Xưởng phụ tùng ô tô của anh Quý nhận đơn chế tạo cụm giá đỡ bằng thép cho một hãng lắp ráp trong nước. Bản vẽ đẹp, mẫu chạy tốt, khách duyệt nhanh. Vào loạt thì tổ lắp ráp bắt đầu kêu: một cụm hơn mười chi tiết, bốn loại ốc khác nhau, riêng hai con bu lông phải bắt từ dưới lên nên công nhân phải lật đồ gá mỗi lần. Cuối tháng, kế toán giá thành đưa ra con số cao hơn hẳn mức phòng kinh doanh đã trót chào khách. Điều lạ là không ai làm sai cả. Bản vẽ đúng, gia công đúng, lắp đúng, kiểm tra đạt. Chỉ có một việc không ai làm: lúc ngồi vẽ, không ai hỏi câu ra xưởng thì cụm này làm mất bao nhiêu.
Chúng tôi xin phép đổi tên anh Quý, như mọi nhân vật trong kênh này. Chính câu hỏi anh bỏ quên ấy là chỗ bắt đầu của Thiết kế cho chế tạo, tiếng Anh là Design for Manufacturing, viết tắt DFM. Nói mộc thì DFM là việc chỉnh lại thiết kế nhằm hạ chi phí chế tạo, mà không đánh đổi chất lượng. Nó dựa trên một sự thật người làm nghề lâu năm nào cũng thấm: mỗi nét vẽ, mỗi dung sai, mỗi lựa chọn vật liệu đều lặng lẽ đẩy tiền vào giá thành sau này, và khoản tiền ấy chỉ hiện ra khi hàng đã chạy loạt. Mục tiêu cuối cùng của DFM vì thế rất gọn: sản phẩm đủ chất lượng với chi phí thấp nhất có thể, tức là thành công về mặt kinh tế chứ không chỉ thành công về kỹ thuật.
DFM không đứng một mình. Nó nằm trong cả một họ hoạt động thường được gọi là thiết kế cho một mục tiêu nào đó: cho lắp ráp, cho môi trường, cho độ tin cậy. Riêng DFM được làm nhiều nhất ở giai đoạn thiết kế hệ thống và thiết kế chi tiết, khi hình hài sản phẩm đã rõ. Nhưng người có kinh nghiệm nghĩ đến nó sớm hơn, ngay từ lúc còn cân nhắc chọn phương án, bởi càng về sau thì sửa càng đắt và càng ít chỗ để sửa.
Muốn làm DFM tử tế thì phải có thông tin, và thông tin ấy nằm ở ba nơi. Thứ nhất là phương án thiết kế, tức bản vẽ và thông số, mà phải có cho tất cả phương án đang cân nhắc chứ không riêng phương án mình đang thích. Thứ hai là hiểu biết cặn kẽ về dây chuyền sản xuất và lắp ráp của chính mình. Thứ ba là thông số sản xuất ở mức ước lượng: chi phí gia công, chi phí lắp ráp, sản lượng có thể đạt, thời gian sản xuất. Thứ hay thiếu nhất lại là thứ hai. Xưởng anh Quý thiếu đúng thứ đó: người vẽ ngồi một phòng, xưởng chạy một nơi, và bản vẽ được chuyển đi như ném qua tường.
Để bàn chuyện tiền cho rõ, cần biết chi phí sản xuất một sản phẩm gồm những khối nào. Khối thứ nhất là chi phí linh kiện, tức các chi tiết cấu thành sản phẩm, và chúng có hai đường vào: tự làm tại xưởng thì gánh chi phí vật liệu, gia công, dụng cụ; mua ngoài thì nằm luôn trên báo giá nhà cung cấp gửi tới. Khối thứ hai là chi phí lắp ráp, gồm nhân công và đồ gá phục vụ lắp, trong đó phần nhân công gắn chặt với thời gian lắp. Khối thứ ba là chi phí hỗ trợ và các khoản gián tiếp khác, thứ ít ai để ý nhưng cứ âm thầm cộng vào.
Còn một cách chia nữa, quen với bất cứ ai từng đi mua khuôn, là chia thành chi phí cố định và chi phí biến đổi. Cố định là khoản bỏ ra một lần rồi thôi: khuôn, đồ gá, máy móc, dụng cụ chuyên dùng. Biến đổi là khoản cứ thêm một sản phẩm thì thêm một lần: vật liệu, điện, dao cụ, nhân công trực tiếp. Cùng một chi tiết thường có vài đường gia công, mỗi đường một kiểu nặng nhẹ: phương án này đầu tư khuôn lớn nhưng mỗi sản phẩm rất rẻ, phương án kia gần như không phải đầu tư gì nhưng mỗi sản phẩm lại đắt. Nếu vẽ tổng chi phí của từng phương án theo sản lượng, hai đường sẽ cắt nhau ở một điểm. Dưới điểm đó thì phương án nhẹ vốn có lợi, trên điểm đó thì phương án đầu tư khuôn thắng. Việc của nhóm thiết kế là biết sản lượng thật của mình nằm ở phía nào, thay vì chọn theo thói quen hay theo lời chào của bên bán khuôn.
Khi đã nhìn ra ba khối chi phí, việc tiếp theo là tìm chỗ cắt. Cắt ở phần linh kiện thường dễ thấy nhất: bỏ chi tiết thừa, giảm vật liệu, giảm số bước gia công. Sâu hơn là chỉnh thiết kế cho khớp năng lực xưởng đang có, vì nếu một bề mặt đòi độ chính xác vượt quá máy hiện tại thì sửa thiết kế rẻ hơn nhiều so với mua máy mới. Còn nếu sửa thế nào cũng không làm được, hướng đi là chuẩn hoá chi tiết đó để đặt mua ngoài. Mua chi tiết tiêu chuẩn lợi kép: không phải chôn vốn vào thiết bị, và vì nhà cung cấp bán cho rất nhiều khách nên giá họ chào thường tốt hơn mình tự làm. Các hãng máy tính, điện thoại, ô tô đi đường này từ lâu; họ giữ phần thiết kế và trải nghiệm, còn chip, vòng bi, gioăng thì mua của người khác.
Cắt ở phần lắp ráp là chỗ thiết kế có sức nặng nhất, và cũng là chỗ dễ bị bỏ qua nhất. Nguyên tắc đầu tiên là giảm số chi tiết, vì ít chi tiết thì lắp nhanh hơn, ít cơ hội sai hơn và dễ tự động hoá hơn. Để giảm, nhóm thiết kế rà từng chi tiết một và hỏi mấy câu rất giản dị: chi tiết này có buộc phải chuyển động so với phần còn lại không, có buộc phải làm bằng vật liệu khác không, có buộc phải đứng riêng vì lý do lắp ráp hay sửa chữa không. Nếu đều là không, nó hoàn toàn có thể gộp vào chi tiết bên cạnh. Cùng hướng đó là dùng chi tiết chung cho nhiều sản phẩm, giúp giảm tồn kho, giảm chủng loại phải quản, và tay công nhân cũng quen hơn nên thao tác nhanh hơn.
Nguyên tắc thứ hai là thiết kế sao cho không thể lắp sai, bằng cách tạo mấu, tạo hình dạng bất đối xứng, đặt chốt chặn, để chi tiết chỉ vào được đúng một chiều. Đây chính là tinh thần chống nhầm mà nhiều nhà máy đã quen gọi bằng tên tiếng Nhật. Nguyên tắc thứ ba là làm cho chi tiết dễ cầm và dễ đưa vào vị trí: không quá nhỏ đến mức phải dùng kìm gắp, không quá lớn đến mức phải hai tay, hạn chế thứ hay rối như dây và ống mềm, hạn chế bề mặt trơn dính hay cạnh sắc. Nếu sắp được cho các chi tiết cùng lắp theo một hướng, tốt nhất là từ trên xuống thuận trọng lực, trên nền chắc chắn, và công nhân nhìn rõ chỗ mình đang làm, thì thời gian lắp tự rút ngắn. Hai con bu lông bắt ngược từ dưới lên ở xưởng anh Quý vướng đúng chỗ này. Ngay cả cách bắt chặt cũng có bậc giá: cơ cấu tự cài như nẫy nhựa thường rẻ nhất về mặt lắp ráp, tán đinh tốn hơn, ốc vít đắt nhất. Dù vậy vẫn phải chừa đường cho thợ bảo trì tháo ra sau này.
Khối cuối cùng, chi phí hỗ trợ, giảm được bằng cách làm cho cả hệ thống sản xuất bớt rối: càng ít chủng loại chi tiết, càng ít công đoạn đặc biệt, càng ít ngoại lệ thì càng đỡ tốn người theo dõi và đỡ tốn tiền chữa cháy.
Điều cuối cần nhớ là DFM không phải bùa hộ mệnh. Sửa thiết kế để rẻ hơn luôn kéo theo cái giá của nó: có thể kéo dài thời gian phát triển, có thể phát sinh phụ phí, có thể làm sản phẩm khó sửa chữa hoặc khó tái chế hơn, đôi khi còn động đến độ tin cậy. Vì vậy sau mỗi vòng cắt giảm, nhóm phải ngồi lại xem cái được có nhiều hơn cái mất hay không, chưa đạt thì làm lại vòng nữa. Đó cũng là chỗ phân biệt một xưởng cắt chi phí theo cảm tính với một nhóm thiết kế biết mình đang đánh đổi cái gì lấy cái gì.
Vậy nên câu hỏi để lại cho anh chị hôm nay: cụm chi tiết mà tổ lắp ráp bên anh chị hay than nhất, đã bao giờ được đưa ngược trở lại bàn thiết kế chưa?