Sản xuất thông minh: Xu hướng tăng năng suất , chất lượng, hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0

Nhiều khái niệm, thuật ngữ, quan điểm và mô hình sản xuất thông minh mới được giới học giả và doanh nghiệp chấp nhận, tiếp tục phát triển, mở rộng tiềm năng của sản xuất thông minh. Sản xuất thông minh là xu thế tất yếu  tăng năng suất, chất lượng, hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0. 

Clip Sản xuất thông minh

1. Sản xuất thông minh

Theo Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (National Institute of Standards and Technology, NIST), sản xuất thông minh là hệ thống được tích hợp đầy đủ, thích ứng với điều kiện thay đổi trong mạng lưới cung ứng tổng thể của doanh nghiệp và nhu cầu của khách hàng trong thời gian thực. Do đó, sản xuất thông minh tích hợp các thiết bị sản xuất với các cảm biến, nền tảng điện toán, công nghệ truyền thông, mô hình hóa dữ liệu, điều khiển, mô phỏng và kỹ thuật dự đoán. Sản xuất thông minh sử dụng các công nghệ về “hệ thống thực ảo”, internet vạn vật, điện toán đám mây, điện toán phục vụ, trí tuệ nhân tạo và khoa học dữ liệu...đưa sản xuất chính thức trở thành trụ cột quan trọng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4.

Một điểm quan trọng và khác biệt của sản xuất thông minh so với các phương thức sản xuất ​​khác là sự tham gia “linh hoạt” của con người vào hệ thống sản xuất thông minh với sự tham gia của nhiều công nghệ khác nhau (như “hệ thống thực ảo”, IoT, robot, tự động hóa, phân tích dữ liệu lớn và điện toán đám mây...). Sản xuất thông minh giúp doanh nghiệp tập trung và giải quyết 03 mục tiêu chính: tối ưu hóa toàn bộ hệ thống sản xuất; sản xuất bền vững; phát triển chuỗi cung ứng linh hoạt đáp ứng yêu cầu khách hàng trong khoảng thời gian ngắn nhất. 

2. Một số đặc điểm chính của sản xuất thông minh

- Tính kết nối: Kết nối là một đặc điểm quan trọng của sản xuất thông minh. Thiết bị trong sản xuất thông minh được kết nối với nhau thông qua hệ thống mạng để có thể truyền thông tin, dữ liệu. Dữ liệu này được truyền theo thời gian thực (real-time). Truyền dữ liệu theo thời gian thực cho phép tăng cường khả năng hợp tác nội bộ (giữa các bộ phận) trong doanh nghiệp, hợp tác nhanh chóng và hiệu quả giữa các nhà sản xuất và nhà cung cấp.

- Tính tối ưu hóa: Tối ưu hóa trong sản xuất thông minh được hiểu như sau: một doanh nghiệp có năng lực sản xuất “tin cậy”, có thể dự đoán được nhu cầu thị trường và người tiêu dùng, hiệu quả sản xuất cao, chất lượng sản phẩm cao và chi phí sản xuất thấp. Tính tối ưu hóa của sản xuất thông minh được thực hiện thông qua tự động hóa. Tự động hóa thông minh sẽ làm giảm đáng kể sự can thiệp của con người, giúp giảm số lượng lỗi trong quá trình sản xuất sản phẩm.

- Tính minh bạch: Hạn chế của sản xuất truyền thống là khó khăn trong việc lưu trữ, sử dụng và khai thác một nguồn dữ liệu chính xác do hệ thống dữ liệu của quá trình sản xuất không được quản lý đồng bộ. Trong sản xuất thông minh, nguồn dữ liệu này là duy nhất, được lưu trữ, sử dụng và khai thác minh bạch. Trong quá trình sản xuất, dữ liệu được lưu giữ theo thời gian thực, vì vậy, doanh nghiệp có thể truy cập để xác định số lượng khách hàng và nhu cầu của khách hàng trong tương lai.

- Tính chủ động: Một đặc điểm khác của sản xuất thông minh là tính chủ động do các công nghệ được áp dụng trong quá trình sản xuất. Các cảm biến trong sản xuất thông minh không chỉ cho biết số lượng các sản phẩm hiện có mà sẽ tự động kết nối với bộ phận kinh doanh của doanh nghiệp để giảm hàng tồn kho xuống dưới một mức thấp nhất. Hệ thống thiết bị sản xuất tích hợp với công nghệ thông tin cho phép xác định sự “bất thường” trong quá trình sản xuất, qua đó cho phép doanh nghiệp chủ động ngăn chặn các vấn đề “bất lợi” trước khi xảy ra..

- Tính linh hoạt: Đặc điểm thứ 5 cũng là đặc điểm chính cuối cùng của sản xuất thông minh là tính linh hoạt. Linh hoạt trong sản xuất thông minh nghĩa là có thể nhanh chóng phản ứng với những thay đổi của môi trường và yêu cầu của khách hàng. Doanh nghiệp xây dựng cấu hình thiết bị, sơ đồ vận hành sản xuất để bảo đảm đáp ứng “nhanh nhất” với những thay đổi trong nhu cầu sản xuất. 

3. Nền tảng cốt lõi của sản xuất thông minh 

Nền tảng cốt lõi của sản xuất thông minh là “hệ thống thực ảo” (Cyber Physical Systems, CPS) bao gồm: “hệ thống sản xuất thực” (hệ thống sản xuất vật lý) gồm: máy móc, phương tiện, các quy trình sản xuất… và “hệ thống sản xuất ảo” (hệ thống sản xuất mạng) gồm: công nghệ nhận dạng qua tần số vô tuyến (Radio Frequency Identification, RFID), công nghệ cảm biến, công nghệ vi xử lý, công nghệ thông tin viễn thông; “hệ thống nhúng” (Embedded Systems, ES)... (Hình 1). Trong sản xuất thông minh, khoa học máy tính và công nghệ thông tin đã “thu hẹp” không gian của hệ thống sản xuất trên thực tế hiện nay.

Hình 1. “Hệ thống thực ảo” trong sản xuất thông minh

“Hệ thống thực ảo” cung cấp cái nhìn tổng quan về sản xuất thông minh đối với vòng đời của một sản phẩm, bắt đầu từ giai đoạn thiết kế sản phẩm, sản xuất, kinh doanh, bảo trì và khai thác sản phẩm đó. “Hệ thống thực ảo” cho phép tối ưu hóa quá trình trao đổi thông tin cần thiết để sản xuất, đồng thời kiểm soát toàn bộ quy trình sản xuất dựa trên nền tảng IoT. Thông qua “hệ thống sản xuất ảo” với sự tích hợp của hạ tầng công nghệ thông tin và các phần mềm ứng dụng, “hệ thống thực ảo” được kích hoạt bởi sự tham gia của con người, máy móc, thiết bị. Hay nói cách khác, con người không chỉ tham gia trực tiếp vào quản lý và kiểm soát hệ thống sản xuất thông minh; con người (bao gồm: nhà sản xuất, người tiêu dùng…) được “nhúng” vào trong hệ thống sản xuất thông minh thành một thể thống nhất. 

Trái ngược với các hệ thống sản xuất thông thường hiện nay, “hệ thống thực ảo” có thể được coi là hệ thống của các hệ thống với sự tham gia của nhiều lĩnh vực khác như: kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật điện, khoa học máy tính…

Sự chuyển đổi nền công nghiệp truyền thống hiện nay sang cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 gắn liền với việc hình thành và phát triển hệ thống sản xuất thông minh, “hệ thống thực ảo” sẽ tạo ra nhiều thách thức mới về công nghệ, mô hình tổ chức sản xuất và thậm chí là đối với người lao động trong doanh nghiệp. Con người, máy móc… và “hệ thống sản xuất ảo” sẽ tương tác chặt chẽ, hiệu quả và an toàn với nhau thông qua các giao diện phù hợp để hình thành nên mô hình kinh doanh sáng tạo mới (Business Model, BM), giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất, đạt lợi nhuận cao.

Thành tựu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, đó là sản xuất thông minh và các ý tưởng đổi mới sáng tạo ​​khác sẽ là nền tảng vững chắc để giúp các doanh nghiệp vượt qua những thách thức này, đồng thời hỗ trợ doanh nghiệp thực hiện quá trình chuyển đổi sản xuất truyền thống sang sản xuất thông minh. 

4. Lợi ích của sản xuất thông minh

Cải thiện năng suất: các quy trình sản xuất thông minh cho phép truy cập, sử dụng và khai thác nhiều hơn hệ thống dữ liệu trong mạng lưới chuỗi cung ứng. Dữ liệu theo thời gian thực sẽ giúp doanh nghiệp dự báo năng lực sản xuất để đáp ứng “hiệu quả nhất” yêu cầu của thị trường và khách hàng. Qua đó, doanh nghiệp sẽ cung cấp các sản phẩm cần thiết, không bị dư thừa, tồn kho, giảm lãng phí... do đó, tác động trực tiếp vào việc nâng cao năng suất của doanh nghiệp.

Tạo ra các sản phẩm mới và chất lượng cao hơn: Khi năng suất được cải thiện, doanh nghiệp sẽ tiết kiệm được tài chính để đầu tư vào hoạt động nghiên cứu và phát triển sản phẩm. Việc phân tích dữ liệu lớn trong sản xuất thông minh giúp doanh nghiệp thấy được nhu cầu của khách hàng đối với sản phẩm của doanh nghiệp, qua đó tập trung phát triển các sản phẩm mới, có chất lượng cao hơn.

Tạo ra lực lượng lao động am hiểu công nghệ: áp dụng sản xuất thông minh là một cách thức để doanh nghiệp thu hút lực lượng lao động trẻ, am hiểu công nghệ vì sản xuất thông minh dựa chủ yếu vào nền tảng các công nghệ trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Sử dụng cơ sở dữ liệu thống nhất và minh bạch trong sản xuất thông minh giúp nhân viên có thể tìm thấy các cơ hội mới để phát triển sản phẩm và tăng năng suất. Do đó, bản chất của sản xuất thông minh lại là sự thu hút một lực lượng lao động đông đảo, có khả năng và trình độ am hiểu công nghệ cao.

Sử dụng hiệu quả năng lượng: sản xuất thông minh giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, qua đó có thể giảm lượng khí thải carbon thông qua việc giảm chất thải trong quá trình sản xuất. Đặc biệt, đối với các ngành công nghiệp sử dụng nhiều năng lượng, sản xuất thông minh sẽ là công cụ đặc biệt để giúp doanh nghiệp sử dụng tiết kiệm năng lượng, không chỉ giảm chất thải mà còn giúp giảm giá thành sản phẩm.

Mở rộng không gian sản xuất: sản xuất thông minh không chỉ giới hạn ở các điều kiện sản xuất tại một đơn vị sản xuất, mà có thể được tối ưu hóa theo mạng lưới của nhiều đơn vị sản xuất trong cùng hệ thống.

5. Kinh nghiệm triển khai sản xuất thông minh tại một số quốc gia

Nhìn chung, sản xuất thông minh có thể được hiểu là một quy trình sử dụng máy móc kết nối internet để giám sát quá trình sản xuất của một doanh nghiệp. Mục tiêu chính của sản xuất thông minh là xác định các cơ hội để tự động hóa các hoạt động sản xuất và sử dụng phân tích dữ liệu để cải thiện hiệu suất tổng thể của quy trình sản xuất. Trong thời đại sản xuất thông minh, toàn bộ chuỗi sản xuất, bao gồm nhà cung cấp, hậu cần và quản lý vòng đời sản phẩm sẽ được kết nối qua các doanh nghiệp.

Trong các quốc gia đang triển khai mạnh mẽ việc áp dụng sản xuất thông minh, Mỹ, Đức, Nhật Bản và Hàn Quốc là các quốc gia thuộc nhóm đi đầu. Năm 2019, Bộ Thương mại, Công nghiệp và Năng lượng Hàn Quốc (MOTIE) đã công bố kết quả phân tích trình độ công nghệ sản xuất thông minh của 06 nước đi đầu về công nghệ thông minh trên thế giới (với 07 lĩnh vực với 25 công nghệ cụ thể). Theo đó, Hàn Quốc xếp ở vị trí thứ 05 trong nhóm này. Theo kết quả trên, Mỹ được xem là quốc gia đi đầu về công nghệ (giả thiết đạt 100% tiêu chuẩn), trình độ công nghệ của Đức đạt 93,4% (kém 0,4 năm), Nhật Bản là 79,9% (kém 1,5 năm), Liên minh châu Âu (EU) 79,6% (1,5 năm), Hàn Quốc 72,3% (kém 2,5 năm) và Trung Quốc là 66% (kém 3,1 năm).[1]. Sản xuất thông minh là mô hình sản xuất tương lai, kết nối tất cả công đoạn sản xuất bằng công nghệ số, ứng dụng trí tuệ nhân tạo vào giải quyết các vấn đề tại công xưởng, đối ứng nhanh với yêu cầu mới từ thị trường. Mỹ sở hữu công nghệ cao nhất ở 06 lĩnh vực; Hàn Quốc sở hữu công nghệ cao nhất ở hạng mục viễn thông Internet; Đức đứng đầu ở lĩnh vực hệ thống điều khiển.

Riêng với Hàn Quốc, Chính phủ Hàn Quốc đã xây dựng biện pháp nhằm thúc đẩy việc hình thành 30.000 nhà máy thông minh vào năm 2022. Chính phủ kỳ vọng rằng các công ty trong ngành sản xuất sẽ tạo ra 66.000 việc làm thông qua tự động hóa 50% cơ sở sản xuất và tăng 18 nghìn tỷ won (16 tỷ USD) doanh thu. Chính phủ Hàn Quốc cũng xây dựng các chính sách ưu đãi cho các công ty lớn ủng hộ dự án Chính phủ để xây dựng các nhà máy thông minh cho các công ty nhỏ hơn. Bốn tập đoàn như: Samsung Electronics Co., Samsung Display Co., Hyundai Motor Co. và POSCO Group - đã huy động được 12,1 tỷ won (10,76 triệu USD) và hiện đang hỗ trợ cho 60 công ty. Hơn nữa, Chính phủ sẽ thành lập 01 trung tâm dữ liệu và nền tảng lớn để thu thập, phân tích và sử dụng dữ liệu sản xuất ở cấp quốc gia vào năm tới và ươm tạo 100.000 kỹ sư nhà máy thông minh lành nghề vào năm 2022.

6. Kết luận

Sản xuất thông minh là sáng kiến bao trùm, thay đổi mô hình sản xuất hiện tại, do đó, nghiên cứu về sản xuất thông minh sẽ gồm nhiều vấn đề, nội dung có liên quan ở hiện tại và trong tương lai. Nhiều khái niệm, thuật ngữ, quan điểm và mô hình sản xuất thông minh mới được giới học giả và doanh nghiệp chấp nhận, tiếp tục phát triển, mở rộng tiềm năng của sản xuất thông minh. Thuật ngữ sản xuất thông minh sẽ tiếp tục là “sức hút” lớn đối với các nhà nghiên cứu, các học giả... trong tương lai. Mặc dù đã có những nghiên cứu thành công về sản xuất thông minh, nhưng đây mới đang ở giai đoạn đầu. Sự quan tâm của Chính phủ, doanh nghiệp, người dân và xã hội, đặc biệt là sự quan tâm cao từ các ngành công nghiệp sẽ là động lực quan trọng cho sự phát triển nhanh chóng của sản xuất thông minh trong tương lai gần.

Tài liệu Tham khảo

1. Yong-Ki Min, Sang-Gun Lee, Yaichi Aoshima, (2019) "A comparative study on industrial spillover effects among Korea, China, the USA, Germany and Japan", Industrial Management & Data Systems, Vol. 119 Issue: 3, pp.454-472

2. Hiep, H. M., Khoi, N. V. Sản xuất thông minh trong cách mạng công nghiệp 4.0. Nhà xuất bản Chính trị quốc gia Sự thật. 2019.

Nguồn :TS. Hà Minh Hiệp, Phó Tổng cục trưởng - Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (Báo Chất lượng và Cuộc sống)