Bài viết khoa học

Giang Văn Khuyến

Trường Cao đẳng Công nghiệp In

MỞ ĐẦU

Trong thời gian gần đây, khái niệm "Cách mạng Công nghiệp 4.0" được nhắc đến nhiều trên truyền thông và mạng xã hội. Theo đó, nó ảnh hưởng tới tất cả các lĩnh vực hoạt động của con người từ kinh tế đến chính trị, từ cá nhân, doanh nghiệp đến quốc gia. Chính phủ đã ra Chỉ thị 16 CT-TTg ngày 04/05/2017 “ Về tăng cường năng lực tiếp cận Cách mạng công nghiệp 4.0”. Công nghiệp 4.0 có ý nghĩa khác nhau đối với những đối tượng khác nhau. Các ngành sản xuất đang nỗ lực tham gia vào Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, trong số đó có ngành in. Với các nhà in thương mại muốn nâng cao sức cạnh tranh và cập nhật các xu hướng phát triển, cần phải nhận thức được về Công nghiệp 4.0. Industry 4.0 can mean different things to different people, but it generally refers to the fourth industrial revolution, which incorporates trends in automation, data exchange, smart systems, and the Internet of Things.Các công ty, doanh nghiệp không theo kịp thời đại, không đổi mới tư duy sẽ sớm bị đào thải. Hầu hết các máy in sẽ phải trải qua quá trình chuyển đổi quan trọng để nhận ra lợi ích toàn diện của Công nghiệp 4.0 - không chỉ về phương pháp sản xuất mà còn cả chiến lược kinh doanh.  Công nghiệp 4.0 đang đến rất nhanh và để cạnh tranh trong thế giới ngày mai, và hơn nữa, các công ty công nghệ phát triển theo thời gian và sẽ phải đối mặt với những thách thức trong tương lai gần.  

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

Để xây dụng một nền công nghiệp 4.0, phải dựa vào các thành phần của nó và đưa ra những nguyên tắc chung. Các nguyên tắc thiết kế cho phép các nhà sản xuất xem xét một sự chuyển đổi tiềm năng cho các công nghệ của công nghiệp 4.0. Dựa trên các thành phần cơ bản của công nghiệp 4.0, các nguyên tắc thiết kế bao gồm: 
Khả năng tương tác (Interoperability): Các đối tượng, máy móc và con người cần có khả năng giao tiếp thông qua Internet of Things và Internet of People.  Đây là nguyên tắc quan trọng nhất khiến nhà máy trở thành một nhà máy thông minh. 
Ảo hóa (Virtualization): CPS (Cyber-Physical Systems), phải có khả năng mô phỏng và tạo ra một bản sao ảo của thế giới thực. CPS cũng phải có khả năng giám sát các đối tượng hiện có trong môi trường xung quanh.  
Phân cấp (Decentralization): Khả năng của CPS hoạt động độc lập. Điều này mang lại chỗ cho các sản phẩm tùy chỉnh và giải quyết vấn đề. Điều này cũng tạo ra một môi trường linh hoạt hơn cho sản xuất.  
Khả năng thời gian thực (Real-Time Capability): Một nhà máy thông minh cần có khả năng thu thập dữ liệu thời gian thực, lưu trữ hoặc phân tích và đưa ra quyết định theo kết quả mới. Các đối tượng thông minh phải có khả năng xác định lỗi và ủy nhiệm lại tác vụ cho các máy vận hành khác. Điều này cũng góp phần rất lớn vào sự linh hoạt và tối ưu hóa sản xuất. 
Định hướng dịch vụ (Service-Orientation): Sản xuất phải theo định hướng khách hàng. Con người và các đối tượng/ thiết bị thông minh phải có khả năng kết nối hiệu quả thông qua Internet dịch vụ để tạo ra sản phẩm dựa trên thông số kỹ thuật của khách hàng.  
Thay đổi (Modularity): Trong một thị trường năng động, khả năng thích ứng với một thị trường mới của nhà máy thông minh là rất cần thiết. Mặt khác nhà máy thông minh phải có khả năng thích nghi nhanh chóng và thuận lợi cho các thay đổi theo mùa và xu hướng thị trường. 
4. Cơ hội và thách thức của công nghiệp 4.0
Công nghiệp 4.0 sẽ thực sự cách mạng hóa cách thức các quy trình hoạt động sản xuất.  Tuy nhiên, điều quan trọng là phải cân nhắc những cơ hội và những thách thức mà các công ty có thể phải đối mặt.  
• Cơ hội của công nghiệp 4.0 
Tối ưu hóa (Customization): Tối ưu hóa sản xuất là một lợi thế quan trọng đối với công nghiệp 4.0. Một nhà máy thông minh có chứa hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn thiết bị thông minh có khả năng tự tối ưu hóa sản xuất sẽ dẫn đến thời gian ngừng máy gần như bằng không trong sản xuất. Có khả năng sử dụng sản xuất liên tục và nhất quán sẽ mang lại lợi nhuận cho công ty.  
Tùy chỉnh (Customization): Tạo một thị trường linh hoạt theo định hướng khách hàng sẽ giúp đáp ứng nhu cầu của người dân nhanh chóng và thuận lợi. Nó cũng sẽ phá hủy khoảng cách giữa nhà sản xuất và khách hàng. Giao tiếp sẽ diễn ra giữa cả hai trực tiếp. Các nhà sản xuất sẽ không phải giao tiếp nội bộ (trong các công ty và nhà máy) và bên ngoài (đối với khách hàng). Điều này làm tăng quá trình sản xuất và phân phối. 
Thúc đẩy  nghiên cứu (Pushing Research): Việc áp dụng các công nghệ trong công nghiệp 4.0 sẽ thúc đẩy nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khác nhau như bảo mật CNTT và sẽ có ảnh hưởng đến giáo dục nói riêng. Một ngành mới sẽ đòi hỏi một bộ kỹ năng mới. Do đó, giáo dục và đào tạo sẽ có một hình dạng mới cung cấp cho công nghiệp như vậy sẽ đòi hỏi lao động có tay nghề cao. 
• Những thách thức của công nghiệp 4.0 
Bảo mật (Security): Có lẽ khía cạnh khó khăn nhất trong việc triển khai các kỹ thuật của công nghiệp 4.0 là rủi ro bảo mật CNTT. Tích hợp trực tuyến này sẽ cung cấp chỗ cho các vi phạm an ninh và rò rỉ dữ liệu. Vì vậy, nghiên cứu về an ninh là rất quan trọng. 
Vốn (Capital): Việc chuyển đổi như vậy sẽ đòi hỏi một khoản đầu tư lớn vào một công nghệ mới không hề rẻ. Thậm chí sau đó, các rủi ro phải được tính toán và thực hiện nghiêm túc. Ngoài ra, việc chuyển đổi như vậy sẽ đòi hỏi một nguồn vốn khổng lồ, làm cho các doanh nghiệp nhỏ lẻ khó khăn hơn và có thể khiến họ mất thị phần trong tương lai. 
Việc làm (Employment): Mặc dù vẫn còn sớm để suy đoán về điều kiện làm việc với việc áp dụng công nghiệp 4.0 trên toàn cầu, nhưng vẫn có thể nói rằng công nhân sẽ cần phải có được một bộ kỹ năng hoàn toàn mới. Điều này có thể giúp tỷ lệ việc làm tăng lên ở một số lĩnh vực, nhưng nó cũng sẽ giảm ở phần lớn lĩnh vực có công việc lặp đi lặp. 
Tính riêng tư (Privacy): Đây không chỉ là mối quan tâm của khách hàng, mà còn cả những nhà sản xuất. Trong một nền công nghiệp kết nối như vậy, các nhà sản xuất cần phải thu thập và phân tích dữ liệu. Đối với khách hàng, điều này có thể giống như một mối đe dọa đối với quyền riêng tư của họ. Điều này không chỉ dành riêng cho người tiêu dùng. Các công ty lớn hay nhỏ chưa chia sẻ dữ liệu của họ trong quá khứ sẽ phải làm việc theo cách một môi trường minh bạch hơn. Việc thu hẹp khoảng cách giữa người tiêu dùng và nhà sản xuất sẽ là một thách thức lớn đối với cả hai bên. 
• Việc làm tương lai 
Công nghiệp 4.0 có nhiều hứa hẹn khi nói đến doanh thu, đầu tư và tiến bộ công nghệ, nhưng việc làm vẫn là một trong những khía cạnh bí ẩn nhất của cuộc cách mạng công nghiệp mới. Nó thậm chí còn khó hơn để định lượng hoặc ước tính tỷ lệ việc làm tiềm năng: Sẽ đưa ra loại công việc mới nào?  Một nhân viên của nhà máy thông minh cần phải có khả năng cạnh tranh trong một môi trường luôn thay đổi như thế nào? Những thay đổi như vậy có gây ra nhiều khó khăn cho công nhân không?  
Công nghiệp 4.0 có thể là đỉnh cao của tiến bộ công nghệ trong sản xuất, nhưng nó vẫn có vẻ như là máy móc đang chiếm lĩnh ngành công nghiệp này. Do đó, điều quan trọng là tiếp tục phân tích phương pháp này để có thể rút ra kết luận về lao động trong tương lai. Điều này sẽ giúp công nhân của ngày hôm nay chuẩn bị cho một tương lai không xa. 
5. Những lợi ích và mặt trái của cách mạng công nghiệp 4.0 với nhân loại toàn cầu
• Những lợi ích của công nghiệp 4.0 
1) Với doanh nghiệp:
- Nâng cao năng suất thông qua tối ưu hóa và tự động hóa; Sản xuất nhanh hơn, tốn ít sức người hơn, dữ liệu thu thập đầy đủ hơn, quyết định được đưa ra nhanh chóng hơn;  
- Khi có dữ liệu càng chi tiết và càng nhiều, các thuật toán “machine learning” càng chạy chính xác hơn để đưa ra những quyết định tốt hơn. Kiểm soát được món hàng từ nguyên vật liệu cho đến sản phẩm và chuyển đến tay người tiêu dùng;
- Tính liên tục trong kinh doanh lớn hơn thông qua khả năng bảo trì và giám sát nâng cao; Các công ty sẽ giảm chi phí, tăng thị phần, lợi nhuận;
- Các sản phẩm chất lượng cao hơn là kết quả của việc theo dõi thời gian thực, cải thiện chất lượng. Đảm bảo chất lượng đồng đều giữa các mẻ thành phẩm (vì máy làm tự động, không phải người làm);
- Điều kiện làm việc tốt hơn và tính bền vững cao. Con người sẽ được làm những việc vui vẻ hơn, hấp dẫn hơn, không bị nhàm chán. Trong những môi trường làm việc nguy hiểm, con người không phải xuất hiện nên giảm tỉ lệ tử vong, bệnh tật cho người lao động. Những thứ này để máy làm;
- Cơ hội cá nhân hóa sẽ tạo được lòng tin và lòng trung thành của người tiêu dùng hiện đại. 
2) Với cá nhân con người:
-  Phải làm ít việc tay chân hơn, có nhiều thời gian rảnh hơn để đi chơi với bạn bè, với con cái, gia đình;
- Sẽ được hưởng lương cao hơn nếu chất xám của mình phát huy tác dụng để công ty dịch chuyển sang Công nghiệp 4.0;
- Sức khỏe trong môi trường làm việc được đảm bảo hơn, những cái nguy hiểm máy móc đã làm hết rồi, con người chỉ giám sát thôi;
- Sẽ mua được những món đồ rẻ hơn (do doanh nghiệp giảm chi phí), chất lượng cao và đồng đều. (do máy móc làm thì sẽ giống nhau, tỉ lệ sai sót, bảo hành thấp hơn là có con người can thiệp);
- Đồ ăn, đồ uống của con người sẽ được kiểm soát chặt hơn, tốt hơn, sạch hơn;
- Môi trường sống của con người sẽ tốt hơn vì chất thải được kiểm soát tốt.
• Những tác động tiêu cực của công nghiệp 4.0 
Mặt trái của CMCN 4.0 là nó có thể gây ra sự bất bình đẳng. Đặc biệt là có thể phá vỡ thị trường lao động. Khi tự động hóa thay thế lao động chân tay, khi robot thay thế con người trong nhiều lĩnh vực, hàng triệu lao động trên thế giới có thể rơi vào cảnh thất nghiệp. Theo Báo cáo của Diễn đàn Kinh tế thế giới: Giai đoạn đầu tiên sẽ là thách thức với những lao động văn phòng, trí thức, lao động kỹ thuật. Giai đoạn tiếp theo sẽ là lao động giá rẻ, có thể sẽ chậm hơn. Với sự chuyển động của cuộc cách mạng này, trong khoảng 15 năm tới thế giới sẽ có diện mạo mới, đòi hỏi các doanh nghiệp thay đổi. Sau đó, những bất ổn về kinh tế nảy sinh từ CMCN 4.0 sẽ dẫn đến những bất ổn về đời sống. Hệ lụy của nó sẽ là những bất ổn về chính trị. Nếu chính phủ các nước không hiểu rõ và chuẩn bị đầy đủ cho làn sóng công nghiệp 4.0, nguy cơ xảy ra bất ổn trên toàn cầu là hoàn toàn có thể. Bên cạnh đó, những thay đổi về cách thức giao tiếp trên Internet cũng đặt con người vào nhiều nguy hiểm về tài chính, sức khoẻ. Thông tin cá nhân nếu không được bảo vệ một cách an toàn sẽ dẫn đến những hệ lụy khôn lường. 
Những vấn đề chính gây tiêu cực của CMCN 4.0 mà chúng ta có thể gặp phải trong tương lai không xa: Mô hình kinh doanh mới - định nghĩa chiến lược mới; Quản lý thay đổi; Xây dựng văn hóa công ty; Tuyển dụng và phát triển tài năng mới; Mở ra cơ hội cho các mô hình kinh doanh hoàn toàn mới trong sản xuất.  
Để phát triển và thực sự tồn tại trong thế giới ngày mai, chúng ta sẽ cần phải nhìn vào mặt trái của công nghiệp 4.0 và hành động dựa trên chúng càng sớm càng tốt. Nhưng, điều quan trọng cần nhớ: trên hết, ngành công nghiệp 4.0 yêu cầu các doanh nghiệp và tổ chức áp dụng  tư duy mới, hiểu được sức mạnh của kết nối liên thông, nhận ra được công nghệ mới. Bằng cách có thể áp dụng một tư duy mới, làm mới văn hóa công ty, điều chỉnh mô hình kinh doanh, tạo ra vai trò mới và nuôi dưỡng tài năng để hoàn thành những vai trò đó, phần còn lại sẽ tiếp tục, miễn là thay đổi của chúng ta được quản lý chặt chẽ trong suốt quá trình. 
6. Nhà máy trong công nghiệp 4.0
• Mô hình kinh doanh trong công nghiệp 4.0 
Công nghiệp 4.0 thường được thảo luận từ quan điểm công nghệ về học máy (machine learning), thuật toán, cảm biến thông minh và thiết bị được kết nối. Nhưng sự thật, tác động lớn nhất của nó sẽ là các mô hình kinh doanh của công ty. Các mô hình kinh doanh trong công nghiệp 4.0 có ý nghĩa quan trọng đối với việc tạo ra giá trị từ dữ liệu và thấy vai trò trung tâm hơn của người dùng cuối (khách hàng), đồng thời, mạng cho phép tạo giá trị. Ngoài các cơ hội hoạt động được cung cấp bởi nền công nghiệp 4.0, mỗi công ty cần phải tự đặt câu hỏi liên quan đến tính bền vững của các mô hình kinh doanh hiện tại của mình. Về cơ bản, một mô hình kinh doanh là một giả thuyết quản lý về: Những gì khách hàng muốn; Họ muốn nó như thế nào; Làm thế nào một công ty có thể đáp ứng những mong muốn này và kiếm lời trên đó. 
• Nhà máy thông minh trong công nghiệp 4.0
Nhà máy thông minh (smart factory), đôi khi còn được gọi là "nhà máy của tương lai" là nền tảng của cuộc cách mạng công nghiệp thứ tư. Nó thường được coi là tổng hợp của tất cả các công nghệ trong công nghiệp 4.0. Nhà máy thông minh tạo ra một môi trường linh hoạt trong đó một dòng dữ liệu liên tục từ các hoạt động kết nối và các hệ thống sản xuất được thu thập và triển khai để thích nghi với các yêu cầu mới. Và khái niệm này không chỉ giới hạn ở bốn bức tường của một nhà máy, nó còn đi xa hơn nữa - làm ảnh hưởng đến toàn bộ chuỗi cung ứng và hơn thế nữa. 
Hiện nay, khi định nghĩa về một nhà máy thông minh trong công nghiệp 4.0 có rất nhiều khái niệm khác nhau được đưa ra tùy theo quan điểm và cách tiếp cận của từng người. Một trong số đó là “Nhà máy thông minh là một hệ thống linh hoạt có thể tự tối ưu hóa hiệu năng trên một mạng rộng hơn, tự điều chỉnh và học hỏi từ các điều kiện mới trong thời gian thực hoặc gần thời gian thực và tự động chạy toàn bộ quy trình sản xuất”.
Các nhà máy thông minh thay đổi mô hình công nghiệp sản xuất hàng loạt thông qua công nghệ kỹ thuật số. Công nghiệp 4.0 là cốt lõi cho mô hình kinh doanh mới của sản xuất tùy chỉnh cho phép giảm chi phí trong các sản phẩm và dịch vụ. Các nhà máy thông minh của nền công nghiệp 4.0 so với các nhà máy “im lặng” (Calm) của ngành công nghiệp 3.0 không có khác biệt nhiều về hình thức. Tuy nhiên có sự khác biệt lớn nhất giữa các nhà máy “im lặng” ngày nay và các nhà máy thông minh của ngày mai là mạng kết nối chúng. 
 

Hình 4: Nhà máy thông minh trong công nghiệp 4.0

·
• Doanh nghiệp vừa và  nhỏ (DNVVN) trong Cách mạng công nghiệp lần thứ tư 
Nếu nhà máy thông minh là trung tâm của công nghiệp 4.0 và đặc điểm xác định của một nhà máy thông minh là mối liên kết với các nhà máy khác, thì liệu lợi ích của cuộc cách  mạng công nghiệp thứ tư có phải được dành riêng cho các doanh nghiệp lớn với nhiều cơ sở vật chất? Các doanh nghiệp nhỏ có lợi ích gì? Cần lưu ý rằng ngay cả các doanh nghiệp đơn lẻ cũng có thể có lợi từ việc chia sẻ thông tin. Ngay cả khi chúng ta chỉ có một nhà máy, chúng ta vẫn có thể hưởng lợi từ việc nhà máy đó được kết nối kỹ thuật số với phần còn lại của chuỗi cung ứng mà mình tham gia. DNVVN sẽ có thể thu được những lợi ích của công nghiệp 4.0, trên thực tế, một số công nghệ sẽ rất tốn kém để triển khai tại vị trí của một khách hàng nhỏ, nhưng nó có thể được triển khai bằng công nghệ đám mây và trên cơ sở thuê bao liên kết với các kết quả mà chúng sẽ tạo ra. Vì vậy, một trang web nhỏ có thể tận dụng công nghệ mà trước đây chỉ thực sự có giá cả phải chăng bởi một khách hàng lớn hơn. Vì vậy, câu trả lời cho câu hỏi liệu DNVVN sẽ được hưởng lợi từ ngành công nghiệp 4.0  là, "Có", mặc dù với trình độ của  mình mà họ có thể mất một thời gian để tiếp cận. Mặt khác, tốc độ thay đổi trong các cuộc cách mạng công nghiệp dường như đang tăng tốc. 
CÔNG NGHIỆP IN VỚI CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0 
1. Sự phát triển của công nghiệp in tiến tới Công nghiệp 4.0
Ngành công nghiệp in toàn cầu tiếp tục biến đổi kể từ khi bắt đầu phát triển kỹ thuật số cách đây hơn 30 năm. Quá trình in trở nên tinh vi hơn và chất lượng được cải thiện, cơ sở hạ tầng in đã trở nên tiên tiến hơn, có khả năng hoạt động phức tạp và mức độ linh hoạt mà có thể không thể tưởng tượng được vào cuối những năm 1980. Không chỉ về thiết bị in, các nhà sản xuất vật liệu in đang tìm cách mới sáng tạo hơn để xử lý việc khô của mực, cho phép sử dụng các chất liệu nền khác nhau, đồng thời tiết kiệm tiền cho năng lượng và giảm chất thải. Sự cạnh tranh ngày càng tăng trên thị trường và áp lực ngày càng tăng từ người tiêu dùng và sự bền vững hơn cũng buộc các cơ sở in trên toàn cầu phải suy nghĩ lại cách tiếp cận của họ.  
Trong công nghiệp 4.0, nhà in đồng thời có nhiều cơ hội nhưng nó không phải không có những rủi ro. Tất cả các nhà in, bất kể chúng đến từ thị trường hay khu vực nào, nếu họ muốn thành công trong dài hạn, họ phải tiếp tục thích nghi với thị trường và điều kiện kinh tế đang thay đổi. Kiến thức và kinh nghiệm của năm trước có thể không đủ để họ thay đổi. Những gì họ cần là một cách tiếp cận vô thức đến hiệu quả và tự động hóa, đồng thời học các kỹ năng mới và thêm các giá trị dịch vụ mới. Bộ kỹ năng mới là bắt buộc để bán cho khách hàng (một số người có thể thậm chí không tồn tại ngày nay). Ngành in 4.0  (Print 4.0) sẽ phát triển theo hai yếu tố cốt lõi sau.
• Quy trình in thông minh
Với công nghệ thông minh ngày nay, có thể lập trình trước các đơn hàng in phức tạp vào dây chuyền sản xuất, cho phép hoàn thành các lô sản phẩm nhỏ hơn với các thiết kế và đặc điểm khác nhau một cách nhanh chóng mà không bị gián đoạn và giám sát rất ít. Các cảm biến thông minh có thể cung cấp các lợi ích bổ sung bằng cách kiểm soát năng lượng đầu vào, và theo dõi phế thải. Điều này ngoài việc cho kết quả tốt, nó còn mang lại lợi ích cho môi trường và cho phép các nhà sản xuất công nghiệp tăng đáng kể tính bền vững trong hoạt động của mình. 
Một điểm quan trọng nữa là khoảng cách kỹ năng toàn cầu gia tăng - nơi những tiến bộ công nghệ nhanh dẫn đến sự thiếu hụt các ứng cử viên với kiến thức cần thiết để vận hành các máy móc tinh vi. Các giải pháp thông minh hơn, chẳng hạn như dây chuyền in được tăng cường bởi chức năng IoT có thể loại bỏ sự cần thiết của các chuyên gia trên mặt đất, cho phép các nhà sản xuất đơn giản hóa sản xuất. Điều này rất quan trọng vì nhu cầu ngày càng tăng cho việc hoàn thiện sản phẩm phức tạp hơn bao giờ hết, như bao bì mang tính cá nhân, đòi hỏi quản lý các tệp dữ liệu khổng lồ như là một phần của quá trình sản xuất.
Trong sản xuất in ngày nay, nguyên liệu thiết yếu không phải là giấy hay mực in. Đó là dữ liệu kết nối máy móc với máy móc, máy móc trong môi trường nhà máy, môi trường nhà máy với các hệ thống quản lý, và các hệ thống quản lý với khách hàng. Mỗi bước của quá trình tạo ra dữ liệu, và tất cả nó được thu thập và phân tích với một mục tiêu: để làm cho toàn bộ trình tự sản xuất hiệu quả và có lợi nhuận như nó có thể được. Một nhà máy in hoạt động theo cách này luôn biết nơi để tìm và làm thế nào để ở trong vùng hiệu quả nhất "điểm ngọt”(sweet spot) của sản xuất. Đây là tập hợp các điều kiện sản xuất được xác định chính xác, trong đó sản xuất có thể diễn ra với chi phí thấp nhất có thể. Đạt "điểm ngọt" này dẫn đến lợi thế đáng kể: giá cả thị trường cạnh tranh với mức lợi nhuận cao nhất trong ngành.  
Việc ngành công nghiệp in chuyển sang quy trình in kỹ thuật số, có rất nhiều cơ hội để làm việc thông minh hơn. Ví dụ, với hoàn thiện sản phẩm thông minh có thể lấy công việc và các thông số kỹ thuật liên quan từ đám mây, kết hợp dữ liệu biến đổi và điều chỉnh các chi tiết kỹ thuật dựa trên các tiêu chuẩn công việc như vật liệu in và công nghệ in, sau đó hiệu chỉnh và quản lý màu sắc bằng các hệ thống đo đạc. Kết quả sau đó có thể được xác nhận để đảm bảo chúng đáp ứng yêu cầu của nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng. Và nhiều điều này có thể được thực hiện  không có sự can thiệp của con người. 
• Tự động hóa sản xuất. 
Công nghiệp 4.0 được đặc trưng bởi mạng lưới công nghệ thông tin, dịch vụ, dữ liệu, các thiết bị kết nối với nhau, và mọi người, cung cấp năng lượng cho nhà máy thông minh. Tự động hóa trong ngành in đã trở nên thông minh hơn sau cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Một nền tảng cho tự động hóa là sử dụng các hệ thống sản xuất thực- ảo (CPPS- Cyber-Physical Production Systems), những máy thông minh có thể giao tiếp với các thiết bị và hệ thống khác để sử dụng những dữ liệu đầu vào để đưa ra các quyết định tự động và tự trị. Ví dụ, ý tưởng sản xuất Push to Stop của Heidelberg sử dụng dữ liệu để bắt đầu quy trình trong máy in, cái cần thiết để chạy các công việc. Mục tiêu cuối cùng là chỉ cho phép người vận hành máy in can thiệp vào khi cần thiết. Một số nhà cung cấp đang làm việc để phát triển các giải pháp thực tế bổ sung để hỗ trợ các kỹ thuật viên nội bộ và người dùng cuối thực hiện bảo trì thiết bị. Các hệ thống này gồm đồ họa, hình ảnh và video trên các vật thể để hướng dẫn người vận hành thực hiện bảo trì hoặc sửa chữa, thể hiện các phương pháp hay nhất cũng như những điều cần tránh.  Mặt khác Robot thay thế sự cần thiết cho lao động của con người. 
Các ngành công nghiệp như sản xuất ô tô, đóng tầu container và đúc vật liệu đã được sử dụng và áp dụng các công nghệ trong công nghiệp 4.0 để cải thiện hoạt động của họ trong nhiều năm. Các bài học kinh  nghiệm trong các ngành này có thể và nên được áp dụng trong ngành công nghiệp in ấn. Các nhà cung cấp dịch vụ In nắm bắt và chấp nhận các khái niệm và công nghệ này sớm, chắc chắn sẽ có lợi thế cạnh tranh mạnh.
2. Khởi đầu công nghiệp 4.0 và ranh giới tiếp theo của ngành in
Ngành công nghiệp in là một trong số các ngành sản xuất đi đầu trong việc ứng dụng sự thay đổi trong công nghệ. Việc áp dụng công nghệ đang nhanh chóng chuyển từ công nghệ truyền thống sang in kỹ thuật số và với sự khởi đầu của cuộc cách mạng công nghiệp thứ tư, đường danh giới giữa in kỹ thuật số và phương pháp in thông thường đã bắt đầu mờ dần, mở đường cho một kỷ nguyên mới về cá nhân hóa. Trong dòng của công nghiệp 4.0, ngành công nghiệp in, bao bì cũng đã bắt tay vào cuộc hành trình của họ đến in 4.0.
Những thay đổi công nghệ và với sự khởi đầu của công nghiệp 4.0, dẫn tới sự chuyển đổi mạnh sang kỹ thuật số đang được tiến hành trong ngành công nghiệp in. Các công ty in đang tăng cường khả năng của họ với các công nghệ mới hơn và đang đầu tư vào dây chuyền công việc liền mạch như một khả năng có sẵn để thúc đẩy sự đổi mới và cải thiện đáng kể hiệu quả. Cuộc cách mạng công nghiệp thứ tư đã mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp in ấn chuyên nghiệp, với sự giới thiệu vô số các công nghệ mới đang dẫn dắt công nghệ in và hoàn thiện cho cấp độ tiếp theo. 
Ngày nay, khi kết nối, điện toán đám mây và tự động hóa đã trở thành bình thường và ngành in đang triển khai các công nghệ này đồng bộ với sự phát triển công nghiệp 4.0. Việc sử dụng kỹ thuật số là một điều cần thiết trong môi trường chia xẻ hiện tại vì nó đóng vai trò then chốt trong việc cho phép tăng năng suất, tinh giản quy trình in, cải thiện dịch vụ khách hàng và cho phép các doanh nghiệp ở trạng thái nhanh nhẹn.
Công nghiệp 4.0, thúc đẩy việc tạo ra các nhà máy thông minh, do đó sẽ thu hẹp khoảng cách giữa khách hàng và nhà cung cấp trong tương lai gần. Theo đánh giá sơ bộ các máy in thương mại có thêm khả năng kỹ thuật số có sự tăng trưởng tới 80%; và nó đang làm tăng thêm giá trị lợi nhuận cho nhà in và khách hàng. Mặt khác, máy in thương mại không có khả năng kỹ thuật số đã bắt đầu thấy doanh thu giảm. 
In kỹ thuật số đang phát triển với tốc độ nhanh hơn bao giờ hết. Theo một báo cáo của Smithers Pira, tổng số thị trường in ấn kỹ thuật số sẽ đạt 225% giá trị năm 2013 vào năm 2024. Báo cáo nói rằng in kỹ thuật số đang tăng lên vì nó cho phép các nhà cung cấp in cải thiện mức dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng.
Việc tăng phiên bản và cá nhân hóa giúp in nhắm mục tiêu đến người dùng cuối cùng ngày càng quan trọng vì thế giới kỹ thuật số tiếp tục ngày càng được kết nối nhiều hơn. Sự trưởng thành của Big Data với công nghệ có thể xác định các khách hàng tiềm năng có giá trị là một công cụ rất mạnh mẽ, và in kỹ thuật số sẽ được sử dụng như một kênh truyền thông cho đầu ra này. In kỹ thuật số cũng sẽ khai thác nhiều cơ hội mới cho các giá trị cao với các đơn hàng chạy ngắn và dịch chuyển sang nhãn, bao bì. Xu hướng này thấy trong công nghệ in offset kỹ thuật số vẫn còn giá trị với chạy ngắn, tất cả các quy trình in sẽ sớm dựa vào cùng một cơ sở hạ tầng kỹ thuật số. 
Khi kỹ thuật số trở thành bình thường mới, theo một số người gọi là “xoáy nước kỹ thuật số”, chúng ta thấy có bốn dòng ứng dụng song song: Kỹ thuật số thuần túy; In di chuyển sang kỹ thuật số; Kỹ thuật số làm việc với máy in; Sao lưu kỹ thuật số vào máy in. Trong khi in kỹ thuật số tiếp tục đạt được nền tảng vững chắc hơn, đó là sự hợp nhất các công nghệ in làm mờ các đường giữa in thông thường và kỹ thuật số.
3. Nhà cung cấp thiết bị sản xuất in
Trong ngành công nghiệp in bao gồm các nhà in và nhà sản xuất thiết bị, vật liệu in trong mối liên kết theo chuỗi giá trị. Trong đó, các nhà in sử dụng thiết bị từ nhà cung cấp để khai thác nó, còn các nhà  sản xuất thiết bị luôn đưa ra các công nghệ, thiết bị mới để tồn tại và phát triển. Trong bối cảnh ngành công nghiệp 4.0, các nhà in không phải lo về phần thiết bị, vì tất cả các nhà sản xuất thiết bị đã đưa ra những sản phẩm có khả năng kết nối cao nhất, tương thích với các thiết bị và môi trường số hóa, nối mạng trong công nghiệp 4.0. Con đường phía trước cho các nhà cung cấp dịch vụ in nhiều hứa hẹn, miễn là họ nắm lấy việc số hóa với tất cả lĩnh vực mà có thể số hóa được. Điều quan trọng là họ phải xác định cách họ có thể trở thành một phần của cơ hội giao tiếp đa kênh. Các nhà cung cấp dịch vụ in phải thực hiện mọi thứ có thể để thúc đẩy lợi tức đầu tư mà in mang lại cho khách hàng của họ.
4. Nhà in thông minh 4.0
Thông qua tích hợp tự động hóa và tối ưu hóa quy trình, nhà in thông minh của tương lai nhằm mục đích cải thiện kết quả hoạt động với năng suất và chất lượng cao hơn, dẫn đến lợi nhuận cao hơn. Một nhà in thông minh giống như một dàn nhạc. Cả hai đều yêu cầu nghệ sĩ độc tấu xuất sắc, nhưng đó là sự hòa hợp thực sự đáng kể. Hiện nay các nhà sản xuất thiết bị in đang đưa các tính năng thông minh vào các thiết bị để tạo ra một nhà in thông minh. Trong số đó, một trong những nhà cung cấp thiết bị in hàng đầu thế giới Heidelberg là một ví dụ điển hình. Tại hội chợ thương mại drupa 2016, Heidelberger Druckmaschinen AG (Heidelberg) giới thiệu tương lai số hóa của ngành công nghiệp in và giới thiệu nhà in được số hóa như một yếu tố thiết yếu cho các mô hình kinh doanh thành công trong tương lai.

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 t&ug