Vấn đề phát triển lĩnh vực Cơ Điện Tử ở Việt Nam

Nắm bắt được các xu thế của cơ điện tử ( chuyển dần từ các sản phẩm cơ điện tử cao cấp, chuyên biệt sang các sản phẩm cơ điện tử công nghiệp; chuyển dịch thay thế các chức năng, nguyên lý và thiết kế cơ khí sang các giải pháp phần mềm; chuyển dịch từ phương pháp tiếp cận trên cơ sở phối ghép hệ thống nhỏ sang phương pháp tiếp cận hệ thống lớn toàn cục; mở rộng gắn kết với các công nghệ mới khác và đi từ thế giới vĩ mô sang thế giới vi mô ), với sự thay đổi nhận thức kịp thời và có các chính sách vĩ mô phù hợp, chúng ta hoàn toàn có thể phát triển ngành cơ điện tử và các sản phẩm cơ điện tử trong nước đủ sức cạnh tranh với khu vực và quốc tế.

Nghiên cứu phát triển cơ điện tử của nước ta được giới chuyên gia nhận thức được tầm quan trọng, tầm chiến lược và thảo luận nhiều từ những năm 2000. Tuy nhiên trước đó đã có một số đơn vị từ sự khó khăn cạnh tranh thị trường của sản phẩm cơ khí truyền thống, đã có sự đổi mới sản phẩm theo hướng cơ điện tử. Có thể tóm tắt trình phát triển nghiên cứu cơ điện tử của nước theo những mốc quan trọng sau :

Về công tác nghiên cứu khoa học & Công nghệ :

Nhiều đề tài thuộc lĩnh vực cơ điện tử đã xuất hiện trong các chương trình nghiên cứu khoa học và phát công nghệ cấp nhà nước như KC03- Chương trình khoa học & Công nghệ về Công nghệ Tự động hoá, KC05- Chương trình khoa học & Công nghệ về Phát triển Công nghệ chế tạo máy, trong lĩnh vực Công nghệ thông tin và truyền thông,... đã khẳng định sự xích lại gần nhau của các ngành này, đó chính là xu thế tất yếu của cơ điện tử. Tuy nhiên, chúng ta rất cần một chương trình nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp nhà nước về cơ điện tử đảm bảo lối tiếp cận tổng thể (top-down) và xuyên suốt hàng chục năm đối với lĩnh vực đa ngành này .

Trong 12 công trình, cụm công trình vinh dự được tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về khoa học và công nghệ năm 2005 thuộc nhiều lĩnh vực, có hai công trình trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo cụm thiết bị cơ điện tử cho công nghiệp” do Bộ Công nghiệp đề cử và “Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ cơ khí tự động hoá trong công nghiệp chế biến một số nông sản, thực phẩm” thuộc Bộ Giáo dục và đào tạo do Liên hiệp các hội khoa học kỹ thuật Việt nam đề cử, đều thuộc lĩnh vực “cơ điện tử”. Điều này thể hiện, hiện tại các đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ về cơ điện tử ở Việt nam đã có ý nghĩa lớn về khoa học và thực tiễn, đem lại hiệu quả kinh tế xã hội cao và đã trở thành một xu thế phát triển của ngành cơ khí và tự động hoá hiện đại.

Về đào tạo

Tháng 1/1999 Bộ môn đầu tiên thuộc khoa cơ khí trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh đã được thành lập. Cũng năm này cơ điện tử được đào tạo cho lớp kỹ sư tài năng của Đại học Bách khoa Hà nội. Đại học Bách Khoa Hà Nội cũng đã kết hợp với TU Dresden và TU Hannover ( CHLB Đức ) để đào tạo các khoá cao học quốc tế ngành cơ điện tử. Trong 2005 Đại học Bách khoa Hà nội mở 4 chuyên ngành cơ điện tử trong các Bộ môn khác nhau ( Bộ môn cơ kỹ thuật; Bộ môn cơ sở thiết kế máy và rôbốt & Bộ môn cơ học kết cấu và vật liệu phi kim loại; Bộ môn Công nghệ chế tạo máy & Bộ môn cắt kim loại và dụng cụ công nghiệp; lớp KS tài năng cơ điện tử) trong hệ đào tạo ngành cơ khí. Đến nay, cơ điện tử còn được giảng dạy ở Bách khoa Đà nẵng, Đại học sư phạm kỹ thuật Thủ Đức, Đại học Cần Thơ, Đại học công nghiệp Hà nội và một số trường Đại học dân lập. Đến 2006 Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh cũng sẽ được mở ngành đào tạo cơ điện tử. Đầu năm 2006, Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp và Trường Đại học công nghệ ( Đại học Quốc gia Hà nội ) đã ký thoả thuận phối hợp đào tạo kỹ sư cơ điện tử theo hướng gắn đào tạo với nghiên cứu và sản xuất công nghiệp công nghệ cao, một phương thức đào tạo hiệu quả, xây dựng được lực lượng khoa học & Công nghệ trình độ cao cho công nghiệp, nhanh chóng đưa ra sản phẩm công nghệ cao phục vụ xã hội.

Về sản xuất

Trước nhu cầu ngày càng lớn và rộng rãi về sản phẩm cơ điện tử, dự tính mỗi năm trên 5 tỷ USD nhập ngoại, một số đơn vị nghiên cứu trong nước đã chủ động đưa ra thị trường những sản phẩm cơ điện tử dạng thử nghiệm như các máy Công nghệ cao của Cơ khí Hà Nội, dây chuyền chế biến nông sản ( ứng dụng tự động hoá ) của Viện Cơ điện nông nghiệp & Công nghệ sau thu hoạch, dây chuyền sản xuất bia của Đại học Bách khoa,vv… Nhưng về mặt bài bản và qui mô, Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp - Bộ Công nghiệp có thể nói là mô hình tiêu biểu, đầy đủ và tổng hợp nhất trong cả ba lĩnh vực nghiên cứu, đào tạo và sản xuất sản phẩm cơ điện tử công nghệ cao. Hơn 10 năm đổi mới, với định hướng chủ động chuyển dịch từ cơ khí thuần tuý sang cơ điện tử, Viện đã đạt được những thành công đáng khích lệ: hơn 70 sản phẩm thuộc các nhóm cơ điện tử trong lĩnh vực máy công cụ, cơ điện tử phục vụ ngành xây dựng, cơ điện tử trong lĩnh vực đo lường công nghiệp, Quang cơ điện tử phục vụ ngành chế biến nông sản, cơ điện tử phục vụ ngành xử lý và bảo vệ môi trường đã được nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và chuyển giao sản xuất công nghiệp, tạo lượng hàng hoá hàng nghìn tỷ đồng, tiết kiệm nhiều ngoại tệ cho đất nước; xây dựng được mô hình công ty mẹ – công ty con, trong đó công ty mẹ là doanh nghiệp hoạt động khoa học & Công nghệ đầu tiên tại Việt nam. Năm 2005, Viện đã vinh dự được trao tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về khoa học & Công nghệ cho cụm công trình 51 sản phẩm cơ điện tử trong công nghiệp.

Mục tiêu, phương hướng nghiên cứu phát triển cơ điện tử ở Việt Nam trong những năm tới

Chưa nói đến vi cơ điện tử, nanô cơ điện tử vốn đã lôi kéo rất nhiều ngành liên quan, trong thế kỷ XXI, chúng ta sẽ chứng kiến nhiều hơn nữa sự phát triển tương hỗ rất mạnh của nhiều ngành khác xoay quanh cơ điện tử: quang-cơ điện tử ( opto-mechatronics ), sinh học-cơ điện tử ( bio-mechatronics ), khoa học không gian,... Một số ứng dụng tiêu biểu của cơ điện tử - tiêu điểm của các ngành: trong ngành hàng không - vũ trụ ( quân sự và dân sự ): cơ điện tử rất tự nhiên từ lâu là động lực phát triển chính. Các hệ thống lái tự động, định vị tự động, phát hiện tránh đường, điều phối không lưu,... và rất nhiều kỹ thuật, trang thiết bị mới, tinh vi đã ra đời sớm nhất trong ngành này. Tuy nhiên, do đặc thù riêng mà không được phổ biến rộng rãi trong công nghiệp nói chung. Cũng vậy, với kỹ thuật quân sự: các hệ thống vũ khí, khí tài do thám, tấn công thông minh, phòng thủ phản ứng nhanh ( các hệ thống tên lửa đánh chặn, tìm diệt,...) và rất nhiều bí mật quân sự khác thực sự từ lâu đã được phát triển theo lối tiếp cận cơ điện tử hiện đại, chứ không phải đến khi nó được đề xuất và nghiên cứu sau này trong dân dụng. Trong ngành cơ khí: rôbốt, máy công cụ Công nghệ cao, hệ thống đo 3D phục vụ kiểm tra chính xác cao hoặc cho thiết kế ngược,... Trong ngành tự động hoá: giám sát và điều khiển tích cực quá trình (tại từng thiết bị cho đến quy mô toàn nhà máy),... Trong ngành công nghệ thông tin: mô phỏng, mô hình hoá, cung cấp công cụ tối ưu hoá, cung cấp công cụ cho tạo mẫu nhanh, sản xuất phân tán kỹ thuật số, phần mềm điều khiển nhúng, các hệ thống giám sát và định vị toàn cầu,...Trong công nghiệp tiêu dùng: điều hoà kỹ thuật số, lò vi sóng, nồi cơm điện, máy giặt, tủ lạnh thông minh,... Trong công nghiệp ôtô: các hệ thống lái tự động, các hệ thống an toàn kiểu mới,... Trong y sinh học: thiết bị xét nghiệm, chẩn đoán, điều trị, phục hồi chức năng, cùng với việc tích hợp các công cụ khai thác thông tin, dữ liệu di truyền sinh học để kiểm soát tổng thể các phương tiện chăm sóc sức khoẻ (ứng dụng máy ghi nhiệt và trí tuệ nhân tạo để phát hiện sớm khối u; tạo môi trường ảo để phục hồi từ xa cho người già bị giảm nhận thức; các công cụ có trợ giúp bởi máy tính để phân tích chứng bệnh tim mạch, châm cứu,...),v.v.

Có thể nhận thấy, cơ điện tử là phạm trù rộng, chúng ta cần đặt mục tiêu nghiên cứu phát triển cơ điện tử của nước ta trong những năm tới là có những sản phẩm chiến lược. Việc lựa chọn phương hướng nghiên cứu cơ điện tử cần có hiệu quả mang tính đi tắt đón đầu, do vậy có 3 lĩnh vực chúng ta cần phải làm chủ bằng được, đó là: Sản phẩm cơ điện tử trong tiêu dùng: Những đồ gia dụng ví dụ: thiết bị cảnh báo, bếp từ, đầu VCD, máy giặt, máy ảnh số,... là những mặt hàng mang tính thông minh nhưng không quá phức tạp về cấu hình. Sự thông minh nằm nhiều ở phần điều khiển (cứng và mềm của thiết bị), phần mà theo nhận định của nhiều chuyên gia là thuộc năng khiếu của người Việt Nam. Mặc dù về giá trị kinh tế không thật cao, nhưng do là vật dụng thông dụng nên lương tiêu thụ (với đất nước 83 triệu dân) là lớn. Nếu không làm chủ thị trường này, chắc chắn chúng ta sẽ bị Trung Quốc và Hàn Quốc “qua mặt”. Thiết bị và hệ thống cơ điện tử trong công nghiệp: Khá nhiều thiết bị công nghiệp ví dụ như máy công cụ Công nghệ Cao, trạm trộn bê tông tự động, dây chuyền sản xuất xi măng, hệ thống hút bụi công nghiệp,…. đã là kết quả nghiên cứu từ các đề tài nghiên cứu khoa học & Công nghệ và đang được triển khai tốt trong đời sống sản xuất. Có thể nhận thấy rằng chúng ta có thể thiết kế, và tích hợp tốt thiết bị công nghiệp thông minh. Nhược điểm của chúng ta là khâu chế tạo. Tuy nhiên trên thế giới, không một nước nào, Hãng nào lại chế tạo một hệ thống từ A-Z, theo xu hướng chung này chúng ta sẽ tuyển chọn đâu là những vấn đề cần đầu tư để có thể chiếm thị phần lớn trong sản phẩm cơ điện tử loại này. Thiết bị cơ điện tử trong lĩnh vực y tế: Trong mọi xã hội giàu, nghèo sức khoẻ con người luôn được đặt lên hàng đầu vì con người là nguồn vốn quý nhất của mọi quốc gia. Việc phát triển thiết bị cơ điện tử y tế có ý nghĩa hơn khi bản thân thiết bị không những đã thúc đẩy sự phát triển của rất nhiều lĩnh vực liên quan ( vật lý - nguồn năng lượng tia bức xạ, hệ thống quang học, hệ thống cảm biến – nhận dạng, công nghệ thông tin - xử lí ảnh,...) mà còn có hiệu ứng đomino đến các lĩnh vực khác như sinh hoá, chẩn đoán, trị liệu,...

Phương hướng nghiên cứu cơ điện tử của chúng ta có thể tập trung vào kỹ thuật tích hợp hệ thống từ các mô đun tiêu chuẩn hoá, đầu tư vào nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển và phần mềm, chế tạo một phần cấu hình vật lí và phần cứng điều khiển tương thích.

Giải pháp và chính sách để có chiến lược sản phẩm cơ điện tử

Cùng bắt đầu từ một ví dụ: hãy quan sát hai quốc gia châu á cùng phát triển về công nghệ thông tin. ấn Độ có rất nhiều nhân lực trong ngành công nghệ thông tin, đó là lực lượng hùng mạnh được gửi đi đào tạo bài bản và làm việc tại Thung lũng Silicon (Mỹ), cũng như gia công phần mềm ngay trong nước để xuất khẩu. Hàn Quốc có số kỹ sư làm việc trong lĩnh vực công nghệ thông tin ít hơn rất nhiều so với ấn Độ. Tuy nhiên doanh số và lợi nhuận đem lại từ ngành công nghệ thông tin của Hàn Quốc đạt được cao hơn rất nhiều nhờ gắn liền với sản phẩm công nghệ- lượng sản phẩm cơ điện tử của họ nhiều gấp hàng chục lần, thậm chí cả trăm lần so với của ấn Độ. Phần mềm được phát triển tích hợp trong các thiết bị mang đậm màu sắc Hàn Quốc như màn hình kỹ thuật số , ti vi kỹ thuật số, tủ lạnh kỹ thuật số, máy giặt fuzzy logic, đa phương tiện kỹ thuật số,... đã tạo ra một thị trường đem lại doanh số hàng trăm tỷ USD/năm. Phân tích như vậy để thấy gia công thuê phần mềm ( theo kiểu thuần tuý outsourcing ) không phải là hướng đi có lợi nhất mà phải chủ động gắn kết với các sản phẩm cơ điện tử để đạt được giá trị gia tăng cao. Như vậy, hướng tới sản phẩm cơ điện tử cần phải là sự lựa chọn ưu tiên số 1 trong việc phát triển ngành công nghệ thông tin ở các nước châu á, mà bài học rõ nét nhất là các nước thành công nhanh như Hàn Quốc và gần đây là Trung Quốc.

Nhà nước cần có định hướng phát triển ngắn hạn 5 năm, dài hạn 20-30 năm, hoạch định những sản phẩm cơ điện tử chiến lược, chủ đạo phù hợp với Việt Nam và xác định lộ trình thực hiện. Để sớm rút ngắn khoảng cách với các nước trong khu vực, các ngành công nghiệp của ta cần tiếp cận tổng thể, xây dựng hệ thống trên cơ sở tích hợp các mô đun tiêu chuẩn hoá, nâng cao tính sáng tạo trong thiết kế phần mềm, giải pháp tích hợp hệ thống, đầu tư vào phần “thông minh” của sản phẩm. Việc quy hoạch các ngành công nghiệp hỗ trợ để sản xuất phần nào các thiết bị tiêu chuẩn hoá trong nước cũng được xem là cần thiết. Nhưng giá trị gia tăng lớn nhất, độc đáo nhất và cũng bền vững nhất của sản phẩm cơ điện tử lại nằm ở công nghệ nguồn, phần chất xám gửi gắm vào trong các thiết bị điều khiển của sản phẩm - linh hồn của máy móc.

Những sản phẩm cơ điện tử chiến lược trong trung và dài hạn sẽ được định hình và đạt được thông qua một số giải pháp sau :

Thành lập chương trình khoa học & Công nghệ cấp nhà nước về cơ điện tử

Để có tiếp cận tổng thể tầm quốc gia và xuyên suốt hàng chục năm, xây dựng các hướng phát triển ưu tiên và các nhiệm vụ cụ thể có tính kế thừa cao, đảm bảo hiệu quả và tập trung ;

Ưu tiên phát triển những trung tâm thiết kế và thử nghiệm chip

Xây dựng những trung tâm thiết kế và thử nghiệm chip ở các tỉnh thành lớn, từng bước hình thành lực lượng khoa học trình độ cao phục vụ phát triển các sản phẩm cơ điện tử: làm chủ và sở hữu được thành phần quan trọng nhất của những thiết bị điều khiển thông minh là những chip điều khiển cho công nghiệp, chứa đựng phong cách thiết kế và sắc thái riêng mang thương hiệu của nhà sản xuất sản phẩm cơ điện tử. Việc tiếp cận với công nghệ tạo chip có thể thực hiện từ một trong hai hướng: Công nghệ chế tạo chip ( chip making ) bao gồm toàn bộ quá trình thiết kế và sản xuất công nghệ các loại chip với các công nghệ bán dẫn khác nhau ; Công nghệ thiết kế chip (chip design) là các công việc liên quan tới việc định hình cho các chip rỗng dưới con mắt của nhà thiết kế ứng dụng. Công nghệ chế tạo chip đầy đủ đòi hỏi một nền công nghiệp hiện đại của quốc gia với sự đầu tư lớn, còn công nghệ thiết kế chip đòi hỏi đầu tư ít hơn tập trung chủ yếu vào chuyển giao các nguồn tri thức, đào tạo nhân lực làm chủ và đón đầu công nghệ. Đầu tư vào thiết kế chip và phần mềm nhúng cho phép tiếp cận, làm chủ công nghệ nguồn cũng như chủ động giữ được bản quyền với chi phí hợp lý. Chỉ có đi theo hướng thiết kế chip mới đem lại giá trị gia tăng cao. Vì thiết kế chip được đánh giá là “high risk-high return” thay vì gia công thuê phần mềm thuần tuý ( kiểu outsourcing ) vẫn chỉ được xem là một ngành dịch vụ “low risk-low return”.

Việc làm chủ công nghệ thiết kế chip còn đặc biệt quan trọng trong việc chế tạo các môđun chức năng thay cho các bản mạch bằng linh kiện rời trong các trang thiết bị quân sự ( vũ khí, khí tài ) do sau thời gian dài sử dụng đã hỏng, không có điều kiện nhập linh kiện rời thay thế. Ngoài ra, các môđun được chế tạo mới bằng các chip do ta tự thiết kế không chỉ làm chức năng sửa chữa, thay thế, mà quan trọng hơn là nó có thể làm thay đổi tính năng của thiết bị trong việc cải tiến, gây bất ngờ cho đối phương, nâng cao hiệu quả chiến đấu.

Những luận cứ trên cho thấy sự cần thiết xây dựng các trung tâm thiết kế chip tại Việt nam. Việc đầu tư chiều sâu về khoa học công nghệ ban đầu cho các trung tâm thiết kế chíp có thể đưa tới cảm giác khó đạt hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên, nếu quyết tâm đầu tư phát triển trung tâm thiết kế chip thành các cơ sở đồng bộ thiết kế và thử nghiệm chip thì theo các tính toán dự báo sẽ có quá trình hoàn vốn nhanh, hiệu quả kinh tế cao. Ngoài ra, lợi ích chính khi làm chủ công nghệ thiết kế chip là tạo ra tiềm lực khoa học công nghệ, tạo thế chủ động cho sự phát triển của cơ điện tử và các ngành hữu quan cấu thành, tác động đến mọi lĩnh vực kinh tế quốc dân, đặc biệt trong an ninh, quốc phòng.

Đào tạo nguồn nhân lực

Cơ điện tử đã được triển khai đào tạo ở một số trường Đại học kỹ thuật và đang được các trường cao đằng, dạy nghề quan tâm, mong muốn đưa vào chương trình giảng dạy. Còn sớm để có thể đánh giá chương trình đào tạo về cơ điện tử hiện hành, nhưng về vĩ mô cần có chính sách đào tạo các giáo viên chuyên ngành cơ điện tử theo quy hoạch của nhà nước. Xây dựng hệ thống đào tạo ngành cơ điện tử nhiều trình độ: dạy nghề, Đại học, sau Đại học để có đủ nhân lực phục vụ chương trình nghiên cứu phát triển, sản xuất, vận hành, hiệu chuẩn, hiệu chỉnh các thiết bị cơ điện tử từ nhiều cấp độ, theo lộ trình đi tắt đón đầu trong bối cảnh hội nhập quốc tế.

Để không lỡ nhịp với xu thế phát triển theo hướng cơ điện tử của các ngành khoa học kỹ thuật và công nghệ trong thế kỷ 21, chúng ta rất cần những chương trình nghiên cứu khoa học & Công nghệ riêng ở quy mô quốc gia đáp ứng nhu cầu tổng thể của đất nước. Đã đến lúc phải đánh giá đúng vai trò “đòn bẩy” của các sản phẩm cơ điện tử đối với nền kinh tế đất nước; phải làm chủ lĩnh vực cơ điện tử từ nhiều góc độ: khoa học, công nghệ, kỹ thuật, giáo dục và phải đầu tư đáp ứng được các yêu cầu cho nó trong quá trình phát triển. Xác định nhóm sản phẩm cơ điện tử chủ đạo của đất nước, hoạch định các chính sách dài hạn và ngắn hạn, lộ trình thực hiện là vô cùng cần thiết. Và trong giai đoạn 5 năm tới ( 2006 - 2010 ) chúng ta cần sớm có chính sách phát triển cơ điện tử với trọng tâm là công nghệ thiết kế chip tại Việt nam.

TS Đỗ Hữu Hào