219
NHÀ MÁY THÔNG MINH VÀ HIỆU QUẢ SẢN XUẤT CỦA DOANH
NGHIỆP TRONG CUỘC CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0 –
NGHIÊN CỨU TẠI CÔNG TY BOSCH VIỆT NAM
Bùi Thị Thanh
Trường Đại học Kinh tế TP. HCM
Nguyễn Như Thao
Công ty Bosch Việt Nam
Tóm tắt
Nghiên cứu này nhằm khám phá các yếu tố của nhà máy thông minh ảnh hưởng
đến hiệu quả sản xuất của doanh nghiệp. Dữ liệu khảo sát được thu thập từ 436 nhân
viên của công ty Bosch Việt Nam. Mô hình nghiên cứu đề xuất dựa trên lý thuyết về nhà
máy thông minh (Lasi, 2014; Lucke, 2008); về nền công nghiệp 4.0 (Kang, 2016;
Gorecky và cộng sự, 2017); về hiệu quả sản xuất (Porter, 1980; Hallgren, 2007) và các
nghiên cứu trước. Kết quả phân tích hồi quy cho thấy, có 8 yếu tố thành phần của nhà
máy thông minh ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất như sau: phần mềm lập kế hoạch và
điều độ sản xuất; hệ thống kiểm soát sản xuất theo thời gian thực; trao đổi dữ liệu sản
phẩm/qui trình; hệ thống tự động và quản lý logistics nội bộ; các thiết bị có lập trình và
chuyển giao; hệ thống quản lý vòng đời sản phẩm; các kỹ thuật tương tác người – máy
an toàn, và trực quan số hóa. Từ kết quả nghiên cứu, một số hàm ý được đề xuất nhằm
giúp các nhà quản lý hoạch định và cải thiện các yếu tố triển khai nhà máy thông minh
nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất tại doanh nghiệp.
Từ khóa: công nghiệp 4.0, hệ thống thực ảo, nhà máy thông minh, sản xuất thông minh.
1. Giới thiệu
Thị trường biến động nhanh như hiện nay và nhu cầu ngày càng đa dạng của
khách hàng về giải pháp cá nhân đã tạo cho các doanh nghiệp sản xuất rất nhiều áp lực về
chi phí và đổi mới. Chính các doanh nghiệp sản xuất phải cung cấp cho khách hàng thông
tin chi tiết về quá trình sản xuất cũng như nguồn gốc chính xác của sản phẩm. Để đáp
ứng nhu cầu này, các doanh nghiệp phải có khả năng thu thập mọi dữ liệu phù hợp và
phân tích dữ liệu đó một cách tự động ( hong và cộng sự, 2017).
Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất đã thay đổi sản xuất từ thủ công đến cơ
khí hóa do phát minh ra động cơ hơi nước; cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai đã
thay đổi từ sản xuất đơn lẻ sang sản xuất hàng loạt bằng máy móc chạy với năng lượng
điện; cuộc cách mạng cộng nghiệp lần thứ ba cho ra đời sản xuất tự động dựa vào máy
tính, thiết bị điện tử (Lasi và cộng sự, 2014), và ngày nay, các công nghệ mới như: mạng
lưới vạn vật kết nối (internet of things); mạng lưới cảm biến không dây; dữ liệu lớn (big
data); điện toán đám mây và intetnet di động, được đưa vào môi trường sản xuất, điều
này đã dẫn đến cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 (Wang và cộng sự, 2016). Với cuộc
220
cách mạng công nghiệp 4.0, các qui trình sản xuất ngày càng trở nên phức tạp hơn, nhưng
tự động và ổn định hơn (Medic, 2018).
Với sự phát triển của nền công nghiệp 4.0 và sự ra đời khái niệm về nhà máy
thông minh đã làm thay đổi triết lý của hệ thống sản xuất trước đây (Drath và cộng sự,
2014). Nhà máy thông minh sử dụng các công nghệ kỹ thuật cao như vạn vận kết nối
(IoT), các hệ thống thực ảo (CPS) và điện toán đám mây để kiểm soát quá trình vật lý
theo thời gian thực, tạo không gian ảo cho thế giới vật lý, và quyết định phi tập trung
( hong, 2017; Lasi và cộng sự, 2014). Trong một nhà máy thông minh, các nguồn lực
sản xuất như nhân viên sản xuất, máy móc thiết bị, vật tư, công cụ, được chuyển thành
các đối tượng sản xuất thông minh và có khả năng tương tác với nhau để đạt được hiệu
quả sản xuất cao (Ivanov và cộng sự, 2016; hong, 2013). hái niệm này không đề cập
đến việc giảm người trong sản xuất, mà ngược lại, nguồn lực con người được hiểu như là
thành phần linh hoạt nhất trong hệ thống sản xuất, thich nghi tốt nhất với môi trường làm
việc ngày càng nhiều thách thức (Gorecky và cộng sự, 2017).
Sự thành công của các doanh nghiệp sản xuất phụ thuộc vào năng lực của họ trong
việc thích nghi một cách nhanh chóng với sự tiến bộ của công nghệ kỹ thuật, kinh tế và
xã hội. Yêu cầu của khách hàng về sản phẩm ngày càng đa dạng, phức tạp; cùng với sản
phẩm có vòng đời ngày càng ngắn lại, là những thử thách đòi hỏi các doanh nghiệp phải
thay đổi và tái cấu trúc sản xuất linh hoạt mới có thể đáp ứng được (Gorecky và cộng sự,
2017). Các doanh nghiệp hiện đại đang có xu hướng từ bỏ mô hình sản xuất tự động hoàn
toàn và thay vào đó áp dụng chiến lược chỉ sản xuất đúng những nhu cầu của khách hàng,
điều này có nghĩa là theo đuổi mục tiêu giá thành sản phẩm thấp và đáp ứng tối đa từng
yêu cầu của khách hàng (Gorecky và cộng sự, 2015). Để đáp ứng được các yêu cầu mới
này, nhiều doanh nghiệp trên thế giới đã áp dụng và triển khai mô hình nhà máy thông
minh thông qua nền tảng kỹ thuật hệ thống thực ảo và vạn vật kết nối trong sản xuất
( agerman và cộng sự, 2013). Tuy nhiên, việc triển khai này doanh nghiệp sẽ gặp rất
nhiều thách thức (như tiếp nhận công nghệ phức tạp, chuẩn bị được nguồn lực tài chính
và nhân sự phù hợp, chấp nhận một sự thay đổi lớn,..) đòi hỏi phải có tầm nhìn và quyết
tâm mới đạt được.
Bosch Việt Nam, là công ty chuyên sản xuất dây truyền động cho hộp số xe hơi.
Theo báo cáo năm 2017 của công ty Bosch, nhu cầu của khách hàng tính đến năm 2025
tăng khoảng 80% so với nhu cầu hiện tại, tuy nhiên chủng loại sản phẩm rất đa dạng và
thay đổi liên tục. Điều này đã tạo áp lực rất lớn cho công ty trong việc cải tiến sáng tạo
nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của khách hàng. Công ty có
nhiều điều kiện thuận lợi để thực hiện nhà máy thông minh, những điều kiện đó là: tiềm
lực tài chính mạnh, nền tảng về kỹ thuật sản xuất cao, các nhà cung cấp hàng đầu thế
giới, các phần mềm hỗ trợ hoạt động sản xuất kinh doanh chuyên nghiệp, cơ sở hạ tầng
về công nghệ thông tin rất tốt, và đội ngũ nhân viên có trình độ chuyên môn cao phù hợp
với yêu cầu của nhà máy thông minh. Tại công ty việc nghiên cứu, thiết kế và xây dựng
nhà máy thông minh được bắt đầu tiến hành từ năm 2013. Theo đó, các kỹ thuật nền tảng
được trang bị cho qui mô nhà máy được chuyển dịch và tích hợp vào từng dây chuyền
sản xuất riêng lẻ và hình thành hệ thống thực ảo trong nhà máy sản xuất. Quá trình xây
dựng nhà máy thông minh được thực hiện theo ba bước chính, đó là: (i) xây dựng cơ sở
221
hạ tầng công nghệ thông tin và các giải pháp ứng dụng công nghệ thông tin sáng tạo; (ii)
tiến hành thử nghiệm thực tiễn việc vận hành nhà máy thông minh trong qui mô nhỏ,
như: từng dây chuyền sản xuất, vận chuyển giao nhận vật tư trong nội bộ nhà máy…và
(iii) phản hồi những vấn đề phát sinh trong quá trình thử nghiệm thực tiễn cho bộ phận
nghiên cứu và phát triển công nghệ và quản lý thông minh để có những điều chỉnh hợp
lý.
Tuy nhiên, để xác định được những yếu tố nào của nhà máy thông minh ảnh
hưởng đến hiệu quả sản xuất của công ty thì chưa được thống nhất, các nghiên cứu về sự
tác động của nhà máy thông minh đến hiệu quả sản xuất tại Việt Nam cho đến nay còn rất
hiếm. Do vậy, mục tiêu của nghiên cứu này là nhằm khám phá và kiểm định các yếu tố
của nhà máy thông minh ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất của doanh nghiệp, đặt cơ sở
khoa học cho việc hoạch định chiến lược và biện pháp thúc đẩy áp dụng và triển khai nhà
máy thông minh góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất tại công ty Bosch
nói riêng và các doanh nghiệp Việt Nam nói chung.
2. Cơ sở lý thuyết và mô hình nghiên cứu
Thuật ngữ nền công nghiệp 4.0 được giới thiệu lần đầu tiên tại hội chợ thương mại
Hanover năm 2011 được tổ chức tại Đức ( ang, 2016; Weyer, 2015). hái niệm này nổi
lên như một khẩu hiệu trong lĩnh vực công nghiệp ở nhiều nước trên thế giới về tính hiệu
quả, tính linh động trong sản xuất đáp ứng mọi nhu cầu đa dạng của khách hàng bằng các
hệ thống thực-ảo và kỹ thuật vạn vật kết nối (Gorecky và cộng sự, 2017).
Một trong những khái niệm của nền công nghiệp 4.0 là nhà máy thông minh
(Lasi, 2014; Lee, 2015), khái niệm nhà máy thông minh được hiểu là nhà máy được trang
bị máy móc thiết bị và qui trình tự động, chuỗi cung ứng nội bộ tự động, nhà máy tự
động, phát triển sản phẩm, hệ thống quản lý thông tin tích hợp (Lasi, 2014). Lucke (2008)
cũng cho rằng, nhà máy thông minh là nhà máy hỗ trợ nhân viên và máy móc thiết bị
thực hiện công việc trong một hệ thống có khả năng giao tiếp, kết nối và tương tác giữa
hệ thống thông tin, sản phẩm, môi trường và tất cả máy móc thiết bị. Saldivar và cộng sự
(2015) đã tổng hợp, nhà máy thông minh là sự kết hợp của hệ thống thực ảo (cyber-
physical systems) giữa các đối tượng vật lý như máy móc, băng tải, sản phẩm với hệ
thống thông tin như hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP) để thực hiện sản
xuất linh hoạt và nhanh chóng.
Việc triển khai áp dụng các khái niệm của nhà máy thông minh đã giúp các doanh
nghiệp sản xuất hoạt động hiệu quả hơn. ết quả nghiên cứu của Russmann và cộng sự
(2015) cho thấy, nhà máy thông minh sẽ giúp cho hệ thống sản xuất nhanh hơn 30% và
hiệu quả hơn 25%; các doanh nghiệp sản xuất đã áp dụng và triển khai các kỹ thuật của
nhà máy thông minh đã liên tục cải thiện được hiệu quả ( oren, 2015). Bên cạnh đó,
Shrouf (2014) cũng kết luận rằng, 82% các doanh nghiệp triển khai nhà máy thông minh
đã xác nhận tăng hiệu quả sản xuất; 49% cho rằng số lượng sản phẩm bị lỗi giảm; và 45%
cho rằng đã gia tăng sự hài lòng của khách hàng.
Lalic và cộng sự (2017) đã tiến hành nghiên cứu 302 doanh nghiệp sản xuất tại
Serbia về mối quan hệ giữa nhà máy thông minh và hiệu quả sản xuất. ết quả cho thấy,
tám thành phần của nhà máy thông minh có ảnh hưởng tích cực đến hiệu quả sản xuất, đó
222
là: phần mềm lập kế hoạch và điều độ sản xuất; hệ thống kiểm soát sản xuất theo thời
gian thực; trao đổi dữ liệu sản phẩm/qui trình; hệ thống tự động và quản lý logistics nội
bộ; các thiết bị có lập trình và chuyển giao; hệ thống quản lý vòng đời sản phẩm; các kỹ
thuật tương tác người – máy an toàn; và trực quan số hóa. ết quả này cũng tương tự với
kết quả nghiên cứu của Mar anovic (2017) và Medic (2018). Do vậy, trong nghiên cứu
này nhóm tác giả kế thừa mô hình của Lalic và cộng sự (2017).
Hiệu quả sản xuất được các nhà nghiên cứu đưa ra theo các khía cạnh khác nhau.
Jain và cộng sự (2014) cho rằng, hiệu quả sản xuất gồm có bốn thông số đo lường, đó là:
chi phí, độ tin cậy, tối ưu nguồn lực (utilization), và chất lượng. Trong đó, chi phí cho
biết tính kinh tế của quá trình sản xuất; độ tin cậy là xác suất của một sản phẩm chứng tỏ
công dụng của nó và không bị lỗi trong một khoảng thời gian công bố với những điều
kiện cụ thể; tối ưu nguồn lực là sản xuất sản lượng tối đa trong một khoản thời gian tối
thiểu với máy móc thiết bị hiện có; và chất lượng là sự đáp ứng tốt các yêu cầu của khách
hàng. Porter (1980) và Hallgren (2007) lại cho rằng, hiệu quả sản xuất bao gồm hiệu quả
chất lượng, hiệu quả thời gian đáp ứng sản phẩm cho khách hàng, hiệu quả của sự linh
hoạt trong sản xuất, và hiệu quả chi phí. Hiệu quả chất lượng được đo lường dựa theo tỷ
lệ sản phẩm tốt, tỷ lệ sản phẩm loại bỏ ( nderson và Sullivan, 1993); hiệu quả thời gian
đáp ứng sản phẩm cho khách hàng là doanh nghiệp luôn đảm bảo giao hàng nhanh chóng
và tin cậy (Ward và cộng sự, 1996); hiệu quả của sự linh hoạt trong sản xuất là khả năng
điều chỉnh sản lượng sản xuất và chuyển đổi sản phẩm nhanh ( lhager, 1993; Hutchison
và cộng sự, 2007); hiệu quả chi phí là yếu tố quan trọng nhất trong việc đo lường hiệu
quả sản xuất (Slack và cộng sự, 2002) vì khi doanh nghiệp giữ được chi phí thấp sẽ góp
phần giảm giá thành và tăng lợi nhuận (Slack và cộng sự, 2002). Còn theo Coelli (2005),
doanh nghiệp đạt được hiệu quả khi sản xuất được sản lượng tối đa với một lượng đầu
vào cho trước, hoặc sản xuất một sản lượng cố định với lượng đầu vào tối thiểu. Trong
nghiên cứu này, nhóm tác giả kế thừa khái niệm hiệu quả sản xuất của Jain và cộng sự
(2014), vì đây là khái niệm được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng (Slack, 2007; Yu, 2015;
Jimenez, 2015).
Trên cơ sở lý thuyết về nhà máy thông minh và nghiên cứu của Lalic và cộng sự
(2017), nhóm tác giả đề xuất mô hình lý thuyết về mối quan hệ giữa nhà máy thông minh
và hiệu quả sản xuất, trong đó các thành phần của nhà máy thông minh bao gồm: Phần
mềm lập kế hoạch và điều độ sản xuất; Hệ thống kiểm soát sản xuất theo thời gian thực;
Trao đổi dữ liệu sản phẩm/qui trình; Hệ thống tự động và quản lý logistics nội bộ; Các
thiết bị có lập trình và chuyển giao; Hệ thống quản lý vòng đời sản phẩm; Các kỹ thuật
tương tác người – máy an toàn; và Trực quan số hóa.
Trong đó:
• Phần mềm lập kế hoạch và điều độ sản xuất là một chương trình về hệ thống
quản lý hoạt động sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp, tích hợp tất cả các chức năng,
qui trình và thông tin của các bộ phận, cho phép tự động thu thập và chia sẻ dữ liệu trong
toàn doanh nghiệp và cung cấp thông tin hữu ích, chính xác theo thời gian thực (Lee,
2002; Lopes, 1992; Deloitte, 1999). Hệ thống này giúp kết nối sản xuất với kế hoạch,
điều độ, thực hiện và kiểm tra các hoạt động sản xuất kinh doanh, chia sẻ thông tin cần
thiết và có giá trị. Từ đó giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định hợp lý và nhanh
223
chóng, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất (Palaniswamy và cộng sự, 2000; Tyler và
Ra agopal, 1999; Palaniswamy, 2000). Hidayat (2016) nghiên cứu 250 doanh nghiệp sản
xuất tại Indonesia, và Mzoughi (2014) nghiên cứu với 216 nhà quản lý tại Tunisia, kết
quả đều cho thấy, yếu tố phần mềm lập kế hoạch và điều độ sản xuất có ảnh hưởng tích
cực đến hiệu quả sản xuất (với β = 0.28 và 0.224). Dựa trên cơ sở này, giả thuyết H1
được đề xuất:
Giả thuyết H1: Phần mềm lập kế hoạch và điều độ sản xuất có tác động tích cực đến hiệu
quả sản xuất của doanh nghiệp.
• Hệ thống kiểm soát sản xuất theo thời gian thực là một hệ thống hoạt động dựa
trên dữ liệu thu thập được hỗ trợ việc giám sát liên tục, điều chỉnh các quá trình của hệ
thống phù hợp với kế hoạch mong muốn (Georgiadis, 2012). Việc điều độ sản xuất dựa
trên giấy nhận dạng và thu thập dữ liệu thủ công không còn hiệu quả cho các yêu cầu
hiện tại (Strozzi, 2017). hong và cộng sự (2013) đã cho rằng, kỹ thuật quét mã vạch tự
động bằng công nghệ nhận dạng bằng sóng vô tuyến (RFID) sẽ khắc phục vấn đề này, vì
kỹ thuật này sẽ giúp thu thập và truyền tải thông tin về tất cả những sự kiện xảy ra cho
mọi cá nhân, từ đó giúp nhà máy linh động trong việc chuyển đổi sản phẩm, tăng độ tin
cậy, tối ưu chi phí và tăng sản lượng, góp phần gia tăng hiệu quả sản xuất của doanh
nghiệp (Teti, 2010; Subramaniam và cộng sự, 2007). Và sự ảnh hưởng tích cực của hệ
thống kiểm soát sản xuất theo thời gian thực đến hiệu quả sản xuất đã được kiểm định
qua nghiên cứu của hong và cộng sự (2013) với β = 0.22. Dựa trên cơ sở này, giả thuyết
H2 được đề xuất:
Giả thuyết H2: Hệ thống kiểm soát sản xuất theo thời gian thực có tác động tích cực đến
hiệu quả sản xuất của doanh nghiệp.
• Trao đổi dữ liệu sản phẩm/qui trình là quá trình trao đổi dữ liệu và thông tin
giữa nhà máy thông minh với nhà cung cấp và khách hàng, như: dữ liệu về tình hình sản
xuất, giao nhận nguyên vật liệu, đơn hàng, phản hồi của khách hàng, dữ liệu của nhà
cung cấp và khách hàng ( zevedo, 2011). Hệ thống thực ảo kết hợp hệ thống vạn vật kết
nối với sự hỗ trợ của các thiết bị thông minh, cảm biến, mạng lưới kết nối cho phép nhà
máy tương tác, chia sẻ thông tin với khách hàng và nhà cung cấp một cách hiệu quả, từ
đó giúp giảm chi phí, tối ưu nguồn lực và cải thiện hiệu quả sản xuất (Tantik, 2017;
Pandey, 2010; Hill, 2002; Walton và cộng sự, 1997). Do vậy, có thể đề xuất giả thuyết
H3:
Giả thuyết H3: Trao đổi dữ liệu sản phẩm/qui trình có tác động tích cực đến hiệu quả
sản xuất của doanh nghiệp.
• Hệ thống tự động và quản lý logistics nội bộ là quá trình quản lý thu mua, vận
chuyển và lưu trữ nguyên vật liệu, bán thành phẩm, thành phẩm và cung cấp nguyên vật
liệu cho các trạm sản xuất đúng số lượng, đúng chất lượng và đúng thời gian
(Christopher, 2005; Gattorna và cộng sự, 1991). Theo Gaukler (2006), kỹ thuật quét
mã vạch tự động với công nghệ nhận dạng bằng sóng vô tuyến (RFID) được sử dụng