Số hóa thiết bị phòng thí nghiệm là việc chuyển đổi hình thức hiển thị kết quả đo trên các thiết bị sang dạng ký tự số, ví dụ như việc chuyển từ cơ cấu chỉ thị kim, biểu đồ trên giấy… sang thiết bị đo hiển thị dạng ký tự số, có khả năng lưu trữ, kết nối với máy tính…. Công tác thí nghiệm ngày càng đòi hỏi cao về độ chính xác, cả về quy trình và kết quả đo, nhằm đáp ứng yêu cầu chất lượng công trình. Cùng với sự phát triển của nền khoa học - công nghệ kéo theo đó là sự xuất hiện của nhiều loại dụng cụ thí nghiệm hiện đại, mới với những công dụng và đặc tính vượt trội. Điều đó đòi hỏi các nhà sản xuất, cung cấp, các đơn vị quản lý các phòng thí nghiệm cần phải hiện đại hóa, đầu tư, nâng cấp và cải tạo nhằm chinh phục quý khách hàng, đáp ứng các yêu cầu. Ở những nước có nền công nghiệp phát triển, nhiều công ty đã chuyên nghiên cứu, cung cấp các thiết bị thí nghiệm, với rất nhiều công nghệ hiện đại trong chế tạo cảm biến, bộ vi xử lý, màn hình hiển thị, kết nối với máy tính... ứng dụng trong công trình giao thông. Các thiết bị thí nghiệm này sử dụng công nghệ hiện đại, độ chính xác cao. Các cảm biến đo lực, dãn dài, áp suất, dao động… được chế tạo với công nghệ hiện đại. Các màn hình hiển thị có thể ở dạng LCD, màn hình máy tính...
Bộ xử lý trung tâm ngoài khả năng xử lý hiển thị giá trị đo, còn có khả năng điều khiển hoạt động thí nghiệm theo chu trình, lưu trữ, kết nối truyền thông theo các chuẩn công nghiệp phục vụ cho việc mở rộng kết nối. cũng như Internet, tương đối thuận tiện cho việc mở rộng kết nối, theo dõi từ xa. Với việc sử dụng máy tính trong công tác thí nghiệm, các thiết bị này còn có thể kết nối được về hãng sản xuất thông qua internet. Điều này giúp công tác phân tích chẩn đoán lỗi thiết bị, cập nhật phần mềm là rất dễ dàng. Tuy nhiên, điều này cũng đồng nghĩa với việc phụ thuộc vào các hãng sản xuất trong việc sửa chữa, nâng cấp thiết bị. Bên cạnh đó, việc kết nối, thu thập dữ liệu, kết quả đo từ các thiết bị trong quá trình thí nghiệm để hiển thị tập trung tại Trung tâm để quản lý là rất khó khăn do mỗi nhà sản xuất có chuẩn thiết kế, tiêu chuẩn dữ liệu ra các cổng kết nối khác nhau. Ở Việt Nam, các thiết bị này có giá thành tương đối đắt, khó khăn cho việc đầu tư đồng bộ, chi phí bảo trì, sửa chữa cao. Một số thiết bị được kích hoạt theo thời gian, khi hết hạn thì phải liên hệ với nhà cung cấp để kích hoạt lại, dẫn đến chi phí cao. Ở trong nước, việc ứng dụng công nghệ thông tin, kỹ thuật điện tử... trong việc số hóa các thiết bị phòng thí nghiệm đã được triển khai và ngày càng hiện đại khi công nghệ ngày càng phát triển. Cho đến nay, các đơn vị, phòng thí nghiệm trong nước cũng đang triển khai mạnh mẽ công việc này. Bên cạnh việc nhập các thiết bị hiện đại đã được số hóa sẵn thì các thiết bị có sẵn từ trước cũng được nâng cấp, cải tạo. Nhiều thiết bị đến nay vẫn hoạt động tốt. Tuy nhiên, do thiết kế từ giai đoạn trước nên các hệ thống thiết bị này chưa thực hiện kết nối, truyền dữ liệu về một máy tính giám sát trung tâm. Thực tế, ngay cả đối với một số thiết bị đã được số hóa hiện đại cũng chưa có khả năng giám sát online từ xa quá trình thí nghiệm, kiểm tra.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, với trình độ công nghệ trong thời đại công nghệ 4.0 hiện nay, chúng ta có thể tự nghiên cứu và chế tạo được các thiết bị số hóa và giám sát quá trình thí nghiệm các vật liệu phục vụ thi công công trình đáp ứng nhu cầu của thực tế hiện nay với giá chỉ bằng 30-40% so với thiết bị tương đương nhập ngoại. Việc nghiên cứu chế tạo các thiết bị đó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, đáp ứng phần nào nhu cầu cấp thiết của thực tế sản xuất hiện nay của ngành GTVT đáp ứng mục tiêu nâng cao chất lượng công trình, giảm chi phí sản xuất. Từ đó, việc ứng dụng công nghệ thông tin số hóa để nâng cao chất lượng cho phòng thí nghiệm là rất cần thiết.
Nhằm làm chủ công nghệ, ứng dụng công nghệ thông tin trong số hóa và giám sát online từ xa một số thiết bị phục vụ thí nghiệm thép, cáp dự ứng lực, kích, bê tông, đất… phù hợp với trình độ chế tạo trong nước nhằm nâng cao chất lượng cho các phòng thí nghiệm, Nhóm nghiên cứu Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải do ThS. Nguyễn Anh Tuấn làm chủ nhiệm đã đề xuất thực hiện đề tài: “Ứng dụng công nghệ thông tin số hóa để nâng cao chất lượng cho phòng thí nghiệm”.
Sau một thời gian triển khai, Đề tài đã được hoàn thành theo đúng đề cương và thời gian đăng ký trong thuyết minh được phê duyệt, đạt được mục tiêu đề ra. Thực hiện nhiệm vụ được giao, thông qua tìm hiểu, phân tích và nghiên cứu các tài liệu liên quan về thực trạng ứng dụng công nghệ thông tin, kỹ thuật điện tử để số hóa, hiện đại hóa các thiết bị thí nghiệm trong lĩnh vực giao thông vận tải, nhóm thực hiện đề tài đã làm rõ việc sự cần thiết nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát từ xa. Trên cơ sở ứng dụng các công nghệ điện tử, vi xử lý, đo kiểm từ xa tiên tiến trên nền công nghệ thông tin truyền thông hiện đại, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn mô hình hệ thống cũng như thiết bị đo phù hợp với yêu cầu đặt ra. Từ đó chế tạo và thử nghiệm các thiết bị đo và giám sát từ xa phục vụ thử nghiệm đồng bộ hệ thống thiết bị căng kéo cáp dự ứng lực và phục vụ thử mỏi tà vẹt bê tông.
Các nội dung cụ thể đã thực hiện như sau:
- Làm rõ được mức độ ứng dụng kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin để hiện đại hóa các thiết bị thí nghiệm trong các phòng thí nghiệm ở Việt Nam;
- Đề xuất một số định hướng để tiếp tục hiện đại hóa các thiết bị thí nghiệm: module hóa thiết kế; ứng dụng mô hình hệ thống giám sát từ xa;
- Lựa chọn mô hình hệ thống giám sát từ xa và lựa chọn được mô hình thiết bị đo phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm và làm chủ công nghệ sản xuất, chế tạo trong nước.
- Chế tạo 2 thiết bị đo phục vụ thử nghiệm đồng bộ hệ thống thiết bị căng kéo cáp dự ứng lực và phục vụ thử mỏi tà vẹt bê tông. Thiết bị có khả năng kết nối cảm biến/hoặc bộ thu nhận dữ liệu chuyên dụng (theo chuẩn RS232, RS485), hiển thị kết quả, lưu trữ, gửi dữ liệu kết quả đo, hình ảnh từ phòng thí nghiệm về trung tâm;
- Xây dựng 1 giao diện thu nhận dữ liệu kết quả đo và hình ảnh trực tuyến từ camera để phục vụ theo dõi quá trình thí nghiệm từ xa.
- Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng đã tiến hành xây dựng tài liệu hồ sơ thiết kế kỹ thuật, tài liệu hướng dẫn sử dụng, và thực hiện các nội dung khác như: đo thử nghiệm/ hiệu chuẩn thiết bị, đánh giá phần mềm giám sát.
Hệ thống giám sát từ xa do nhóm thực hiện đề tài nghiên cứu chế tạo mới chỉ là bước đầu cho việc nâng cao chất lượng hoạt động của phòng thí nghiệm. Để có thể mở rộng hơn chức năng, nâng cấp, hợp lý hóa thiết kế, công tác chế tạo, lắp đặt và hiệu chỉnh cần có thêm thời gian và các nghiên cứu đi sâu vào từng chức năng. Do đó, nhóm thực hiện đề xuất cần tiếp tục thử nghiệm để hoàn thiện thiết bị và giao diện theo dõi, giám sát cho phù hợp với yêu cầu quản lý của đơn vị sử dụng đáp ứng được cho đa dạng chung loại các thiết bị và quy trình thí nghiệm. Nghiên cứu hoàn thiện sản phẩm đề tài, ví dụ: tăng cường bảo mật an toàn dữ liệu, tính năng điềug khiển, cảnh báo từ xa, bổ sung các tính năng để có thể mở rộng, phục vụ giám sát từ xa các thí nghiệm ngoài hiện trường, quan trắc công trình trong thời gian dài... Từng bước đầu tư và ứng dụng sản phẩm của đề tài trong các phòng thí nghiệm nhằm hiện đại hóa các thiết bị thí nghiệm, góp phần nâng cao chất lượng hoạt động của các phòng thí nghiệm.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17774/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
P.T.T (NASATI)
