liệu hàng tháng thực tế của nó. Phí sử dụng cũng bao gồm tất cả các bản cập nhật phần mềm tự động sao cho quy trình làm việc luôn được cập nhật. Công ty Petermann GZW, có trụ sở tại Bad Nauheim (Đức), là người dùng Prinect (Prinect Production Manager) đầu tiên trên thế giới.

Trong nhiều năm, Heidelberg đã cho phép các hệ thống kỹ thuật số từ các nhà cung cấp bên thứ ba được tích hợp vào quy trình Prinect thông qua Prinect Digital Print Manager. Từ năm 2016 trở đi, điều này cũng có thể áp dụng cho các máy in và hệ thống in ấn của bên thứ ba. Là một thành viên tích cực của tổ chức CIP4, Heidelberg từ lâu đã là người tiên phong trong việc tích hợp các hệ thống của bên thứ ba vào công việc nội bộ.  

3. PrintVis - Giải pháp ERP chuẩn mực và toàn diện cho ngành in và bao bì

Giải pháp Printvis được Công ty Nova Vision phát triển chuyên biệt cho ngành in và bao bì, tích hợp trên nền tảng hệ thống giải pháp tài chính kế toán Microsoft Dynamics NAV của Microsoft, giúp doanh nghiệp có thể quản lý tất cả các lĩnh vực hoạt động sản xuất kinh doanh. PrintVis đuợc xây dựng trên nền tảng giải pháp ERP (Enterprise Resource Planning) của Microsoft là Microsoft Dynamics NAV. PrintVis đáp ứng đuợc các yêu cầu tiên tiến nhất đối với quy trình quản lý - sản xuất của ngành in bắt đầu từ khâu chế bản, in đến hoàn thiện. Hệ thống PrintVis đuợc chia thành nhiều module khác nhau và có thể thiết lập để đáp ứng yêu cầu cụ thể của nhà in. Nó có thể quản lý tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất kinh doanh, từ báo giá cho đến khi lệnh sản xuất đuợc in ra và đến khi sản phẩm đuợc giao đến cho khách hàng, bao gồm cả quản lý hóa đơn và các báo cáo thống kê. PrintVis hỗ trợ định dạng thông tin JDF nên có khả năng tích hợp với tất cả các sản phẩm và hệ thống có khả năng JDF. 

Những tính năng chủ yếu của PrintVis:

Dự toán và báo giá: Khả năng thiết lập hệ thống linh hoạt cho nguời dùng lập bảng dự toán công việc và lập báo giá bằng cách thực hiện từng buớc, hay sử dụng các mẫu có sẵn. Printvis có thể cung cấp cho ta một cái nhìn toàn diện  về lợi nhuận dự tính của một đơn hàng như chi phí trực tiếp, phụ phí, tổng chi phí, mức lợi nhuận và giá bán cho từng đơn hàng.  

Quản lý hợp đồng: Công cụ này cung cấp toàn bộ thông tin về công việc sắp đến hạn, ngày giao hàng, thông tin khách hàng, mô tả đơn hàng, v.v… Với module này có thể kiểm soát và theo dõi chu trình thực hiện đơn hàng của mình. Chúng ta có thể xem đầy đủ thông tin về báo giá chờ giải quyết, báo giá đã đuợc khách hàng chấp nhận, và các công việc khác đang đuợc xử lý.

Tồn kho, linh hoạt trong chuỗi cung ứng: Doanh nghiệp có xu huớng giảm tối đa mức tồn kho, chỉ lưu một ít nguyên liệu và quản lý theo phương thức – “tồn kho kịp thời” (Just in Time). Printvis cung cấp  thông tin đầy đủ về nhu cầu mua hàng đối với cả nguyên liệu và dịch vụ (thầu phụ) dựa trên kế hoạch sản xuất thực tế. Chúng ta có thể lựa chọn khổ giấy gần đúng với kích cỡ cần thiết, cho phép sử dụng một phần nhỏ tồn kho đã có sẵn trong kho.

Lập kế hoạch và Lịch sản xuất: Khi xây dựng bảng dự toán cho một đơn hàng mới, hệ thống tự động tính thời gian, năng lực sản xuất và dự trù nguyên vật liệu cần thiết. Hệ thống sẽ đưa ra đề nghị tối ưu nhất cho lịch sản xuất.  PrintVis hỗ trợ nhiều cấp độ kế hoạch. Kế hoạch có thể đuợc lập dựa trên các mốc thời  gian quan trọng, hoặc có thể dựa theo chi tiết chính xác ngày, giờ nào đó hay theo thời luợng sản xuất.

Thông tin hình ảnh: Hệ thống chứa nhiều loại thông tin hình ảnh giúp ta theo dõi nguồn lực và thời gian sản xuất chưa được tối ưu và các chi tiết khác của kế hoạch sản xuất. Trên biểu đồ Grantt, chúng ta có thể  di chuyển những đơn hàng có trong kế hoạch chỉ bằng cú click chuột.

Quản lý xuởng sản xuất: Sử dụng Lệnh sản xuất điện tử và module Quản lý xuởng sản xuất để gửi thông tin đến từng xuởng sản xuất theo thời gian thực. Ðiều này sẽ đảm bảo xuởng sản xuất nhận đuợc thông tin mới nhất tại bất kỳ thời điểm nào, vì tất cả các thông tin này đều đuợc lấy ra từ cùng một cơ sở dữ liệu.

Ghi nhận kết quả sử dụng nguyên vật liệu: Module Quản lý xuởng sản xuất lấy dữ liệu về thời gian sản xuất và số luợng nguyên vật liệu tiêu hao từ quá trình sản xuất và ghi nhận vào từng lệnh sản xuất theo thời gian thực. Ðiều này giúp chúng ta nắm được tình trạng của từng lệnh sản xuất và năng lực sản xuất còn lại. Bất kỳ lúc nào chúng ta cũng có thể  biết đã sản xuất đuợc bao nhiêu, nguyên liệu nào còn nguyên liệu nào hết.

Giá vốn: PrintVis cung cấp đầy đủ thông tin tổng quan và lịch sử chi tiết của từng đơn hàng, so sánh thực tế sử dụng nguyên liệu sản xuất và bảng báo giá. Từ đó giúp chúng ta trả lời các câu hỏi quan trọng như “Báo giá chính xác không?”, “Mức giá vốn như thế nào?”,  “Lợi nhuận ra sao?”. Chúng ta có thể sử dụng thông tin trong hệ thống lặp đi lặp lại nhiều lần.

Tự động xuất hóa đơn: Việc xuất hóa đơn cho các đơn hàng đuợc tích hợp với quá trình dự toán, ghi nhận kết quả sản xuất và tính toán giá vốn. Hóa đơn chi tiết có thể đuợc tạo ra dựa theo thông tin lấy từ báo giá hoặc đơn hàng, bao gồm nguyên vật liệu tiêu thụ thực tế, có hoặc không có công việc phụ trội, số luợng đặt hàng thêm, v.v... Hệ thống linh hoạt cho phép thiết lập các phương pháp tính toán khác nhau cho từng dây chuyền sản xuất. Sự linh hoạt này sẽ giúp chúng ta đảm bảo hệ thống có thể đáp ứng mọi yêu cầu về phát hành hóa đơn.

Thiết lập hệ thống theo yêu cầu đặc thù của doanh nghiệp. Chúng ta có thể thêm trường thông tin, bảng dữ liệu, hoặc menu nguời dùng, đồng thời, có thể thiết lập các chính sách kinh doanh như thời hạn thanh toán, giảm giá cho khách hàng hoặc nhà cung cấp. Ngoài ra, chúng ta có thể thiết lập hệ thống để đáp ứng các yêu cầu của luật pháp và thương mại quốc tế.

Dễ dàng truy xuất thông tin: Chúng ta có thể xem thông tin tài chính từ hệ thống Tài khoản, hoặc thông qua công cụ drill-down để xem chi tiết giao dịch. Chúng ta có thể sử dụng dữ liệu từ Sổ Cái theo mẫu báo cáo có sẵn hoặc xây dựng các báo cáo riêng để đưa ra quyết định kinh doanh.

Nhận ra những cơ hội mới: Chúng ta có thể phân tích tình hình kinh doanh theo nhiều tiêu chí khác nhau như lợi nhuận, chi phí, phòng ban, khu vực, dòng sản phẩm, hoặc bất kỳ tiêu chí báo cáo nào do ta định nghĩa. Chúng ta có thể sử dụng một loạt các báo cáo có sẵn hay các báo cáo đuợc thiết lập riêng cho doanh nghiệp của mình. Hệ thống cho phép hiển thị các báo cáo trên nền Web hoặc gửi báo cáo qua e-mail, nhờ đó các nhà quản lý, nhân viên, đối tác, nhà đầu tư của chúng ta có thể nhận thông tin về hoạt động kinh doanh của chúng ta một cách kịp thời.

Tích hợp với Web: Cho phép khách hàng truy cập hệ thống. Với module WebVisions, khách hàng có thể xem các thông tin liên quan như tình trạng đơn hàng, đặt hàng qua mạng, v.v. trong khuôn khổ ta cho phép. Thông tin hiển thị trên Web tương tác trực tiếp với cơ sở dữ liệu PrintVis theo thời gian thực. WebVision còn cho phép triển khai ứng dụng Web riêng cho từng khách hàng trên cùng một hệ thống nhưng giao diện khác nhau.

Quản lý Xuởng sản xuất qua Web hoặc Smartphone: WebVision cho phép ta chạy module Quản lý Xuởng sản xuất trên nền Internet hoặc Intranet. Nguời dùng có thể truy xuất thông tin Lệnh sản xuất hoặc ghi nhận số luợng nguyên liệu tiêu hao thông qua Smartphone và mạng không dây

Tích hợp JDF: Với tư cách là hội viên chính thức của CIP4, PrintVis cam kết mạnh mẽ trong việc phát triển và duy trì khả năng tích hợp JDF trong hệ thống ER/MIS của mình.

KẾT LUẬN

Công nghiệp 4.0 là một cách tiếp cận mang tính cách mạng cho kỹ thuật sản xuất. Khái niệm này sẽ đẩy các nhà sản xuất toàn cầu lên một mức độ tối ưu và năng suất mới.  Không chỉ vậy, khách hàng cũng sẽ tận hưởng một cấp độ mới của sản phẩm cá nhân hoá tùy chỉnh mà có thể chưa bao giờ có sẵn trước đây, lợi ích kinh tế là rất lớn. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết một cách có hệ thống để đảm bảo quá trình chuyển đổi suôn sẻ. Điều này không chỉ là trọng tâm của các tập đoàn lớn và các chính phủ mà còn cả các cơ sở sản xuất, kinh doanh nhỏ. Trong khi các suy đoán về quyền riêng tư, an ninh và việc làm cần nghiên cứu nhiều hơn, thì bức tranh tổng thể đầy hứa hẹn.  Cách tiếp cận như vậy đối với các ngành sản xuất thực sự mang tính cách mạng. 
Năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp gắn liền với trình độ ứng dụng công nghệ trong sản xuất và quản trị. Công nghệ giúp doanh nghiệp tăng tốc độ, giảm sai sót và loại bỏ lãng phí. Cách mạng công nghiệp 4.0 xây dựng nên các doanh nghiệp số dựa trên việc kết nối các chuỗi giá trị trong và ngoài doanh nghiệp, số hóa quá trình sản xuất và dịch vụ, và tạo những mô hình kinh doanh mới. Các nền tảng ứng dụng quản lý hiện đại vận hành trên mạng máy tính diện rộng, Internet và điện toán đám mây cho phép kết nối tích hợp thông tin xuyên suốt toàn bộ tổ chức bất kể quy mô lớn hay nhỏ. Dữ liệu được tích hợp qua tất cả các quy trình từ lập kế hoạch, phát triển sản phẩm, mua sắm, sản xuất, hậu cần đến bán hàng và dịch vụ. Kết nối dữ liệu làm tăng tốc độ thực hiện quy trình, giảm thiểu sai sót do các thao tác thủ công hoặc nhập thông tin nhiều lần, và loại bỏ các lãng phí về nhân công, thời gian và cơ hội. Bên cạnh đó, các doanh nghiệp có thể tích hợp dữ liệu thông suốt với các đối tác và khách hàng. Điều này cho phép tối ưu hóa giao dịch thương mại với các đối tác, thiết lập hệ sinh thái và củng cố địa vị của doanh nghiệp.
Đối với công nghiệp in, việc ứng dụng các cảm biến thông minh, thiết bị thông tin liên lạc và giải pháp quản trị tích hợp, doanh nghiệp có thể số hóa toàn bộ quá trình hoạt động từ sản xuất, kinh doanh đến quản lý. Thông tin từ quá trình sản xuất, qua cảm biến được số hóa thành dữ liệu theo thời gian thực và truyền về các hệ thống xử lý và hệ thống quản trị, nhờ đó, nhà quản lý đưa ra quyết định điều hành kịp thời. Doanh nghiệp sản xuất in có thông tin cập nhật về tình trạng máy móc, tiêu hao nguyên liệu và bán thành phẩm qua các công đoạn sản xuất. Trong ngành công nghiệp in các quá trình sản xuất, quản lý sản xuất… đã được số hóa và nối mạng ở hầu hết các khâu sản xuất và quản lý, các thiết bị sản xuất hiện nay đã được số hóa và sẵn sàng kết nối ở mức độ cao, các dây chuyền sản xuất đã được số hóa gần như toàn bộ, các quá trình làm việc của các thiết bị phần lớn được điều khiển tự động bằng kỹ thuật số nhằm đạt được một "nhà in nối mạng" (networked printhouse) theo tiêu chuẩn của nền công nghiệp 4.0. Như vậy chúng ta thấy ngành in thế giới đã nằm một phần khá sâu vào công nghiệp 4.0 hiện nay, trong một thời gian ngắn tiếp theo nó sẽ chuyển hoàn toàn sang nền công nghiệp 4.0 với các nhà in thông minh – Nhà in 4.0.
Tuy nhiên, việc sử dụng ở từng quốc gia và công ty không có sự đồng đều. Ở Việt nam mức độ sử dụng các thiết bị sản xuất cơ bản được số hóa, nhưng mức độ kết nối chưa cao, áp dụng quản lý sản xuất bằng các phần mềm kết nối còn rất hạn chế. Công nghiệp 1.0 diễn ra trong khoảng thời gian 80 năm; 2.0 khoảng 60 năm; 3.0 khoảng 30 năm, nhưng lần này 4.0 sẽ diễn ra rất nhanh, nếu chúng ta không thay đổi kịp sẽ bị các công ty có tiềm lực lớn thay đổi và dành phần lớn thị trường, nhất là thị trường in bao bì, tem nhãn, khi đó các công ty nhỏ khó có khả năng tồn tại. Trước đây, ngành in Việt Nam chỉ có các doanh nghiệp Nhà nước tham gia thị trường, khi đó, việc đổi mới công nghệ có thể diễn ra chậm nhưng không có ảnh hưởng nhiều vì tổng thị trường vẫn được chia cho các doanh nghiệp hiện có. Nhưng ngày nay, có rất nhiều loại doanh nghiệp tham gia, trong đó có các doanh nghiệp nước ngoài với tiềm lực rất lớn, khi họ đổi mới theo công nghiệp 4.0 thì họ sẽ chiếm lĩnh hầu hết thị trường, không còn phần cho các doanh nghiệp không có khả năng đổi mới. 
Với nội dung cơ bản về cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và thực trạng việc số hóa, nối mạng trong sản xuất của công nghiệp in thế giới tiếp cận với công nghiệp 4.0. Chúng tôi hy vọng các doanh nghiệp in Việt Nam sẽ có cái nhìn tổng quan và cách tiếp cận phù hợp nhất với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 của doanh nghiệp mình để mang lại lợi ích cao nhất trong bối cảnh thay đổi nhanh hiện nay./.