Sản xuất tinh gọn (Lean manufacturing) là một trong những phương pháp quản trị hiện đại nhằm tinh gọn hóa sản xuất, giảm thiểu lãng phí trong doanh nghiệp, gia tăng hiệu quả kinh doanh. Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 mở ra một kỷ nguyên số trong đó xu hướng chủ đạo là sự kết hợp giữa các hệ thống thực và ảo, internet kết nối vạn vật (IoT), RFID và điện toán đám mây. Nền tảng của cuộc cách mạng này là các đột phá của công nghệ số về sản xuất thông minh dựa trên các thành tựu về công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ nano. Nghiên cứu này sẽ đề xuất mô hình Lean trong thời kỳ chuyển đổi sang công nghệ số và cơ chế vận hành của các thành tố trong mô hình để giúp các doanh nghiệp may triển khai áp dụng mô hình này nhằm nâng cao năng suất và chất lượng; tăng trưởng và phát triển bền vững trong mối tương tác giữa công nghệ số và sản xuất tinh gọn Lean.

Từ khóa: Mô hình Lean, Lean 4.0, công nghệ số, doanh nghiệp ngành May.

Nghiên cứu về mô hình sản xuất tinh gọn Lean áp dụng cho doanh nghiệp may đã thu hút được sự quan tâm của nhiều tác giả trên toàn thế giới trong thập niên qua [1]. Ứng dụng mô hình sản xuất tinh gọn Lean đem lại hiệu quả như giảm lãng phí, cải thiện năng suất, chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị, mặt bằng. Ngày nay, với những thành tựu của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đã tác động đến hầu hết các lĩnh vực của đời sống xã hội, làm thay đổi phương thức sản xuất. Các giải pháp về công nghệ số đã và sẽ tạo ra nhiều đổi mới, sáng tạo trong quá trình sản xuất - kinh doanh sản phẩm dệt may bao gồm toàn bộ các giai đoạn từ khâu thiết kế sản phẩm, cung ứng nguyên phụ liệu, sản xuất, xuất khẩu và marketing [2].

Năm 2017, nhóm BCG đã nghiên cứu “Khi Lean đáp ứng công nghiệp 4.0” Nghiên cứu đã chỉ ra khi áp dụng Lean trong công nghiệp 4.0 sẽ mang lại hiệu quả kép, tuy vậy mới chỉ có một số ít doanh nghiệp dẫn đầu chấp nhận áp dụng mô hình này. Nghiên cứu của nhóm cho thấy nếu chỉ ứng dụng độc lập hoặc Lean, hoặc công nghiệp 4.0 thì chỉ có thể giảm chi phí biến đổi xuống khoảng 15%, nhưng nếu áp dụng đồng thời cả Lean và công nghiệp 4.0 thì chi phí biến đổi có thể giảm xuống tới 40%, chi phí do sản phẩm lỗi có thể giảm 20% và chi phí dự trữ bán thành phẩm có thể giảm 30% [3]. Năm 2018, nhóm tác giả Christopher đã chỉ ra rằng, công nghiệp 4.0 chỉ có thể được thực hiện thành công nếu tổ chức và cụ thể hóa các quy trình tối ưu theo các khía cạnh của Lean. Nghiên cứu này đã chỉ ra được sự tương tác giữa công nghệ số với các công cụ, kỹ thuật và nguyên tắc của sản xuất tinh gọn Lean.

Sản xuất tinh gọn Lean với hai trụ cột chính là JIT, Jidoka và các công cụ nền tảng của Lean; việc tương tác giữa công nghệ số và Lean trong doanh nghiệp tạo nên hiệu quả sản xuất cao. Tác động của công nghiệp 4.0 đến sản xuất Lean đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Hầu hết các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng công nghiệp 4.0 ảnh hưởng hầu hết đến các trụ cột và công cụ của Lean. Bảng 1 thể hiện tác động của công nghiệp 4.0 đến hệ thống sản xuất lean.

Từ Bảng 1 cho thấy các trụ cột của Lean như Just in Time, Jidoka, và các công cụ nền tảng của Lean như tiêu chuẩn hóa, kaizen chịu ảnh hưởng nhiều của công nghệ số. Tuy vậy, do đặc điểm công nghệ sản xuất của ngành may khác các ngành công nghiệp khác nên mô hình Lean trong thời kỳ chuyển đổi theo công nghệ số tại các doanh nghiệp may cũng có nhiều đặc điểm khác và cần được nghiên cứu để đề xuất cho phù hợp trong quá trình ứng dụng.

2. Đề xuất mô hình ứng dụng Lean tại doanh nghiệp may trong thời kỳ chuyển đổi sang công nghệ số

2.1. Lựa chọn một số thành tố hình thành mô hình ứng dụng Lean trong bối cảnh chuyển đổi theo công nghệ số

2.1.1. Trụ cột JIT

Đối với trụ cột JIT, trụ cột 1 trong “Ngôi nhà Liker”, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn một số công cụ mà thành quả của công nghệ số tác động đến nhiều nhất đó là Kanban, SMED, Takt Time, Heijunka, chuỗi giá trị (VSM) để đưa vào mô hình ứng dụng Lean tại doanh nghiệp may trong bối cảnh chuyển đổi sang công nghệ số [4].

Với sự hỗ trợ của công nghệ số, thẻ Kanban truyền thống được thay thế bằng e-Kanban (Kanban điện tử). E-Kanban là hệ thống tín hiệu bằng công nghệ RFID, mã vạch để cải thiện hoạt động thu thập và báo cáo dữ liệu về sản xuất, lưu chuyển nguyên liệu và quản lý kho.

Trong ngành may, SMED ứng dụng công nghệ RFID, IoT, thiết bị may thông minh… giúp cho việc cải tiến các hoạt động bên trong và bên ngoài như cài đặt thiết bị, chuẩn bị dưỡng may được thực hiện với thời gian ngắn hơn, từ đó giúp việc chuyển đổi mã hàng nhanh hơn, tiết kiệm chi phí hơn.

Với sự hỗ trợ của thiết bị may kỹ thuật số và hệ thống phần mềm chuyên dụng, việc tính toán nhịp sản xuất (Takt time) trở nên đơn giản và nhanh chóng hơn theo thời gian thực. Từ đó, giúp kỹ thuật viên dễ dàng hơn trong việc phân chia công việc và bố trí máy móc thiết bị gần với nhịp sản xuất tối ưu nhất.

Cân bằng chuyền (Heijunka) với sự hỗ trợ của thiết bị may thông minh, phần mềm quản lý sản xuất giám sát tình trạng sản xuất theo thời gian thực để kịp thời phân bố lại các nguồn lực một cách cân bằng nhằm tối ưu hóa việc sử dụng sức lao động và máy móc thiết bị, giảm thiểu thời gian chờ đợi không tạo giá trị cho khách hàng và cải thiện hiệu quả sản xuất.

2.1.2. Trụ cột Jidoka

Trong bối cảnh chuyển đổi sang công nghệ số tại các doanh nghiệp may, hệ thống Andon sẽ cảnh báo tình trạng sản xuất, thiết bị đến người điều hành và các bộ phận liên quan thông qua các ứng dụng di động và công nghệ IoT. Vì vậy, mọi trạng thái của máy móc và tình trạng sản xuất được cảnh báo kịp thời, người quản lý có thể nhận được thông tin cần thiết từ xa để xử lý.

Poka-Yoke là một công cụ để ngăn ngừa lỗi. Với thành tựu của công nghệ số như các loại cảm biến, RFID,... có khả năng phát hiện, tính toán và kết nối, hệ thống sản xuất thực ảo (CPS) có thể tương tác tích hợp nhanh và linh hoạt để phát hiện ra lỗi.

Trong nhà máy may, nhờ việc áp dụng công nghệ mã vạch QR, RFID thì các thông tin về năng suất, chất lượng thường xuyên được cập nhật. Trong dây chuyền, bất cứ công đoạn nào xảy ra lỗi sẽ có cảnh báo kịp thời để nhà quản lý ra quyết định dừng sản xuất tại máy xảy ra lỗi (Line stop) cho dù họ không có mặt trực tiếp tại hiện trường.

Với công cụ 5 whys của Lean, công nghệ số được ứng dụng trong các thiết bị may kỹ thuật số đã giúp cho việc lưu trữ dữ liệu, tra cứu dữ liệu, phát hiện nguyên nhân của các sự cố một cách hết sức nhanh chóng. Từ đó, cán bộ điều hành sản xuất có thể dễ dàng đề xuất giải pháp xử lý các phát sinh một cách chủ động, hiệu quả.

2.1.3. Các công cụ nền tảng của Lean

Bảo trì năng suất tổng thể là một trong những công cụ nền tảng của Lean.  Với các thiết bị kỹ thuật số, kết nối mạng thì việc bảo trì thiết bị được thực hiện nhanh hơn thông qua việc giao tiếp giữa người và thiết bị bởi giao diện trực quan, khả năng cảnh báo lỗi và lưu lại lịch sử hoạt động của thiết bị. Bên cạnh đó, với sự phát triển của công nghệ số, trong tương lai việc bảo trì trong các doanh nghiệp may sẽ tiến tới bảo trì dự đoán thay cho hình thức bảo trì phòng ngừa trước đây.

Trong sản xuất Lean, hệ thống CPS, IoT là những công nghệ điển hình có thể hỗ trợ tích cực cho việc triển khai Kaizen tại doanh nghiệp may. Khi lập kế hoạch thực hiện Kaizen, doanh nghiệp may có thể tận dụng công nghệ này để tích hợp vào quá trình triển khai nhằm thu thập được nhiều ý tưởng cải tiến qua thẻ Kaizen trực tuyến, có thể thử nghiệm việc cải tiến bằng hệ thống sản xuất ảo trước khi đưa vào sản xuất thực.

2.2. Cấu trúc mô hình

Căn cứ vào phân tích tại mục 2.1, nhóm tác giả đề xuất Mô hình ứng dụng Lean tại doanh nghiệp may trong bối cảnh chuyển đổi theo công nghệ số tại hình 3.1. Trong mô hình này, nhóm tác giả đã lựa chọn các thành tố tương ứng với các trụ cột và các công cụ của Lean chịu tác động lớn của công nghệ số. Cụ thể, đối với trụ cột JIT, nhóm nghiên cứu đã đưa các công cụ Kanban, SMED, Takt Time, Heijunka, VSM vào mô hình. Đối với trụ cột Jidoka gồm có 4 công cụ: Andon, poke-yoke, Line stops, 5 Whys. Ngoài ra, mô hình đề xuất còn bao gồm các công cụ nền tảng của lean như TPM, SW và Kaizen.

2.3. Cơ chế vận hành của từng thành tố trong mô hình
2.3.1. Kanban điện tử (Hình 1)

Hệ thống Kanban điện tử hỗ trợ cải thiện hoạt động của hệ thống sản xuất “kéo” bằng cách thu thập và báo cáo dữ liệu về hoạt động sản xuất, lưu chuyển nguyên liệu và lưu kho. Bằng cách sử dụng công nghệ thông tin, một hệ thống e-kanban nhận ra tình trạng không có hoặc thiếu bán thành phẩm một cách tự động thông qua các cảm biến và kích hoạt quá trình bổ sung bán thành phẩm, nguyên liệu cho sản xuất. Tính hiệu quả của hệ thống kanban điện tử được đo bằng ba thông số sau: 

- Thời gian nhận được dữ liệu của trạm trước

- Số lỗi phát sinh do truyền dữ liệu

2.3.2. Chuyển đổi nhanh SMED ứng dụng IoT, RFID

Trong nhà máy may, ứng dụng thành công nhất của chuyển đổi nhanh là giảm thời gian thay đổi mã hàng trên dây chuyền may nhờ việc rút ngắn thời gian điều chỉnh thiết bị may kỹ thuật số, sử dụng SW kỹ thuật số trong rải chuyền,... Kết quả chuyển đổi nhanh trong thời kỳ chuyển đổi số có thể được đo lường bằng các thông số sau đây:

- Thời gian điều chỉnh thiết  bị theo yêu cầu kỹ thuật của mã mới;

- Thời gian rải chuyền ở các bộ phận của mã mới;

- Thời gian ra chuyền của mã mới;

2.3.3. Nhịp dây chuyền với sự hỗ trợ của công nghệ số (Takt time)

Với sự hỗ trợ của công nghệ số, đặc biệt là thiết bị may kỹ thuật số thì việc cập nhật Takt time được thực hiện nhanh chóng. Thước đo hiệu quả của việc sử dụng nhịp dây chuyền với sự hỗ trợ của công nghệ số được thể hiện ở hai thông số sau:

- Số lần chỉnh takt time của mã đang sản xuất: Đó là số lần điều chỉnh nhịp dây chuyền nhờ sự hỗ trợ của công nghệ số trong thời gian thực.

- Năng suất chuyền theo nhịp dây chuyền mới: Là năng suất của dây chuyền sau khi được điều chỉnh nhịp với sự hỗ trợ của công nghệ số.

2.3.4. Cân bằng chuyền với sự hỗ trợ của công nghệ số (Heijunka)

Khi sử dụng các thiết bị công nghệ số như thẻ RFID với chức năng nhận dạng điện tử được gắn vào toàn bộ các bán thành phẩm trong suốt chu trình sản xuất; thiết bị may kỹ thuật số, máy may tự động, mạng IoT, máy tính bảng…để thu thập và xử lý dữ liệu. Thông qua các thông tin thu thập được, kỹ thuật viên có thể thực hiện cân bằng chuyền một cách dễ dàng và chính xác theo thời gian thực. Các thông số đo lường quá trình cân bằng chuyền với sự hỗ trợ của công nghệ số bao gồm:

- Thời gian thực hiện cân bằng chuyền

- Số lần cân bằng chuyền

- Thời gian đến điểm cân bằng tối ưu

- Năng suất trước cân bằng chuyền

- Năng suất  sau cân bằng chuyền

2.3.5. Sơ đồ chuỗi giá trị với sự hỗ trợ của công nghệ số (VSM)

Với sự hỗ trợ của công nghệ RFID, dòng di chuyển sản phẩm được theo dõi một cách tự động và trở nên tường minh hơn về thời gian chế tạo sản phẩm tại từng công đoạn. Đây chính là cơ sở căn bản để xây dựng chuỗi giá trị một cách khách quan, nhanh chóng và chính xác. Các thông số đo lường kết quả của việc sử dụng chuỗi giá trị với sự hỗ trợ của công nghệ số bao gồm:

- Thời gian xây dựng chuỗi giá trị

- Thời gian loại bỏ lãng phí nhờ chuỗi giá trị

- Mức giảm chi phí nhờ chuỗi giá trị

2.3.6. Andon kỹ  thuật số

Với những thành tựu của công nghệ số, hệ thống Andon thông minh được thiết kế dựa trên công nghệ vi xử lý giao tiếp trực tiếp với máy tính thông qua hệ thống máy chủ. Nhờ đó mà người quản lý dù không có mặt tại xưởng sản xuất vẫn dễ dàng kiểm soát mọi sự cố xảy ra theo thời gian thực ngay trên màn hình máy tính, điện thoại,... Các thông số đo lường hiệu quả của andon thông minh gồm:

- Số người có trách nhiệm nhận được tín hiệu Andon từ xa

- Số lượng tín hiệu Andon được thể hiện.

- Thời gian xử lý vấn đề khi có tín hiệu Andon từ xa

2.3.7. Poka yoke với sự trợ giúp của công nghệ số

Với những thành tựu về công nghệ số, các bán thành phẩm, thành phẩm của được quét mã QR hoặc gắn chip RFID, thiết bị may được gắn cảm biến để thu thập thông tin và xử lý thông qua phần mềm quản lý sản xuất. Những thông tin này được truyền về máy chủ để người quản lý ra quyết định kịp thời khi xảy ra lỗi. Các thông số đo  lường kết  quả ứng  dụng Poka yoke bao gồm:

- Số lỗi được ngăn ngừa bằng cảm biến

- Tổng số lỗi tại bộ phận sử dụng thiết bị số trong dây chuyền

2.3.8. Công cụ 5 Whys với sự trợ giúp của công nghệ số

Với sự hỗ trợ của AI, cảm biến, IoT... việc tìm nguyên nhân lỗi trong sản phẩm hoặc thiết bị số trở nên hết sức hiệu quả thông qua cơ chế hỗ trợ tìm lỗi ngay tại thiết bị hoặc tìm lỗi, xử lý lỗi từ xa qua mạng Internet. Các thông số đo lường kết quả ứng dụng 5 Whys bao gồm:

- Thời gian tìm nguyên nhân gây lỗi trên thiết bị kỹ thuật số

- Thời gian khắc phục lỗi trên thiết bị kỹ thuật số

2.3.9. Dừng chuyền (Line stops)

Với sự hỗ  trợ của công nghệ số, việc phát  hiện lỗi và dừng chuyền được thực hiện thông qua các cảm biến vị trí, cảm biến hình ảnh,... lắp trên thiết bị để thu thập tín hiệu về lỗi, tự động truyền dữ liệu lỗi đến nhân viên hoặc thiết bị liên quan để thực hiện dừng sản xuất. Các thông số đo lường hiệu quả dừng chuyền với sự hỗ trợ của công nghệ số bao gồm:

- Số lần dừng chuyền với sự hỗ trợ của công nghệ số

- Thời gian khắc phục lỗi dừng chuyền với sự hỗ trợ của công nghệ số

2.3.10. Bảo trì năng suất tổng thể với sự hỗ trợ của công nghệ số (TPM)

Nhờ công nghệ số, việc bảo trì năng suất tổng thể thông qua hệ thống cảm biến giúp xác định lỗi của máy hoặc linh kiện sớm hơn và cho phép máy tự động yêu cầu người vận hành (ví dụ: thông qua thiết bị di động) để thực hiện các nhiệm vụ bảo trì. Tích hợp khả năng giám sát điều kiện tương tác và phân tích dữ liệu lớn cho phép tự động chẩn đoán và đưa ra các phương án xử lý dựa trên phương pháp bảo trì dự đoán. Các thông số thể hiện kết  quả của TPM với sự hỗ trợ của công nghệ số bao gồm:

- Thời gian xử lý lỗi trên thiết bị ứng dụng công nghệ số

- Số lỗi trên thiết bị ứng dụng công nghệ số

2.3.11. Chuẩn hóa thao tác với sự hỗ trợ của công nghệ số (SW)

Khi sử dụng công cụ chuẩn hóa thao tác, với sự hỗ trợ của công nghệ số, việc ghi hình lại các video thao tác và sử dụng phần mềm chuyên dụng để biên tập các video thao tác chuẩn được thực hiện hết sức khách quan và thuận lợi. Bên cạnh đó, các video này lại dễ dàng được chuyển đến các thiết bị may qua mạng IoT để người lao động có thể quan sát trong quá trình rải chuyền hoặc quá trình may. Các thông số để đo lường kết quả thực hiện chuẩn hóa thao tác với sự hỗ trợ của công nghệ số bao gồm:

- Thời gian chuẩn hóa thao tác với sự hỗ trợ của công nghệ số

- Số video chuẩn hóa thao tác được ứng dụng trong thực tế

2.3.12. Cải tiến liên tục (Kaizen)

Trong bối cảnh ứng dụng công nghệ số đầy đủ, toàn bộ quá trình sản xuất trong thực tế được mô phỏng thành quá trình sản xuất ảo để hình thành hệ thống sản xuất thực ảo. Nhờ có hệ thống này mà công tác cải tiến được thực hiện hết sức thuận lợi và không làm ảnh hưởng đến môi trường sản xuất thực tế. Bên cạnh đó, việc tận dụng các công cụ số thông dụng như google driver, mạng IoT, trang tính Google Sheet để thiết kế thẻ kaizen điện tử cũng đã giúp doanh nghiệp may thu thập, phân tích, xử lý dữ liệu trong quá trình cải tiến nhanh chóng, kịp thời và chính xác. Các thông số đo lường kết quả thực hiện cải tiến liên tục với sự hỗ trợ của công nghệ số bao gồm:

- Số cải tiến được đề xuất bởi thẻ Kaizen điện tử

- Số sáng kiến được ứng dụng do đề xuất từ thẻ Kaizen điện tử

- Số người đề xuất sáng kiến thông qua thẻ Kaizen điện tử

- Giá trị làm lợi từ sáng  kiến đề xuất qua thẻ Kaizen điện tử

Từ cơ sở lý luận về tác động của công nghệ số đến sản xuất Lean và mô hình ứng dụng Lean trong bối cảnh chuyển đổi sang công nghệ số trên thế giới và trong nước, nhóm nghiên cứu đã đề xuất mô hình ứng dụng Lean 4.0 tại doanh nghiệp may bao gồm một số thành tố trong hai trụ cột của Lean và các công cụ nền tảng của Lean. Trong trụ cột JIT, gồm các công cụ E-Kanban, SMED, Takt time, Heijunka và VSM sử dụng IoT và RFID, phần mềm quản lý sản xuất. Trụ cột Jidoka gồm các công cụ Andon thông minh, Poka-Yoke, Line stops, 5 Whys sử dụng các loại cảm biến và trí tuệ nhân tạo. Các công cụ nền tảng của Lean TPM, SW và Kaizen thông qua ứng dụng các thiết bị may thông minh và hệ thống dữ liệu lớn, tương tác giữa người và máy. Cơ chế vận hành của từng thành tố trong mô hình và quy trình triển khai thực hiện các công cụ cũng đã được nhóm nghiên cứu đề xuất. Nghiên cứu này là tiền đề để áp dụng mô hình sản xuất Lean trong bối cảnh chuyển đổi công nghệ số tại các doanh nghiệp may tại Việt Nam nhằm năng cao năng suất, chất lượng, đáp ứng với xu hướng phát triển của thế giới.

Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin cảm ơn sự giúp đỡ của Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng, Bộ Khoa học và Công nghệ và sự hỗ trợ tài chính từ ngân sách nhà nước để thực hiện bài báo này.