Bài giảng Thiết kế hệ thống sản xuất - Chương 3: Biểu đồ sản xuất và hệ thống sản xuất

Chia sẻ: Star Star | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:39

Thêm vào BST

Báo xấu

536
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 3 sẽ giới thiệu các công cụ giúp người kỹ sư xây dựng những phương pháp sản xuất từ các ý tưởng thiết kế trên lý thuyết. Chương này gồm ba phần: Phần 1 sẽ giới thiệu biểu đồ sản xuất. Những biểu đồ sản xuất này là xương sống trong việc lập kế hoạch sản xuất và cải thiện hoạt động sản xuất. Tiếp theo, các hệ thống sản xuất sẽ dẫn chúng ta đến các loại hình tổ chức sản xuất khác nhau, ưu điểm và nhược điểm của mỗi loại.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thiết kế hệ thống sản xuất - Chương 3: Biểu đồ sản xuất và hệ thống sản xuất

Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT Quámộttrìnhbảnsảnvẽ xuất là quá trình chuyển thiết kế sản phẩm trên sản xuất tổ hợp nhiều sản phẩm khác nhau? Chương 3 sẽ giới thiệu các công giấy thành một sản phẩm thực. Quá trình cụ giúp người kỹ sư xây dựng những này bao gồm các công đoạn gia công cơ phương pháp sản xuất từ các ý tưởng khí được thực hiện bởi nhóm công nhân thiết kế trên lý thuyết. Chương này gồm có trình độ tay nghề và thực hiện tại một ba phần: Phần 1 sẽ giới thiệu biểu đồ nhà máy hay phân xưởng sản xuất. Để lựa sản xuất. Những biểu đồ sản xuất này là chọn được phương án sản xuất kinh tế xương sống trong việc lập kế hoạch sản nhất và khả thi nhất trong điều kiện thực xuất và cải thiện hoạt động sản xuất. tế của nhà máy, người kỹ sư cần phải phân Tiếp theo, các hệ thống sản xuất sẽ dẫn tích nhiều phương án sản xuất khác nhau chúng ta đến các loại hình tổ chức sản dựa trên kiến thức về đặc trưng các xuất khác nhau, ưu điểm và nhược điểm phương pháp gia công. Có nhiều yếu tố của mỗi loại. Phần tiếp theo sẽ trình cần phải được xem xét - ví dụ: nhà máy bày về kỹ thuật làm thế nào để nhóm phải sản xuất một loại hay nhiều loại sản các máy công cụ lại và tạo thành các ô phẩm? Sản lượng mỗi loại là bao nhiêu? làm việc một cách hiệu quả. Cuối cùng Yêu cầu trình độ tay nghề công nhân như là phần minh họa các mô hình để lập thế nào? Độ linh hoạt trong sản xuất khi Kế hoạch lao động cải thiện hiệu quả sản phẩm sản xuất thay đổi hay khi cần làm việc .
2 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 3.1 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT Để minh họa các hoạt động liên quan tới quá trình sản xuất một sản phẩm, người ta thường sử dụng các biểu đồ. Phương pháp biểu đồ giúp người kỹ sư nắm bắt được các bước tiến hành sản xuất ra một sản phẩm. Chúng cũng giúp giải quyết rất nhiều vấn đề liên quan đến khâu thiết kế mặt bằng bố trí sản xuất. Sơ đồ lắp ráp, biểu đồ tiến trình sản xuất và biểu đồ sản xuất được xây dựng bằng cách sử dụng các ký hiệu đã được tiêu chuẩn hóa bởi Hiệp Hội Các Kỹ Sư Cơ Khí Hoa Kỳ - American Society of Mechanical Engineers năm 1947. 3.1.1. CÁC KÝ HIỆU VÀ MÔ TẢ Các ký hiệu đại diện cho năm hoạt động cơ bản trong sản xuất là:  O: Operation. Nguyên công. Đây là hành động làm thay đổi một đặc tính nào đó của chi tiết, vật liệu hay sản phẩm. Ví dụ: tiện một trục máy làm thay đổi đường kính của trục, uốn cong làm thay đổi hình dạng một thanh sắt, khoan các lỗ trên một chi tiết máy.  →: Transportation. Vận chuyển. Sự dịch chuyển công nhân, vật liệu hay thiết bị.  □: Inspection. Kiểm tra. Kiểm tra chất lượng, số lượng sản phẩm.  D: Delay. Trì hoãn.  ▼: Storage. Lưu kho. Chi tiết, vật liệu được nhập hoặc xuất kho một cách có kiểm soát. 3.1.2. SƠ ĐỒ LẮP RÁP VÀ SƠ ĐỒ TIẾN TRÌNH SẢN XUẤT Khi chúng ta thiết kế một hệ thống sản xuất dựa trên một bản vẽ thiết kế sản phẩm sẵn có, chúng ta chưa có bản vẽ bố trí mặt bằng trang thiết bị. Ở bước này, chúng ta chỉ có thể hình dung trong đầu những nguyên công cần thiết và trình tự các nguyên công để gia công ra sản phẩm đó. Sơ đồ lắp ráp và sơ đồ tiến trình sản xuất là những phương pháp giúp chúng ta thể hiện trình tự các nguyên công một cách trực quan nhất. Sơ đồ lắp ráp đưa ra một bức tranh tổng thể về quá trình tập hợp các chi tiết riêng lẻ lại và lắp ráp thành sản phẩm hoàn chỉnh. Hoặc ngược lại, làm thế nào một sản phẩm hoàn chỉnh có thể được tháo rời ra thành các chi tiết đơn lẻ. Hình 3.1 minh họa sơ đồ lắp ráp một ấm nước.
Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 3 Hình 3.1. Sơ đồ lắp ráp một ấm nước. Một ứng dụng quan trọng khác của sơ đồ lắp ráp là lập kế hoạch sản xuất, đặc biệt trong sản xuất đơn chiếc. Hình 3.2 được vẽ với một tỉ lệ phù hợp kèm theo đơn vị thời gian. Trong đó, Subassembly: cụm lắp ráp. Final assembly and inspection: lắp ráp hoàn thiện và kiểm tra. Sơ đồ gồm có nhiều thanh, mỗi thanh thể hiện thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc việc sản xuất hoặc lắp đặt một sản phẩm. Nếu biết được thời hạn cuối phải hoàn thành sản phẩm, chúng ta có thể truy ngược lại để xác định khoảng thời gian sản xuất của từng bộ phận. Hình 3.2. Sơ đồ lắp ráp cho lập kế hoạch sản xuất. Trở lại ví dụ về ấm nước, hình 3.3 thể hiện sơ đồ tiến trình sản xuất cho ấm nước. Sơ đồ thể hiện các nguyên công gia công và kiểm tra cho mỗi
4 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT chi tiết trong quá trình chuyển đổi từ vật liệu thô đến hoàn thành lắp ráp. Việc chuẩn bị sơ đồ này góp phần chi tiết hóa sơ đồ lắp ráp (Hình 3.1). 3.1.3. Hình Sơ đồ 3.3ƯỚC LƯỢNG THỜIsản tiến trình xuất của ấm nước. GIAN Với mỗi nguyên công (gia công hay kiểm tra) trong sơ đồ tiến trình sản xuất, chúng ta cần ước lượng khoảng thời gian cần để hoàn thành công việc đó. Đây là một nhiệm vụ rất phức tạp vì thời gian để hoàn thành một công việc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như máy móc, dụng cụ, đồ gá. Máy điều khiển tự động, ví dụ, có thể tốn ít thời gian hơn để hoàn thành cùng một công việc với máy điều khiển bằng tay. Tiếp theo, tốc độ cắt và tốc độ ăn dao cũng ảnh hưởng thời gian gia công. Việc ước lượng thời gian có thể dựa vào kinh nghiệm và hồ sơ dữ liệu về quá trình sản xuất. Đối với một công ty mới thì những dữ liệu này hiếm khi có sẵn. Khi đó chúng ta phải tham khảo các Bảng hệ số công việc, Bảng thời gian gia công, v.v... Các bảng này chủ yếu đưa ra các số liệu về gia công thủ công. Một cách khác để tính toán thời gian là sử dụng đồng hồ đo thời gian cho từng thao tác và lập thành bảng như Hình 3.4. Thời gian gia công còn có thể được xác định theo các công thức tính toán lấy từ Sổ tay công nghệ.
Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 5 Hình 3.4 Bảng thời gian gia công. Ngoài thời gian gia công, chúng ta cũng cần ước lượng thời gian của các công việc khác, ví dụ, thời gian kiểm tra. Dĩ nhiên, người kỹ sư sẽ được yêu cầu cập nhật các giá trị thời gian này hay thiết kế lại các công việc khi quá trình sản xuất bắt đầu. 3.1.4. PHIẾU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Bước tiếp theo trong lập kế hoạch sản xuất là thiết lập Phiếu quy trình công nghệ trong đó thể hiện các thông tin như: chế tạo một chi tiết như thế nào, các loại máy móc nào cần thiết, sử dụng dụng cụ cắt nào, ước lượng thời gian cài đặt máy, và thời gian sản xuất. Hình 3.5 thể hiện một Phiếu quy trình công nghệ. Phiếu quy trình sẽ được lập cho mỗi chi tiết cấu thành sản phẩm.
6 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT Hình 3.5 Phiếu quy trình công nghệ. Sản phẩm: ấm nấu nước Phần số: 6 Số tờ: 1 của 1 Chuẩn bị bởi: Chong Ngày: 28 tháng 01 Quá trình hoạt động Thời gian Thiết bị Giờ/chi Chi Máy cài đặt phụ trợ tiết tiết/giờ STT Mô tả (giờ) 50 phần 10 Quá trình đúc Đúc áp lực 0.05 0.02 của 6 bộ phận Cắt bên ngoài chi Máy cắt 20 0.002 500 tiết cầm tay 30 Khoan lỗ trục Máy khoan 0.02 0.0035 285 40 Kiểm tra 0.0017 580 Thông tin tổng hợp từ các phiếu quy trình công nghệ rất quan trọng và được sử dụng tại nhiều công đoạn trong việc lập kế hoạch sản xuất. Chúng ta sẽ được thấy trong chương tiếp theo các thông tin này sẽ được dùng để tính toán số lượng máy móc và xác định chủng loại máy móc cần mua để đạt được một số lượng sản phẩm nhất định, để tính toán số lượng công nhân và xác định kỹ năng tay nghề của công nhân, xác định hệ thống sản xuất nào sẽ được sử dụng, và tất nhiên là thiết lập bản vẽ bố trí mặt bằng của toàn bộ nhà máy. Phiếu quy trình công nghệ và danh mục vật liệu tạo thành dữ liệu căn bản cho việc thiết kế hệ thống sản xuất. 3.1.5. CÁC BIỂU ĐỒ KHÁC Biểu Đồ Tay Trái – Tay Phải: Biểu đồ tay trái-tay phải liệt kê các công việc được hoàn thành cùng lúc bởi cả tay trái và tay phải của người công nhân tại một vị trí làm việc cố định. Sơ đồ này có hai cột, mỗi cột tương ứng với một tay, liệt kê trình tự công việc yêu cầu. Vòng tròn nhỏ thể hiện việc di chuyển chi tiết hay di chuyển tay, vòng tròn lớn thể hiện một
Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 7 nguyên công, chẳng hạn cầm, nắm, định vị, tháo rời chi tiết v.v… Hình 3.6 minh họa một phần nhỏ của Sơ đồ tay trái – tay phải cho nguyên công lắp ráp một bulông vào đai ốc. Mục đích xây dựng biểu đồ là để thiết kế trạm làm việc và thiết kế trình tự công việc sao cho cả hai tay của người công nhân đều được sử dụng tối đa vào công việc thay vì làm những việc ít năng suất như cầm nắm, vận chuyển hoặc trì hoãn. Hình 3.6 Biểu đồ tay trái – tay phải Biểu Đồ Theo Nhóm: Biểu đồ theo nhóm mô tả hoạt động đồng thời của tất cả thành viên trong một nhóm hay một đội làm việc, hoặc mô tả các hoạt động được hoàn thành bởi sự kết hợp giữa một hoặc nhiều người với một hoặc nhiều đối tượng. Ví du, nhiều người – nhiều máy móc, hoặc một người - một máy móc. Mục đích của biều đồ là giúp người kỹ sư hình dung mọi chi tiết công việc được hoàn thành bởi một nhóm. Từ đó giảm thiểu các yếu tố không mang tính sản xuất của một cá nhân trong nhóm, và đạt được
8 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT một sự cân bằng công việc giữa các thành viên trong nhóm. Hình 3.7 là một biểu đồ theo nhóm mô tả các bước thực hiện một nhiệm vụ được hoàn thành bởi nhóm có ba thành viên. Hình 3.7. Biểu đồ theo nhóm Biểu Đồ Gantt. Trong biểu đồ Gantt, trục nằm ngang thể hiện thời gian dự kiến (có thể là thời gian thực) hoàn thành một công việc hay một nhiệm vụ. Thời gian này có thể rút ngắn nếu chúng ta tăng thêm nguồn tài nguyên, chẳng hạn nhân lực hoặc máy móc, thực hiện dự án. Mục tiêu của biểu đồ Gantt là giúp phân bổ một nguồn tài nguyên hữu hạn cho tất cả các hoạt động khác nhau sao cho tổng thời gian hoàn thành là nhỏ nhất. Hình 3.8a trình bày một biểu đồ Gantt cho bốn công việc liên quan đến việc thực hiện một hợp đồng. Đường đứt đoạn thể hiện cho một thanh trượt, thanh trượt có thể dịch chuyển theo phương ngang đến bất kỳ thời điểm nào để giúp so sánh tiến độ của dự án với tiến độ tại thời điểm
Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 9 đó. Tiến độ thực sự của mổi công việc được đánh dấu bởi một con trượt, thể hiện trong hình là một chấm đen. Như trong ví dụ trên, nhiệm vụ B và D đang chậm tiến độ. Hình 3.8b là một phiên bản khác của biểu đồ Gantt. Các phòng ban được thể hiện kèm theo các nhiệm vụ họ phải thực hiện được sắp xếp theo trình tự. Chiều dài của mỗi thanh thể hiện thời gian dự kiến hoàn thành công việc, trong khi phần tô đậm thể hiện tiến độ thực tế. Hình 3.8 Biểu đồ Gantt
10 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 3.1.6. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH SẢN XUẤT Sơ đồ quy trình sản xuất là một công cụ quan trọng khác để phân tích quy trình sản xuất hiện hữu. Sơ đồ thể hiện trực quan mỗi công đoạn trong quá trình sản xuất sản phẩm, bắt đầu từ vật liệu thô đến khi sản phẩm hoàn thành. Tất cả các hoạt động gia công, vận chuyển, trì hoãn, kiểm tra, và lưu kho đều được ghi chú bằng các ký hiệu trên sơ đồ. Mục đích ở đầy là để tìm ra phương thức sản xuất có ít ký hiệu trên sơ đồ nhất. Ví dụ, một số bước gia công có thể kết hợp với nhau hoặc loại bỏ bớt, hoặc giảm thời gian vận chuyển bằng cách bố trí lại máy móc thiết bị hoặc tìm ra một chu trình vận chuyển khác, và giảm thời gian trì hoãn bằng cách lên kế hoạch sản xuất hợp lý hơn. Người kỹ sư phải đặt ra các câu hỏi What? Why? When? Who? Where? và How? ở tại mỗi công đoạn nhằm cải thiện hoạt động của toàn nhà máy. Sơ đồ quy trình sản xuất được lập ra để theo dõi quy trình sản xuất của một sản phẩm hoặc của quy trình hoạt động của con người nhưng không thể đồng thời theo dõi cả hai việc trên. Hình 3.9 minh họa một sơ đồ quy trình sản xuất.
Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 11 Hình 3.9 Sơ đồ quy trình sản xuất
12 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 3.2 CÁC LOẠI HỆ THỐNG SẢN XUẤT Xác định một loại hệ thống sản xuất phù hợp là bước tiếp theo trong việc thiết kế nhà máy. Phần này sẽ thảo luận về các loại hệ thống sản xuất và lập kế hoạch lao động. Hệ thống sản xuất được phân loại dựa trên sự bố trí máy móc và các phòng ban bên trong một nhà máy. Các loại hệ thống sản xuất kéo dài từ sản xuất nhỏ lẻ với hầu hết các công đoạn được thực hiện thủ công đến các dây chuyền sản xuất tự động hóa hoàn toàn. Việc xác định một loại hệ thống sản xuất phù hợp phải căn cứ vào các yếu tố sau: số lượng chủng loại sản phẩm khác nhau cần chế tạo, hình thức đặt mua hàng (Made To Stock hay Made To Order), số lượng sản phẩm, và tần suất tái đặt mua hàng. Các yếu tố khác như: mức độ ổn định trong nhu cầu thị trường và tổng thời gian vận hành nhà máy cũng đóng vai trò quan trọng. Nguyên tắc chung là: sản lượng nhiều thích hợp cho sản xuất tự động hóa, sản lượng thấp thích hợp cho sản xuất thủ công. Có bốn loại hệ thống sản xuất, đó là: hệ thống sản xuất đơn chiếc, hệ thống sản xuất theo lô, hệ thống sản xuất khối lớn và liên tục, hệ thống sản xuất linh hoạt và theo ô. 3.2.1. HỆ THỐNG SẢN XUẤT ĐƠN CHIẾC Hệ thống sản xuất đơn chiếc thích hợp cho các công ty sản xuất nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau với số lượng tương đối nhỏ cho mỗi loại. Hệ thống này đòi hỏi sử dụng các trang thiết bị đa năng, trình độ công nhân tay nghề cao, và các dụng cụ cũng như đồ gá đa năng. Có thể nhóm các máy công cụ lại với nhau để tạo thành các phân xưởng sản xuất (xem Hình 3.10). Sản phẩm sẽ di chuyển lần lượt qua các phân xưởng theo một trình tự nhất định. Rất nhiều vấn đề nảy sinh đối với hệ thống sản xuất này. Chi phí đầu tư cho các dụng cụ và đồ gá khá lớn; và khó khăn trong việc thiết lập sự cân bằng khối lượng công việc giữa các máy trong dây chuyền. Một vài chi tiết có thể phải qua một phân xưởng nhiều lần, dẫn đến tăng khối lượng vận chuyển vật liệu. Chi tiết có thể phải qua bước trung gian lưu trữ tạm thời, dẫn đến một phần diện tích nhà xưởng dùng làm kho chứa vật tư. Năng suất của hệ thống sản xuất đơn chiếc - tức là tỉ lệ phần trăm của thời gian sản xuất thực - thấp, chủ yếu bởi vì thời gian cài đặt máy, thời gian vận chuyển vật liệu cao. Mức độ tự động hóa dây chuyền ở mức thấp;
Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 13 tuy nhiên dây chuyền có độ linh hoạt cao trong sản xuất nhiều loại sản phẩm Hình 3.10 Dũa Sơ đồ mặt bằng của hệ thống sản xuất đơn chiếc khác nhau. Hệ thống sản xuất đơn chiếc có mức độ đáp ứng cao đối với những thay đổi của thị trường. Ước lượng tại Mỹ có khoảng 30 đến 50% hệ thống sản xuất thuộc loại này. 3.2.2. HỆ THỐNG SẢN XUẤT THEO LÔ Hệ thống sản xuất theo lô thích hợp cho việc sản xuất nhiều chi tiết khác nhau, nhưng số lượng chi tiết khác nhau đó không nhiều như ở sản xuất đơn chiếc. Nhưng không giống như sản xuất đơn chiếc, số lượng sản phẩm chế tạo mỗi năm ở đây đã được xác định. Nhu cầu cho mỗi sản phẩm cũng ổn định và liên tục. Công suất của nhà máy sẽ được thiết kế lớn hơn nhu cầu sản phẩm, và sản phẩm được sản xuất theo lô. Mỗi sản phẩm được sản xuất một lần và lưu kho. Số lượng sản phẩm lưu kho được tính toán từ trước sao cho đáp ứng đủ nhu cầu thị trường tại thời điểm hiện tại và đến một thời điểm nào đó ở tương lai. Sau đó nhà máy sẽ chuyển sang sản xuất sản phẩm khác. Khi số lượng lưu kho của một sản phẩm xuống dưới mức độ tính toán, sản phẩm đó sẽ được lên kế hoạch sản xuất tiếp tục. Trang thiết bị máy móc phục vụ cho sản xuất theo lô có phần được chuyên môn hóa và được nhóm lại để hoàn thành nhiệm vụ nào đó, điều đó có nghĩa rằng các loại máy móc khác loại nhau được bố trí cùng nhau. Yêu
14 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT cầu tay nghề công nhân có thể không cao như trong sản xuất đơn chiếc. Năng suất của hệ thống sản xuất theo lô cũng cao hơn. Các nhà sản xuất đồ gỗ nội thất, thiết bị gia dụng là điển hình sử dụng hệ thống sản xuất theo lô. 3.2.3. HỆ THỐNG SẢN XUẤT KHỐI LỚN Hệ thống sản xuất khối lớn được sử dụng cho sản xuất sản lượng lớn. Thông thường toàn bộ nhà máy chỉ sản xuất một loại sản phẩm mà thôi. Trang thiết bị máy móc do đó rất chuyên môn hóa và thời gian gia công nhanh, chi phí cho dụng cụ cắt, đồ gá cũng lớn. Khối lượng công việc được chia thành nhiều phần nhỏ. Yêu cầu tay nghề công nhân được giảm thiểu nhờ phương pháp này, nhưng nhiệm vụ của mỗi công nhân có thể lập đi lập lại và trở nên nhàm chán. Năng suất hệ thống sản xuất khối lớn rất cao và đạt được nhờ tự động hóa rộng rãi. Trong sản xuất khối lớn, năng suất của một dây chuyền sản xuất và kế hoạch lao động có thể được kiểm soát toàn bộ. Chúng ta có thể kiểm soát năng suất bằng cách thiết kế dây chuyền (hay trạm công tác) và/hoặc bổ nhiệm nhân lực cho các trạm công tác đó. (Những khái niệm này sẽ được giải thích rõ hơn bởi các ví dụ trong chương). Việc kiểm tra định kỳ số lượng sản phẩm tồn kho và nhu cầu thị trường sẽ quyết định việc thay đổi năng suất dây chuyền. Có hai cách phân loại hệ thống sản xuất khối lớn: dây chuyền lắp ráp và dòng chảy lắp ráp. Dây chuyền lắp ráp được sử dụng để sản xuất một sản phẩm rời rạc. Chi tiết lắp ráp được di chuyển từ trạm làm việc này đến trạm làm việc kế tiếp theo trình tự trên một hệ thống di chuyển vật liệu (như băng chuyền). Việc di chuyển chi tiết tại mỗi trạm làm việc là liên tục hoặc gián đoạn tùy thuộc vào đặc tính công việc. Tổng khối lượng công việc được phân phối giữa các trạm sao cho toàn bộ các trạm sẽ hoàn thành nhiệm vụ trong một khoảng thời gian xấp xỉ bằng nhau, gọi là chu kỳ sản xuất. Một ví dụ điển hình là dây chuyền lắp ráp xe oto. Thuật ngữ “dòng chảy lắp ráp” chủ yếu được sử dụng để mô tả một quá trình sản xuất liên tục chẳng hạn như của các loại hóa chất, chất lỏng, sản phẩm dạng khí, giấy, cũng như phương pháp gia công kéo dây.
Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 15 3.2.4. HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT VÀ SẢN XUẤT THEO Ô Hệ thống sản xuất theo ô là một hệ thống trong đó các chi tiết chung được tập hợp lại thành một nhóm và được sản xuất trong một ô có đầy đủ các máy móc cần thiết. Khi một chi tiết yêu cầu sản xuất với số lượng lớn, các ô có thể được thiết kế tự động hóa hoàn toàn và có thể xem các ô đó như là một hệ thống sản xuất linh hoạt. Ưu điểm chính của hệ thống sản xuất khối lớn là có chi phí sản xuất trên một đơn vị sản phẩm thấp. Chi phí này có hai thành phần: chi phí cố định (cho việc cài đặt) và chi phí biến đổi (chủ yếu là nhân công và vật liệu). Số lượng sản phẩm cần chế tạo trong một lần cài đặt càng lớn, chi phí cố định trên một đơn vị sản phẩm càng nhỏ. Vậy nên chi phí sản xuất trên một đơn vị sản phẩm của hệ thống sản xuất khối lớn thấp hơn nhiều so với sản xuất đơn chiếc. Nhưng nếu số lượng sản phẩm không đủ lớn để bảo đảm cho việc sử dụng hiệu quả hệ thống sản xuất khối lớn thì hệ thống sản xuất linh hoạt, sản xuất theo ô và kỹ thuật phân nhóm máy công cụ sẽ là các phương án lựa chọn. Ưu điểm của hệ thống sản xuất thêo ô là thời gian cài đặt máy được giảm tối thiều nhờ vào việc tập hợp và xử lý các chi tiết giống nhau trong cùng một ô. Chi phí đầu tư dụng cụ cắt cũng giảm bằng cách loại bỏ những dụng cụ cắt giống nhau. Bởi vì công nhân có thể tập trung kỹ năng vào việc sản xuất một số loại chi tiết nhất định, chất lượng chi tiết và năng suất gia công được cải thiện. Kỹ thuật phân nhóm là việc phân loại các chi tiết giống nhau và tạo thành một nhóm để tận dụng các đặc điểm giống nhau đó trong thiết kế và sản xuất. Ví dụ, từ 1000 chi tiết cần sản xuất, có thể tạo thành khoảng 20 nhóm, mỗi nhóm cần những loại máy móc, đồ gá, dụng cụ tương tự nhau. Như vậy, mỗi chi tiết trong nhóm có thể được sản xuất với rất ít thay đổi trong cài đặt máy. Chúng ta có thể giữ lại những lợi ích của kỹ thuật phân nhóm bằng cách tạo nhóm các máy công cụ và sắp xếp các chi tiết khác nhau gia công tại các máy thích hợp. Các máy công cụ trong cùng một nhóm không nhất thiết phải được đặt cạnh nhau để đạt được những lợi ích trên. Như vậy kỹ thuật phân nhóm cũng hữu ích cho cả những nhà xưởng hiện hữu trong đó máy móc đã được bố trí cố định từ trước vì chúng ta không nhất thiết phải sắp xếp lại toàn bộ nhà máy. Tuy nhiên trong hầu hết trường hợp thực tế,
16 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT máy công cụ trong cùng một nhóm được đặt gần nhau để giảm thời gian di chuyển vật liệu từ nơi này sang nơi khác. 3.3 TẠO Ô LÀM VIỆC TRONG KỸ THUẬT TẠO NHÓM Có nhiều phương pháp để nhóm máy công cụ trong kỹ thuật tạo nhóm. Ở đây chúng ta sẽ thảo luận một phương pháp đơn giản có tên Phương pháp bảng. Phương pháp khởi đầu với một bảng 0-1 gọi là bảng ma trận máy công cụ. Bảng này thể hiện các máy công cụ cần thiết cho một công việc nào đó; 1 thể hiện máy công cụ đó được sử dụng và 0 là không sử dụng. Ví dụ trong Bảng 5.1, công việc số 1 sử dụng các máy C, D, I, và J. Mục đích của phương pháp là tạo các ô làm việc sao cho mỗi công việc có thể được tiến hành toàn bộ chỉ trong một ô (hoặc hoàn thành được càng nhiều càng tốt). 3.3.1. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN Phương pháp bảng trình bày ở đây sẽ giải thích cách làm thế nào tạo nhóm máy công cụ. Ở bước đầu tiên, một máy sẽ được phân bổ vào một nhóm dựa vào mối quan hệ của nó với tất cả các máy đang hiện diện ở trong nhóm. Những máy nào đòi hỏi phải xuất hiện trong nhiều hơn một nhóm sẽ được nhận biết và chúng sẽ được phân bổ cho những ô thích hợp. Bước hai sẽ phân bổ công việc vào các ô đã được tạo ra trong bước 1. Chúng ta sẽ minh họa trình tự tính toán này bằng cách áp dụng cho ví dụ trình bày trong Bảng 5.1. Bảng này có 11 máy công cụ và 20 công việc. Giai đoạn 1: Trình tự thực hiện các bước như sau: Bước 1: Thiết lập bảng quan hệ máy – máy. Bảng quan hệ máy – máy chỉ ra số lượng các công việc được tiến hành trên hai máy (những công việc này không cần thiết phải được tiến hành theo thứ tự). Bảng quan hệ được thiết lập bằng cách so sánh các cột trong bảng 3.1 với nhau và đếm số lượng số 1 xuất hiện trong cả hai cột. Nói một cách khác, chúng ta đếm số lượng công việc được gia công chung trên hai máy. Như vậy bảng quan hệ máy – máy là một bảng đối xứng nhau qua đường chéo, chỉ các yếu tố bên dưới đường chéo là cần thiết và được giữ lại.
Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 17 Bảng 3.1 Ma trận quan hệ Bước 2 Lựa chọn giá trị RC – Relationship Counter. Giá trị RC được sắp xếp theo thứ tự nhỏ dần. Chúng ta lấy giá trị lớn nhất trong Bảng quan hệ máy – máy và cho nó là giá trị hiện tại của RC. Giá trị RC sẽ thay đổi khi chúng ta lặp lại các bước (tại bước 8). Bước 3 Xác định giá trị phần trăm nhỏ nhất P. P là giá trị đo lường hiệu quả khi ghép một máy vào một nhóm, chẳng hạn 50% (P = 0.5). Người kỹ sư phải xác định giá trị của P ngay khi bắt đầu giải quyết vấn đề. Căn cứ vào giá trị phần trăm nhỏ nhất được chọn, giải pháp có thể có nhiều ô làm việc khác nhau và với tổng số lượng máy móc khác nhau. Ghi chú là giá trị P không thay đổi trong suốt quá trình tính toán. Bước 4 Bắt đầu với hàng trên cùng trong Bảng quan hệ, tìm xem trong mỗi hàng giá trị nào bằng với giá trị RC hay không. Hai máy liên kết trong hàng đầu tiên được tìm thấy sẽ tạo thành một nhóm (group).
18 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT Bước 5 Tiếp tục lặp lại công việc tìm kiếm giá trị trong bảng bằng với giá trị RC. Sau khi tìm được: Nếu cả hai máy liên kết trong hàng và cột trong bảng chưa thuộc về một nhóm nào thì chúng ta tạo một nhóm mới bao gồm hai máy nói trên và tiếp tục Bước 7. Nếu cả hai máy đều đã phân bổ về cùng một nhóm, bỏ qua và tiếp tục Bước 7. Nếu một trong hai máy thuộc về một nhóm, máy còn lại chưa được phân bổ vào nhóm nào (gọi là entering machine), thì tiếp tục Bước 6a. Nếu cả hai máy đều đã được phân bổ nhưng thuộc về hai nhóm khác nhau, tiếp tục Bước 6b. Bước 6a Tính toán giá trị CR – closeness ratio cho máy entering machine cho từng nhóm có sẵn. Giá trị CR được định nghĩa là tỉ lệ giữa tổng các mỗi quan hệ máy entering machine có với các máy trong nhóm và tổng số máy có trong nhóm. CR = Máy entering machine sẽ được phân bổ vào nhóm nào có giá trị CR lớn nhất (maximum closeness ratio, MCR), với điều kiện giá trị lớn nhất này lớn hơn hoặc bằng giá trị MTV - Minimum Threshold Value. Trong đó, MTV = P x RC. Nếu MCR < MTV, chúng ta tạo một nhóm mới. Nhóm mới sẽ bao gồm hai máy ghi chú trong Bước 4 (hai máy này có giá trị quan hệ bằng giá trị RC). Tiếp tục đến bước 7. Bước 6b Có hai phương án lựa chọn và chúng phải được tính toán sao cho đảm bảo tính kinh tế. Phương án 1: Bổ sung thêm một máy bất kỳ loại A hay B và phân bổ vào một ô thích hợp (trong phần minh họa ở dưới, chúng ta gọi hai máy trong cặp đó là máy A và máy B). Phương án 2: Bổ sung thêm hai máy mới, mỗi loại một máy, và tạo một nhóm mới hoặc phân bổ chúng vào nhóm có sẵn thích hợp. Các quy tắc sau sẽ được áp dụng: Bổ sung thêm một máy mới 1. Tính toán ảnh hưởng của việc bổ sung thêm máy mới bằng cách giả định máy A như là một entering machine cho các nhóm có máy B và kiểm tra. Sau đó giả định máy B như là enterning machine cho các nhóm có máy A và kiểm tra. Xác định giá trị MCR từ toàn bộ các nhóm đã kiểm tra và ghi chú lại nhóm liên kết và entering machine.
Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 19 2. Nếu MCR > (RC x P), chúng ta sẽ lựa chọn máy được ghi chú và phân bổ cho nhóm liên kết. Tiếp tục bước 7. Bổ sung thêm hai máy mới 3. Nếu MCR < (RC x P), chúng ta phải tính toán xem có thể lựa chọn cả hai máy được không. Từ các tính toán ở trên, chúng ta xác định giá trị MCR cho các nhóm khi A là entering machine, gọi là MCRA. Và xác định giá trị MCR cho các nhóm khi B là entering machine, gọi là MCRB. Tính toán giá trị phụ RC x P/2. Lựa chọn cả hai máy mới nếu: MCRA > RC x P/2 MCRB > RCx P/2 |MCRA – MCRB| < RC x P/2 Nếu MCRA hoặc MCRB lớn hơn RC x P/2 thì chúng ta tạo một nhóm mới bao gồm hai máy A và B. Tiếp tục bước 7. Không bổ sung thêm bất cứ máy nào 4. Nếu tất cả các điều kiện ở trên không tồn tại, chúng ta có thể bỏ qua và tiếp tục bước 7 luôn, bởi vì sự bổ sung thêm máy mới sẽ không có đóng góp đáng kể. Bước 7 Tiếp tục kiểm tra theo từng hàng trong bảng quan hệ máy-máy với giá trị RC hiện có. Nếu tìm thấy giá trị nào trong bảng có giá trị bằng với RC thì chúng ta quay lại bước 5. Nếu không tìm thấy thì đến bước 8. Bước 8 Cho giá trị RC giảm dần theo thứ tự và trở lại bước 5 và kiểm tra mọi giá trị lớn hơn 0 của RC. Sau khi hoàn tất việc kiểm tra thì đến bước 9. Nếu tất cả các máy đều được phân bổ về tối thiểu một nhòm thì chúng ta dừng việc phân nhóm ở đây. Như vậy để giảm thiểu việc phải mua thêm máy mới. Bước 9 Tập hợp nhóm. So sánh các nhóm đã được tạo ra cho đến thời điểm hiện tại. Nếu một nhóm – ví dụ G1 – gồm các máy là một tập hợp con của một nhóm khác, thì G1 sẽ bị loại. VÍ DỤ VÍ DỤ MINH HỌA Dữ liệu trong bảng 3.1 được sử dụng để thiết lập bảng quan hệ máy- máy như trong bảng 3.2. Ví dụ, cặp AB đạt được bằng cách so sánh cột A
20 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT và B của bàng 3.1 và đếm số lượng công việc đòi hỏi sử dụng cả hai máy này, đó là 5, 12 và 19. Bảng 3.2 Bảng quan hệ máy - máy Để bắt đầu, chúng ta đặt giá trị P là 0.5 (bước 3). Giá trị lớn nhất trong bảng 3.2 là 6 (RC=6), và hai máy C và D liên kết với nhau để tạo thành nhóm đầu tiên, nhóm G1 (bước 5). Tại lần lặp thứ 2, tìm trong bảng 3.2 giá trị tiếp theo bằng với giá trị RC chúng ta thấy máy J và C cũng có 6 mối quan hệ. Bởi vì C đã thuộc về nhóm G1 nên J trở thành entering machine, và chúng ta phải quyết định xem J nên gia nhập nhóm G1 hay không? Hay chúng ta phải tạo một nhóm mới gồm J và một máy C khác (tức là mua mới thêm một máy C nữa). Áp dụng bước 6a; các tính toán được thể hiện trong bảng 3.3. Bảng 3.3 Kiểm tra máy J như là entering machine