Nhận diện Nhà máy thông minh

Trước chiến lược Made in China 2025, Nhà máy thông minh trở thành một trọng tâm quan trọng trong việc nâng cấp sản xuất. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ Nhà máy thông minh là gì. Nhà máy thông minh không chỉ đơn thuần là sự tập hợp của các thiết bị thông minh, mà còn có khả năng tự động vận hành, sản xuất và kiểm tra theo kế hoạch và thiết kế. Lõi cốt lõi của Nhà máy thông minh nằm ở mức độ thực thi thông minh, nghĩa là tăng cường hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm chi phí trung bình của sản phẩm. Đây chính là động lực then chốt cho việc chuyển đổi từ nhà máy truyền thống sang sản xuất thông minh.

Một quy trình làm việc cơ bản của Nhà máy thông minh là sau khi khách hàng đặt hàng, hệ thống sẽ tự động phân phối tất cả các khâu liên quan đến sản xuất đến các bộ phận liên quan và tính toán số lượng tồn kho hiện tại có đủ đáp ứng yêu cầu đơn hàng hay không. Nếu không, hệ thống sẽ tự động đặt hàng nguyên liệu từ nhà cung cấp và nhập dữ liệu vào hệ thống tổng thể. Hệ thống sẽ tính toán nhu cầu và số lượng nguyên liệu đặc biệt, từ đó tự động tạo sơ đồ quy trình để hỗ trợ sản xuất sau này.

Trong quá trình sản xuất, tất cả các quy trình đều được hoàn thành bằng cách sử dụng các thiết bị khác nhau cùng hoạt động. Khi một công đoạn chuyển sang công đoạn tiếp theo, sản phẩm có thể được vận chuyển tự động. Trong quá trình làm việc, các công đoạn có thể phát hiện ra vấn đề và lỗi và phản hồi lại trạm điều khiển, sau đó trạm điều khiển sẽ phân phối kỹ thuật viên để xử lý. Sau khi sản phẩm hoàn thành, chúng sẽ được đóng gói tự động và sau đó được vận chuyển đến kho bằng xe tải thông minh. Hệ thống giao hàng sẽ tự động đặt đơn hàng vận chuyển dựa trên điểm đến và thời gian giao hàng yêu cầu của khách hàng.

Khi xe tải vận chuyển vào khu vực sản xuất, xe tải thông minh sẽ vận chuyển hàng hóa đến cửa khẩu bốc xếp. Khi xe tải đến, hàng hóa sẽ được bốc dỡ lên xe, và tài xế xe tải sẽ ký nhận trên màn hình của xe tải thông minh. Quy trình sản xuất thông minh cơ bản như vậy đã kết thúc. Sau đó, thông tin vận chuyển sẽ được chuyển đến bộ phận kinh doanh của công ty để tiến vào giai đoạn thu tiền và hậu mãi.

Bốn giai đoạn của Nhà máy thông minh

Tôi cho rằng theo quá trình phát triển của ngành chế tạo, Nhà máy thông minh có thể được chia thành bốn giai đoạn:

1. Nhà máy thông minh 1.0: Dây chuyền sản xuất sử dụng máy móc thay thế con người, và việc truyền tải giữa các công đoạn sử dụng robot. Dây chuyền vẫn do con người chủ đạo.
2. Nhà máy thông minh 2.0: Dây chuyền sử dụng nhiều cảm biến và thiết bị giám sát, có khả năng phản hồi kịp thời các vấn đề và vấn đề tiềm ẩn đến trạm điều khiển. Trạm điều khiển có thể kiểm soát dây chuyền sản xuất trong khu vực. Dây chuyền chỉ cần sự hỗ trợ của con người để hoàn thành công việc.
3. Nhà máy thông minh 3.0: Nhà máy sử dụng nhiều thiết bị xử lý thông tin, có khả năng tự động truyền dữ liệu thu thập từ dây chuyền sản xuất đến trạm điều khiển tổng thể. Trạm điều khiển kiểm soát 80% thiết bị tự động và thông minh trong toàn bộ khu vực sản xuất, nhưng những thiết bị này chưa có khả năng tính toán và chỉ có thể thụ động nhận thông tin và thực hiện lệnh.
4. Nhà máy thông minh 4.0: Tất cả các khâu then chốt trong nhà máy sử dụng bộ xử lý thông minh và cảm biến để kết nối không gian, mỗi công đoạn đều được trang bị hệ thống xử lý thông tin và kiểm soát. Trạm điều khiển tổng thể có thể kiểm soát hơn 98% thiết bị trong khu vực sản xuất, và mỗi công đoạn đều có khả năng tính toán. Ví dụ, nếu một trạm làm việc cần bảo trì, thông tin sẽ được truyền đến trạm tổng thể, trạm tổng thể sẽ tính toán tự động và điều chỉnh năng lực sản xuất của toàn bộ nhà máy, cho phép cả dây chuyền sản xuất có khả năng tính toán độc lập.

Cách thức thực hiện tiết kiệm và hiệu quả

Ví dụ, một doanh nghiệp muốn xây dựng một trạm làm việc thông minh để giải quyết tất cả các vấn đề từ nguyên liệu đến kho hàng của van điều hòa nhiệt độ. Theo quy trình sản xuất truyền thống, nhà máy sản xuất 5 sản phẩm mỗi phút, tương đương 300 sản phẩm mỗi giờ, với ba ca làm việc 21 giờ mỗi ngày, tổng cộng 6300 sản phẩm mỗi ngày. Với 8 ngày nghỉ hàng tháng, sản lượng hàng tháng là 132.300 sản phẩm.

Sau khi cải tiến, mỗi ca chỉ cần một kỹ thuật viên sửa chữa, sản lượng tăng lên 10 sản phẩm mỗi phút, tương đương 600 sản phẩm mỗi giờ, tổng cộng 12600 sản phẩm mỗi ngày. Với việc vận hành liên tục 30 ngày mỗi tháng, sản lượng đạt 378.000 sản phẩm. Sau cải tiến, sản lượng của nhà máy đã tăng gấp đôi, giúp nâng cao năng lực sản phẩm đáng kể. Theo tính toán, doanh nghiệp chỉ cần hai năm để thu hồi chi phí đầu tư vào trạm làm việc thông minh.

Trường hợp này cho thấy hiệu quả của Nhà máy thông minh trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Chúng ta không cần phải theo đuổi mục tiêu lớn lao của Nhà máy thông minh, mà có thể áp dụng quy mô nhỏ vào các doanh nghiệp vừa và nhỏ, giải quyết các vấn đề thực tế của họ mới thực sự có giá trị.

Tuy nhiên, cần phải thừa nhận rằng cách sản xuất truyền thống dựa trên dây chuyền sản xuất thủ công đã không còn đáp ứng được nhu cầu cạnh tranh thị trường. Nhà máy thông minh có thể giải quyết vấn đề giới hạn về sản lượng của sản xuất thủ công, tăng tốc độ sản xuất sản phẩm, và sản xuất quy mô có thể giảm chi phí sản xuất trung bình. Trong mô hình sản xuất truyền thống, con người có nhiều yếu tố bất định, kinh nghiệm và kỹ năng của họ, thậm chí cả việc mất mát nhân viên đều có thể dẫn đến vấn đề về chất lượng sản phẩm hoặc dừng dây chuyền sản xuất.

Nhà máy thông minh phụ thuộc ít hơn vào con người, chủ yếu cần kỹ thuật viên sửa chữa chịu trách nhiệm xử lý sự cố và bảo trì, không liên quan đến quá trình sản xuất. Điều này đảm bảo rằng nhà máy có thể duy trì sản xuất theo lý tưởng, tăng hiệu quả doanh nghiệp đáng kể.

Chất lượng sản phẩm được quyết định bởi quy trình sản xuất. Trong mô hình nhà máy truyền thống, mỗi khâu đều do con người vận hành, và việc sản xuất kéo dài sẽ dẫn đến lỗi vận hành, từ đó gây ra vấn đề về chất lượng sản phẩm. Đây là một thực tế không thể tránh khỏi. Một khi sản phẩm gặp vấn đề về chất lượng, khu vực sản xuất cần phải kiểm tra hàng loạt sản phẩm, lãng phí rất nhiều thời gian của con người.

Nhưng Nhà máy thông minh có thể tránh được vấn đề về chất lượng do con người gây ra. Vì mỗi quy trình trong Nhà máy thông minh đều chạy theo chương trình đã lập sẵn, tất cả các quy trình đều hoạt động trong phạm vi sai số quy định, giảm thiểu đáng kể tình trạng bỏ đi sản phẩm do vấn đề về chất lượng.

Nhà máy thông minh có thể tính toán chính xác thời gian giao hàng của sản phẩm, tức là có thể hoàn thành sản xuất đúng hạn, giảm rủi ro giao hàng muộn. Khi nhận nhiệm vụ sản xuất, nó có thể nhanh chóng tính toán xem nguồn hàng hiện tại có đáp ứng được yêu cầu sản xuất không. Nếu nguyên liệu không đủ, nó còn có thể tính toán thời gian cần thiết để mua nguyên liệu và giao hàng, từ đó giảm thiểu rủi ro giao hàng muộn do thiếu nguyên liệu. Nhà máy thông minh có thể tính toán chính xác lượng nguyên liệu cần dùng, ví dụ trong nhiều doanh nghiệp không thể tái sử dụng nguyên liệu đã mở, việc tính toán chính xác có thể ngăn ngừa lãng phí nguyên liệu.

Những điểm trên không phải là tất cả những lợi ích của Nhà máy thông minh trong việc tiết kiệm và hiệu quả, nhưng chúng có thể giải quyết hầu hết các vấn đề của doanh nghiệp truyền thống.

Nhà máy thông minh không phải là thuốc tiên

Mặc dù Nhà máy thông minh có nhiều lợi thế, nhưng nó không phải là giải pháp cho mọi vấn đề. Do công việc của tôi, tôi thường tham gia vào việc xây dựng và cải tạo Nhà máy thông minh cho khách hàng. Khi doanh nghiệp muốn xây dựng Nhà máy thông minh, cần cân nhắc các yếu tố sau:

• Sản phẩm có được sản xuất hàng loạt và có thị phần cao không?
• Nhà máy thông minh có thể tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất đơn vị không?
• Sản phẩm có đặc điểm chuẩn hóa không, tức là đặc điểm, bao bì và hình dạng của sản phẩm sẽ không thay đổi nhiều trong tương lai?

Doanh nghiệp trong nước ngắn hạn vẫn chủ yếu dựa vào nhà máy truyền thống, chủ yếu do ngành chế tạo đa số tập trung vào sản xuất với giá trị thấp và sản xuất gia công, sản xuất không ổn định và liên tục, doanh thu và lợi nhuận của doanh nghiệp thấp, đầu tư lớn vào Nhà máy thông minh có thể không mang lại lợi ích như mong đợi. Ngoài ra, chuỗi cung ứng xây dựng Nhà máy thông minh chủ yếu được kiểm soát bởi Nhật Bản, Đức và Pháp, doanh nghiệp trong nước không có khả năng đàm phán giá đối với các linh kiện và thiết bị quan trọng, thường phải trả giá mua cao hơn.

Xây dựng Nhà máy thông minh cần bao nhiêu vốn? Ngành công nghiệp từng so sánh một nhà máy với việc dán tiền mặt trăm nghìn đồng khắp bên ngoài nhà máy, gần tương đương với số vốn cần để cải tạo Nhà máy thông minh. Nhà máy thông minh là một khoản đầu tư lâu dài, là yếu tố quan trọng để tăng thị phần của doanh nghiệp, nhưng nếu doanh nghiệp không có lợi thế về sản phẩm và vốn, cần cân nhắc kỹ lưỡng khi lên kế hoạch xây dựng Nhà máy thông minh.

Nhà máy thông minh tập hợp các thiết bị công nghiệp tiên tiến, đòi hỏi kỹ thuật viên có trình độ cao. Điều này có nghĩa là kỹ thuật viên hiện tại của nhà máy cần được đào tạo lại hoặc cần tuyển dụng kỹ thuật viên có trình độ cao. Ví dụ, cánh tay robot của Nhà máy thông minh cần kỹ sư robot chuyên nghiệp; hệ thống điều khiển cần kỹ sư điều khiển điện; an ninh mạng cần kỹ sư mạng. Các thiết bị tự động hóa cần thiết kế viên và kỹ thuật viên cơ khí mới, đây là cấu hình cơ bản cần thiết để duy trì hoạt động của Nhà máy thông minh. Doanh nghiệp cần cân nhắc liệu họ có thể nhanh chóng xây dựng đội ngũ kỹ thuật như vậy không.

Nhà máy thông minh có nhiều lợi thế trong việc tăng năng suất, giảm hao hụt và đảm bảo chất lượng sản phẩm, nhưng mâu thuẫn là do đa số doanh nghiệp sản xuất công nghiệp là doanh nghiệp vừa và nhỏ, sản lượng bán ra không cao, thị phần thấp, và vốn hạn chế. Ví dụ, doanh nghiệp của tôi vẫn sản xuất máy tiện tùy chỉnh dựa trên lao động thủ công, nhà cung cấp cũng ở tình trạng tương tự. Chi phí để xây dựng một Nhà máy thông minh có thể nhiều hơn lợi nhuận mà doanh nghiệp có thể kiếm được sau nhiều năm làm việc. Trong trường hợp này, đa số doanh nghiệp sẽ chùn bước, đây là một khó khăn phổ biến mà nhiều doanh nghiệp gặp phải.

Tôi đã tham gia xây dựng và quy hoạch Nhà máy tự động và Nhà máy thông minh trong nhiều năm và rút ra kết luận rằng các doanh nghiệp vừa và nhỏ trong nước không nên xây dựng Nhà máy thông minh một cách mù quáng trước khi hiểu rõ nhu cầu của mình. Không nên xây dựng Nhà máy thông minh một cách vội vàng, tốt nhất nên bắt đầu từ từng công đoạn và dây chuyền sản xuất, điều này mới phù hợp với tương lai của Nhà máy thông minh cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ.