Vận hành tự động Hexagon: Xây dựng lộ trình từ hỗ trợ người vận hành đến hệ thống tự chủ

Vận hành tự động Hexagon là cách tiếp cận kết hợp cảm biến, định vị, perception, phần mềm điều phối, điều khiển máy và hệ thống an toàn để từng bước giảm phụ thuộc vào thao tác trực tiếp của con người. Thay vì xem autonomy là một bước nhảy từ máy có người lái sang máy hoàn toàn không người vận hành, Hexagon phát triển các khối công nghệ có thể triển khai theo từng cấp độ và tạo giá trị ngay trong quá trình chuyển đổi.

Cách tiếp cận này đặc biệt rõ trong khai khoáng, nơi Hexagon cung cấp các giải pháp từ hỗ trợ người lái, remote control, collision avoidance, vehicle intervention đến drill automation và quản lý nhiệm vụ tự hành. Đồng thời, các năng lực nền tảng như định vị chính xác, sensor fusion và perception của Hexagon còn được ứng dụng cho nông nghiệp, phương tiện off-road, xây dựng, hàng hải và các hệ thống tự hành khác.

1. Vận hành tự động là gì?

Vận hành tự động là trạng thái trong đó một phần hoặc toàn bộ nhiệm vụ được hệ thống thực hiện dựa trên dữ liệu cảm biến, logic điều khiển và mục tiêu vận hành đã định nghĩa. Mức tự động hóa có thể rất khác nhau: từ cảnh báo cho người vận hành, can thiệp trong tình huống nguy hiểm, điều khiển từ xa, tự động hóa một chức năng cụ thể đến phối hợp nhiều phương tiện tự hành trong cùng khu vực.

Điểm quan trọng là autonomy không chỉ nằm ở bộ điều khiển máy. Một hệ thống tự chủ đáng tin cậy cần biết mình đang ở đâu, môi trường xung quanh có gì, nhiệm vụ tiếp theo là gì, tuyến đường nào an toàn và khi nào cần chuyển quyền kiểm soát cho con người. Vì vậy, vận hành tự động là bài toán tổng hợp của positioning, perception, connectivity, planning, control và safety.

2. Hexagon tiếp cận autonomy theo mô hình từng khối

Trong mảng khai khoáng, Hexagon mô tả lộ trình autonomy theo hướng scalable và building-block. Doanh nghiệp không cần chờ tới khi toàn bộ mỏ có thể chạy hoàn toàn không người lái mới nhận được lợi ích. Các giải pháp hỗ trợ có thể giải quyết vấn đề cụ thể về an toàn hoặc năng suất trước, sau đó kết nối dần thành hệ sinh thái tự động rộng hơn.

Ví dụ, hệ thống collision avoidance giúp tăng nhận thức tình huống; vehicle intervention có thể can thiệp vào máy trong một số kịch bản xác định; teleoperation đưa người vận hành ra khỏi khu vực nguy hiểm; drill assist tự động điều chỉnh một số thông số vận hành khoan; còn hệ thống quản lý nhiệm vụ và giao thông tạo nền tảng để phối hợp phương tiện tự hành. Mỗi lớp bổ sung thêm năng lực cho roadmap autonomy.

3. Các cấp độ tự động hóa có thể hình dung như thế nào?

4. Những khối công nghệ cốt lõi của vận hành tự động

Một hệ thống autonomy công nghiệp cần nhiều lớp công nghệ hoạt động đồng thời. Hexagon có lợi thế vì hệ sinh thái của tập đoàn bao phủ từ cảm biến và định vị đến phần mềm khai khoáng, điều khiển máy và dữ liệu số.

• Positioning: xác định vị trí, hướng và chuyển động với độ tin cậy phù hợp ứng dụng.
• Perception: cảm nhận phương tiện, vật cản, con người và đặc điểm môi trường.
• Sensor fusion: kết hợp nhiều nguồn cảm biến để tăng độ tin cậy và khả năng chống lỗi.
• Planning: xác định tuyến, hành vi hoặc chuỗi hành động để hoàn thành nhiệm vụ.
• Physical control: chuyển quyết định của phần mềm thành tác động lên máy.
• Safety system: giám sát nguy cơ, giới hạn vận hành và tạo lớp bảo vệ khi có sự cố.
• Connectivity: trao đổi dữ liệu giữa thiết bị, hệ thống điều phối và nền tảng cloud.

5. Autonomous Operations trong khai khoáng

Khai khoáng là một trong những môi trường thể hiện rõ nhất giá trị của vận hành tự động. Mỏ có đội xe lớn, điều kiện bụi, rung, độ dốc, vùng nguy hiểm và yêu cầu vận hành liên tục. Đồng thời, các hoạt động drill, load, haul và dump có tính lặp lại cao, tạo điều kiện để tự động hóa từng bước.

Danh mục Autonomous Operations của Hexagon bao gồm các giải pháp như Hexagon Drill Assist, Hexagon TeleOp, Collision Avoidance System, Vehicle Intervention System và Radio Remote Control. Các giải pháp này có mức độ tự động hóa khác nhau nhưng cùng hướng tới ba mục tiêu lớn: bảo vệ con người và thiết bị, duy trì năng suất và tạo nền tảng cho chương trình autonomy dài hạn.

6. Hexagon Drill Assist: tự động hóa một chức năng cụ thể

Drill Assist là ví dụ cho cách tự động hóa không nhất thiết phải bắt đầu bằng phương tiện hoàn toàn tự lái. Hệ thống sử dụng thuật toán theo dõi tín hiệu đầu vào và thực hiện điều chỉnh động nhằm hỗ trợ tránh lỗi lỗ khoan và cải thiện hiệu suất vận hành. Đây là dạng autonomy tập trung vào một chức năng có phạm vi rõ, nơi thuật toán có thể phản ứng nhanh và nhất quán hơn đối với các biến đổi trong quá trình khoan.

Cách tiếp cận theo chức năng giúp doanh nghiệp đo được hiệu quả trước khi mở rộng. Nếu tự động hóa một công đoạn giúp cải thiện tuổi thọ thiết bị, kết quả khoan hoặc năng suất người vận hành, doanh nghiệp có cơ sở dữ liệu để tiếp tục đầu tư vào các lớp autonomy khác.

7. Teleoperation và remote control giúp giảm phơi nhiễm rủi ro

Không phải nhiệm vụ nào cũng cần máy tự quyết định hoàn toàn. Trong nhiều môi trường nguy hiểm, mục tiêu ưu tiên là đưa con người ra khỏi khu vực rủi ro nhưng vẫn giữ khả năng điều khiển. Teleoperation và radio remote control cho phép người vận hành điều khiển thiết bị từ vị trí khác, phù hợp với các tình huống cần sự phán đoán của con người nhưng không nên để người lái ngồi trực tiếp trên máy.

Đây là bước trung gian quan trọng giữa vận hành thủ công và autonomy. Doanh nghiệp có thể cải thiện an toàn ngay lập tức, đồng thời xây dựng hạ tầng kết nối, camera, network và giao diện điều khiển cần thiết cho các mức tự động hóa cao hơn.

8. Collision Avoidance và Vehicle Intervention

Collision avoidance tập trung vào nhận thức tình huống, giúp người vận hành biết rõ hơn vị trí của phương tiện, con người hoặc nguy cơ trong vùng làm việc. Khi chỉ cảnh báo là chưa đủ, vehicle intervention có thể bổ sung lớp can thiệp vật lý trong những kịch bản đã định nghĩa nếu người vận hành không phản ứng phù hợp.

Hai lớp công nghệ này minh họa một nguyên tắc quan trọng của assured autonomy: hệ thống phải có khả năng nhận biết nguy cơ và phản ứng theo kiến trúc an toàn. Tự động hóa không chỉ nhằm tăng tốc độ hoặc giảm nhân lực; trong môi trường công nghiệp nặng, an toàn và khả năng kiểm soát lỗi là điều kiện để autonomy được chấp nhận.

9. Mission management và điều phối phương tiện tự hành

Khi một phương tiện có thể tự chạy, bài toán tiếp theo là nhiều phương tiện phải làm việc cùng nhau. Mỏ cần điều phối tuyến haulage, giao lộ, khu vực load/dump và tương tác giữa thiết bị có người lái với phương tiện tự hành. Vì vậy, autonomy cấp đội xe đòi hỏi lớp command and control nằm phía trên từng máy.

Hexagon phát triển năng lực quản lý nhiệm vụ tự hành để điều phối chuyển động của đội xe và lưu lượng không người lái trong mỏ. Lớp điều phối này nhận dữ liệu từ nhiều nguồn, quản lý mục tiêu và tạo sự phối hợp giữa các phương tiện. Đây là bước chuyển từ tự động hóa thiết bị đơn lẻ sang vận hành tự chủ ở cấp hệ thống.

10. Positioning, navigation và timing đáng tin cậy

Một hệ thống tự hành chỉ có thể hoạt động tốt khi biết chính xác mình đang ở đâu và khi nào dữ liệu còn đáng tin cậy. Hexagon nhấn mạnh khái niệm assured positioning, navigation and timing cho các ứng dụng autonomy. Nền tảng không chỉ cần độ chính xác mà còn phải có tính sẵn sàng, khả năng chống nhiễu, phát hiện lỗi và dự phòng khi một nguồn tín hiệu suy giảm.

Đây là lý do sensor fusion đóng vai trò quan trọng. GNSS có thể cung cấp vị trí ngoài trời nhưng có thể gặp hạn chế do che khuất hoặc nhiễu. INS, wheel odometry, radar, lidar, camera hoặc các cảm biến khác có thể bổ sung thông tin. Khi nhiều nguồn được kết hợp đúng cách, hệ thống có thể duy trì nhận thức vị trí ổn định hơn trong môi trường phức tạp.

11. Perception giúp máy hiểu môi trường xung quanh

Định vị cho biết máy đang ở đâu, nhưng chưa cho biết phía trước có gì. Perception sử dụng cảm biến và thuật toán để phát hiện đối tượng, ước lượng khoảng cách, nhận biết biên đường hoặc mô hình hóa môi trường. Đây là lớp cần thiết để máy có thể đưa ra quyết định vận động trong môi trường có phương tiện và con người cùng hoạt động.

Trong hệ sinh thái autonomy của Hexagon, perception kết hợp với positioning và sensor fusion để tạo world awareness. Khi dữ liệu này được đưa vào planning và physical control, hệ thống có thể thực hiện nhiệm vụ theo mục tiêu thay vì chỉ lặp lại một chuỗi lệnh cố định.

12. Vận hành tự động không chỉ dành cho khai khoáng

Năng lực autonomy của Hexagon được ứng dụng trong nhiều ngành. Trong nông nghiệp, định vị và machine control hỗ trợ phương tiện làm việc theo tuyến với độ chính xác cao. Trong xây dựng, machine control và các chức năng bán tự động hỗ trợ máy thi công bám theo mô hình thiết kế. Trong logistics và sản xuất, robot và phương tiện tự hành có thể hỗ trợ vận chuyển, machine tending hoặc kiểm tra.

Hexagon cũng phát triển công nghệ cho autonomous mobility, nơi positioning, perception và safety được sử dụng trong các nền tảng R&D và ứng dụng công nghiệp. Điểm chung của các lĩnh vực này là nhu cầu biến dữ liệu không gian chính xác thành quyết định điều khiển đáng tin cậy.

13. Lợi ích của vận hành tự động đối với doanh nghiệp

• Nâng cao an toàn: giảm thời gian con người phải làm việc trực tiếp trong khu vực nguy hiểm.
• Tăng tính nhất quán: thuật toán thực hiện nhiệm vụ theo logic đã xác định và giảm biến động giữa người vận hành.
• Tối ưu năng suất: điều phối tốt hơn giúp giảm thời gian chờ, thao tác dư thừa và gián đoạn.
• Hỗ trợ vận hành liên tục: một số nhiệm vụ có thể được tự động hóa hoặc điều khiển từ xa trong thời gian dài.
• Tạo dữ liệu vận hành: hệ thống cảm biến và điều khiển tạo nguồn dữ liệu chi tiết để phân tích hiệu suất.
• Giảm phụ thuộc nhân lực ở vị trí khó tuyển: automation hỗ trợ các công việc nguy hiểm, lặp lại hoặc yêu cầu trực ca dài.
• Chuẩn bị cho tương lai: các khối công nghệ được triển khai từng bước tạo nền tảng để mở rộng mức autonomy.

14. Những thách thức khi triển khai autonomy

Autonomy là bài toán hệ thống, vì vậy thất bại thường không đến từ một cảm biến đơn lẻ mà từ sự thiếu đồng bộ giữa công nghệ, quy trình và con người. Doanh nghiệp cần đánh giá chất lượng mạng, bản đồ, cơ sở hạ tầng, điều kiện đường, quy tắc giao thông nội bộ, khả năng bảo trì cảm biến và quy trình xử lý ngoại lệ.

Ngoài ra, không nên đánh giá dự án chỉ bằng mục tiêu giảm số người vận hành. Các chỉ số quan trọng hơn có thể gồm số sự kiện nguy hiểm, độ ổn định chu kỳ, tỷ lệ sử dụng thiết bị, thời gian dừng, mức tiêu hao và chất lượng dữ liệu. Một chương trình autonomy thành công phải tạo giá trị kinh doanh đồng thời duy trì an toàn và khả năng kiểm soát.

15. Quy trình xây dựng lộ trình vận hành tự động

1. Xác định vấn đề ưu tiên: an toàn, năng suất, thiếu nhân lực hay giảm chi phí vận hành.
2. Đánh giá hiện trạng dữ liệu, đội máy, mạng truyền thông và hạ tầng định vị.
3. Lựa chọn một use case có phạm vi rõ để triển khai trước.
4. Thiết lập lớp perception, positioning và safety phù hợp với môi trường.
5. Tích hợp điều khiển máy và phần mềm quản lý nhiệm vụ.
6. Chạy thử trong khu vực kiểm soát, xác nhận tình huống bình thường và tình huống lỗi.
7. Đào tạo người giám sát, kỹ thuật viên và đội vận hành về quy trình tiếp quản.
8. Đo KPI, chuẩn hóa quy trình rồi mới mở rộng sang nhiều máy hoặc nhiều khu vực.

16. Vai trò của dữ liệu và digital twin

Vận hành tự động tạo ra lượng dữ liệu lớn về trạng thái máy, vị trí, hành vi, sự kiện an toàn và hiệu suất. Nếu dữ liệu này được kết nối với mô hình số của mỏ, nhà máy hoặc công trường, doanh nghiệp có thể xây dựng digital thread hỗ trợ phân tích và tối ưu dài hạn.

Digital twin cũng có thể hỗ trợ thử nghiệm logic, mô phỏng kịch bản và đánh giá thay đổi trước khi áp dụng ngoài thực địa. Khi kết hợp với AI, dữ liệu lịch sử và dữ liệu thời gian thực có thể giúp phát hiện bất thường, dự đoán nhu cầu bảo trì và cải thiện chiến lược điều phối. Vì vậy, autonomy và digital twin là hai hướng công nghệ bổ trợ lẫn nhau trong hệ sinh thái Hexagon.

17. Kết luận

Vận hành tự động Hexagon được xây dựng theo lộ trình từng bước, từ hỗ trợ người vận hành đến các hệ thống có mức tự chủ ngày càng cao. Thông qua positioning, perception, sensor fusion, machine control, collision avoidance, vehicle intervention, teleoperation và quản lý nhiệm vụ, Hexagon cung cấp nhiều khối công nghệ để doanh nghiệp giải quyết vấn đề hiện tại đồng thời chuẩn bị cho autonomy dài hạn.

Với doanh nghiệp công nghiệp, cách tiếp cận phù hợp là bắt đầu từ giá trị cần đạt được chứ không bắt đầu từ mục tiêu “không người lái”. Khi một use case được xác định rõ, dữ liệu đủ tin cậy và hệ thống an toàn được thiết kế đúng, tự động hóa có thể giúp tăng năng suất, giảm rủi ro và xây dựng nền tảng cho mô hình vận hành tự chủ bền vững hơn.