Sản xuất thông minh là sản xuất bền vững

Thành công bắt đầu từ việc xây dựng chiến lược sản xuất.
Quá trình này trước hết cần đánh giá để hiểu rõ tác động của các quyết định ban đầu đối với yêu cầu sản xuất, bao gồm việc xác định nên mua hay tự sản xuất các bộ phận, lựa chọn đối tác và nhà cung cấp phù hợp, cũng như phương thức sản xuất sản phẩm. Mỗi quyết định đều ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh – và việc lựa chọn phương án đúng có thể tạo ra thành công bền vững trong dài hạn.

Chiến lược mua sắm cũng có thể thay đổi đáng kể khi cân nhắc đến các yếu tố như mức tiêu thụ năng lượng, sử dụng tài nguyên, dấu chân carbon và tính tuần hoàn. Thay vì chỉ chọn những linh kiện có chi phí thấp nhất để đáp ứng chức năng của sản phẩm, các nhà sản xuất cần cân đối chi phí với dấu chân carbon của các thành phần được lựa chọn. Nguyên vật liệu và linh kiện nên được cung ứng từ những nhà cung cấp có cùng định hướng bền vững, đồng thời cần được xác định ngay từ đầu trong chiến lược để triển khai hiệu quả. May mắn là số hóa và tự động hóa giúp giảm bớt gánh nặng do sự phức tạp gia tăng trong quá trình sản xuất hiện đại.

Bằng cách thu thập và phân tích dữ liệu liên quan, doanh nghiệp có thể đưa ra quyết định một cách chắc chắn hơn. Nếu cần mở rộng năng lực sản xuất cho sản phẩm mới, việc hiểu rõ nhu cầu và mục tiêu của nhà máy trong môi trường số sẽ giúp xác định vị trí và thiết kế nhà máy mới, nhằm cân bằng giữa tác động môi trường của quá trình xây dựng, mức tiêu thụ năng lượng của dây chuyền sản xuất và chi phí vận hành dự kiến. Nhờ đó, KPI về bền vững như hiệu suất năng lượng trở nên dễ dự đoán hơn, khi các kịch bản khác nhau có thể được mô phỏng trong Digital Twin.

Công nghệ này giúp nhà hoạch định mô phỏng mọi yếu tố – từ chi phí đến kiểm soát khí thải và tác động môi trường của chuỗi cung ứng. Việc có được những thông tin này ngay từ đầu sẽ giúp doanh nghiệp đưa ra các quyết định tốt hơn.

Giai đoạn tiếp theo trong việc tích hợp yếu tố bền vững nằm ở thiết kế dây chuyền, quy trình và nhà máy. Bằng cách xây dựng mô hình chi tiết cho sản xuất trong môi trường số, doanh nghiệp có thể mô phỏng nhiều kịch bản khác nhau để tối ưu hiệu suất trên toàn bộ môi trường nhà máy.

Thiết kế dây chuyền trong môi trường số giúp doanh nghiệp đảm bảo đạt được mức tự động hóa mong muốn và vận hành sản xuất hiệu quả, tránh gián đoạn. Chẳng hạn, một máy chạy không tải vẫn phát sinh chi phí vận hành do tiêu thụ năng lượng, kéo theo dấu chân carbon tùy thuộc vào nguồn năng lượng đó, đồng thời làm tăng chi phí đầu tư vật lý.

Việc vận hành động cơ vượt quá nhu cầu thực tế có thể không ảnh hưởng lớn ở cấp độ từng sản phẩm, nhưng những điểm kém hiệu quả này sẽ nhanh chóng cộng dồn. Các giải pháp bền vững cho những vấn đề phổ biến như vậy thường không cần đầu tư quá lớn. Dù việc thiết kế dây chuyền này có thể giống như một nhiệm vụ quy mô lớn, nhưng thực chất có thể đạt được bằng cách tái cấu trúc dây chuyền sản xuất để tăng công suất trong cùng không gian, cập nhật quy trình và thiết bị để theo kịp nhu cầu thị trường, nâng cấp phần cứng nhằm giảm tiêu thụ năng lượng, và triển khai các hạ tầng như điện mặt trời hoặc lưu trữ pin để tận dụng nguồn năng lượng tái tạo.

Ví dụ, nhà sản xuất đồ bơi Hugo Beck tại Đức đã quản lý chuyển đổi hoạt động đóng gói bằng công nghệ Digital Twin. Nhờ ứng dụng công nghệ Siemens, kỹ sư của họ đã thiết kế máy móc và dữ liệu đóng gói trong môi trường số, tối ưu hiệu suất thông qua mô phỏng. Nhờ tập trung vào các giải pháp đồng thời giải quyết cả mục tiêu môi trường và kinh doanh, Hugo Beck đã giảm chi phí năng lượng tới 20%, rút ngắn thời gian vận hành 50%, giảm 30% nguyên vật liệu đóng gói và giảm 10% thể tích đóng gói.
Hơn nữa, Digital Twin giúp doanh nghiệp xác định nhu cầu sớm hơn và đánh giá nhiều phương án trước khi đầu tư sản xuất. Bảo trì chủ động giúp giảm tần suất bảo trì nhà máy từ 5–20%. Nói cách khác, bảo trì dư thừa đồng nghĩa với lãng phí chi phí, vì vậy Digital Twin trở thành yếu tố then chốt để vận hành nhà máy hiệu quả.

Lập kế hoạch sản xuất là giai đoạn mà các khoản đầu tư vào số hóa phát huy rõ giá trị. Việc sử dụng hiệu quả nguyên vật liệu, con người và máy móc giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp. Đây cũng là nơi các mô phỏng toàn diện và các đại diện số (digital representation) có thể hỗ trợ ra quyết định, từ việc lựa chọn đối tác chuỗi cung ứng. Hơn nữa, doanh nghiệp có thể xây dựng điều kiện làm việc an toàn hơn, đào tạo tốt hơn cho người lao động, đồng thời nâng cao trình độ thông qua đào tạo và phát triển kỹ năng.

Thông qua dữ liệu, doanh nghiệp có thể lựa chọn vật liệu phù hợp, tối ưu hóa nguyên liệu thô nhằm giảm tỷ lệ phế phẩm. Đồng thời, có thể mô phỏng tác động của việc sử dụng vật liệu tái chế để xác định nhà cung cấp thiết bị nào mang lại hiệu quả năng lượng và khả năng sửa chữa tốt hơn, bên cạnh các yếu tố về năng suất và chi phí. Việc giảm thiểu thời gian chết giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí trên mỗi đơn vị sản phẩm, đồng thời góp phần giảm dấu chân carbon.

Hiểu rõ khi nào máy móc cần bảo trì sẽ giúp giảm thời gian chuyển đổi trong quá trình sản xuất. Tương tự, quy trình logistics có thể được lập kế hoạch để tối ưu quãng đường vận chuyển, giảm phát thải carbon liên quan, đồng thời tăng tính linh hoạt nhờ quản lý tồn kho thông minh khi phát sinh vấn đề.

Lập kế hoạch sản xuất cũng giúp doanh nghiệp xây dựng các điểm kết nối để hình thành dòng nguyên vật liệu tuần hoàn. Bằng cách nhận diện sớm lượng chất thải không thể tránh khỏi, doanh nghiệp có thể xây dựng kế hoạch tái sử dụng, tái chế hoặc tái mục đích sử dụng các vật liệu còn lại.

Triển khai sản xuất là yếu tố then chốt để đạt được các mục tiêu bền vững, nhưng việc theo dõi và đảm bảo các quy trình bền vững có thể là một thách thức lớn. Dù việc mô phỏng trong giai đoạn thiết kế giúp tìm ra giải pháp, nhưng thực tế triển khai thường đòi hỏi sự kết nối khép kín giữa hệ thống số và hệ thống vật lý.

May mắn là các giải pháp số mang lại nhiều cơ hội để nâng cao chất lượng và sản lượng. Ngay cả những nhà sản xuất giàu kinh nghiệm cũng có thể gặp phải sự kém hiệu quả khi đưa sản phẩm mới vào sản xuất, dẫn đến lãng phí nguyên vật liệu, năng lượng và thời gian. Việc tích hợp dữ liệu thực tế với bản sao số giúp tối ưu vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả kinh doanh và tính bền vững.

Chi phí năng lượng đang gia tăng tại nhiều khu vực, khiến việc sử dụng điện hiệu quả trở nên cấp thiết. Quan sát các khía cạnh tiêu thụ năng lượng trong nhà máy giúp giảm chi phí và lượng phát thải. Chẳng hạn, động cơ hiệu suất cao có thể giúp giảm mức tiêu thụ điện lên tới 30%, các quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng có thể được điều chỉnh để tận dụng điện mặt trời, và tối ưu hóa logistics nội bộ giúp giảm các di chuyển không cần thiết trong nhà máy, qua đó giảm cả chi phí năng lượng lẫn dấu chân carbon.

Ví dụ, Pikolin – một nhà sản xuất sản phẩm giấc ngủ hàng đầu – đã tích hợp chiến lược bền vững bằng cách ứng dụng hệ thống Simatic Scada và Energy Management vào nhà máy mới. Nhà máy của Pikolin tích hợp toàn bộ quy trình sản xuất từ nguyên vật liệu thô đến sản phẩm hoàn thiện, đảm bảo chất lượng cao đồng thời tối đa hóa hiệu suất. Được thiết kế hướng tới cả bền vững và lợi nhuận, nhà máy đáp ứng các tiêu chuẩn ISO 14001 và 50001 về hiệu quả năng lượng, giúp giảm chi phí vận hành và nâng cao năng suất. Nhờ những nỗ lực này, cơ sở của Pikolin đã giảm 40% lượng khí tự nhiên tiêu thụ, đồng thời tăng 30% công suất sản xuất, cho thấy hiệu quả rõ rệt của việc tối ưu hóa nhà máy.

Khi sản xuất vận hành toàn công suất, giai đoạn tiếp theo là giám sát. Bằng cách theo dõi liên tục nhà máy và hoạt động sản xuất, doanh nghiệp có thể chủ động cải thiện hiệu suất. Bảo trì dự đoán giúp máy móc luôn hoạt động ở trạng thái tối ưu và phát hiện vấn đề trước khi xảy ra, là một phần của chiến lược chủ động này. Dù việc giám sát giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, doanh nghiệp vẫn cần tập trung vào các KPI cốt lõi như mức tiêu thụ năng lượng của máy móc, phân tích ở cấp độ dây chuyền và nhà máy, dòng chảy vật liệu, mức sử dụng tài nguyên và an toàn lao động.

Tự động hóa cũng giúp hạn chế các chuyển động không cần thiết, đưa người lao động ra khỏi những quy trình nguy hiểm. Đồng thời, nhà máy vẫn cần không gian cho công nhân làm việc trên dây chuyền sản xuất. Không phải tất cả các nhiệm vụ đều có thể tự động hóa hoàn toàn, nhưng việc tách biệt các công việc tự động và giám sát các điều kiện làm việc không an toàn sẽ ngày càng quan trọng khi nhà máy hướng tới vận hành hiệu quả và bền vững hơn.

Bước cuối cùng trên hành trình hướng tới sản xuất bền vững là tối ưu hóa. Đây là giai đoạn doanh nghiệp có thể thu được giá trị lớn nhất từ các khoản đầu tư. Thông qua việc liên tục tối ưu hoạt động sản xuất, các nhà sản xuất có thể duy trì lợi thế cạnh tranh.

Việc tích hợp CNTT và CNVH cùng với dữ liệu giúp nhà quản lý nhà máy nhận diện và dự báo xu hướng, từ đó chủ động điều chỉnh vận hành và nguồn cung nguyên vật liệu để thích ứng với những gián đoạn bất ngờ. Nhờ đó, doanh nghiệp có thể theo dõi mức tiêu thụ điện, nước và nguyên vật liệu, xác định dấu chân carbon của các quy trình sản xuất trong toàn bộ chuỗi giá trị.

Ngoài ra, khi máy móc hoặc một phần của quy trình sản xuất gặp sự cố, doanh nghiệp có thể đánh giá trước khi tiến hành sửa chữa và tân trang. Việc sở hữu bản sao số của hệ thống sản xuất, kết hợp với vòng lặp sản xuất khép kín, giúp đưa ra các quyết định như: nên điều chỉnh thiết bị ra sao để tránh hỏng hóc, bộ phận nào cần thay thế và quy trình sửa chữa nào là tối ưu.

Ví dụ, công ty công nghệ Spinnova đã đẩy nhanh quá trình sản xuất sợi bằng cách tích hợp tự động hóa và công nghệ bản sao số. Nhờ đó, doanh nghiệp tối ưu vận hành và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường. Việc chạy thử ảo giúp rút ngắn thời gian thiết lập nhà máy, trong khi phân tích dữ liệu theo thời gian thực nâng cao hiệu quả, xác định điểm nghẽn và đảm bảo chất lượng ổn định từ nguyên liệu đầu vào đến sản phẩm hoàn thiện. Tối ưu hóa năng lượng tiếp tục củng cố hoạt động, còn công nghệ sản xuất sợi tiên tiến giúp nâng cao hiệu quả tài nguyên. Nhờ đó, Spinnova không chỉ mở rộng quy mô sản xuất mà còn thiết lập một chuẩn mực mới cho sản xuất bền vững, chứng minh rằng hiệu quả và trách nhiệm môi trường hoàn toàn có thể song hành trong ngành dệt may.