Nhà máy sản xuất thông minh: Tương lai của ngành sản xuất ô tô toàn cầu

Nhà máy thông minh

Các nhà máy thông minh dựa vào khả năng kết nối và sản xuất thông minh, tập trung vào các quy trình sản xuất được số hóa, tự động hóa và kết nối mạng. Được mệnh danh là “nhà máy của tương lai”, các nhà máy này sử dụng các công nghệ tiên tiến để phân tích dữ liệu, với các hệ thống học hỏi và thích ứng trong thời gian thực.

Markus Haupt, phó chủ tịch điều hành sản xuất và hậu cần của nhà sản xuất ô tô SEAT của Tây Ban Nha nói: “Đặc điểm nổi bật nhất của các nhà máy thông minh là chúng có thể hoạt động mà không cần quá nhiều sự can thiệp của con người. Điều này cho phép chúng linh hoạt hơn nhiều vì có thể hoạt động độc lập mà không gặp vấn đề gì nhờ khối lượng lớn thông tin được xử lý. Bằng cách này, các sản phẩm được sản xuất phù hợp với nhu cầu của thời điểm đó, tạo ra một quá trình sản xuất linh hoạt hơn nhiều”.

Ngành công nghiệp ô tô toàn cầu đang trải qua quá trình chuyển đổi nhanh chóng và các nhà sản xuất không còn chỉ là nhà sản xuất ô tô. Họ đang phát triển thành các công ty công nghệ, viết code và tạo ra các sản phẩm xe điện thông minh.

Số hóa là một trong những động lực chính đằng sau các nhà máy thông minh, nhưng quá trình này đang diễn ra với tốc độ khác nhau trong lĩnh vực ô tô. Vì vậy, các công ty ô tô đang ở đâu khi nói đến sản xuất thông minh và tương lai sẽ ra sao?

Tesla và nhà máy Gigafactory

Để trả lời câu hỏi này thì cần xem xét một số “người chơi chính”. Nhà sản xuất xe điện (EV) Tesla là một trong những cái tên tiên phong trong lĩnh vực này.

Các siêu nhà máy Gigafactory của Tesla - một thuật ngữ do CEO Elon Musk đặt ra - thường được mô tả là tiên phong và công nghệ cao. Nhà sản xuất ô tô này đã mở một địa điểm sản xuất ở Grünheide gần Berlin trong năm 2022 mà các nhà phân tích coi là nhà máy tiên tiến nhất của châu Âu.

Tesla giới thiệu địa điểm này là cơ sở “tiên tiến, bền vững và hiệu quả nhất” của mình, với việc nhà sản xuất ô tô cho biết đây sẽ là địa điểm đầu tiên ở châu Âu sản xuất tất cả trong một nhà máy với xe điện. Nằm ở giữa lục địa và là thị trường ô tô lớn nhất khu vực, địa điểm này được thiết lập để thúc đẩy chuyển đổi sang điện khí hóa.

Model Y của Tesla đã nằm trong số những chiếc xe bán chạy nhất ở châu Âu. Ở Đức, nó thậm chí còn vượt trội so với chiếc xe phổ biến nhất của quốc gia, Volkswagen Golf, với gần 10.000 lượt đăng ký vào tháng 9/2022. Công ty đặt mục tiêu cuối cùng là sản xuất nửa triệu ô tô mỗi năm ở Đức. Điều này sẽ không thể thực hiện được nếu không dựa vào các giải pháp sáng tạo, bao gồm cả việc sử dụng người máy.

Tự động hóa

Phần lớn việc sử dụng AI trong quá trình sản xuất đã khiến Tesla nổi bật so với đám đông trong ngành sản xuất ô tô, từ những cỗ máy giống như xe đẩy thông minh cho đến robot có thể nâng cả một chiếc ô tô. Trong tương lai, công ty hy vọng sẽ triển khai các robot hình người để thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại.

Tự động hóa trong các nhà máy thông minh là chìa khóa với robot thực hiện “nhiệm vụ siêu phàm”. Liên đoàn Người máy Quốc tế (IFR) nhận thấy rằng việc sử dụng người máy và tự động hóa đang phát triển với một tốc độ đáng kể. Ngành công nghiệp ô tô là một lĩnh vực có khả năng tăng trưởng ổn định, với điện khí hóa là động lực chính đằng sau sự phát triển này.

“Cần phải đầu tư vào các dây chuyền sản xuất mới cho xe điện khi ngành công nghiệp ô tô tiếp tục chuyển đổi. Các mục tiêu chính trị đầy tham vọng buộc ngành phải đầu tư, đầu tiên là nghiên cứu và các mẫu mã mới, sau đó là sản xuất. Ngành công nghiệp ô tô sẽ vẫn là khách hàng lớn của robot công nghiệp, có thể là để trang bị lại dây chuyền sản xuất hiện có hoặc tạo ra năng lực sản xuất pin cho xe điện”, bộ phận thống kê của IFR cho hay.

Tổ chức này nhấn mạnh rằng các nhà sản xuất ô tô đã sử dụng các quy trình sản xuất tự động hóa cao và sẽ vẫn là một trong những nhà sản xuất sử dụng robot lớn nhất trên toàn cầu. Bên cạnh đó nói thêm rằng nhiều nhà sản xuất ô tô đã đầu tư vào robot có lồng, trọng tải cao truyền thống để lắp ráp cơ bản, hiện cũng đang đầu tư vào các ứng dụng hợp tác cho các nhiệm vụ lắp ráp và hoàn thiện cuối cùng.

Cắt giảm thời gian sản xuất

Cựu Giám đốc điều hành Tập đoàn VW Herbert Diess đã công nhận sự tiến bộ của Tesla và là nhà sản xuất ô tô lớn nhất châu Âu, thương hiệu Đức có những kế hoạch đầy tham vọng của riêng mình. Công ty điều hành nhà máy sản xuất ô tô lớn nhất thế giới ở Wolfsburg, Đức, được trang bị tới 5.000 robot.

Các hãng tin đưa tin rằng nhà sản xuất ô tô Đức đang nhắm mục tiêu tự động hóa tới 30% tại nhà máy sản xuất xe điện mới. Tuy nhiên, công ty đã từ chối bình luận về những chi tiết này.

“Volkswagen muốn thiết lập các tiêu chuẩn và giảm đáng kể thời gian sản xuất thuần túy trên mỗi chiếc xe so với sản xuất hiện nay. Có một số đòn bẩy để đạt được mục tiêu đầy tham vọng này đó là ít biến thể hơn, ít thành phần hơn, tự động hóa nhiều hơn, dây chuyền sản xuất tinh gọn hơn cũng như các khái niệm hậu cần mới. Về cơ bản, đó là việc giảm thiểu độ phức tạp”, đại diện VW nói.

SEAT, một bộ phận của Tập đoàn VW, cho biết một trong những mục tiêu chính của họ là tự động hóa quy trình sản xuất và công ty đã thực hiện một số biện pháp để hiện thực hóa tham vọng của mình. Các nhiệm vụ tốn nhiều công sức nhưng giá trị gia tăng thấp đã được tự động hóa, chẳng hạn như tự động xác định lỗi, đo tự động để kiểm tra chất lượng bằng cách sử dụng công nghệ Thị giác Máy tính Công nghiệp (ICV), tự động đánh bóng các lỗi, bảo trì dự đoán cho súng hàn và học máy để kiểm tra các mối hàn.

“Chúng tôi không chỉ có nhà kho tự động tiên tiến nhất ở Tây Ban Nha, mà chúng tôi còn đang nỗ lực hướng tới việc cung cấp tự động từ nhà kho đến điểm tiêu dùng, với cả phương tiện dẫn đường tự động (AGV) hoặc robot di động tự động (AMR). Nhìn về tương lai, chúng tôi đang nghiên cứu thí điểm để phát triển giao diện giữa các loại AMR khác nhau, với sự cộng tác của các công ty khác”, đại diện VW nói.

Số hóa cũng được cho rất quan trọng với VW. SEAT sử dụng thực tế ảo để phân tích các sản phẩm và quy trình. Nhà sản xuất ô tô cũng đang tham gia vào nền tảng sản xuất kỹ thuật số của Tập đoàn VW, một môi trường đám mây dành cho sản xuất. Nền tảng này chuẩn hóa việc trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống và nhà máy.

Số hoá

Trong khi đó, đối thủ Mercedes-Benz nói rằng việc sản xuất ô tô của họ “tất cả là số hóa”.

Thương hiệu xa xỉ này đã xây dựng một hệ sinh thái kỹ thuật số có tên MO360 để sản xuất phương tiện của mình, mô tả nó như một "bộ ứng dụng văn phòng dành cho máy tính để bàn của bạn với các ứng dụng khác nhau cho từng tác vụ nhưng có giao diện chung thân thiện với người dùng".

Hệ thống này tích hợp thông tin từ các quy trình sản xuất và hệ thống CNTT trên khắp các địa điểm sản xuất trên toàn thế giới, đồng thời tập hợp các ứng dụng phần mềm lại với nhau.

Những công nghệ đang giúp Mercedes-Benz mở đường cho sản xuất thông minh. Công ty đã mở nhà máy German Factory 56 vào năm 2020, coi đây là tương lai của ngành sản xuất. Nó được trang bị mạng 5G cho phép liên kết dữ liệu và theo dõi sản phẩm trên dây chuyền lắp ráp. Hơn nữa, nó làm cho quá trình sản xuất trở nên dễ thích ứng hơn trong khi mạng 5G cục bộ có nghĩa là khả năng bảo vệ cao hơn vì dữ liệu không cần phải cung cấp cho bên thứ ba.

"Sản xuất cho ngày mai"

Ảo hóa là một yếu tố quan trọng khác trong các nhà máy tương lai và nó có tính năng rất quan trọng đối với BMW, hãng đang thực hiện các sáng kiến sản xuất của riêng mình. Đầu năm nay, nhà sản xuất đã trình bày chiến lược iFactory của mình - "sản xuất cho ngày mai" - mà họ muốn triển khai trên khắp các cơ sở trên toàn thế giới. Ý tưởng là xác định lại ngành sản xuất ô tô.

Thương hiệu này nói rằng các hệ thống sẽ sử dụng tích cực khoa học dữ liệu, AI và ảo hóa. “Số hóa là yếu tố quyết định trung tâm của quá trình chuyển đổi. Việc liên kết dữ liệu sản phẩm, quy trình, chất lượng và chi phí có liên quan cho phép tính nhất quán dữ liệu từ đầu đến cuối trong chuỗi giá trị và trên tất cả các chuỗi quy trình và nhà máy”, công ty cho biết.

BMW có những kế hoạch táo bạo, theo một tầm nhìn rõ ràng về các nhà máy trong tương lai, nơi con người và robot làm việc cùng nhau trong khi các kỹ sư cộng tác trong một không gian ảo được chia sẻ. Để đạt được mục tiêu này, BMW đã hợp tác với công ty công nghệ Nvidia để lên kế hoạch cho các hệ thống sản xuất trên cái gọi là nền tảng “đại vũ trụ” (omniverse – tạm dịch). Điều này cho phép các nhà lập kế hoạch trên toàn cầu đăng nhập đồng thời và cùng nhau phát triển các hệ thống sản xuất trong thế giới ảo.

BMW gọi quá trình đó là một cuộc cách mạng trong quy hoạch nhà máy. BMW nói: “Lĩnh vực thú vị nhất tại thời điểm hiện tại là ảo hóa. Bằng cách tích hợp các sản phẩm vào nhà máy ảo từ sớm, công ty có thể giảm số lượng lập kế hoạch cần thiết và đảm bảo đầu tư thấp hơn và ra mắt sản phẩm ổn định hơn. Vào cuối năm 2022, chúng tôi đã có các phiên bản kỹ thuật số về cấu trúc của tất cả các nhà máy sản xuất phương tiện lớn ở mạng lưới sản xuất của Tập đoàn BMW. Giải pháp này mang lại tiềm năng to lớn, giúp quá trình lập kế hoạch của chúng tôi chính xác hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn tới 30%”.

Sản xuất bền vững

Tính bền vững cũng sẽ tiếp tục đóng một vai trò trong các nhà máy thông minh, với việc các nhà sản xuất ô tô ngày càng chuyển sang sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo để cắt giảm khí thải trong quá trình sản xuất. Xét cho cùng, các nhà sản xuất ô tô không chỉ muốn tương lai của ngành sản xuất ô tô trở nên thông minh mà còn ít bị đánh thuế môi trường hơn.

BMW đang lên kế hoạch xây dựng một nhà máy mới ở Debrecen, Hungary, cho biết đây sẽ là nhà máy ô tô đầu tiên trên thế giới loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong quy trình sản xuất. Tính tuần hoàn sẽ rất quan trọng trong các nhà máy thông minh, nơi các nhà sản xuất ô tô tái sử dụng nguyên liệu sản xuất càng nhiều càng tốt.

Điều này có thể mang hình thức tái chế các mảnh vụn và mạt kim loại từ quá trình phay và ép. Nó cũng có thể có nghĩa là sử dụng nhiệt thải từ hệ thống làm mát để làm ấm không gian trong nhà và nước trong một hệ thống khép kín như BMW dự định thực hiện. Việc sử dụng các công nghệ giám sát năng lượng thông minh cũng sẽ theo dõi cách sử dụng năng lượng, đảm bảo sản xuất ô tô sử dụng tài nguyên hiệu quả nhất có thể. Với cuộc khủng hoảng năng lượng hiện tại của châu Âu, đây sẽ là một bước đi thông minh.

Tự động hóa, kết hợp với số hóa và sử dụng dữ liệu sản xuất một cách thông minh, tất cả đều có thể góp phần giảm mức tiêu thụ năng lượng và tài nguyên, cũng như lượng khí thải CO2 và chi phí. Như vậy có thể thấy tương lai là kỹ thuật số. Trong ngành công nghiệp ô tô, sản xuất sẽ không chỉ trở nên thông minh hơn và dựa trên dữ liệu hơn mà còn trở nên hiệu quả và bền vững hơn.

Vậy khi nào các nhà máy ô tô thông minh sẽ có khả năng phát huy hết tiềm năng của chúng? “Thật khó để nói”, BMWnhấn mạnh. “Bởi vì đây là một quá trình cải tiến liên tục, lâu dài. Việc tăng hiệu suất máy tính và tăng các hệ thống được kết nối, kết hợp với AI đang phát triển, sẽ đảm bảo sự phát triển liên tục của nhà máy thông minh trong những năm tới”.