IoT Analytics trong tháng này đã ra mắt Báo cáo thông minh về nhà máy thông minh 2021 khám phá 80 nhà máy thông minh, miêu tả chi tiết 10 trong số đó và làm nổi bật những điểm tương đồng và thực tiễn tốt nhất. Phân tích của những điều này cũng phát hiện ra một số quan niệm sai lầm phổ biến về những gì cần thiết để nhận ra một nhà máy thông minh.
Công ty Moderna ứng dụng Nhà máy thông minh như là một lợi thế cạnh tranh
Moderna,công ty công nghệ sinh học của Mỹ và nhà sản xuất vắc-xin Moderna nổi tiếng, là đứa con tinh thần về cách tầm nhìn kỹ thuật số đầu tiên được áp dụng cho một nhà máy thông minh có thể là một thay đổi trò chơi kinh doanh vào năm 2021 và hơn thế nữa.
Năm 2018, công ty đã đầu tư vào một địa điểm sản xuất mới rộng 200.000 feet vuông ở Norwood, Massachusetts như một phần của tầm nhìn 10 năm để “tích hợp tự động hóa và công nghệ kỹ thuật số vào mọi thứ chúng tôi làm”.
Công ty đã trang bị cho nhà máy nhiều công nghệ kỹ thuật số hiện đại khác nhau cho phép thử nghiệm đầu cuối, phát triển và khả năng sản xuất có thể mở rộng cho các ứng cử viên thuốc mRNA. Một số công nghệ robot, tự động hóa, AI, phân tích dữ liệu và blockchain mới nhất đã được triển khai để tạo ra một hệ sinh thái kết nối kỹ thuật số hoặc một “nhà máy thông minh”. Mục tiêu là có thể sử dụng nhà máy tiên tiến kỹ thuật số để mở rộng quy mô sản xuất nhanh chóng và nhanh nhẹn, theo nhu cầu thị trường.
Năm 2020, nhà máy thông minh của Moderna đã được đưa vào thử nghiệm bởi đại dịch COVID-19. Vào tháng 7 năm 2020, công ty đã trở thành một trong những công ty Mỹ đầu tiên bước vào giai đoạn III của thử nghiệm lâm sàng cho một loại vắc-xin coronavirus tiềm năng, chỉ vài tháng sau khi mã di truyền của virus được phát hành.
Nhà máy thông minh đã trở thành nền tảng để Moderna đẩy nhanh quá trình phát triển vắc-xin theo nhiều cách, bao gồm sử dụng các thuật toán dựa trên AI để tối ưu hóa trình tự lớn và sử dụng công nghệ sinh đôi kỹ thuật số để nhanh chóng mô phỏng và thử nghiệm các quy trình sản xuất liên quan. Quá trình phát triển vắc-xin này, thường mất trung bình 10 năm, đã giảm xuống còn vài tháng, một phần nhờ các khoản đầu tư trước đây của Moderna vào công nghệ nhà máy thông minh.
Nghiên cứu mới nhất của chúng tôi về các nhà máy thông minh cho thấy cơ sở của Moderna là một ví dụ điển hình về một thế hệ nhà máy mới nhanh nhẹn, bền vững, hợp tác và hiệu quả hơn nhiều nhà máy tồn tại ngày nay.
Một nhà máy thông minh thực sự là gì – một định nghĩa
Dựa trên nghiên cứu của chúng tôi, một nhà máy thông minh là “sự chuyển đổi toàn diện của con người, quy trình và công nghệ cùng với việc sử dụng dữ liệu để đạt được hiệu suất / mục tiêu kinh doanh dự định của một hoặc nhiều site sản xuất).
Bình luận về những phát hiện của nghiên cứu Knud Lasse Lueth, Giám đốc điều hành tại IoT Analytics, cho biết:
“Điều quan trọng là phải hiểu rằng một nhà máy thông minh không phải là một điểm đến hay một mục tiêu cuối cùng, mà là một hành trình mà tất cả các tổ chức sản xuất có thể bắt tay vào với tốc độ của riêng họ.”
Sharmila Annaswamy, nhà phân tích cao cấp tại IoT Analytics, cho biết thêm: “Sự thông minh” của một nhà máy được đo lường trên quang phổ. Các nhà máy thuộc mọi hình dạng và kích cỡ có thể đánh giá sự trưởng thành của họ và bắt đầu hành trình của họ (ví dụ: bằng cách sử dụng các mô hình trưởng thành kỹ thuật số, chẳng hạn như mô hình Acatech hoặc mô hình đánh giá I4.0 của Fraunhofer, được thảo luận trong báo cáo).
Theo nghiên cứu của chúng tôi, bản chất vô định hình này của các nhà máy thông minh đã dẫn đến sự hình thành bảy quan niệm sai lầm phổ biến, được thảo luận dưới đây.
Bảy quan niệm sai lầm về nhà máy thông minh
1. Nhà máy thông minh phải được bắt đầu từ đầu (dự án greenfield).
SAI : Chắc chắn, các dự án nhà máy thông minh greenfield (tức là các nhà máy mới được xây dựng từ đầu) dễ thực hiện hơn vì không có cơ sở hạ tầng hiện có để nâng cấp và không có quy trình hiện có có thể bị gián đoạn, làm cho việc lập kế hoạch và thực hiện dễ dàng hơn nhiều. Tuy nhiên, nghiên cứu của chúng tôi cho thấy nhiều cơ sở hiện có (brownfield) cũng đang trở nên thông minh hơn, trong một số trường hợp với sự công nhận trên toàn thế giới.
Các nhà cung cấp tự động hóa công nghiệp đang đi đầu trong việc giới thiệu cách chuyển đổi nhà máy thông minh brownfield có thể đạt được. Đây là hai ví dụ:
- Schneider Electric đã giới thiệu cách các công nghệ của riêng mình (ví dụ: nền tảng EcoStruxure, nền tảng AVEVA) được sử dụng tại các nhà máy của riêng họ. Cơ sở Schneider Electric ở Lexington, Hoa Kỳ, đã được Diễn đàn Kinh tế Thế giới công nhận là nhà máy hải đăng tiên tiến vào năm 2020.
- Siemens Nhà máy Electronics Works ở Amberg, Đức cũng được Diễn đàn Kinh tế Thế giới công nhận là nhà máy hải đăng tiên tiến vào năm 2021. Sử dụng các giải pháp riêng của công ty, từ cơ sở hạ tầng Siemens Cloud đến cặp song sinh kỹ thuật số, nhà máy đã đạt được hiệu quả tăng 50% và hiện là kim chỉ nam cho các nhà máy thông minh khác.
2. Chỉ có các tổ chức lớn mới có thể triển khai các nhà máy thông minh.
SAI. Đúng là nghiên cứu ioT Analytics từ năm 2019 cho thấy các công ty lớn đang tiến xa hơn và ít bị hạn chế về ngân sách hơn, nhưng cũng có những cách làm cho việc thực hiện các nhà máy thông minh khả thi cho các công ty nhỏ hơn. Dưới đây là một số ví dụ:
- Hỗ trợ tài chính. Có một số hiệp hội ngành công nghiệp, như CESMII ở Mỹ hoặc cộng đồng Gaia-X ở châu Âu, cung cấp trợ cấp và hỗ trợ cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ đang tìm cách làm cho nhà máy của họ thông minh.
- Xác định khả năng tồn tại. Các sáng kiến nhà máy thông minh phi lợi nhuận, như Smart Factory OWL và Smart Factory KL, cho phép các nhà sản xuất chứng kiến và thử nghiệm một số công nghệ nhất định ngoài công trường và thảo luận với các chuyên gia có cùng chí hướng trước khi chi tiêu cho chúng.
- Thanh toán cho mỗi lần sử dụng. Một khái niệm tồn tại rằng các sáng kiến nhà máy thông minh liên quan đến rất nhiều CAPEX, cơ sở hạ tầng và nâng cấp dữ liệu và do đó không phù hợp với các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Sự gia tăng của các mô hình kinh doanh như một dịch vụ (chủ yếu cho phần mềm nhưng cũng ngày càng tăng đối với mọi thứ khác, bao gồm cả thiết bị đắt tiền), đẩy những chi phí đó đến OPEX, đưa các nhà máy thông minh trong tầm tay của các doanh nghiệp vừa và nhỏ.
3. Có một bản thiết kế phù hợp với tất cả mô hình sản xuất để hiện thực hóa một nhà máy thông minh.
SAI. Thật không may, không có hai nhà máy thông minh trông giống hệt nhau bởi vì mỗi nhà máy có đặc điểm sản xuất khác nhau, và, có lẽ quan trọng hơn, mỗi nhà máy có mục tiêu hiệu suất / kinh doanh riêng.
Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã xác định tám mục tiêu hiệu suất / kinh doanh điển hình, mà chúng tôi nhóm thành ba loại: hoạt động, thương mại và R & D. Các ví dụ dưới đây nhấn mạnh các mục tiêu khác nhau có thể dẫn đến các loại triển khai nhà máy thông minh khác nhau như thế nào (trong trường hợp này là nhà máy Moderna có mục tiêu khác với nhà máy Trumpf). Ví dụ:
- Moderna (Mục tiêu hoạt động—Cải thiện sự nhanh nhẹn). Ví dụ Moderna được thảo luận trước đó là một ví dụ về sự nhanh nhẹn được tạo ra bởi một nhà máy thông minh đã tạo ra giá trị to lớn như thế nào. Trong trường hợp này, thời gian ra thị trường là rất quan trọng, không chỉ đối với công ty, mà còn đối với toàn thế giới, và các khoản đầu tư vào nhà máy thông minh cuối cùng đã trả cổ tức khổng lồ cho Moderna, cổ phiếu kết thúc năm 2019 ở mức < 20 đô la / cổ phiếu và ngày nay đang giao dịch ở mức ~ 400 đô la / cổ phiếu.
- TRUMPF (Mục tiêu thương mại—Giới thiệu các dịch vụ mới). Nhà máy thông minh trị giá 30 triệu euro của TRUMPF ở Chicago hiện thực hóa tầm nhìn của TRUMPF về sản xuất nối mạng và hoạt động như một nơi trưng bày cho khách hàng của TRUMPF. Một trong những mục tiêu chính của nhà máy là giới thiệu nghệ thuật có thể và giúp khách hàng của TRUMPF nhận ra các nhà máy thông minh của riêng họ.
4. Sáng kiến nhà máy thông minh chủ yếu là nói về công nghệ.
SAI. Mặc dù công nghệ mới thường là một phần quan trọng của quá trình chuyển đổi nhà máy thông minh, nhưng nó không phải là phần duy nhất và theo nghiên cứu của chúng tôi, không phải là phần quan trọng nhất. Hầu như tất cả các học viên nhà máy thông minh mà chúng tôi đã phỏng vấn trong hai năm qua đã chỉ cho chúng tôi tầm quan trọng của các khía cạnh ít hữu hình hơn, chủ yếu liên quan đến con người và quy trình trong một tổ chức.
Trên thực tế, khi được hỏi về các yếu tố thành công của sáng kiến Công nghiệp 4.0, chỉ có một trong 10 yếu tố thành công hàng đầu xoay quanh công nghệ.
Một khái niệm đặc biệt quan trọng cần xem xét là quản lý thay đổi, được yêu cầu để đảm bảo rằng quá trình chuyển đổi minh bạch và nhân viên cảm thấy được bao gồm trong suốt quá trình. Ví dụ:
- Infineon giới thiệu các đại sứ thay đổi tại nhà máy của họ ở Singapore. Năm 2017, Infineon, một công ty sản xuất chất bán dẫn và điện tử toàn cầu có trụ sở tại Đức, đã công bố lộ trình chuyển đổi 5 năm cho địa điểm sản xuất tại Singapore. Để thu hút nhân viên ngay từ đầu, các thành viên của công đoàn đã được bổ nhiệm làm đại sứ thay đổi để tạo điều kiện giao tiếp hai chiều các sáng kiến mới và thúc đẩy phản hồi giữa nhân viên và quản lý của shopfloor.
5. Sáng kiến nhà máy thông minh sẽ thay thế các dự án cải tiến quy trình liên tục hiện có.
SAI. Các sáng kiến nhà máy thông minh cần phải làm việc cùng với các công cụ cải tiến quy trình hiện có (ví dụ: Lean Manufacturing, Six Sigma) thay vì thay thế chúng.
Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy các công nghệ nhà máy thông minh đóng một vai trò quan trọng trong việc tự động hóa các khía cạnh của việc thu thập và phân tích dữ liệu, và trong việc loại bỏ sự thiếu hiệu quả và lỗi liên quan đến các quy trình thủ công, do đó cải thiện hiệu quả của quá trình cải tiến liên tục.
Mặc dù phương pháp “Lean” ở dạng tinh khiết nhất tránh được sự hỗ trợ công nghệ đáng kể, nhiều học viên hiện đang cố gắng sử dụng các công nghệ nhà máy thông minh khác nhau để giúp loại bỏ các chất thải khác nhau. Hình ảnh dưới đây cho thấy một số công nghệ nhà máy thông minh được lựa chọn và công nghệ nào trong số này có thể giúp loại bỏ các dạng chất thải nào.
6. Mở rộng thành công tại một nhà máy đến các nhà máy khác trong mạng lưới là điều dễ dàng.
SAI. Mở rộng quy mô từ một nhà máy thông minh sang một số nhà máy khác thường là phần khó khăn nhất bởi vì mỗi thiết lập nhà máy chắc chắn khác với những người tiền nhiệm, với cả điều kiện hữu hình (điều kiện máy móc, cảnh quan CNTT, tính năng sản phẩm) và điều kiện vô hình (tư duy nhân viên, tư duy quản lý) hoàn toàn khác nhau ở các địa điểm khác nhau.
Hành trình của một nhà máy thông minh thường bắt đầu với một trường hợp sử dụng kỹ thuật số duy nhất và nhanh chóng phát triển thành một mạng lưới các công nghệ và trường hợp sử dụng. Cách tiếp cận về cách điều hướng các quyết định chiến lược xung quanh việc mở rộng cách tiếp cận nhà máy thông minh khác nhau.
Một số công ty thấy rằng trước tiên sẽ dễ dàng hơn để thử một số công nghệ và sử dụng vỏ trong một nhà máy hiện có trước khi xây dựng một nhà máy thông minh mới từ đầu (greenfield). Ví dụ:
- Siemens. Tập đoàn Đức đã đầu tư rất nhiều vào việc số hóa nhà máy Amberg hiện tại trước khi triển khai một thiết lập tương tự, với những sửa đổi địa phương rất nhỏ, tại nhà máy Greenfield Chengdu ở Trung Quốc. Siemens tuyên bố rằng, ở cấp độ công nghệ và quy trình, nhà máy là bản sao một đối một của nhà máy Amberg.
Các công ty khác đã sử dụng cách tiếp cận ngược lại. Thay vì xây dựng một nhà máy thông minh mới dựa trên thực tiễn tốt nhất từ một nhà máy hiện có, họ xây dựng một nhà máy hàng đầu mới và sử dụng nó làm yếu tố trung tâm trong chiến lược mạng lưới sản xuất thông minh của họ. Ví dụ:
- Bonfiglioli. Năm 2016, Bonfiglioli, một nhà sản xuất linh kiện truyền tải điện của Ý, đã giới thiệu chiến lược “EVO” (viết tắt của sự tiến hóa) để xây dựng các nhà máy thông minh công nghệ tiên tiến. Công ty đã xây dựng một nhà máy hàng đầu mới tại địa điểm Clemintino Bonfiglioli, Ý và hiện đang sử dụng nhà máy để tuyển dụng nhân viên mới, đào tạo nhân viên hiện tại và liên tục chuyển giao công nghệ và phương pháp cho các nhà máy khác ở nhiều địa điểm khác nhau trên toàn thế giới.
7. Một nhà máy thông minh phải được tự động hóa hoàn toàn.
SAI. Trong khi nhiều nhà máy thông minh chứa các hệ thống tự động hóa cao, tự động hóa không phải là điều kiện tiên quyết để thực hiện các mục tiêu của các nhà máy thông minh.
Theo nghiên cứu của chúng tôi, dữ liệu, không phải tự động hóa, là nền tảng chính làm nền tảng cho tất cả các trường hợp sử dụng nhà máy thông minh. Công nghệ cho phép thu thập, phối hợp và phân tích dữ liệu có liên quan sẽ trao quyền cho con người điều hành nhà máy để đưa ra quyết định nhanh hơn, sáng suốt hơn và cuối cùng là tốt hơn. Ví dụ:
Hugo Boss. Sản xuất hàng may mặc được coi là một trong những ngành thâm dụng lao động nhất. Nhà máy sản xuất hàng may mặc của Hugo Boss ở Izmir, Thổ Nhĩ Kỳ, đã triển khai các công nghệ như thực tế tăng cường, học máy, điện toán cloud và phân tích dữ liệu cùng với 3.500 công nhân để sản xuất bộ đồ, áo khoác, áo sơ mi và áo khoác. Nhà máy cải thiện hiệu quả bằng cách sử dụng hơn 1.600 máy tính bảng hỗ trợ Wi-Fi để thu thập dữ liệu và trao quyền cho nhân viên tuyến đầu với dữ liệu đơn đặt hàng và hoạt động.
Kết luận
Như ví dụ về nhà máy thông minh Moderna đã chỉ ra, đầu tư vào công nghệ sản xuất, nhân sự và quy trình có thể trả cổ tức rất lớn. Thế hệ các nhà máy thông minh ngày nay không nhất thiết phải được đặc trưng bởi việc lắp đặt greenfield công nghệ cao. Do sự thay đổi nhanh chóng trong sở thích của khách hàng và sự sẵn có của các công nghệ đầy hứa hẹn, các công ty thuộc mọi hình dạng và kích cỡ có thể (và nên) có một chiến lược nhà máy thông minh toàn diện vào năm 2021 – bất kể sự trưởng thành kỹ thuật số hiện tại của họ. Thông điệp rất rõ ràng: Các công ty đã bắt tay vào hành trình nhà máy thông minh của họ sẽ tiếp tục thích nghi tốt hơn với môi trường kinh doanh năng động và phát triển nhanh hơn những công ty chưa có.
Dưới đây là ba điểm hành động, dựa trên nghiên cứu của chúng tôi, đã làm việc cho một số nhà sản xuất để bắt đầu hành trình nhà máy thông minh của họ:
- Điểm hành động 1:Tập trung vào trường hợp sử dụng chứ không phải là công nghệ. Trong số nhiều trường hợp sử dụng ngoài kia, chọn một trường hợp sử dụng roi cao, lợi ích cao áp dụng và sau đó thử nghiệm các công nghệ phù hợp. (Lưu ý: IoT Analytics đã thực hiện một số phân tích trường hợp sử dụng IoT và đo ROI của từng loại, ví dụ: năm 2019 như một phần của Báo cáo áp dụng Công nghiệp 4.0. Chúng tôi sẽ công bố Báo cáo áp dụng trường hợp sử dụng IoT mới vào tháng 9 năm 2021, dựa trên đầu vào từ hơn 200 học viên.)
- Điểm hành động 2:Đừng chờ đợi sự tham gia của nhân viên. Thu hút công nhân tuyến đầu từ khi bắt đầu dự án nhà máy thông minh. Giảm bớt nghi ngờ của họ thông qua giao tiếp minh bạch và trao quyền cho họ thông qua các nỗ lực nâng cao kỹ năng. Giao tiếp, giao tiếp, giao tiếp.
- Điểm hành động 3:Gắn nhà máy thông minh với một sáng kiến cải tiến quy trình hiện có. Hỗ trợ sáng kiến với các công nghệ nhà máy thông minh để làm cho các quy trình hiệu quả hơn với công nghệ.