Hiệu quả nhà máy sản phẩm tự động hóa công nghiệp

Những người thiết lập thiết bị tự động mong đợi sản lượng tăng lên. Tuy nhiên, rất ít người trong số họ biết chính xác sản lượng tăng bao nhiêu và tại sao. Khía cạnh này rất quan trọng vì sản lượng khó có thể được định nghĩa bằng một con số duy nhất, vì nó bao gồm ít nhất sáu chỉ số khác, một số trong đó có thể bị ảnh hưởng lớn, trong khi một số khác thì không bị ảnh hưởng chút nào. Đây là điểm mà bài viết này đề cập đến.

Tóm lại, năng suất của các nhà máy tăng lên nhờ các công cụ tự động hóa quy trình cải thiện thông lượng của người vận hành, OEE cũng như giảm khối lượng vật liệu tái chế sau sản xuất, thời gian dẫn sản xuất và tiêu thụ năng lượng của sản phẩm cuối cùng. Đối với các nhà máy thuộc Mạng lưới Ngọn Hải đăng Toàn cầu của Diễn đàn Kinh tế Thế giới, năng suất lao động tăng khoảng 40-50% trong khi thời gian dẫn giảm gần 48% và tỷ lệ lỗi giảm khoảng 41% và tiêu thụ năng lượng giảm khoảng 22-28%. Mặc dù những thay đổi đó là thực tế và chỉ tồn tại ở một số phần, chúng phụ thuộc vào việc quy trình đủ trơn tru để có thể tự động hóa.

“Hiệu quả” thực sự có ý nghĩa gì trên sàn sản xuất

Thuật ngữ khác nhau khi các nhà quản lý và kỹ sư sử dụng vì hai nghề này thường không giao thoa trong thực tế hàng ngày. Người ta biết rằng sáu phép đo là đủ.

• Thông lượng hoặc số lượng sản xuất mỗi giờ và số lượng sản xuất mỗi người vận hành. Tham số thứ hai quyết định mức lương.
• OEE bao gồm ba con số: khả dụng nhân với hiệu suất nhân với chất lượng. Nó có thể cho bạn biết mức độ sử dụng thực tế của công suất lý thuyết của bạn.
• Tỷ lệ đạt lần đầu và tỷ lệ phế phẩm đại diện cho tất cả những gì cần xử lý hoặc loại bỏ. Điều đó có nghĩa là ai đó đã phải trả tiền cho nó.
• Thời gian dẫn và công việc đang tiến hành có thể được sử dụng để che giấu khuyết điểm và cơ hội tiền mặt nhàn rỗi vì chúng chỉ ra khoảng thời gian từ lúc đặt hàng đến thời điểm giao hàng.
• Năng lượng tiêu thụ để sản xuất một đơn vị sản phẩm và vật liệu sử dụng cho sản xuất một đơn vị sản phẩm có thể được gọi là chi phí thay đổi do tự động hóa như một sản phẩm phụ.
• Thời gian chuyển đổi không liên quan trong trường hợp sản xuất sản phẩm đơn lẻ.

Tự động hóa ảnh hưởng khác nhau đến các dây chuyền sản xuất. Một dây chuyền sản xuất được sử dụng đúng cách có thể tăng gấp đôi hiệu quả trong một năm. Tuy nhiên, nó không cải thiện quy trình sản xuất bị lỗi để sản xuất các bộ phận lỗi với tỷ lệ tăng lên.

Những lợi ích xuất hiện đáng tin cậy nhất

Phân tích các tình huống thực tế đã ghi lại cho thấy một số yếu tố lặp đi lặp lại. Cải thiện OEE thường nằm trong khoảng từ 21% đến hơn 30%, tùy thuộc vào tình hình ban đầu của nhà máy. Tăng năng suất lao động có thể đạt được trong phạm vi rộng hơn nhiều (từ 41% đến 50%) đối với các nhà máy cụ thể. Đối với các nhóm Lighthouse đầu tiên, mức tăng trung bình về lao động ở đây đã vượt quá 100%. Xu hướng tương tự cũng liên quan đến việc giảm chi phí. Chi phí sản phẩm đã giảm khoảng 30% trong trường hợp đầy đủ nhất, trong khi về chi phí liên quan đến chất lượng, mức giảm còn cao hơn khi nhà sản xuất tự động hóa quy trình kiểm tra.

Logic của những con số này rất rõ ràng: tự động hóa loại bỏ sự biến động. Robot không cảm thấy mệt mỏi sau vài giờ làm việc, không vặn vít khác nhau vào sáng thứ Hai, và không bỏ qua các bài kiểm tra do trễ hạn. Ngay khi quy trình được tự động hóa, mọi thứ phụ thuộc vào nó đều cải thiện ngay lập tức. Nếu bạn muốn biết chi tiết lợi ích xuất hiện theo thứ tự nào, bản tóm tắt này lợi ích hiệu quả tự động hóa công nghiệp sẽ hướng dẫn bạn qua từng nhà máy.

Nguồn gốc của các con số

Cơ quan có thẩm quyền cao nhất về chủ đề này là Mạng lưới Ngọn Hải đăng Toàn cầu của Diễn đàn Kinh tế Thế giới. Đã có 238 nhà máy được tổ chức này công nhận là những đơn vị triển khai thành công công nghệ Công nghiệp 4.0. Các địa điểm này có lợi thế là kết quả của họ được kiểm toán và xác minh.

Thống kê từ các nhà máy cũ thật đáng kinh ngạc. Những thay đổi về năng suất trong nhóm ban đầu đã dẫn đến tăng 100% sản lượng, tăng 150% năng suất lao động, và tăng 80% hiệu quả thiết bị tổng thể (OEE). Chi phí giảm khoảng 30%, trong khi tiêu thụ năng lượng giảm 60% và thời gian chu trình rút ngắn 90%. Tuy nhiên, kết quả nhóm là thực tế hơn. Ví dụ, một nhóm nhà máy được thêm vào tháng 9 năm 2025 đã đạt được mức tăng trung bình về năng suất lao động 40%, giảm thời gian chu trình 48%, giảm tỷ lệ lỗi 41%, và giảm tiêu thụ năng lượng 28%.

Lợi tức đầu tư cao hơn gấp hai đến ba lần trong ba năm và đạt bốn đến năm lần sau năm năm. Đây là kết quả tốt, tuy nhiên cần nhớ rằng kết quả không đến ngay lập tức. Các nhà máy thành công không xem chương trình tự động hóa như một khoản đầu tư vốn.

Tự động hóa đẳng cấp thế giới trông như thế nào trên sàn sản xuất

Về lý thuyết, hiệu quả là một khái niệm đơn giản để thảo luận. Tuy nhiên, khi đi vào thực tế, tốt hơn nhiều khi phân tích các công ty cung cấp hiệu quả ở mức cao nhất – các nhà máy “đèn tắt”, nơi không cần ánh sáng vì không có ai làm việc ở đó. Những nhà máy như vậy chủ yếu liên quan đến sản xuất hàng điện tử và linh kiện do các quy trình thực hiện ở đó có mức độ ổn định cần thiết và khối lượng sản xuất cao, giúp các công ty trở nên hấp dẫn về mặt thương mại.

Các ví dụ thường được trích dẫn đều được tài liệu hóa tốt, bao gồm các nhà máy tối hoạt động trên toàn thế giới — từ nhà máy robot chế tạo robot của Fanuc tại Nhật Bản đến các dây chuyền điện tử tự động hoàn toàn ở Trung Quốc và Hàn Quốc. Yếu tố cốt lõi liên kết chúng là kỷ luật hơn là công nghệ: sản phẩm và quy trình được chuẩn hóa, cùng với hệ thống bảo trì đảm bảo toàn bộ dây chuyền hoạt động gần như không được người vận hành chú ý đến.

Điểm này có thể không được hiểu đúng về tầm quan trọng của nó, vì một dây chuyền không cần người vận hành không tiết kiệm chi phí do không có người, mà là do hoàn toàn không có sự biến động, và nó chỉ sử dụng kỹ sư chứ không phải người vận hành với số lượng rất hạn chế.

Hiệu quả trong lắp ráp linh kiện điện và điện tử

Vì lĩnh vực của chúng tôi là sản xuất cầu dao, chúng tôi sẽ xem xét chi tiết và không chỉ đưa ra một ví dụ trừu tượng về lĩnh vực này. Sản xuất cầu dao là một ví dụ xuất sắc vì nó liên quan đến lắp ráp chính xác, kiểm tra chức năng và kiểm tra bắt buộc 100% — những lĩnh vực mà lao động con người chậm, không ổn định và không kinh tế.

Một dây chuyền sản xuất tự động điển hình cho MCB hoặc MCCB bao gồm lắp ráp thủ công hoặc bán thủ công, kiểm tra và đánh dấu sản phẩm theo chuỗi. Hiệu quả đạt được nhờ ba yếu tố chính: tốc độ lắp ráp không vượt quá hai giây để sản xuất một cực, hiệu chuẩn đầy đủ từng chi tiết trong máy thay vì sự chú ý của người vận hành, và thu thập dữ liệu kiểm tra tự động. Các dây chuyền loại này là những gì chúng tôi xây dựng cho các MCB dự án, và kiến trúc tương tự áp dụng cho sản xuất MCCB, RCBO, cầu dao không khí và cầu dao chân không.

Vấn đề rộng hơn ở đây là, trong ngành này, sự tăng hiệu quả thường đến ít hơn từ tốc độ nói chung và nhiều hơn từ việc loại bỏ các quy trình kiểm tra và hiệu chuẩn tốn nhiều lao động. Những hoạt động này đòi hỏi nhân sự có kỹ năng, tạo ra tài liệu và gây ra xung đột nếu sản phẩm không đạt kiểm tra trước khi được khách hàng chấp nhận.

Những điều tự động hóa không khắc phục được

Đây là phần mà hầu hết nội dung nhà cung cấp không đề cập nhưng quyết định một dự án có lợi nhuận hay không:

• Sự không ổn định của quy trình. Nếu một quy trình thủ công dẫn đến kết quả thay đổi do không đồng thuận về cách thực hiện, thì tự động hóa sẽ khóa chặt giải pháp sai đó. Bạn nên sửa quy trình trước rồi mới tự động hóa.
• Sản lượng thấp và đa dạng cao. Tự động hóa chỉ hiệu quả nếu sản phẩm khá ổn định. Nếu bạn phải thay đổi sản phẩm mỗi tuần, chi phí chuyển đổi có thể ăn hết lợi nhuận của bạn.
• Dữ liệu không chính xác và bảo trì không đầy đủ. Một dây chuyền tự động hỏng hóc khác với dây chuyền thủ công. Nếu thiếu chuyên gia giám sát tình trạng và xử lý sự cố, thời gian ngừng hoạt động sẽ tăng lên.
• Đầu tư ban đầu và thời gian hoàn vốn. Một dây chuyền tự động hoàn toàn đòi hỏi đầu tư lớn. Thời gian hoàn vốn thường từ ba đến năm năm, và năm đầu tiên hầu như không có lợi nhuận.
• Vấn đề về kỹ năng. Không phải bạn cần ít nhân viên hơn mà là nhân viên có kỹ năng khác biệt.

Nói một cách đơn giản, tự động hóa nhân lên quy trình của bạn. Nếu bạn có một phương pháp tốt được ghi chép rõ ràng, nó có thể mang lại kết quả tốt được nhân lên nhờ tự động hóa. Nếu bạn không có phương pháp như vậy, nó sẽ mang lại cho bạn một điều gì đó. Thêm về sự cân bằng đó trong bài viết này về những gì bạn có thể thực tế mong đợi đạt được từ tự động hóa.

Đo lường trước và sau, nếu không bạn sẽ không biết

Bước thiết yếu để đảm bảo thành công của một dự án tự động hóa nằm ở việc xác minh dữ liệu của bạn trước đó. Trong ít nhất một quý đầy đủ, thu thập dữ liệu về OEE, tỷ lệ sản phẩm đạt lần đầu, tỷ lệ phế phẩm, sản lượng trên mỗi công nhân, thời gian giao hàng sản phẩm và năng lượng tiêu thụ trên mỗi đơn vị. Tính toán các tham số này theo cùng một cách sau khi dự án đã hoàn thành.

Định nghĩa ý nghĩa của từng thuật ngữ này quan trọng hơn bạn nghĩ. Nếu OEE được tính với thời gian ngừng kế hoạch loại trừ trước dự án và bao gồm sau đó, chúng sẽ cho thấy một thất bại đáng kể thực tế không xảy ra. Ghi lại các công thức, đồng ý với phòng tài chính và không thay đổi chúng.

Đây cũng là lúc MES xuất hiện — không phải như một công cụ quản lý quy trình, mà là phương tiện thu thập số liệu với sự độc lập hoàn toàn khỏi con người và không dựa vào bảng chấm công. Nếu thuật ngữ này còn mới với bạn, giải thích này về những gì MES làm trong sản xuất bao gồm vị trí của nó giữa các máy móc và hệ thống ERP, và lý do tại sao lớp này làm cho các phép đo trở nên đáng tin cậy.

Các câu hỏi thường gặp

Tự động hóa công nghiệp cải thiện hiệu quả nhà máy bao nhiêu?

Điểm xuất phát là yếu tố then chốt. Các con số được nêu cho các nhà máy khác nhau cho thấy họ có thể đạt được khoảng 21% đến hơn 30% cải thiện chỉ số OEE và 41% đến hơn 50% cải thiện trong tổng năng suất lao động, trong khi các nhà máy Lighthouse cho thấy tiến bộ nhiều hơn. Các nhà máy có điểm xuất phát thấp với quy trình ổn định nhận được lợi ích đáng kể nhất.

Chỉ số hiệu quả nào nên được cải thiện trước tiên?

Trong hầu hết các trường hợp, tỷ lệ sản phẩm đạt lần đầu không có ý nghĩa gì cả. Việc chỉ đơn giản nhân sản lượng với tỷ lệ phế phẩm tăng là vô nghĩa, và tổn thất chất lượng hiện diện trong lao động, vật liệu, năng lượng và chi phí bảo hành cùng nhau. Sau khi tỷ lệ đạt được ổn định, cải tiến OEE dẫn đến tăng sản lượng thực tế.

Tự động hóa có giảm tiêu thụ năng lượng không?

Nói chung là có, mặc dù vì những lý do bất ngờ. Tiết kiệm trực tiếp xuất phát từ các bộ truyền động servo và động cơ cũng như việc không có hoạt động nhàn rỗi. Tiết kiệm gián tiếp lớn hơn đến từ số lượng phế phẩm giảm – tất cả các bộ phận phế phẩm đã tiêu thụ đầy đủ năng lượng và vật liệu đầu vào. Theo báo cáo của các nhà máy Lighthouse, tiết kiệm năng lượng đạt từ 20% đến 60%.

Thời gian hoàn vốn của dây chuyền sản xuất tự động là bao lâu?

Phạm vi truyền thống nằm trong khoảng từ ba đến năm năm với ROI ba năm khoảng 2-3 lần được ghi nhận trong các trường hợp khác nhau do Lighthouse tài liệu, trong khi ROI năm năm là 4-5 lần. ROI ngắn hơn khi dây chuyền thay thế lao động con người có trình độ cao và chi phí cao, chẳng hạn như trong các ứng dụng hiệu chuẩn và kiểm tra, trong khi sẽ mất nhiều thời gian hơn khi môi trường có lưu lượng thấp và đa dạng cao.

Tài liệu tham khảo

1. Diễn đàn Kinh tế Thế giới — Mạng lưới Ngọn Hải đăng Toàn cầu và tác động của sản xuất tiên tiến
2. McKinsey & Company — Những hiểu biết về hoạt động trong năng suất sản xuất và chương trình Ngọn Hải đăng
3. ISA — Tiêu chuẩn tích hợp hệ thống điều khiển doanh nghiệp ISA-95
4. ISO — ISO 22400, Chỉ số hiệu suất chính cho quản lý hoạt động sản xuất
5. Hiệp hội Công nghiệp Nhựa — Chuẩn mực tự động hóa và hiệu quả cho sản xuất linh kiện

Phần kết luận

Các quy trình nhà máy có thể trở nên hiệu quả hơn với sự trợ giúp của công nghệ tự động hóa công nghiệp, nhưng chúng hoạt động trên một danh sách hẹp các tham số. Các quy trình mà chúng giúp cải thiện bao gồm độ tin cậy của sản xuất, năng lực của một người vận hành, hiệu quả sản xuất cùng với khối lượng công việc thực hiện và lượng năng lượng sử dụng. Tự động hóa công nghiệp không tạo ra các mô hình sản xuất không hiệu quả và không giải quyết các vấn đề sản xuất cụ thể của các nhà máy có sản lượng nhỏ. Kết quả đạt được là do các công ty đã quản lý để đạt được sự ổn định của quy trình trước khi tự động hóa và đo lường kết quả.

Trong trường hợp bạn làm việc với các sản phẩm điện bao gồm cầu dao, hệ thống phân phối năng lượng, v.v., chúng tôi có thể phát triển các dây chuyền sản xuất bao gồm tất cả các thiết bị cần thiết cho lắp ráp, sản xuất và kiểm tra cầu dao, bao gồm MCB, MCCB và các mặt hàng khác. Tất cả những gì bạn cần là cung cấp thời gian chu kỳ tối đa và số lượng sản phẩm yêu cầu. Sau đó, chúng tôi sẽ trang bị dây chuyền sản xuất dựa trên các phép tính thực tế thay vì phương pháp tiếp cận theo tờ rơi.