Với doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ, nhà máy thông minh không phải một toà nhà đầy robot. Đó là nhà máy biết, gần như ngay lúc đó, từng máy và từng chuyền quan trọng đang làm gì, vì sao dừng, làm ra bao nhiêu sản phẩm đạt, rồi dùng hiểu biết đó để cải tiến. Lộ trình thực tế bắt đầu bằng việc đo thời gian dừng máy và hàng hỏng ở vài máy then chốt, sau đó nối các máy đó lên bảng theo dõi đơn giản, rồi xử lý những khoản thất thoát lớn nhất, và chỉ đến lúc ấy mới tính tới tự động hoá, robot ở chỗ con số cho thấy đáng làm.
Bỏ qua giai đoạn đo là sai lầm đắt nhất. Nhà máy mua robot hay phần mềm trước thường tự động hoá nhầm điểm nghẽn. Nhà máy đo trước thường nhận ra phần lợi lớn nhất đến từ việc bớt dừng máy và bớt làm lại, từ rất lâu trước khi có con robot nào.
Nhà máy thông minh thật ra là gì với một xưởng nhỏ
Hội chợ và tờ quảng cáo hay vẽ nhà máy thông minh là những hàng robot, màn hình sáng rực và gần như không có người. Hình ảnh đó thuộc về một số ít nhà máy rất lớn làm khối lượng khổng lồ của cùng một sản phẩm. Với một nhà máy vài chục máy, vài trăm công nhân và hàng chục mã hàng, nghĩa có ích đơn giản hơn nhiều.
Nhà máy thông minh là nơi thông tin chảy trơn tru như nguyên vật liệu. Quản lý nhìn thấy máy nào đang chạy, máy nào dừng và vì sao, mỗi chuyền một giờ qua làm được bao nhiêu sản phẩm đạt, lỗi phát sinh từ công đoạn nào. Quyết định bảo trì, bố trí người và đầu tư dựa vào dữ liệu đó, chứ không dựa vào trí nhớ và tiếng gọi nhau ầm ĩ giữa xưởng.
Công nghiệp 4.0 (Industry 4.0), cái nhãn hay gắn với ý tưởng này, là sự kết hợp nhiều công nghệ: cảm biến và máy móc nối mạng, phần giao với IoT; phần mềm thu và phân tích dữ liệu sản xuất; tự động hoá và robot; và ngày càng nhiều là AI dò tìm quy luật. Không công nghệ nào tự có giá trị. Chúng chỉ có ích khi trả lời được một câu hỏi sản xuất cụ thể.
Đó là tin tốt cho nhà sản xuất nhỏ. Những giai đoạn đầu của nhà máy thông minh rẻ hơn robot rất nhiều, làm được từng bước, và hoàn vốn nhờ bớt dừng máy, bớt hàng hỏng. Giai đoạn tốn tiền đến sau, và tới lúc đó mình đã biết chính xác nên đặt tiền vào đâu.
Bắt đầu từ những thất thoát đang xảy ra mỗi ngày
Nhà máy nào cũng mất sản lượng theo ba ngả lớn. Máy dừng, vì hỏng, thiếu vật tư, chuyển đổi mã hàng hay chờ người đứng máy. Máy chạy chậm hơn mức nên chạy, vì kẹt vặt, dao cụ mòn hay cài đặt dè dặt. Và một phần sản phẩm bị lỗi, phải sửa hoặc thành phế phẩm.
Cách hay dùng để gộp ba khoản thất thoát này là OEE (overall equipment effectiveness, hiệu suất thiết bị tổng thể). Nó nhân ba thứ với nhau: độ sẵn sàng (máy thật sự chạy được bao nhiêu phần thời gian kế hoạch), hiệu năng (chạy nhanh tới đâu so với tốc độ lý tưởng) và chất lượng (bao nhiêu phần sản phẩm đạt). Không cần mê công thức. Cái đáng giá là nó buộc mình nhìn cả ba khoản, chứ không chỉ những lần hỏng máy ai cũng thấy.
Phần lớn nhà máy nhỏ không biết số thật của mình. Sổ giấy ghi những lần hỏng lớn nhưng bỏ sót vô số lần dừng ngắn cộng dồn qua một ca. Người đứng máy làm tròn thời gian, và chẳng ai ghi hai mươi phút ngồi chờ xe nâng. Lần đầu đo cho đàng hoàng, kết quả thường khó nghe, và chính cái khó nghe đó là điểm xuất phát của mọi cải tiến.
Vậy giai đoạn đầu của lộ trình là đo trên vài máy then chốt, thường là máy nút cổ chai của chuyền sản phẩm chính. Có thể bắt đầu bằng phiếu giấy kẻ sẵn hoặc máy tính bảng đặt cạnh máy, rồi sau mới chuyển sang tín hiệu lấy tự động từ chính cái máy.
Lộ trình bốn giai đoạn, đi theo nhịp của mình
Giai đoạn sau xây trên giai đoạn trước. Chưa vững giai đoạn hiện tại mà đã nhảy sang giai đoạn sau thì thường là phí tiền.
| Giai đoạn | Làm gì | Công cụ thường dùng | Học được gì |
|---|---|---|---|
| 1. Nhìn thấy | Ghi lần dừng, lý do, sản lượng, hàng hỏng ở máy then chốt | Phiếu kẻ sẵn, máy tính bảng, bộ đếm đơn giản | Thời gian và vật tư thật sự mất ở đâu |
| 2. Kết nối | Lấy tín hiệu máy tự động và hiển thị trực tiếp | Cảm biến, dữ liệu bộ điều khiển máy, bảng theo dõi | Quy luật theo ca, theo mã hàng, theo máy |
| 3. Cải tiến | Xử lý nguyên nhân lớn nhất: bảo trì, chuyển đổi mã hàng, dòng vật tư | Kế hoạch bảo trì, thao tác chuẩn, phương pháp chuyển đổi nhanh | Giải pháp nào thật sự làm số thay đổi |
| 4. Tự động hoá | Thêm tự động hoá, robot ở điểm nghẽn đã chứng minh | Cobot, băng tải, kiểm tra tự động, phần mềm sản xuất | Tự động hoá có hơn cách làm tay đã cải tiến không |
Nhiều nhà máy thấy chỉ riêng giai đoạn ba đã mang lại phần lớn cái lợi họ từng mong robot đem tới. Đó không phải lộ trình thất bại, mà là lộ trình đang chạy đúng.
90 ngày đầu tiên, từng bước một
Kế hoạch này dành cho nhà máy hiện chưa có hệ thống dữ liệu sản xuất nào và có một người quản lý chịu đứng ra phụ trách.
- Chọn một chuyền và máy nút cổ chai của nó. Nút cổ chai là công đoạn giới hạn sản lượng. Chưa rõ thì nhìn xem bán thành phẩm dồn ứ ở đâu.
- Thống nhất một danh sách lý do dừng ngắn gọn. Tám đến mười hai lý do, như hỏng máy, thiếu vật tư, chuyển mã hàng, kiểm tra chất lượng, thiếu người. Quá nhiều lý do thì người đứng máy sẽ chọn đại.
- Ghi mọi lần dừng dài hơn vài phút trong bốn tuần. Giờ bắt đầu, giờ kết thúc, lý do. Ban đầu ghi giấy cũng được, miễn có người nhập lại mỗi ngày.
- Đếm sản phẩm đạt và không đạt theo ca. Dùng cách đếm sẵn có, nhưng phải ghi phế phẩm và hàng sửa lại cho thật, không truy lỗi cá nhân.
- Xem số liệu hằng tuần cùng người đứng máy và thợ bảo trì. Đưa ra ba lý do mất thời gian nhiều nhất và hỏi chính những người gần máy nhất xem vì sao.
- Sửa một nguyên nhân rồi đo lại. Ví dụ chuẩn bị vật tư trước khi chuyển mã hàng. Kiểm xem số lần dừng có thật sự giảm không.
- Quyết định có đáng lấy dữ liệu tự động không. Nếu ghi tay giờ đã có ích và được tin, nối thẳng vào máy là bước tiếp theo tự nhiên.
Hết 90 ngày, mình nên có một mốc số liệu ban đầu, ít nhất một cải tiến đã được chứng minh, và một đội coi dữ liệu là trợ thủ chứ không phải camera theo dõi.
Chỗ nào cảm biến, máy nối mạng có ích, chỗ nào tấm phiếu giấy là đủ
Tín hiệu chạy và dừng của máy. Nhiều máy báo được lúc nào đang chạy, qua bộ điều khiển hoặc qua một cảm biến dòng điện đơn giản kẹp ở dây động cơ. Hết phải đoán về những lần dừng ngắn.
Đếm sản phẩm tự động. Bộ đếm trên máy hay cảm biến quang trên băng tải cho số sản lượng đáng tin mà không cần gạch tay.
Nhiệt độ, áp suất, độ rung ở thiết bị then chốt. Có ích với máy nén khí, lò, máy ép, động cơ, nơi cảnh báo sớm chặn được một lần hỏng đắt tiền.
Theo dõi điện năng. Đo điện từng máy lộ ra thiết bị bị bỏ chạy không tải và mức tải bất thường báo hiệu hao mòn.
Lý do dừng vẫn cần người. Cảm biến biết máy dừng, không biết vì sao. Một bảng nút bấm hay máy tính bảng cho người đứng máy chọn lý do thường là cách phối hợp tốt nhất.
Đánh giá chất lượng nhiều khi vẫn làm tay. Lỗi ngoại quan trên vải, gỗ, thực phẩm khó phát hiện tự động nếu chưa thử kỹ. Cứ ghi tay cho tới khi có lý do rõ ràng để đầu tư kiểm tra tự động.
Máy đời cũ vẫn theo dõi được. Máy không có bộ điều khiển số có thể gắn cảm biến bên ngoài. Phần đấu nối điện phải do thợ điện có chuyên môn làm.
Chuyện hiếm thì tấm phiếu là đủ. Việc một tháng mới xảy ra một lần thì một mẫu phiếu cộng với lịch xem lại nghiêm túc có khi hợp hơn một cảm biến mới.
Robot và cobot nằm ở đâu trong lộ trình
Robot thuộc giai đoạn bốn vì một lý do đơn giản: chỉ đáng đầu tư ở công đoạn thật sự giới hạn sản lượng hoặc tạo ra việc nặng nhọc, lặp lại, nguy hiểm. Đo và cải tiến xong mới biết công đoạn đó ở đâu. Chưa đo thì chỉ là đoán, mà đoán thì hay trật. Một nhà máy có thể tự động hoá khâu đóng gói, rồi mới phát hiện nút cổ chai thật là máy ép đang ngồi chờ nguyên liệu.
Với nhiều nhà máy nhỏ, con robot đầu tiên là một robot cộng tác cấp phôi cho máy hoặc đóng gói cuối chuyền. Mặt thực tế của lựa chọn này, gồm việc nào cobot làm tốt và đánh giá an toàn diễn ra thế nào, đã viết trong bài về robot cộng tác cho xưởng nhỏ.
Câu hỏi tài chính cũng cần kỷ luật y như câu hỏi kỹ thuật. So chi phí của cụm robot với giá trị của phần sản phẩm đạt làm thêm được hoặc phần lao động được chuyển sang việc tốt hơn, và tính đủ tích hợp, tay gắp, đồ gá, đào tạo, bảo trì. Cách làm trong bài tính hiệu quả tự động hoá cho trung thực áp dụng cho robot cũng như cho bot văn phòng.
Sau cùng, hãy so tự động hoá với cách làm tay đã cải tiến, đừng so với cách cũ. Nếu giai đoạn ba đã cắt mạnh số lần dừng máy, nút cổ chai có thể đã dời chỗ, và con robot định mua chưa chắc còn là chỗ tiêu tiền tốt nhất.
Ví dụ cụ thể: một nhà máy may
Hình dung một nhà máy may ở Đồng Nai có vài chuyền may, một phòng cắt và một khu hoàn thiện. Ban giám đốc bị khách hàng ép giao nhanh hơn, ít lỗi hơn, và một nhà cung cấp gợi ý mua các cụm máy may tự động.
Nhà máy chọn bắt đầu từ giai đoạn một. Trên một chuyền, tổ trưởng ghi mọi lần dừng dài hơn vài phút, nhân viên kiểm hàng ghi lỗi theo từng công đoạn. Vài tuần sau quy luật lộ ra: chuyền mất thời gian vì chờ bán thành phẩm cắt và chờ sửa máy nhiều hơn hẳn vì may chậm. Lỗi dồn vào hai công đoạn có máy hay bị lệch cài đặt.
Ở giai đoạn hai, nhà máy gắn tín hiệu chạy đơn giản lên các máy may của chuyền đó và một màn hình cho biết máy nào đang dừng. Thợ máy thấy máy hỏng ngay thay vì đợi người chạy đi gọi. Phòng cắt có kế hoạch hằng ngày gắn với nhu cầu của chuyền, nên các bó hàng cắt tới trước khi chuyền cạn việc.
Chỉ tới lúc đó chuyện tự động hoá mới quay lại bàn, và ứng viên đầu tiên lại không phải khâu may. Đó là phòng cắt, nơi một quy trình cắt tự động có thể cấp bán thành phẩm đồng đều cho nhiều chuyền. Khâu may, với vải mềm và mã hàng đổi liên tục, phần lớn vẫn làm tay. Lộ trình không gạt bỏ tự động hoá; nó chỉ đúng chỗ cho tự động hoá.
Những sai lầm hay gặp trên đường tới nhà máy thông minh
Mua bảng theo dõi trước khi biết nó trả lời câu hỏi gì. Màn hình đầy số mà không ai hành động theo thì vài tháng là thành giấy dán tường.
Đo mọi thứ cùng lúc. Bắt đầu từ một chuyền. Số liệu của hai mươi máy không ai xem còn tệ hơn số liệu của hai máy được bàn mỗi tuần.
Dùng số liệu để bắt lỗi công nhân. Ghi lần dừng mà bị phạt thì người ta thôi ghi. Hãy coi số liệu dừng máy là thông tin về quy trình.
Bỏ quên bảo trì. Nhiều thất thoát đến từ những lần hỏng mà bảo trì định kỳ chặn được. Số liệu thường cho thấy điều này rất nhanh.
Nối máy sản xuất vào mạng văn phòng cẩu thả. Thiết bị sản xuất nối internet mà không tách mạng, không đổi mật khẩu mặc định là rủi ro bảo mật thật.
Để một nhà cung cấp giữ hết dữ liệu. Bảo đảm mình xuất được dữ liệu sản xuất của chính mình ra định dạng chuẩn.
Tự động hoá quy trình sắp thay đổi. Sản phẩm mới, đổi bố trí mặt bằng hay kế hoạch dời xưởng có thể làm tự động hoá lỗi thời. Hỏi kế hoạch trước.
Quên đào tạo. Tổ trưởng và thợ máy cần thời gian học đọc và dùng số liệu. Không có, hệ thống chỉ là một khoản chi.
Khi nào nên mời chuyên gia
Đấu nối điện cảm biến vào máy. Mọi việc trong tủ điện của máy phải do thợ điện có chuyên môn làm, theo đúng quy tắc an toàn.
An toàn robot và cobot. Đánh giá rủi ro cho cụm robot nên do đơn vị tích hợp hoặc kỹ sư an toàn có kinh nghiệm chủ trì, và đối chiếu với quy định đang áp dụng tại nơi mình.
Thiết kế mạng và bảo mật cho thiết bị sản xuất. Tách mạng máy móc khỏi mạng văn phòng và internet cần người chuyên về IT hoặc mạng công nghiệp.
Chọn phần mềm sản xuất. Với phần mềm lập kế hoạch hay điều hành sản xuất, hãy xin tham chiếu từ nhà máy cùng quy mô, cùng loại sản phẩm, và thử bằng dữ liệu của chính mình.
Dữ liệu từ bộ điều khiển máy. Lấy dữ liệu từ bộ điều khiển đôi khi cần hãng máy hỗ trợ. Hỏi trước khi mở thứ gì có thể ảnh hưởng bảo hành.
An toàn lao động và quy định lao động. Thay đổi nhân sự, ca kíp, quy trình an toàn nên kiểm với cơ quan quản lý lao động và người tư vấn có chuyên môn.
Vốn vay và chương trình hỗ trợ. Nếu tính tới vay vốn hay chương trình hỗ trợ đầu tư công nghệ, hãy tra nguồn chính thức hiện hành và hỏi ngân hàng, kế toán, vì điều kiện thay đổi thường xuyên.
Bảo mật và con người: hai thứ lộ trình hay bỏ quên
Máy móc nối mạng là máy móc trở thành một phần của "mặt trận" có thể bị tấn công. Nhiều thiết bị công nghiệp vốn thiết kế cho môi trường khép kín, xuất xưởng với mật khẩu mặc định và phần mềm cũ. Hãy tách mạng sản xuất khỏi mạng văn phòng, đổi thông tin đăng nhập mặc định, chỉ cho truy cập từ xa bằng cách đã duyệt, và giữ danh sách mọi thiết bị đã nối mạng. Mã độc tống tiền (ransomware) lọt vào mạng sản xuất có thể làm đứng cả nhà máy, không riêng gì văn phòng.
Con người là phần thứ hai hay bị quên. Công nhân thấy mình bị theo dõi sẽ chống lại; công nhân thấy số liệu giúp gỡ những bực bội hằng ngày sẽ thành nguồn ý tưởng tốt nhất. Mời họ cùng chọn lý do dừng, cho họ xem kết quả trước tiên, và làm theo những gì họ góp ý.
Tổ trưởng và thợ máy cần kỹ năng mới: đọc xu hướng, chủ trì những buổi gỡ vấn đề ngắn, dùng máy tính bảng ngay tại xưởng. Đào tạo tốn thời gian, nhưng chính nó biến số liệu thành cải tiến.
Rốt cuộc, nhà máy thông minh là một thói quen: đo, bàn, cải tiến, rồi mới đầu tư. Công nghệ làm thói quen đó nhanh hơn, chính xác hơn. Nó không thay được thói quen đó.
Câu hỏi thường gặp
Nhà máy thông minh có phải chỉ dành cho công ty lớn?
Không. Các giai đoạn đầu, đo thất thoát và nối vài máy, rất hợp với nhà máy nhỏ vì tương đối rẻ và hoàn vốn nhờ bớt dừng máy. Đầu tư robot lớn để sau, ở chỗ số liệu cho thấy đáng làm.
Nói đơn giản OEE là gì?
OEE cho biết bao nhiêu phần thời gian kế hoạch của máy thật sự biến thành sản phẩm đạt ở tốc độ đủ. Nó gộp dừng máy, chạy chậm và hàng lỗi vào một bức tranh để không khoản nào bị bỏ qua.
Máy cũ có tham gia nhà máy thông minh được không?
Thường là được. Cảm biến gắn ngoài có thể biết máy chạy hay dừng, đếm sản phẩm hay đo điện mà không phải thay máy. Việc lắp đặt nên do thợ điện có chuyên môn làm.
Nhà máy thông minh có cần AI không?
Lúc đầu thì không. Số liệu rõ ràng về dừng máy và chất lượng, được xem mỗi tuần, đã mang lại phần lớn lợi ích ban đầu. AI giúp được về sau với những bài toán cụ thể như kiểm tra ngoại quan hay dự báo hỏng hóc, khi đã có dữ liệu tốt.
Làm sao để công nhân chấp nhận việc ghi số liệu?
Giải thích rằng số liệu là về quy trình, tuyệt đối không dùng để phạt, và sớm cho thấy nó dẫn tới những sửa chữa họ từng xin. Khi thấy chuyện mình than phiền được giải quyết, việc ghi chép trở nên bình thường.
Nối máy trong xưởng ra internet có rủi ro không?
Có thể có. Hãy tách mạng sản xuất khỏi mạng văn phòng và internet, đổi mật khẩu mặc định và kiểm soát truy cập từ xa. Nhờ người chuyên về IT hoặc mạng công nghiệp xem lại thiết kế.
