Microfactory – Xu hướng mới của ngành sản xuất thông minh

Microfactory đã nổi lên mạnh mẽ trong những năm trở lại đây tại các nhà máy hoạt động trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Quy trình sản xuất mang tính tự động hóa cao giúp microfactory tiết kiệm hơn về năng lượng, nguyên liệu đầu vào và cả nhân công lao động. Vậy microfactory là gì?

Microfactory là gì

Theo định nghĩa của Wikipedia, microfactory là thuật ngữ đề cập đến việc thiết lập sản xuất ở quy mô vừa và nhỏ, với đặc thù về năng lực sản xuất đa dạng, linh hoạt nhờ tính tự động hóa cao và có sự tham gia của nhiều công nghệ tiên tiến. Khái niệm này cũng thúc đẩy việc tinh gọn các thiết bị và hệ thống sản xuất theo kích thước sản phẩm. Nhờ đó mà quy mô và chi phí hoạt động của các nhà máy được giảm thiểu đáng kể. Đồng thời, vốn đòi hỏi đảm bảo cho hoạt động sản xuất cũng ít hơn.

Khái niệm về microfactory được đề xuất lần đầu tiên vào năm 1990 bởi Phòng thí nghiệm Kỹ sư Cơ khí (MEL) của Nhật Bản. Sau đó, MEL đã làm việc trong gần một thập kỷ cho một dự án giảm quy mô máy móc và hệ thống sản xuất. Điều này đã khuyến khích MEL tạo ra một nguyên mẫu của toàn bộ nhà máy gia công, từ đó tạo ra hệ thống chế tạo máy tính để bàn đầu tiên để phục vụ sản xuất ổ bi siêu nhỏ vào năm 1999. Hệ thống này đã được cung ứng rộng rãi cho thị trường quốc tế vào đầu thế kỷ 20.

Sau đó, Viện Sản xuất, Kỹ thuật và Tự động hóa Fraunhofer (FhG-IPA) ở Đức và Viện Công nghệ Liên bang Lausanne tại Thụy Sĩ đã nghiên cứu chuyên sâu để phát triển một hệ thống nhà máy mini độc đáo với cấu trúc mô-đun, máy khoan và phay để bàn để sản xuất các thiết bị vi cơ khí tương ứng.

Với thành công trong việc tạo mẫu nhiều loại máy móc và hệ thống sản xuất, một số lượng không nhỏ các hệ thống sản xuất độc lập thu nhỏ đã được đưa vào sử dụng cho mục đích thương mại với nhiều ứng dụng khác nhau như chế tạo sản phẩm mẫu, xưởng gia công, v.v.

Trong thập kỷ 2000-10, với những tiến bộ trong công nghệ sản xuất, như in 3D, cùng với hàng loạt các công nghệ khác đã thúc đẩy việc ứng dụng microfactory trong sản xuất thương mại thêm rộng rãi. Năm 2010, Local Motors thành lập microfactory lần đầu tiên cho hoạt động sản xuất xe Rally Fighter của mình tại Phoenix, Arizona.

Làn sóng về ứng dụng microfactory trong sản xuất đã nổi lên mạnh mẽ trong những năm trở lại đây trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Một số công ty khởi nghiệp sáng tạo mới đã chấp nhận khái niệm này, thách thức mô hình sản xuất truyền thống.

Tìm hiểu thêm về công nghệ sản xuất bồi đắp – một loại hình in 3D đang được ứng dụng trong các microfactory và smart factory (nhà máy thông minh) hiện nay

So sánh microfactory và mô hình sản xuất truyền thống

Quan niệm sản xuất truyền thống với mục tiêu giảm chi phí bằng cách xây dựng một nhà máy lớn để đạt được hiệu quả kinh tế theo quy mô và sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, loại hình sản xuất này đòi hỏi một mạng lưới phân phối rộng khắp và tốn kém để cung ứng sản phẩm đến tay khách hàng. Ngược lại, microfactory lại thiết lập nhiều đơn vị sản xuất nhỏ, với công nghệ cao, ở gần khách hàng, có thể hoạt động như các cửa hàng bán lẻ và cung cấp sản phẩm tùy chỉnh theo yêu cầu của khách.

Một điểm khác biệt nữa giữa hai mô hình này là chiến lược bán hàng. Trong mô hình sản xuất truyền thống, sản phẩm đầu tiên được sản xuất với số lượng lớn và sau đó được đưa ra thị trường thông qua nhiều kênh phân phối khác nhau, trong khi theo khái niệm microfactory, sản phẩm chỉ được sản xuất sau khi nhận được đơn đặt hàng của khách hàng, từ đó tạo ra sức hút từ thị trường.

Hãy cùng so sánh giữa sản xuất truyền thống và sản xuất vi mô thông qua ví dụ về một trường hợp kinh doanh giả định sản xuất 250.000 ô tô mỗi năm. Cả hai cách thiết lập này đều khác nhau và có một số khía cạnh dẫn đến một ma trận so sánh phức tạp. Hình 1 đề cập đến ma trận so sánh dựa trên một vài tham số đã chọn.

Phân phối sản phẩm

Phương pháp sản xuất hàng loạt truyền thống đã được chấp nhận rộng rãi trong ngành sản xuất. Với tỷ lệ sản lượng cao, sản xuất hàng loạt đã giúp họ đạt được hiệu quả kinh tế theo quy mô bằng cách giảm chi phí.

Tuy nhiên, việc xây dựng một nhà máy khổng lồ đòi hỏi vốn đầu tư rất cao. Đồng thời, các nhà máy sản xuất hàng loạt này tạo ra một số lượng sản lượng rất lớn và cần thị trường đủ lớn tương ứng tiêu thụ hết khối lượng lớn được sản xuất này. Điều này đòi hỏi một mạng lưới phân phối rộng khắp bao gồm các đơn vị lưu trữ, nhà bán buôn và nhà bán lẻ để cung cấp sản phẩm cho khách hàng tiềm năng.

Trong khi đó, khái niệm microfactory dựa trên việc có một cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ có công nghệ tiên tiến nằm rất gần khách hàng, hoạt động như một cửa hàng bán lẻ, loại bỏ nhu cầu về mạng lưới phân phối cồng kềnh và tốn kém.

So sánh thiết kế tiêu chuẩn và sản phẩm tùy chỉnh

Trong sản xuất hàng loạt, bất kỳ thay đổi nào trong thiết kế sản phẩm sẽ làm tăng chi phí đáng kể để có thể thay đổi về khuôn sản phẩm và dụng cụ.

Trong khi đó, microfactory vô cùng linh hoạt và nhà sản xuất hoàn toàn có thể thay đổi thiết kế sản phẩm mà không cần hoặc một khoản chi phí rất nhỏ. Microfactory lý tưởng để sản xuất theo lô nhỏ với các thiết kế, thông số kỹ thuật khác nhau mà không gặp bất kỳ rắc rối nào.

Trên thực tế, mô hình này thường được ứng dụng trong ngành công nghiệp may mặc mà sản phẩm được tùy chỉnh theo yêu cầu của người dùng. Ví dụ: khách hàng có thể gửi các thiết kế tùy chỉnh yêu thích của họ cho nhà sản xuất bằng ứng dụng do họ cung cấp và có thể nhận được một tấm vải được tạo kiểu đúng như họ mong muốn vào ngày hôm sau.

Khía cạnh tùy chỉnh này cũng giúp tạo ra nhu cầu của người tiêu dùng và việc sản xuất chỉ diễn ra khi nhà sản xuất đã nhận được đơn đặt hàng được xác nhận từ khách hàng. Khả năng cung cấp tính năng cá nhân hóa này tạo ra sức hút từ thị trường đối với các sản phẩm của nhà sản xuất. Ngoài ra, các nhà sản xuất ứng dụng microfactory chỉ sản xuất từng sản phẩm tùy chỉnh và bán nó cho khách hàng đã đặt trước mà không cần phải lo lắng về kho hàng hóa cần chuẩn bị để lưu trữ một khối lượng lớn đã sản xuất nào. Mô hình truyền thống tin tưởng vào việc sản xuất số lượng lớn các sản phẩm tiêu chuẩn và nhấn mạnh nhu cầu đẩy sản phẩm ra thị trường để bán. Mô hình này cũng cần không gian rộng rãi để lưu trữ sản phẩm, do đó, làm phát sinh chi phí tồn kho.

Lợi ích và động lực của microfactory

Microfactories có khả năng cung cấp các sản phẩm tùy chỉnh với nhiều đòi hỏi phức tạp, sản lượng nhỏ và đem lại lợi tức đầu tư cao. Do đó, quá trình chuyển đổi của các công ty sản xuất từ ​​sử dụng các cơ sở sản xuất lớn hơn sang các nhà máy nhỏ hơn, nhanh nhẹn và tự động hóa cao không còn xa lắm. Một số chuyên gia tin rằng công nghệ sản xuất đã sẵn sàng để đón nhận khái niệm này và ngành công nghiệp sẽ chứng kiến ​​sự phát triển của microfactory trong 10 năm tới.

Một số lợi ích chính của mô hình này có thể kể đến là:

Tăng cường đổi mới

Microfactories là các nhà máy đa năng, có tính tự động hóa cao, cho phép sản xuất tinh gọn và tăng tốc độ đổi mới bằng cách tích hợp một số chức năng, bao gồm nguồn lực cộng đồng và huy động vốn từ cộng đồng. Là một thiết lập tự động nhỏ, vi yếu tố cho phép thực hiện một số thử nghiệm và lặp lại trên quy mô nhỏ mà không ảnh hưởng đến thời gian và chi phí. Trong khi đó, trong một cơ sở nhà máy truyền thống, tác động của thời gian và chi phí đối với một số lần lặp lại sẽ rất lớn.

Chi phí thấp hơn

Microfactories là các nhà máy có quy mô nhỏ, yêu cầu ít diện tích sàn hơn so với các nhà máy lớn truyền thống. Do đó, các nhà máy này sẽ tiêu thụ ít hơn về cả năng lượng và nguyên liệu. Đồng thời, lượng chất thải và khí thải cũng từ đó mà giảm thiểu đáng kể. Điều này đem lại tác động tích cực đến năng lượng vận hành, năng lượng môi trường, năng lượng xử lý của nhà máy, đảm bảo tiết kiệm chi phí. Ngoài ra, microfactories cũng cắt giảm chi phí lao động, do nhà máy được tự động hóa cao với sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo và robot.

Tăng năng suất

Microfactories chỉ đòi hỏi một nhóm nhỏ lực lượng lao động có tay nghề cao để hoạt động và không hề phụ thuộc vào lao động truyền thống thông thường. Ngoài sự nhanh nhẹn và mức độ tự động hóa cao, mức độ gắn kết của người lao động ở mô hình này cũng rất cao. Điều này giúp thúc đẩy động lực làm việc của họ, là tiền để cho việc tăng năng suất lao động. Công nhân trong nhà máy có quyền tự do thử các phương pháp mới ngoài những phương pháp đã được tiêu chuẩn hóa, do tính chất đầu tư quy mô nhỏ cả về thời gian và chi phí.

Hỗ trợ tùy chỉnh/cá nhân hóa hàng loạt

Tùy chỉnh/cá nhân hóa sản phẩm đang trở thành một xu hướng mới trong lĩnh vực sản xuất thông minh, cả trong không gian công nghiệp và thương mại. Xu hướng này đang thúc đẩy các nhà sản xuất hướng tới không gian nhà xưởng nhỏ để đảm bảo cung cấp khả năng sản xuất hỗn hợp cao, khối lượng thấp, trong đó các sản phẩm có thể được tùy chỉnh và sản xuất theo yêu cầu. Mức độ tùy chỉnh có thể từ hàng loạt nhỏ theo xu hướng hiện tại đến cá nhân hóa, nơi một cá nhân có thể thiết kế sản phẩm thông qua trang web dành cho người tiêu dùng.

Lời kết

Công nghệ sản xuất đã phát triển đáng kể trong những năm qua. Hiện tại, hầu hết các sản phẩm được sản xuất tại các nhà máy lớn đạt hiệu quả kinh tế theo quy mô, và hầu hết các nhà máy này đều nằm ở các khu vực có chi phí thấp, chủ yếu ở Châu Á và một số ít ở Đông Âu và Nam Mỹ. Điều này đã giúp khách hàng nhận được sản phẩm với giá tốt hơn. Tuy nhiên, có những dấu hiệu cho thấy điều này có thể sẽ không tồn tại mãi mãi.

Lao động giá rẻ đang có nguy cơ dần cạn kiệt ở những quốc gia này do dân số trẻ không sẵn sàng thực hiện các công việc có kỹ năng thấp lặp đi lặp lại hoặc chi phí đã bắt đầu tăng lên đáng kể. Ngoài ra, sự chậm trễ trong giao hàng cũng như nhu cầu và sở thích đối với các sản phẩm bản địa ngày càng tăng trên toàn thế giới. Điều này cuối cùng sẽ gây khó khăn cho các nhà sản xuất trong việc đưa các sản phẩm được sản xuất tại các địa điểm xa xôi với chi phí thấp và đưa chúng đến thị trường địa phương.

Một khía cạnh quan trọng khác cần được xem xét là thay đổi yêu cầu của khách hàng. Ngày càng có nhiều khách hàng tìm kiếm các sản phẩm được cá nhân hóa. Một cuộc khảo sát được thực hiện vài năm trở lại đây cho thấy hơn 50% người tiêu dùng ở các nước phát triển thích các sản phẩm cá nhân hóa và sẵn sàng trả giá cao hơn cho nó.

Chính vì thế, thiết lập một mạng lưới các cơ sở sản xuất nhỏ, có công nghệ tiên tiến, linh hoạt, tương tự như một nhà máy siêu nhỏ, ở gần vị trí của khách hàng là một xu hướng tối ưu. Nó sẽ không chỉ giúp các nhà sản xuất sản xuất các lô nhỏ sản phẩm tùy chỉnh phù hợp với thị hiếu địa phương mà còn tiết kiệm chi phí vận chuyển và hậu cần từ 25% đến 40% giá thành sản phẩm.