Là người giải quyết vấn đề, các kỹ sư kết hợp kiến thức thực tế về khoa học và toán học để thúc đẩy sự sáng tạo và đổi mới vì lợi ích của xã hội. Kỹ thuật là một lĩnh vực rộng lớn và đa dạng, và sự xuất hiện của Công nghiệp 4.0—sự kết hợp của Internet vạn vật công nghiệp (IIoT), tự động hóa, rô bốt và sản xuất bồi đắp—đang có tác động đáng kể đến các ngành tự động hóa công nghiệp, bao gồm hệ thống, quy trình và kỹ thuật thiết kế. Tác động đó bao gồm từ cách sản phẩm được thiết kế để sản xuất trong các nhà máy thông minh đến việc thiết kế lại hoạt động của nhà máy và chính các quy trình sản xuất.
Các phương pháp sản xuất truyền thống được tối ưu hóa cho sản xuất hàng loạt. Các nhà máy Công nghiệp 4.0 được thiết kế để hỗ trợ sản xuất linh hoạt và tùy chỉnh hàng loạt. Tùy chỉnh hàng loạt và việc cung cấp các sản phẩm được cá nhân hóa hơn thúc đẩy lòng trung thành với thương hiệu cao hơn và tăng thành công trong kinh doanh. Các ngành kỹ thuật công nghiệp khác nhau là thiết yếu để phát triển các cải tiến cần thiết để hỗ trợ Công nghiệp 4.0
Khi tốt nghiệp đại học, tất cả những sinh viên mới tốt nghiệp ngành kỹ thuật đều có nền tảng khá giống nhau với một loạt các lớp học bắt buộc được quản lý chặt chẽ và chỉ có một vài môn tự chọn để khám phá sở thích của họ. Khi họ bước những bước đầu tiên vào sự nghiệp mà họ lựa chọn, những kỹ sư này sẽ bắt tay vào nhiều vai trò thiết kế khác nhau, mỗi vai trò đòi hỏi các yếu tố khác nhau từ nền giáo dục của họ và các khả năng khác nhau từ cá nhân.
Dưới đây là vai trò của các kỹ sư hệ thống, quy trình và thiết kế trong chuỗi thiết kế nhằm đưa các sản phẩm và dự án tự động hóa công nghiệp mới vào thực tiễn, cũng như cách những vai trò đó đang mở rộng và phát triển như thế nào do Công nghiệp 4.0.
1. Sự phát triển của các hệ thống
Sự xuất hiện của các hệ thống mạng vật lý (CPS) và hệ thống của các hệ thống (SoS) là hai đặc điểm xác định của Công nghiệp 4.0. CPS hỗ trợ sự cộng tác giữa con người và máy móc được tăng cường với kết nối không dây phổ biến tích hợp các tài sản tính toán và vật lý từ nhà máy lên đám mây. CPS đang có tác động đột phá đến các ngành tự động hóa công nghiệp và đang cho phép phát triển SoS.
SoS là một nhóm các hệ thống làm việc cùng nhau để tạo ra một hệ thống mới và phức tạp hơn, hỗ trợ khả năng và hiệu suất lớn hơn so với việc đơn giản hóa tổng các hệ thống thành phần. SoS là một lĩnh vực mới nổi trong Công nghiệp 4.0 và các kỹ sư và nhà nghiên cứu hệ thống vẫn đang phát triển các công cụ phân tích định lượng để tối ưu hóa SoS.
2. Kỹ thuật hệ thống trong công nghiệp 4.0
Thuật ngữ kỹ thuật hệ thống lần đầu tiên được sử dụng trong Công nghiệp 2.0 tại Phòng thí nghiệm Bell Telephone vào đầu những năm 1940. Kỹ thuật hệ thống bao gồm năm giai đoạn và trong khi các hệ thống ngày càng trở nên phức tạp hơn với Công nghiệp 4.0, các giai đoạn cơ bản vẫn giữ nguyên:
Nghiên cứu hệ thống sơ bộ và lập kế hoạch chương trình.
Lập kế hoạch thăm dò, bao gồm lựa chọn mục tiêu, tổng hợp hệ thống sơ bộ và phân tích, bắt đầu xác định giải pháp hệ thống ưu tiên.
Lập kế hoạch phát triển, bao gồm việc tinh chỉnh các mục tiêu, tinh chỉnh tổng hợp và phân tích hệ thống, xác định giải pháp hệ thống cuối cùng.
Triển khai phát triển, bao gồm phát triển các thành phần và yếu tố hệ thống, cũng như tích hợp và thử nghiệm các bộ phận này.
Kỹ thuật đồng thời, một quá trình liên tục diễn ra trong khi hệ thống đang hoạt động và được tinh chỉnh và cập nhật.
Kỹ thuật hệ thống là một lĩnh vực đa ngành. Một hệ thống thường bao gồm phần cứng, phần mềm, thiết bị, cơ sở, nhân sự, quy trình và thủ tục cần thiết để hoàn thành một nhiệm vụ hoặc một tập hợp các nhiệm vụ nhất định. Mục đích chính của kỹ thuật hệ thống là tổ chức thông tin và kiến thức để hỗ trợ những người quản lý, chỉ đạo và kiểm soát việc lập kế hoạch, phát triển, sản xuất và vận hành hệ thống.