Ngành chế tạo và sản xuất

Chế tạo và sản xuất là một phần quan trọng trong khu vực thứ hai của nền kinh tế, bao gồm các lĩnh vực tạo ra sản phẩm hoàn thiện và có thể sử dụng, cũng như chế biến vật liệu xây dựng. Khu vực này thường dựa vào các sản phẩm từ khu vực sơ cấp (khu vực đầu tiên của nền kinh tế) làm nguyên liệu đầu vào để sản xuất ra các sản phẩm công nghệ tiêu dùng. Khu vực chế tạo có thể chia thành hai tiểu khu vực là công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ. Dù có thể bao gồm nhiều hoạt động của con người, từ thủ công mỹ nghệ đến sản xuất công nghệ cao, nhưng thuật ngữ này chủ yếu được sử dụng cho kiểu dáng công nghiệp, trong đó nguyên liệu thô từ khu vực sơ cấp được biến đổi thành hàng hóa thành phẩm với quy mô lớn. Hàng hóa này có thể được bán cho các nhà sản xuất khác để tạo ra những sản phẩm phức tạp hơn (như ô tô, máy bay, đồ gia dụng, nội thất, dụng cụ thể thao,...) hoặc được phân phối qua khu vực ba của nền kinh tế đến tay người tiêu dùng cuối cùng (thường thông qua nhà bán buôn, rồi đến nhà bán lẻ, và cuối cùng là khách hàng).

Kỹ thuật sản xuất là lĩnh vực nghiên cứu thiết kế và tối ưu hóa quy trình sản xuất hoặc các bước chuyển đổi nguyên liệu thô thành sản phẩm hoàn thiện. Quá trình sản xuất khởi đầu từ việc thiết kế sản phẩm và chỉ định vật liệu. Vật liệu sau đó trải qua quá trình chế tạo để chuyển đổi thành sản phẩm mong muốn.

Sản xuất chế tạo hiện đại bao gồm tất cả các quy trình trung gian liên quan đến việc sản xuất và tích hợp các thành phần của sản phẩm.

Ngành sản xuất chế tạo gắn bó chặt chẽ với các lĩnh vực công nghiệp kỹ thuật và thiết kế.

Sự hình thành và phát triển

Thời kỳ tiền sử và cổ đại

Tổ tiên của con người đã chế tạo các công cụ bằng đá và những vật dụng khác từ rất xa xưa, trước khi người Homo sapiens xuất hiện khoảng 200.000 năm. Những kỹ thuật chế tác công cụ bằng đá sớm nhất, được gọi là 'công nghiệp' Oldowan, có niên đại ít nhất 2,3 triệu năm. Bằng chứng sớm nhất về việc sử dụng công cụ đã được tìm thấy ở Thung lũng tách giãn lớn tại Ethiopia, với niên đại khoảng 2,5 triệu năm trước. Để chế tạo công cụ bằng đá, họ sử dụng đá búa (hammerstone) đập lên 'lõi đá' cứng với đặc tính bong tróc đặc trưng (như đá lửa). Lớp bong tróc này tạo ra các phiến đá sắc, có thể dùng làm công cụ, chủ yếu ở dạng công cụ chặt thô như chopper hoặc ghè đá scraper. Những công cụ này đã hỗ trợ con người nguyên thủy trong lối sống săn bắt và hái lượm, cho phép chế tạo các công cụ khác từ vật liệu mềm hơn như xương và gỗ. Khoảng 300.000 năm trước, thời kỳ đồ đá giữa chứng kiến sự phát triển của kỹ thuật chế tạo lõi đá, cho phép tạo ra nhiều lưỡi dao từ một hòn đá lõi. Kỹ thuật bong áp lực, sử dụng gỗ và xương để tạo hình đá, đã phát triển vào hậu kỳ đồ đá bắt đầu khoảng 40.000 năm trước. Trong thời kỳ đồ đá mới, các công cụ bằng đá mài được sản xuất từ nhiều loại đá cứng như đá lửa, ngọc thạch, ngọc bích và đá lục, cùng với những công cụ đá khác như vật phóng (projectile), dao, cạo scraper và các vật liệu hữu cơ như gỗ, xương, sừng.

Khi công nghệ nung gốm đạt nhiệt độ cao đủ, điều này đã mở đường cho việc luyện đồng. Các mỏ quặng đồng sâu hơn thường chứa nhiều nguyên tố khác như asen, việc nấu chảy chúng cho ra đồng asen có độ cứng thích hợp để chế tạo công cụ. Đồng điếu là hợp kim giữa đồng và thiếc; hàm lượng thiếc hiếm hoi trong tự nhiên khiến công cụ đồng chưa trở nên phổ biến ngay. Chỉ đến Thời đại đồ đồng, đồng mới được coi là cải tiến vượt bậc so với đá trong sản xuất công cụ, nhờ vào tính bền, dẻo và khả năng đúc tạo hình phức tạp. Công cụ bằng đồng đã thay đổi đáng kể công nghệ đóng thuyền, với đinh tán thay thế cho phương pháp cũ gắn kết bằng dây. Thời đại đồ sắt được xác định khi vũ khí và công cụ bằng sắt trở nên phổ biến hơn đồng. Việc luyện sắt phức tạp hơn luyện thiếc và đồng vì cần gia công ở nhiệt độ cao và chỉ có thể thực hiện trong các lò đặc biệt. Nơi bắt đầu và thời điểm quá trình luyện sắt diễn ra vẫn chưa rõ ràng, phần lớn do khó phân biệt kim loại từ quặng chứa niken và sắt thiên thạch.

Nhiều công nghệ từ các nền văn minh cổ đại là kết quả của những tiến bộ trong sản xuất. Sáu máy cơ đơn giản đã được phát minh ở Lưỡng Hà, trong đó bánh xe được coi là một phát minh vĩ đại. Cơ chế truyền động của bánh xe và trục quay lần đầu xuất hiện trên bàn xoay gốm, phát minh tại Lưỡng Hà (hiện nay là Iraq) vào thiên niên kỷ 5 TCN. Người Ai Cập cổ đã sản xuất giấy cói và đồ gốm, tạo ra hàng loạt và phân phối khắp lưu vực Địa Trung Hải. Những kỹ thuật xây dựng đầu tiên của người Ai Cập sử dụng các loại gạch chủ yếu từ đất sét, cát, phù sa và nhiều khoáng sản khác.

Thời trung cổ và cận đại

Thời Trung Cổ chứng kiến nhiều phát minh mới và cải cách trong quản lý các phương tiện sản xuất truyền thống, thúc đẩy sự phát triển kinh tế. Nghề làm giấy, bắt nguồn từ Trung Quốc vào thế kỷ 2, được đưa đến Trung Đông khi một số thợ làm giấy bị bắt vào thế kỷ 8. Nhờ vào sự chinh phục Hispania của Umayyad, công nghệ làm giấy đã lan rộng sang châu Âu, với một nhà máy giấy được thành lập tại Sicilia vào thế kỷ 12. Tại châu Âu, nguyên liệu làm bột giấy chủ yếu từ cây lanh và bông. Lynn Townsend White Jr. cho rằng chính guồng quay tơ đã giúp gia tăng sản xuất vải, từ đó làm giảm giá thành giấy, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành in ấn. Cùng với việc đúc súng thần công, lò cao trở nên phổ biến tại Pháp vào giữa thế kỷ 15, trong khi công nghệ này đã tồn tại ở Trung Quốc từ thế kỷ 4 TCN. Phát minh máy dệt bít tất dài vào năm 1598 đã nâng cao tốc độ dệt từ 100 lên 1000 mối đan mỗi phút.

Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất và thứ hai

Cách mạng công nghiệp là quá trình chuyển mình sang các phương thức sản xuất mới ở châu Âu và Hoa Kỳ, diễn ra từ năm 1760 đến thập niên 1830. Quá trình này chứng kiến sự chuyển đổi từ sản xuất thủ công sang cơ giới hóa, bao gồm sản xuất hóa chất và quy trình sản xuất thép mới, đồng thời ngày càng sử dụng năng lượng hơi nước và thủy năng, thúc đẩy sự phát triển của máy công cụ và hệ thống nhà xưởng cơ giới hóa. Cách mạng công nghiệp cũng dẫn đến sự gia tăng dân số mạnh mẽ. Ngành dệt may đã đóng vai trò chủ đạo trong Cách mạng công nghiệp về việc làm, giá trị sản lượng và đầu tư; đồng thời là ngành đầu tiên áp dụng phương pháp sản xuất hiện đại. Anh là quốc gia tiên phong trong việc công nghiệp hóa nhanh chóng, bắt đầu bằng việc cơ giới hóa quy trình kéo sợi vào thập niên 1780, với sự bùng nổ về năng lượng hơi nước và sản xuất thép sau năm 1800. Ngành dệt cơ giới hóa lan tỏa từ Vương quốc Anh sang lục địa châu Âu và Hoa Kỳ vào đầu thế kỷ 19, với các trung tâm sản xuất nổi lên tại Bỉ và sau đó là Pháp.

Cuối thập niên 1830 đến đầu thập niên 1840 chứng kiến suy thoái kinh tế, khi những đổi mới ban đầu của Cách mạng công nghiệp đã chậm lại (như cơ giới hóa kéo sợi và dệt), và thị trường đã lớn mạnh. Những đổi mới muộn hơn, như việc sử dụng ngày càng nhiều đầu máy xe lửa, tàu hơi nước và quy trình luyện gang nóng, cùng với công nghệ mới như điện tín được giới thiệu rộng rãi trong thập niên 1840-1850, không đủ mạnh để thúc đẩy tăng trưởng tốc độ cao. Chỉ sau năm 1870, nền kinh tế mới bắt đầu tăng trưởng mạnh mẽ, nhờ vào một loạt sáng kiến trong Cách mạng công nghiệp lần thứ hai. Những đổi mới này bao gồm quy trình luyện thép mới, sản xuất hàng loạt, dây chuyền lắp ráp, hệ thống điện lưới và sản xuất máy công cụ quy mô lớn, cùng với việc sử dụng máy móc tiên tiến hơn trong các nhà máy hơi nước.

Nhờ vào những tiến bộ trong nghiên cứu bơm chân không và vật liệu, đèn sợi đốt đã trở nên khả thi để sử dụng phổ biến vào cuối thập niên 1870. Phát minh này có ảnh hưởng mạnh mẽ đến các nhà máy, cho phép công nhân làm việc ca hai hoặc ba. Đến giữa thế kỷ 19, ngành đóng giày đã được cơ giới hóa. Nửa cuối thế kỷ 19 chứng kiến sự ra đời hàng loạt của máy khâu và các loại máy nông nghiệp như máy gặt. Việc sản xuất hàng loạt xe đạp cũng bắt đầu vào thập niên 1880. Các nhà máy hoạt động bằng hơi nước trở nên phổ biến, mặc dù việc chuyển từ sức nước sang hơi nước diễn ra tại Anh sớm hơn ở Mỹ.

Sản xuất hiện đại

Quá trình điện khí hóa bắt đầu diễn ra vào thập niên 1890 sau khi động cơ điện một chiều và xoay chiều được áp dụng thực tế, đạt tốc độ phát triển nhanh nhất từ năm 1900 đến 1930. Điều này được hỗ trợ bởi việc thành lập các công ty điện lực với nhiều trạm phát trung tâm và giảm giá điện vào năm 1914-1917. Động cơ điện mang lại sự linh hoạt hơn trong sản xuất và giảm yêu cầu bảo trì. Sản lượng của nhiều nhà máy tăng 30% nhờ vào việc chuyển sang sử dụng động cơ điện nhiều hơn. Điện khí hóa đã mở ra một kỷ nguyên sản xuất hàng loạt hiện đại, ảnh hưởng sâu sắc đến các lĩnh vực tiêu dùng hàng ngày. Chẳng hạn, tại Công ty sản xuất thủy tinh Ball Brothers, nhà máy bình thủy tinh ở Muncie, Indiana đã được điện khí hóa vào khoảng năm 1900, với quy trình tự động mới sử dụng máy thổi thủy tinh thay thế cho 210 thợ thủ công. Một chiếc xe tải điện nhỏ có thể xử lý 150 chục chai cùng lúc, trong khi những chiếc xe nâng tay chỉ làm được 6 chục chai. Máy trộn điện cũng đã thay thế công nhân dùng xẻng để xúc cát và các thành phần khác vào lò, trong khi một cần trục chạy bằng điện đã thay thế 36 công nhật trong việc di chuyển hàng nặng trong nhà máy.

Sản xuất hàng loạt trở nên phổ biến vào cuối thập niên 1910 và 1920 nhờ vào việc Công ty Ford Motor của Henry Ford ứng dụng động cơ điện vào dây chuyền sản xuất. Ford đã mua hoặc thiết kế và chế tạo nhiều cơ cấu và máy công cụ, chẳng hạn như máy khoan trục chính có thể khoan mọi lỗ trên mặt khối động cơ trong một lần thực hiện, hay máy phay nhiều đầu cho phép gia công đồng thời 15 khối động cơ. Tất cả máy công cụ này được sắp xếp một cách hệ thống trong quy trình sản xuất, và một số cơ cấu nặng được chuyển vào vị trí gia công bằng xe đặc biệt. Quy trình sản xuất Ford Model T sử dụng lên đến 32.000 máy công cụ.

Sản xuất tinh gọn, hay còn gọi là Just In Time (JIT), được phát triển tại Nhật Bản vào thập niên 1930. Phương pháp này chủ yếu nhằm tối ưu hóa thời gian trong hệ thống sản xuất và giảm thời gian phản hồi từ nhà cung cấp cũng như khách hàng. Vào thập niên 1950, tập đoàn Ô tô Anh của Úc đã áp dụng hệ thống này tại nhà máy Victoria Park ở Sydney, và sau đó Toyota đã tiếp nhận ý tưởng này. Năm 1977, thông tin về phương pháp này được đưa ra phương Tây qua hai bài báo tiếng Anh, một bài gọi nó là 'Hệ thống Ohno' theo tên Taiichi Ohno, người đã phát triển hệ thống cho Toyota. Bài còn lại do chính Toyota cung cấp chi tiết hơn về phương pháp này. Đến năm 1980, những thông tin này đã được công khai và nhanh chóng được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp tại Hoa Kỳ và các quốc gia khác.

Chính sách công nghiệp

Tài chính

Trong lĩnh vực tài chính, mục tiêu chính của sản xuất là tối đa hóa lợi ích chi phí cho mỗi đơn vị sản phẩm, từ đó giúp giảm giá thành sản phẩm cho thị trường hướng đến người tiêu dùng. Việc giảm chi phí cho thị trường là cách mà các công ty sản xuất bảo đảm tỷ suất lợi nhuận ổn định.

An toàn

Ngành sản xuất chế tạo đối mặt với nhiều thách thức liên quan đến sức khỏe và an toàn lao động. Viện Sức khỏe và An toàn Lao động Quốc gia Hoa Kỳ (NIOSH) đã xác định đây là một ngành công nghiệp ưu tiên trong Chương trình Nghiên cứu Nghề nghiệp Quốc gia (NORA) để phát hiện và đề xuất các chiến lược can thiệp nhằm giải quyết các vấn đề sức khỏe và an toàn lao động.

Đầu tư

Khảo sát và phân tích về xu hướng cùng vấn đề trong sản xuất chế tạo và đầu tư toàn cầu tập trung vào các nội dung sau:

• Bản chất và nguồn gốc của những khác biệt đáng kể giữa các quốc gia về mức độ sản xuất chế tạo và sự phát triển kinh tế-công nghiệp nói chung;
• Năng lực cạnh tranh;
• Sự hấp dẫn đối với các nhà đầu tư trực tiếp nước ngoài.

Ngoài các tổng quan tổng thể, các nhà nghiên cứu đã phân tích các tính năng và yếu tố ảnh hưởng đến những khía cạnh cụ thể trong phát triển sản xuất chế tạo. Họ so sánh tình hình sản xuất chế tạo và đầu tư ở nhiều quốc gia phương Tây và phi phương Tây, đồng thời trình bày các nghiên cứu điển hình về sự tăng trưởng và hiệu quả trong từng ngành công nghiệp quan trọng cùng các khu vực kinh tế thị trường.

Vào ngày 26 tháng 6 năm 2009, Giám đốc điều hành của General Electric, Jeff Immelt, đã kêu gọi Hoa Kỳ nâng tỷ lệ việc làm trong ngành sản xuất chế tạo lên 20% tổng số lao động, nhấn mạnh rằng một số lĩnh vực đã thuê quá nhiều lao động nước ngoài và không thể tiếp tục dựa vào khu vực tài chính và chi tiêu của người tiêu dùng để thúc đẩy nhu cầu. Mặc dù ngành sản xuất chế tạo của Hoa Kỳ hoạt động tốt hơn so với phần còn lại trong nền kinh tế nội bộ, nhưng nghiên cứu cho thấy hiệu suất kém hơn so với ngành sản xuất chế tạo tại các quốc gia có mức lương cao khác. Từ năm 2000 đến 2007, Hoa Kỳ đã mất khoảng 3,2 triệu việc làm, tương đương 1/6 trong lĩnh vực sản xuất chế tạo.

Các quốc gia hàng đầu trong sản xuất chế tạo

Theo Tổ chức Phát triển Công nghiệp Liên Hợp Quốc (UNIDO), Trung Quốc là quốc gia đứng đầu trong ngành sản xuất chế tạo toàn cầu tính đến năm 2021, chiếm 28,7% tổng sản lượng sản xuất chế tạo, tiếp theo là Hoa Kỳ, Nhật Bản, Đức và Ấn Độ.

UNIDO cũng công bố Chỉ số Cạnh tranh Công nghiệp (CIP) để đo lường khả năng sản xuất chế tạo của các quốc gia. Chỉ số này kết hợp tổng sản lượng sản xuất chế tạo của một quốc gia với các yếu tố khác như năng lực công nghệ và ảnh hưởng của quốc gia đó đối với nền kinh tế toàn cầu. Đức đứng đầu về Chỉ số CIP năm 2020, theo sau là Trung Quốc, Hàn Quốc, Hoa Kỳ và Nhật Bản.

Danh sách các quốc gia theo sản lượng

Dưới đây là 50 quốc gia hàng đầu được xếp hạng dựa trên tổng giá trị sản lượng chế tạo trong năm, quy đổi ra đô la Mỹ theo ghi nhận của Ngân hàng Thế giới.

Phân loại

Trong các tài liệu thống kê, khu vực chế tạo thường được phân chia thành các ngành nghề sau:

• Chế biến thực phẩm, đồ uống và thuốc lá.
• Dệt may và sản phẩm từ da.
• Chế biến gỗ và các sản phẩm từ gỗ.
• Xuất bản và in ấn.
• Sản phẩm từ than, dầu mỏ và hạt nhân.
• Sản xuất vật liệu xây dựng.
• Hóa chất và sản phẩm hóa chất.
• Sản phẩm cao su và nhựa.
• Chế biến khoáng sản phi kim.
• Chế biến khoáng sản kim loại.
• Chế tạo máy móc và thiết bị.
• Chế tạo thiết bị điện và điện tử.
• Chế tạo công cụ chính xác.
• Chế tạo ô tô, xe máy và các phương tiện giao thông.
• Các ngành chế tạo khác.

• Trong không gian 3D

Sách vở

• Haviland, William A. (2005). Nhân học văn hóa: Thách thức của nhân loại (bằng tiếng Anh). The Thomson Corporation. ISBN 978-0-534-62487-3.
• Hounshell, David (1984), Từ hệ thống Mỹ đến sản xuất hàng loạt, 1800-1932: Sự phát triển công nghệ sản xuất tại Hoa Kỳ (bằng tiếng Anh), JHU Press, ISBN 9780801831584
• Hunter, Louis C. (1985). Lịch sử năng lượng công nghiệp Hoa Kỳ, 1730–1930, Tập 2: Năng lượng hơi nước (bằng tiếng Anh). Charlottesville: University Press of Virginia.
• Industrial Systems Research (2011). Sản xuất chế tạo và đầu tư trên toàn thế giới: Khảo sát quốc tế về các yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng và hiệu suất (bằng tiếng Anh) (ấn bản thứ 2). Manchester. ISBN 0-906321-25-5. OCLC 49552466.
• Jerome, Harry (1934). Cơ giới hóa công nghiệp (bằng tiếng Anh). National Bureau of Economic Research. ISBN 9780870140266.
• Landes, David S. (2003). Prometheus không giới hạn (bằng tiếng Anh). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-53402-4.
• Merson, John (1990). Thiên tài đó là Trung Quốc: Đông và Tây trong quá trình hình thành thế giới hiện đại (bằng tiếng Anh). Woodstock, NY: The Overlook Press. ISBN 978-0-87951-397-9.
• Moorey, Peter Roger Stuart (1999). Vật liệu và công nghiệp Lưỡng Hà cổ đại: Bằng chứng khảo cổ học (bằng tiếng Anh). Eisenbrauns. ISBN 978-1575060422.
• Nye, David E. (1990). Điện khí hóa Mỹ: Ý nghĩa xã hội của một công nghệ mới (bằng tiếng Anh). Cambridge, Massachusetts, Hoa Kỳ và London, Anh: The MIT Press.
• Ohno, Taiichi (1988). Hệ thống sản xuất Toyota: Vượt trên sản xuất quy mô lớn (bằng tiếng Anh). CRC Press. ISBN 978-0-915299-14-0.
• Paine, Lincoln (2014). Biển và nền văn minh: Lịch sử hàng hải thế giới (bằng tiếng Anh). New York: Atlantic Books Ltd. ISBN 9781782393573.
• Potts, D. T. (2012). Đồng hành với Khảo cổ học Cận Đông cổ đại (bằng tiếng Anh). John Wiley & Sons. ISBN 9781405189880.
• Rosen, William (2012). Ý tưởng mạnh mẽ nhất trên thế giới: Chuyện hơi nước, công nghiệp và phát minh (bằng tiếng Anh). University Of Chicago Press. ISBN 978-0-226-72634-2.
• Shingō, Shigeo (1985). Cách mạng trong sản xuất: hệ thống SMED (bằng tiếng Anh). ISBN 0-915299-03-8. OCLC 12255263.
• Tóth, Zsuzsanna (2012). Anders, Alexandra; Siklósi, Zsuzsanna (biên tập). Các công cụ bằng xương, sừng và ngà của Văn hóa Körös thời kỳ đồ đá mới (bằng tiếng Anh). Oxford: BAR International Series 2334.
• Waldbaum, Jane C. (1978). Từ đồng sang sắt: Chuyển đổi từ thời đại đồ đồng sang đồ sắt ở Đông Địa Trung Hải (bằng tiếng Anh). Paul Aström. ISBN 91-85058-79-3. OCLC 1146527679.

Tạp chí

• Ashburn, A. (tháng 7 năm 1977). “Hệ thống Ohno nổi tiếng của Toyota” ['Toyota's 'famous Ohno system']. American Machinist (bằng tiếng Anh).

Liên kết bên ngoài

• Ngành chế biến và chế tạo tại Việt Nam hiện nay (tiếng Việt)