CMCN 4.0: Vai trò của doanh nghiệp trong cuộc CMCN lần thứ tư (phần 2)

3. Phương thức sản xuất, chế tạo trong cuộc cách mạng lần thứ 4

Dự báo cuộc CMCN 4.0 sẽ làm thay đổi sâu sắc và nhanh chóng cách thức sản xuất, chế tạo. Tương lai trong các “nhà máy thông minh”, các máy móc được kết nối Internet và liên kết với nhau qua một hệ thống có thể tự hình dung toàn bộ quy trình sản xuất rồi đưa ra quyết định sẽ thay thế dần các dây chuyền sản xuất trước đây.

3.1. Sự khác nhau giữa phương thức sản xuất, chế tạo cũ và mới

- Phương thức sản xuất, chế tạo cũ là chế tác từng bộ phận riêng lẻ, rồi khâu, hàn hay lắp ghép lại với nhau còn gọi là chế tạo cộng.

- Phương thức sản xuất, chế tạo mới là phương thức sản xuất, chế tạo mà theo đó sản phẩm có thể được thiết kế trên máy tính và “in ra” từ một máy in 3D, chiếc máy tạo ra vật thể nguyên khối bằng cách phun từng lớp, từng lớp vật liệu nối tiếp nhau còn được gọi là chế tạo trừ.

Công nghệ chế tạo theo kiểu in 3D còn gọi là công nghệ chế tạo đắp dần, cho phép cá thể hóa sản phẩm trong các dây chuyền sản xuất hàng loạt. Công nghệ này sẽ cho phép “in” ra những công cụ, vật dụng hằng ngày bằng những biện pháp phi truyền thống, khác xa so với trước đây với tương lai, nói chung giá thành rẻ hơn rất nhiều, tốn ít nguyên liệu, nhiên liệu hơn nhiều so với công nghệ cắt gọt truyền thống và thân thiện với môi trường hơn. Công nghệ in 3D trong tương lai sẽ cho phép sản xuất trên khắp các quốc gia, không còn biên giới nữa, sẽ tạo ra một nhu cầu mới về các qui định hải quan, thuế giá trị gia tăng mới. Tuy nhiên, đó là tương lai chứ không phải tất cả sản phẩm chế tạo đều có thể làm theo công nghệ in 3D, hoặc cần phải làm theo công nghệ in 3D. Đó mới chỉ là lý thuyết.

- Theo phương thức sản xuất và chế tạo mới thì thời đại sản xuất một sản phẩm với số lượng lớn sẽ dần kết thúc. Đang bắt đầu một giai đoạn mới mà khả năng tiếp nhận nhu cầu của khách hàng và truyền tới công xưởng sản xuất ngay trong thời gian thực. Các dây chuyền sản xuất sẽ tự động kết hợp với nhau để sản xuất đơn chiếc mới mức giá thấp nhất. Đây gọi là thời đại sản xuất hàng loạt sản phẩm đơn chiếc theo nhu cầu của khách hàng.

Trong tương lai hệ thống kết nối Internet sẽ thu thập nhu cầu của khách hàng, dựa trên cở sở đó nhà sản xuất sẽ cập nhật phần mềm để lên đời sản phẩm như những chiếc điện thoại thông minh hiện nay. Không những sản phẩm, mà thiết bị sử dụng trong sản xuất cũng chỉ cần cập nhật phần mềm để thêm tính năng mới mà không cần phải thay mới chi tiết hay bộ phận.

Sẽ là sự xuất hiện những vật liệu mới nhẹ hơn, bền hơn, sợi carbon đang thay thế dần nhôm, thép trong các sản phẩm từ xe đạp cho tới máy bay; công nghệ nanô đang đem tới cho các sản phẩm những tính năng nâng cao, như loại băng giúp liền vết thương, động cơ chạy hiệu quả hơn hoặc bát đĩa sứ được làm sạch dễ dàng hơn. Với Internet, các nhà thiết kế có thể hợp tác với nhau mà không còn gặp phải vấn đề về khoảng cách.

- Mô hình nhà máy mới, nhà máy thông minh đang được hình thành. Đó là những nhà máy sẽ không còn những người thợ người đầy dầu máy, đứng cạnh những chiếc máy dệt, thay vào đó, các công xưởng không còn một bóng người, chẳng khác gì sa mạc. Đó là nhà máy tương lai chỉ có 01 con người và 01 con chó. Người bấm nút và chó trông người. Thậm chí chỉ cần một người bấm nút có thể điều khiển từ xa nhiều việc, trong đó việc bấm nút điều khiển một nhà máy chỉ là một trong nhiều việc mà thôi. Có lẽ đó là điều hoang tưởng, nhưng rồi có thể xảy ra, chúng ta hãy chờ đấy!

- Sẽ không chỉ làm thay đổi cách người ta tạo ra sản phẩm, mà còn là địa điểm sản xuất. Nếu các nhà máy từng được di dời đến các quốc gia có nguồn lao động giá rẻ thì với cuộc cách mạng này, chi phí nhân công ngày càng trở nên ít quan trọng hơn.

Trong chiếc iPad đời đầu trị giá 499 USD thì chỉ có 33 USD chi phí nhân công sản xuất, trong đó 8 USD thuộc về khâu lắp ráp cuối tại một số quốc gia đang phát triển. Các dây chuyền sản xuất thuê ngoài đang được chuyển dần về các nước giàu hơn, không phải chỉ vì giá nhân công của nước ngoài đang tăng lên, mà vì họ muốn về gần với khách hàng của mình để có thể phản ứng nhanh với những thay đổi trong nhu cầu. Hơn nữa, có những sản phẩm có kết cấu ngày càng phức tạp đang đòi hỏi người thiết kế và sản xuất ở cùng một nơi. Các lĩnh vực như giao thông vận tải, sản xuất máy tính, hợp kim và máy móc, hiện đang chiếm 10-30% giá trị hàng nhập khẩu của Mỹ từ nước ngoài có thể được sản xuất hoàn toàn tại Mỹ vào năm 2020, đẩy nền kinh tế Mỹ tăng thêm 20-55 tỷ USD mỗi năm.

- Người tiêu dùng sẽ không khó khăn để thích nghi với các sản phẩm chất lượng cao; nhưng đối với các chính phủ thì sự thích nghi này không phải dễ dàng. Bản năng của họ là bảo vệ những nền công nghiệp và các công ti hiện có, chứ không phải nâng cấp để phá hủy những gì đang có. Vì thế, họ sẽ trợ cấp các doanh nghiệp cũ, hạn chế những ông chủ muốn đưa dây chuyền sản xuất ra nước ngoài, họ đang cố níu giữ niềm tin rằng sản xuất thì tốt hơn dịch vụ. Nhưng trên thực tế lại không như mong muốn của các chính phủ, ranh giới giữa sản xuất và dịch vụ đang dần mờ đi. Rolls-Royce đã không còn bán động cơ phản lực, mà nó bán số thời gian mà mỗi động cơ bay qua bầu trời. Sẽ hình thành một đội quân các doanh nhân và chuyên gia trao đổi thiết kế trực tuyến, biến chúng thành sản phẩm tại nhà và quảng bá chúng trên toàn cầu.

3.2. Đối tượng, đặc tính và tầm nhìn của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4

- Một đặc tính đặc trưng của môi trường công nghệ mới là sự chuyển đổi sang các hệ thống cơ điện tử. Điện tử sẽ là bộ phận cơ bản của các sản phẩm trong tương lai trong khi phần cứng sẽ ngày càng được tiêu chuẩn hóa. Đặc tính chính quyết định các chức năng sẽ do phần mềm tạo ra. Theo cách này, các yếu tố của máy móc truyền thống sẽ được chuyển sang hệ thống cơ điện tử. Chức năng có thể được thực hiện bởi cơ khí, điện tử hoặc phần mềm. Do đó, thiết kế và sản xuất cũng như dịch vụ cần một nhóm liên ngành, kết hợp năng lực kĩ thuật cơ khí, điện và phần mềm vào một kĩ sư chung. 

- Tất cả các “đối tượng” của mỗi nhà máy số sẽ có một địa chỉ IP riêng và sẽ được tích hợp vào các hệ thống (CPS). Hệ thống phân cấp sản xuất truyền thống sẽ được thay thế bằng mô hình tự tổ chức phân cấp do CPS kích hoạt trong các nhà máy của tương lai. Các bộ phận trong phân xưởng và quy trình sản xuất sẽ trở nên độc lập và linh hoạt đến mức ngay cả qui mô lô hàng nhỏ nhất cũng có thể được sản xuất dưới điều kiện thay đổi sản phẩm nhanh và với số lượng tùy chọn bất kỳ. Ví dụ, giao tiếp giữa máy móc với nhau cho phép các máy riêng lẻ đưa ra câu lệnh để chuyển sản phẩm thô hoặc để sử dụng dịch vụ sản xuất cụ thể. 

- Nhiều yếu tố thông minh này sẽ mang tính di động và được kết nối với nhau qua mạng lưới không dây. Một nhân viên sử dụng thiết bị hoạt động di động, như điện thoại thông minh, có thể không còn được bố trí ở một vị trí cụ thể nữa. Người dùng có thể ở một nơi nào đó trong phân xưởng sản xuất nhưng cũng có thể ở trong quán ăn tự phục vụ. Để giải quyết vấn đề này, không chỉ cần hệ thống định vị trong nhà với các tính năng tương đương GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) mà còn cần phải tìm ra các quy tắc và phương pháp mới dành cho việc thiết kế các giao diện người-máy theo bối cảnh mà cho phép tách riêng phần cứng và phần mềm hoạt động hiện đang sử dụng. 

- Các kiến trúc thông tin liên lạc mới. Các nhà máy hiện nay tuân theo cấu trúc thông tin phân cấp chặt chẽ. Ở các tầng trên, hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp, được lắp đặt trên các hệ thống kiểm soát phân xưởng; ở tầng thấp nhất là hệ thống cảm biến và bộ dẫn động của phân xưởng. Các tầng này ngày càng được tích hợp với nhau nhưng việc tích hợp hệ thống chính diễn ra theo chiều ngang chứ không phải theo chiều dọc. Cấu trúc mạng mới định hướng tên miền mà theo nguyên tắc sẽ kích hoạt đường dẫn với số lượng bất kỳ trong tất cả các tầng thông tin của nhà máy. 

- Mô hình lập trình mới. Hệ thống nhà máy được xây dựng theo nguyên tắc IoT và CPS sẽ khiến cho hệ thống thiết bị điều khiển lập trình hiện nay trở nên vô ích vì mỗi thiết bị đầu cuối sẽ giao tiếp với tất cả các thiết bị khác ngay cả khi được đặt ở một tầng khác. Đặc điểm kĩ thuật của logic quy trình sẽ diễn ra trong mạng lưới, chứ không phải trong yếu tố kiểm soát chuyên dụng. Trong thế giới CPS tự tổ chức được kết mạng trong tương lai, phần cứng và logic điều khiển phải được tách rời hoàn toàn hay tầng kết hợp. Tuy nhiên, những phương pháp tiếp cận này đòi hỏi kiến thức cao về khoa học máy tính mà phức tạp hóa việc thực hiện ở cấp phân xưởng sản xuất bởi những người không được đào tạo về lĩnh vực chuyên môn này.

Mục tiêu của các nhà máy thông minh phải là loại bỏ khoảng cách giữa môi trường quản lí vòng đời sản phẩm và phân xưởng hoạt động thực sự. 

- Mô hình tương tác giữa các doanh nghiệp, doanh nghiệp với sản phẩm trong công nghiệp 4.0. Theo đó, các thiết bị và một phần hay toàn thể dây chuyền sản xuất ở một nhà máy tại một địa điểm hay nhiều địa điểm trên toàn cầu của một hay nhiều công ti được kết nối với nhau thông qua các cảm biến được kết nối với Internet. Bên cạnh đó, mỗi món hàng trong sản xuất sẽ có một địa chỉ để được nhận dạng, kết nối với máy móc và dây chuyền sản xuất thông qua Internet. Do đó, máy móc, thiết bị sản xuất, hàng hóa đang được sản xuất và những người làm việc sẽ được kết nối và liên tục tương tác để tự kiểm tra và tự điều chỉnh nhằm liên tục nâng cao hiệu quả, tăng năng suất và chất lượng trong sản xuất. Các thông tin sẽ được liên tục cập nhật, lưu trữ và phân tích.

Các đơn hàng và hàng hóa có khả năng tự xếp đặt địa điểm, quy trình và thời gian sản xuất để tối ưu hóa giá thành, chất lượng và thời điểm cũng như phương thức giao hàng đến người đặt hàng. Mặt khác, các dữ liệu sẽ là thông tin đầu vào quan trọng cho việc nghiên cứu phát triển các dòng sản phẩm mới với các thiết kế và nguyên liệu cũng như quy trình sản xuất mới phù hợp với các mong muốn ngày càng đa dạng và thay đổi nhanh chóng của khách hàng về nhu cầu sử dụng, kĩ thuật, mẫu mã, chất lượng, thời gian giao hàng và giá tiền.

Trọng tâm của Công nghiệp Internet được dựa trên một chuỗi các cảm biến hoạt động cùng nhau để thu thập và phân tích dữ liệu cho các mục đích cụ thể. Khi vận hành theo cách này, các cảm biến này có thể tạo ra hiệu quả mà chỉ trong thời gian ngắn trước đó cũng không thể tưởng tượng được. Công nghiệp Internet nói đến việc tích hợp máy móc với cảm biến và phần mềm được nối mạng. Điều này không chỉ liên quan đến quá trình biến đổi toàn diện của nền công nghiệp toàn cầu mà còn ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực trong cuộc sống, mang lại tốc độ và hiệu quả lớn hơn cho nhiều ngành nghề khác nhau.

Xem phần 1 tại đây

(Đón đọc phần 3: Dự báo một số tác động của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4)

Nguồn: TSKH. Phan Xuân Dũng

Ủy viên BCHTW Đảng, Chủ nhiệm Ủy ban Khoa học,

 Công nghệ và Môi trường của Quốc hội

Theo Tạp chí Điện tử