Xây dựng mô hình đào tạo Cắt gọt kim loại tích hợp thực - ảo trên nền tảng điện toán đám mây nhằm thu hẹp khoảng cách năng lực vùng miền

Hiện nay, các quốc gia phát triển như Đức, Thụy Sĩ, Hà Lan có hệ thống giáo dục nghề nghiệp (VET) được xây dựng theo hướng liên kết chặt chẽ với doanh nghiệp để đáp ứng yêu cầu của sản xuất. Theo nghiên cứu của Tran (2021), hệ thống giáo dục nghề nghiệp Việt Nam đã có bước tiến rõ rệt, nhưng vẫn tồn tại những hạn chế nhất định, cần nỗ lực hội nhập hệ thống VET quốc tế, đồng thời tăng cường liên kết doanh nghiệp và đầu tư thiết bị thực hành để thu hẹp khoảng cách kỹ năng.

BỐI CẢNH NGHIÊN CỨU

Thời kỳ công nghiệp phát triển như vũ bão nhờ sự hỗ trợ của công nghệ 4.0 đã đặt hệ thống Giáo dục nghề nghiệp là trụ cột trong việc cung cấp nguồn lao động kỹ thuật có tay nghề trong các tập đoàn, doanh nghiệp.

OECD (2023) với các báo cáo cho thấy, Đức, Áo và Thụy Sỹ là những quốc gia phát triển mạnh mẽ về mối liên hệ mật thiết giữa chương trình đào tạo trong nhà trường với yêu cầu thực tiễn sản xuất trong các phân xưởng đã giúp chuyển hóa lao động phổ thông thành lao động có tay nghề chuyên môn.

Sự tích hợp giữa kỹ thuật máy tính và cơ khí chính xác giúp ngành Chế tạo máy nói chung nghề Cắt gọt kim loại nói riêng giúp người học từ việc điều chỉnh máy trở thành làm chủ công nghệ sản xuất tự động.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Kill Gap - Khoảng cách kỹ năng: là thuật ngữ chỉ tình trạng khi nhân viên thiếu những kỹ năng cần thiết để đạt được mục tiêu cụ thể, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự thành công của dự án hoặc công việc trong doanh nghiệp. Hiểu một cách đơn giản, khái niệm này mô tả tình trạng khi nhân viên không đáp ứng được yêu cầu từ lãnh đạo vì thiếu hụt kiến thức, kỹ năng hoặc năng lực cần thiết. Thể hiện chi tiết qua các bài báo thể hiện các vấn đề cụ thể như sau:

Thứ nhất, các nghiên cứu sự mất kết nối giữa chương trình đào tạo và công nghệ thực tế chỉ ra xu hướng công nghệ (máy 5 trục, CAM/CAE) nhưng chưa đề xuất được cơ chế tích hợp các module kỹ thuật này vào chương trình đào tạo nghề một cách hệ thống khi chỉ tập trung vào trình độ đại học kỹ sư hơn là kỹ năng thực hành trực tiếp của công nhân lành nghề, có thể thấy ở các nghiên cứu.

Điển hình như: Nghiên cứu về tối ưu hóa chế độ cắt trong gia công tốc độ cao (HSM) (Mori et al, 2022); Đánh giá sự chuyển dịch từ gia công truyền thống sang gia công CNC tích hợp AI (Pujawan & Bah, 2023; Phân tích sự chậm trễ trong việc cập nhật tiêu chuẩn kỹ năng nghề quốc gia(Tran et al. 2021).

Thứ hai, các nghiên cứu về rào cản trong mô hình hợp tác nhà trường - doanh nghiệp liên quan đến mối quan hệ về tài chính, hành chính mà không phân tích về vấn đề kỹ thuật do liên quan đến tiến độ sản xuất cụ thể gồm các nghiên cứu: Phân tích các yếu tố gây thất bại trong việc chuyển giao mô hình đào tạo song hành của Đức sang các nước Châu Á (Gessler, 2024); Nghiên cứu về vai trò của "Người hướng dẫn tại doanh nghiệp" trong ngành cơ khí tại Việt Nam (Nguyen & Nguyen, 2022); Đánh giá hiệu quả kinh tế của việc doanh nghiệp tham gia sâu vào VET (OECD, 2023, 2025).

Thứ ba, các nghiên cứu về đánh giá khả năng người học dựa trên bằng cấp và điểm số mà chưa quan tâm đến năng lực thực tế tư duy tối ưu hóa vật liệu, bảo trì dự phòng máy bằng các thông số có định lượng cụ thể gồm: Phát triển bộ công cụ đo lường năng lực hành động trong ngành cơ khí chính xác (Winther et al, 2023); Định nghĩa lại về "Skill Mismatch" trong bối cảnh tự động hóa (McGuinness et al, 2024); và các thông tin về thực nghiệm đo lường độ sai hụt kích thước và tư duy khắc phục sự cố (Troubleshooting) của sinh viên thực tập.

Với nghề Cắt gọt kim loại có thể hiểu là sự không đồng bộ và thiếu hụt về kỹ năng công nghệ (Technological Adaptability) từ tư duy truyền thống đến lập trình tối ưu hóa gia công để tận dụng máy, thời gian gia công, dao, phôi …hay các vật tư cần thiết trong sản xuất tự động hóa được nêu cụ thể trên các báo cáo của ODA và nghiên cứu cho thấy một số ví dụ:

Lệch pha công nghệ (Technology Mismatch): Các báo cáo kiểm toán thiết bị tại một số trường nghề chất lượng cao chỉ ra rằng: Nhà trường có thể sở hữu máy CNC 3-trục, 5-trục hiện đại, nhưng phần mềm mô phỏng (CAD/CAM) đi kèm thường là phiên bản cũ hoặc bị hạn chế bản quyền (License), dẫn đến việc sinh viên không thể thực hiện các chiến lược chạy dao hiện đại như Trochoidal Milling hay High-Speed Machining.

Chi phí vận hành dụng cụ cắt (Tooling costs): Nghiên cứu thực nghiệm của Pham & Le (2024) nhấn mạnh rằng: Việc thiếu kinh phí mua sắm các dòng dao phay ngón hợp kim phủ (Coated Carbide) khiến việc thực hành chỉ dừng lại ở các loại thép mềm ($C45$), trong khi doanh nghiệp yêu cầu gia công trên thép hợp kim cứng hoặc inox ($SUS304, SUS316$). Điều này tạo ra một "khoảng cách kỹ năng" về việc kiểm soát chế độ cắt và tuổi thọ dụng cụ dao.

Hiện nay, trong các trường giáo dục nghề nghiệp hay các phân xưởng sản xuất vẫn đang tập trung vào hệ điều hành cũ với các máy công cụ vạn năng nên trong quá trình học tập và thực nghiệm còn đi chậm hơn so với đòi hỏi của thị trường về chuỗi cung ứng nhân lực có kỹ thuật cao và sự phát triển kỹ thuật hiện đại như Gia công tốc độ cao (HSM - High Speed Machining) hay Gia công 5, 6 trục. Mặt khác sự khác biệt cơ sở giáo dục nghề nghiệp giữa các thành phố lớn và miền núi, vùng sâu xa  được chỉ ra trong các báo cáo của Ngân hàng Thế giới (World Bank) và Tổng cục Giáo dục nghề nghiệp đặc trưng như sự tiếp cận Công nghệ và thiết bị tiên tiến, hệ sinh thái các doanh nghiệp chuyên môn để tăng sự liên kết và đặc biệt là sự chênh lệch năng lực của Đội ngũ nhà giáo…

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để tạo ra không gian tích hợp số hóa trên nghiên cứu sử dụng phương pháp tiếp cận đa chiều, trọng tâm là sự kết hợp giữa Số hóa (Digitization) và Thực chứng kỹ thuật (Technical Validation) thiết kế cấu trúc cơ sở dữ liệu trên không gian ảo, bao gồm: thư viện chương trình của các trường được đánh giá tiệm cận nhất với tiêu chuẩn quốc tế, đồ gá, quy trình công nghệ chuẩn và hệ thống bài giảng số hóa theo tiêu chuẩn Đức/KOSEN; Xây dựng các mô hình máy CNC ảo (Virtual Machines) có đặc tính động học giống hệt máy thực tế. Phương pháp này cho phép lưu trữ và truyền tải "tri thức vận hành" từ nơi có thiết bị hiện đại sang nơi có thiết bị lạc hậu.

Để chứng minh tính hiệu quả của việc lưu trữ và chia sẻ trên không gian ảo, nghiên cứu thực hiện các thí nghiệm đối chứng:

Nhóm đối chứng (Control Group): Các chương trình đào tạo của mã nghề nghiên cứu điển hình là Cắt gọt kim loại -  Chế tạo máy;  Gia công trên các thiết bị hiện đại tại các trung tâm VET lớn để có sản phẩm mẫu đối chứng trên các bộ đồ gá và máy nghiên cứu tiệm cận;

Nhóm thực nghiệm (Experimental Group): Gia công trên các thiết bị đời cũ tại các cơ sở miền núi nhưng sử dụng dữ liệu hỗ trợ (đồ gá số, chương trình CAM tối ưu) được tải về từ "Không gian tích hợp" trong đó đã cụ thể hóa dao, phôi, chế độ cắt... sử dụng trong quá trình thực nghiệm

Chỉ số đánh giá (Metrics): Đánh giá cá thông số độ chính xác kích thước, độ nhám bề mặt và thời gian chuẩn bị sản xuất  

THỰC TRẠNG NỀN TẢNG KIẾN THỨC

Để tiệm cận với các tiêu chuẩn có khung đánh giá năng lực cao như KOSEN (Nhật Bản) và Hệ thống song hành (Đức), Việt Nam đã và đang nỗ lực không ngừng để chuyển đổi sang Tiêu chuẩn kỹ năng nghề Quốc gia thông qua các văn bản chiến lược cốt lõi như: Quyết định số 2222/QĐ-TTg về Chiến lược phát triển giáo dục nghề nghiệp giai đoạn 2021-2030. Đây là văn bản pháp lý quan trọng nhất, khẳng định mục tiêu "chuẩn hóa các bộ tiêu chuẩn kỹ năng nghề quốc gia tương đương với tiêu chuẩn của các nước phát triển trong nhóm G20 và ASEAN".

Mô hình KOSEN tại Việt Nam được triển khai thông qua các dự án hợp tác của JICA (Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản). Các báo cáo đánh giá thực nghiệm (Nguyen et al., 2023) chỉ ra rằng, mô hình này chú trọng vào Kỹ năng tư duy giải quyết vấn đề thực tế tại xưởng (Monozukuri), điều mà giáo trình cắt gọt truyền thống thường bỏ qua.

Hệ thống song hành (Dual VET) của GIZ (Đức): Các văn bản hợp tác giữa Tổng cục Giáo dục nghề nghiệp (DVET) và Tổ chức GIZ đã thực hiện thí điểm nghề "Cắt gọt kim loại" theo chuẩn Đức

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Thảo luận

Giải pháp để có một mô hình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại tích hợp, nơi mà Đồ gá (Fixtures), Chiến lược CAM (Toolpaths) và Điều kiện gia công thực tế tại doanh nghiệp được kết nối thành một quy trình kỹ thuật chuẩn hóa, giúp người học làm chủ việc gia công các chi tiết phức tạp trên vật liệu khó gia công theo tiêu chuẩn thế giới như việc thiết kế các bộ đồ gá, chi phí thấp có thể ứng dụng trên các máy CNC đời cũ tại vùng sâu vùng xa nhưng vẫn đáp ứng được tiêu chuẩn dung sai quốc tế.

Có thể thấy khoảng cách chênh lệch giữa các quốc gia, các vùng miền về công nghệ và kỹ thuật rất lớn và cấp bách để giúp các cơ sở giáo dục nghề nghiệp tại miền núi đuổi kịp với xu thế chung trong nước và quốc tế. Vì vậy trên cơ sở đã số hóa toàn quốc máy móc trang thiết bị dụng cụ của các đơn vị việc áp dụng phương pháp Nghiên cứu hỗn hợp (Mixed Methods), kết hợp giữa thực nghiệm kỹ thuật và giải pháp công nghệ thông tin là một kết quả tích hợp tạo ra một kho dữ liệu ảo để chuẩn hóa chương trình đào tạo Cắt gọt kim loại giữa các vùng miền là khả thi và phù hợp với xu hướng Education 4.0 của OECD và EU.

Đối tượng và vật liệu nghiên cứu:

Để đạt được kết quả này ta cần xác định đối tượng và vật liệu nghiên cứu bao gồm:

- Hệ thống dữ liệu số (Digital Assets):  Thư viện mô hình 3D và nhật ký thông số máy (nếu có) của các loại máy CNC phổ biến (Fanuc, Siemens, Haas).

+    Bộ thông số kỹ thuật (vật liệu phôi, thông số dao cụ) từ các hãng lớn như Sandvik, Kennametal.

+    Các bộ chương trình gia công chuẩn (G-code) cho các chi tiết điển hình theo tiêu chuẩn KOSEN và Đức.

- Hạ tầng lưu trữ (Cloud-based Infrastructure): Sử dụng điện toán đám mây (AWS hoặc Google Cloud) để lưu trữ chương trình đào tạo chung của các trường có thể truy cập đơn giản với chi tiết các module bài giảng, giáo trình và thư viện đồ gá số.

- Thiết bị thực chứng (Physical Assets):  Máy CNC tại các cơ sở vùng miền (đối chứng giữa máy hiện đại ở thành phố và máy đời cũ ở miền núi).

- Vật liệu thực nghiệm: Hợp kim khó gia công (như Inox 304 hoặc thép đã nhiệt luyện) để kiểm chứng khả năng chịu tải của đồ gá và độ bóng bề mặt được sử dụng trong các đồ gá thông dụng trong sản xuất hiện nay.

Kết quả

Trên cơ sở tiến hành theo các giai đoạn nghiên cứu theo nhóm phương pháp nghiên cứu nói trên có thể xác định được cụ thể các vấn đề:

- Giai đoạn Khảo sát (Diagnostic Phase): Đánh giá thực trạng thiết bị và khoảng cách kỹ năng tại các trường miền núi so với tiêu chuẩn quốc tế; Đồng bộ hóa một số chương trình đào tạo mã nghề.

- Giai đoạn Số hóa (Virtualization Phase): Đưa toàn bộ chương trình, giáo trình, thư viện đồ gá và mô phỏng lên nền tảng Cloud chung

- Giai đoạn Kiểm chứng (Validation Phase): Tiến hành gia công thực tế trên vật liệu khó gia công để kiểm tra độ chính xác của mô hình ảo.

- Giai đoạn Tích hợp (Integration Phase): Kết nối  và đồng bộ hóa dữ liệu vào chung một hệ sinh thái dữ liệu sau khi đánh giá được sự phù hợp và tiệm cận nhất

- Giai đoạn Chuẩn hóa (Standardization Phase): Hoàn thiện bộ tiêu chuẩn kỹ thuật có thể nhân rộng toàn quốc với khả năng tự do truy cập số liệu và nội dung.

Thông qua các chỉ số qua các báo cao và nghiên cứu thực tế thấy rằng:

-     Thực trạng thiết bị: Tại các cơ sở VET vùng sâu, vùng xa, tỷ lệ máy CNC có khả năng kết nối mạng và tương thích với các phần mềm CAM hiện đại chỉ chiếm khoảng 15% so với tổng số thiết bị (MOLISA, 2024).

-     Độ lệch công nghệ: Khoảng 70% máy CNC tại các trường miền núi thuộc thế hệ cũ (sản xuất trước năm 2010), thiếu các tính năng kiểm soát rung chẩn động lực học (GIZ, 2023).

-     Hạn chế đồ gá: Chi phí đầu tư hệ thống đồ gá tiêu chuẩn quốc tế chiếm tới 25-30% tổng giá trị gói thiết bị, khiến các trường vùng khó khăn thường chỉ trang bị đồ gá vạn năng, không đáp ứng được dung sai (Tran et al., 2023).

-     Năng lực làm chủ CAM: Sinh viên tại các trường chưa áp dụng mô hình liên kết doanh nghiệp chỉ đạt mức độ thành thạo về lập trình CNC là 35%, trong khi yêu cầu của các doanh nghiệp FDI là trên 75% (World Bank, 2025).

-     Vật liệu khó gia công: Có đến 90% các bài thực hành tại trường nghề vùng xa sử dụng vật liệu thép mềm C45 hoặc nhôm, dẫn đến việc người học bị "hổng" kỹ năng xử lý nhiệt và chế độ cắt trên vật liệu siêu cứng (Pham & Le, 2024).

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

Bản thân là một giảng viên chuyên ngành đào tạo nghề Cắt gọt kim loại của tỉnh miền núi Đông Bắc Việt Nam thấy sự chênh lệch trên dẫn đến sự ti của giảng viên giữa các vùng miền, tỉnh thành trên toàn quốc, khó có cơ hội học tập nâng cao trình độ chuyên môn khi quỹ thời gian hàng năm và phụ thuộc vào ngân sách của đơn vị, nơi học tập và những điều kiện khách quan khác.

Với việc nghiên cứu này có thể mang lại một số giải pháp tích cực:

Xóa bỏ rào cản địa lý: Sinh viên vùng sâu vùng xa không cần máy 5 trục trị giá hàng tỷ đồng vẫn có thể học được tư duy lập trình và chiến lược chạy dao 5 trục thông qua không gian ảo.

Tính kinh tế: Việc chia sẻ "bí kíp" công nghệ (đồ gá, chế độ cắt) từ các trường trọng điểm giúp các trường khó khăn tiết kiệm chi phí đào tạo đội ngũ giảng viên, chuẩn hóa chuyên môn của các đơn vị đầu ngành; Thử sai (trial and error) và hư hỏng dụng cụ cắt; 

Chuẩn hóa đầu ra: Đảm bảo dù học ở đâu, sinh viên cũng được tiếp cận với một "ngôn ngữ kỹ thuật" chung, tiệm cận với yêu cầu của các doanh nghiệp toàn cầu.

Nông Trần Định 

Khoa Cơ khí & Công nghệ may, Trường cao đẳng Lạng Sơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. GIZ. (2023) Chuyển đổi số trong đào tạo nghề tại Việt Nam: Thực trạng và định hướng phát triển. Tổ chức Hợp tác Phát triển Đức (GIZ).

2. McGuinness, S., & Ortiz, L. (2024). Redefining "Skill Mismatch" in the context of automation and AI. Oxford Review of Education.

3. OECD. (2020). OECD Reviews of Vocational Education and Training: Preparing for the Future of Work. OECD Publishing.

4. OECD. (2023). Economic efficiency of employer engagement in VET. OECD Skills Studies.

5. OECD. (2025). Financing Vocational Education and Training: Global trends and local impacts. OECD Publishing.

6. World Bank. (2025). Kỹ năng cho lực lượng lao động hiện đại tại Việt Nam: Thu hẹp khoảng cách vùng miền. World Bank Group.

7. Gessler, M. (2024). Transfer of the German Dual VET System to Asian countries: Challenges and failure factors. International Journal for Research in Vocational Education and Training (IJRVET).

8. Mori, M., et al. (2022). Optimization of cutting parameters in high-speed machining (HSM) for difficult-to-cut materials. International Journal of Machine Tools and Manufacture.

9. Nguyen, T. H., & Nguyen, Q. M. (2022). The role of "In-company instructors" in the mechanical engineering sector in Vietnam. Journal of Vocational Education & Training.

10. Nguyen, V. A., et al. (2023). Monozukuri-based problem-solving skills in KOSEN model: An empirical study in Vietnam. Journal of Technical Education Science (JTES).

11. Pham, Q. D., & Le, M. T. (2024). Experimental study on coated carbide tools for machining SUS304 in VET practice. ResearchGate.

12. Pujawan, N., & Bah, A. (2023). Transition from traditional machining to AI-integrated CNC systems. Journal of Manufacturing Systems.

13. Tran, Q. C., et al. (2021). Vocational Education and Training in Vietnam: Delays in updating national occupational skill standards. ResearchGate.

14. Tran, V. B., et al. (2023). Gap analysis between training equipment and industry requirements in remote VET centers. Journal of Technical Education Science.

15. Winther, E., et al. (2023). Development of action-based competence measurement tools for precision engineering.

16. Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội (MOLISA). (2024). Báo cáo thực trạng cơ sở vật chất và thiết bị đào tạo trong các cơ sở giáo dục nghề nghiệp năm 2023.

17. Thủ tướng Chính phủ. (2021). Quyết định số 2222/QĐ-TTg về việc Phê duyệt Chiến lược phát triển giáo dục nghề nghiệp giai đoạn 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2045.

18. Tổng cục Giáo dục nghề nghiệp (DVET). (2024). Báo cáo tổng kết thí điểm chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại theo tiêu chuẩn CHLB Đức.