TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 216
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG CỤ SẢN XUẤT TINH GỌN KẾT HỢP PLANT
SIMULATION ĐỂ CẢI TIẾN CÁC TRẠM LÀM VIỆC TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT
RESEARCH ON APPLICATION OF LEAN PRODUCTION TOOLS COMBINED
WITH PLANT SIMULATION TO IMPROVE WORK STATIONS IN
MANUFACTURING FACTORY
Nguyễn Văn Phong1,*, Ngô Quang Tuấn1, Phùng Sinh Hữu1,
Dư Văn Thắng1, Nguyễn Tuấn Vũ1, Nguyên Chí Tâm2
1Lớp HTCN 01 - K 15, Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
2Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
*Email: phongnv911@gmail.com
TÓM TẮT
Nghiên cứu ứng dụng công cụ sản xuất tinh gọn kết hợp Plant Simulation để cải tiến các trạm làm việc trong nhà máy
sản xuất đã tiến hành thu thập dữ liệu, kết hợp với quan sát thực tế tình hình sản xuất tại một nhà máy lắp ráp linh kiện
điện tử để xác định quy trình của một sản phẩm. Nhóm đã tìm hiểu sự thành công và thất bại của việc áp dụng các công
cụ sản xuất tinh gọn, lý thuyết liên quan đến đo lường lao động và thiết kế công việc, 5S và quản lý trực quan. Sau đó,
nhóm đã thu thập số liệu lượng máy, nguồn nhân lực cho các công đoạn sản xuất để từ đó thiết lập đường di chuyển của
dòng vật liệu trong nhà máy để chọn ra phương án bố trí các trạm làm việc tốt nhất. Việc tích hợp các công cụ sản xuất
tinh gọn vào phần mềm mô phỏng Plant Simulation giúp phát hiện ra các điểm tắc nghẽn, tỷ lệ chờ đợi của các trạm làm
việc, sự bất hợp lí trong quy trình sản xuất để từ đó cải tiến được quy trình tại các trạm sản xuất và nâng cao năng suất chế
tạo sản phẩm.
Từ khoá: Nghiên cứu; Ứng dụng; Sản xuất tinh gọn; Plant Simulation; Cải tiến.
ABSTRACT
Research on application of lean production tools combined with Plant Simulation to improve work stations in
manufacturing plants collected data, combined with actual observation of the production situation at an electronic
components assembly factory to determine the process of a product. The group explored the successes and failures of
applying lean manufacturing tools, theories related to labor measurement and job design, 5S and visual management. After
that, the team collected data on the number of machines and human resources for the production stages to establish the
movement path of the material flow in the factory to choose the best arrangement of work stations. Integrating lean
manufacturing tools into Plant Simulation software helps detect bottlenecks, waiting rates of work stations, and
incongruities in the production process to thereby improve processes at production stations and increase product
manufacturing productivity.
Keywords: Research; Application; Lean production; Plant Simulation; Improve.
1. GIỚI THIỆU
Hiện tại các công ty sản xuất đang đối mặt với một số
vần đề sau đây: Năng lực của trạm sản xuất chưa được thiết
kế đồng bộ nên không tận dụng được hết công suất của máy
móc và công nhân dẫn đến khó quản lý, tỷ lệ bán thành
phẩm cao giữa các trạm, năng suất sản xuất trên chuyền
thấp, máy móc bố trí chưa hợp lý, cần bằng chuyền chưa
hiệu quả, sản phẩm còn xuất hiện lỗi trên chuyền máy, thời
gian sản xuất kéo dài dẫn đến tình trạng trễ đơn hàng.
Do đó, nghiên cứu ứng dụng công cụ sản xuất tinh gọn
kết hợp Plant Simulation để cải tiến các trạm làm việc trong
nhà máy sản xuất với mong muốn đưa ra giải pháp thực tế
để giải quyết các vấn đề mà doanh nghiệp đang gặp phải
hiện nay.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kế thừa các công trình nghiên cứu của thế hệ trước về
cơ sở lý thuyết của phần mềm mô phỏng Plant Simulation;
Lập luận lý thuyết về các công cụ sản xuất tinh gọn, đo
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 217lường lao động và thiết kế công việc; Tính toán thu thập dữ
liệu, kết hợp với quan sát thực tế tình hình sản xuất tại một
nhà máy lắp ráp linh kiện điện tử để xác định quy trình của
một sản phẩm. Trước hết, nghiên cứu lý thuyết được tiến
hành để xây dựng nền tảng vững chắc về sự thành công và
thất bại của việc áp dụng các công cụ sản xuất tinh gọn, đo
lường lao động và thiết kế công việc, 5S và quản lý trực
quan. Tiếp theo, các phương pháp tính toán và lập mô hình
được áp dụng để thiết kế và bố trí hợp lý các trạm làm việc,
đảm bảo tối ưu hoá dòng di chuyển của vật liệu và hiệu suất
cho nhà máy. Cuối cùng, phương pháp mô phỏng số được
sử dụng để đánh giá các kết quả lý thuyết, tính toán, giúp
tối ưu hóa các giải pháp và xác minh tính thành công của
việc áp dụng các công cụ sản xuất tinh gọn. Sự kết hợp chặt
chẽ giữa lý thuyết, tính toán, quan sát thực nghiệm và mô
phỏng số không chỉ nâng cao độ chính xác của nghiên cứu
mà còn đảm bảo rằng các giải pháp thiết kế và cải tiến đều
có cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc.
Việc tính toán tối ưu hoá dòng di chyển của vật liệu được
thể hiện qua các mô hình nghiên cứu như hình 1, hình 2,
hình 3.
Hình 1. Dòng luân chuyển vật liệu theo phương án 1
Hình 2. Dòng luân chuyển vật liệu theo phương án 2
Hình 3. Dòng luân chuyển vật liệu theo phương án 3
So sánh tổng khoảng cách di chuyển giữa các trạm làm
việc trong khu vực lắp ráp và tổng chi phí di chuyển/năm
như bảng 1.
Bảng 1. Tổng khoảng cách di chuyển và tổng chi phí
cả 3 phương án
Phương
án
Tổng khoảng cách di
chuyển (m)
Tổng chi phí
(VNĐ)
Phương
án 1 273,06 52.531.200.000
Phương
án 2 174,69 33.540.480.000
Phương
án 3 224,46 43.096.320.000
=> Kết luận chọn phương án 2 (Hình 2) là phương án tối
ưu.
Giải thích:
- Qua bảng 1 ta thấy tổng khoảng cách di chuyển và tổng
chi phí di chuyển của phương án 2 là nhỏ nhất:
+ Nhỏ hơn phương án 1: 98,37 (m) ứng với
18.990.720.000 (VNĐ)
+ Nhỏ hơn phương án 3: 49,77 (m) ứng với
9.555.840.000 (VNĐ)
=> Như vậy việc lựa chọn dòng chảy tối ưu giúp nhà
máy tiết kiệm rất nhiều kinh phí.
Dự kiến kết quả đạt được là nhóm đã thực hiện thành
công việc nghiên cứu ứng dụng công cụ sản xuất tinh gọn
và mô phỏng để cải tiến quy trình vận hành và nâng cao
năng suất chế tạo sản phẩm. Sản lượng tăng tại từng trạm
sản xuất giúp cho tổng sản lượng tăng từ 2800 lên đến 2900
sản phẩm, giảm sự tắc nghẽn, giảm thời gian chờ, thời gian
lãng phí. Việc này giúp đảm bảo rằng quy trình lắp ráp linh
kiện điện tử sẽ được thực hiện hiệu quả và khoa học, từ đó
cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa sản lượng.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 2183. TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN
Nhóm nghiên cứu đã đề ra và thực hiện chương trình mô
phỏng và khảo sát để đánh giá kết quả và cải tiến các trạm
làm việc của dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử tại nhà
máy lắp ráp linh kiện điện tử ở Khu công nghiệp Song Khê
- Nội Hoàng, huyện Yên Dũng, thành phố Bắc Giang, tỉnh
Bắc Giang.
Nghiên cứu đi sâu vào việc cải tiến quy trình vận hành
tại các trạm sản xuất và nâng cao năng suất chế tạo sản
phẩm. Tích hợp các công cụ sản xuất tinh gọn vào phần
mềm Plant Simulation, chương trình đã xây dựng được mô
hình 2D, 3D của nhà máy và thực hiện mô phỏng hoạt động
của dây chuyền.
Kết quả mô phỏng trước cải tiến như hình 4, hình 5.
Hình 4. Biểu đồ làm việc của dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử
Hình 5. Biểu đồ thời gian, sản lượng cho mỗi công đoạn
Biểu đồ hình 4, 5 cho thấy trạm dán keo trong dây
chuyền lắp ráp linh kiện điện tử có tỷ lệ tắc nghẽn cao nhất
với 1,10%. Vấn đề chính trong dây chuyền phát sinh từ sự
thay đổi đáng kể về thời gian của chu trình làm việc, dẫn
đến sự khác biệt về hiệu suất, tăng thời gian chặn đối với
các trạm ở thượng nguồn và thời gian chờ đối với các trạm
ở hạ lưu. Sự tích tụ bán thành phẩm này gây ra ùn tắc sản
xuất, giảm năng suất lao động và tăng nguy cơ xảy ra lỗi
liên quan đến chất lượng sản phẩm. Dây chuyền có tỷ lệ
thời gian chờ cao hơn ở các trạm hạ nguồn, cao hơn từ 13 -
99% so với các trạm ban đầu. Thời gian chờ đợi này được
coi là lãng phí và đòi hỏi phải tinh giản để tối ưu hóa quy
trình lắp ráp. Năng suất của dây chuyền là 2800 sản phẩm.
Để nâng cao hiệu quả hoạt động của dây chuyền, nâng cao
năng suất chế tạo sản phẩm, ta cần sử dụng các công cụ
Lean Manufacturing, Six Sigma để cải tiến.
Kết quả mô phỏng sau cải tiến như hình 6, 7.
Hình 6. Hiệu suất làm việc sau cải tiến
Hình 7. Biểu đồ thời gian và sản lượng sau cải tiến
Hình 6, 7 cho thấy sau khi áp dụng các công cụ Lean
Manufacturing, Six Sigma để cải tiến các trạm làm việc,
thời gian làm việc, tắc nghẽn, chờ cũng đã được khắc phục
đáng kể, nhưng vẫn còn tồn tại khoảng thời gian chết cần
khắc phục và điều chỉnh để tránh rủi ro và lãng phí cho dây
chuyền. Sản lượng của các trạm làm việc đã tăng lên đáng
kể từ đó tăng năng suất cho toàn bộ dây chuyền.
4. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
Kết luận:
Nghiên cứu ứng dụng công cụ sản xuất tinh gọn kết hợp
Plant Simulation để cải tiến các trạm làm việc trong nhà
máy sản xuất đã tiến hành cải tiến các trạm làm việc của
dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử tại nhà máy ở Khu công
nghiệp Song Khê - Nội Hoàng, huyện Yên Dũng, thành phố
Bắc Giang, tỉnh Bắc Giang. Qua các chương trình tính toán,
mô phỏng và khảo sát, nghiên cứu đã đưa ra những kết luận
quan trọng sau:
Đã ứng dụng được các công cụ sản xuất tinh gọn kết hợp
Plant Simulation, đo lường lao động và thiết kế công việc,
5S, quản lý trực quan để cải tiến các trạm làm việc trong
nhà máy. Quá trình ứng dụng các công cụ sản xuất tinh gọn
để cải tiến các trạm làm việc trong các nhà máy hiện nay
vẫn đang gặp một số khó khăn nhất định, vì vậy đề tài giúp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 219góp phần đáng kể vào quá trình cải tiến nói chung trong các
nhà máy sản xuất.
Đã xây dựng được số liệu lượng máy, nguồn nhân lực
cho các công đoạn sản xuất, thiết lập được đường di chuyển
của dòng vật liệu trong nhà máy, sản lượng của mỗi ca sản
xuất thông qua nguồn nhân lực, năng lượng tiêu thụ trong
nhà máy. Mô phỏng thành công dây chuyền lắp ráp linh
kiện điện tử trên phần mềm Plant Simulation.
Qua nghiên cứu, tìm hiểu dây chuyền công nghệ và hoạt
động của nhà máy chúng em xây dựng sơ đồ biểu diễn quá
trình lắp ráp linh kiện điện tử. Với việc kết nối, chạy thử mô
hình có thể khẳng định rằng sơ đồ quy trình công nghệ là
hoàn toàn đúng.
Khuyến nghị:
Dựa trên những kết luận thu được, nhóm tác giả đề xuất
một số khuyến nghị sau:
Tối ưu hóa quy trình vận chuyển vật liệu: Để giảm thời
gian chờ đợi và lãng phí, cần xem xét cải tiến quy trình vận
chuyển vật liệu. Điều này có thể bao gồm việc tăng cường
hệ thống vận chuyển hoặc điều chỉnh lịch trình để giảm thời
gian chờ đợi.
Tăng cường quản lý tồn kho: Quản lý tồn kho chính xác
và hiệu quả là yếu tố quan trọng để đảm bảo sự liên tục
trong quá trình sản xuất. Đề xuất sử dụng các phương pháp
quản lý tồn kho hiện đại và phần mềm để theo dõi và dự
đoán nhu cầu vật liệu, từ đó giảm thiểu thời gian chờ đợi và
tăng hiệu suất sản xuất.
Điều chỉnh lịch trình sản xuất: Xem xét điều chỉnh lịch
trình sản xuất để tối ưu hóa sự sử dụng tài nguyên và giảm
thiểu thời gian chờ đợi. Sử dụng phần mềm mô phỏng để
tìm ra lịch trình tối ưu và dự đoán tác động của các biến số
khác nhau lên hiệu suất sản xuất.
Đào tạo nhân viên: Quá trình lắp ráp linh kiện điện tử
yêu cầu sự chính xác và kỹ năng chuyên môn cao. Đề xuất
đào tạo nhân viên để nâng cao kỹ năng và hiểu biết của họ
về các công cụ sản xuất tinh gọn, dây chuyền sản xuất và
quy trình mô phỏng. Điều này sẽ giúp cải thiện khả năng
thích ứng và hiệu suất chung của dây chuyền.
Nghiên cứu ứng dụng công cụ sản xuất tinh gọn kết hợp
Plant Simulation để cải tiến các trạm làm việc trong nhà
máy sản xuất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng.
Các kết quả nghiên cứu và đề xuất trong bài báo có thể áp
dụng được cho các nhà máy lắp ráp linh kiện điện tử khác
trong cả nước, góp phần nâng cao hiệu quả và tính cạnh
tranh của ngành công nghiệp lắp ráp linh kiện điện tử tại
Việt Nam. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài
liệu tham khảo cho các nghiên cứu khoa học khác về lĩnh
vực linh kiện điện tử.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Phạm Thục Anh. 2006. Mô hình hóa hệ thống và mô phỏng, NXB Khoa học và Kỹ
thuật.
[2]. Lê Ngọc Quỳnh Lam, 2013. Thiết kế vị trí và mặt bằng hệ thống công nghiệp, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí
Minh, tr. 36-49.
[3]. Nguyễn Như Phong, 2016. Sản xuất tinh gọn. NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
[4]. Bài giảng thiết kế công việc và đo lường lao động, 2021. Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, tr. 5-30.
[5]. Andris Freivalds, Benjamin W. Niebel, 2014. Niebel’s methods, standards, and work design, McGraw-Hill.
[6]. A. T. White, J. A. Bozer, Y. A., and Tanchoco, J. M. A. 2003. Facilities Planing, NXB John Wiley & Sons, Inc.
[7]. Brandts, L. E. M. W. 1993. Design of industrial systems. [Phd Thesis 1 (Research TU/e / Graduation TU/e),
Mechanical Engineering]. Technische Universiteit Eindhoven. https://doi.org/10.6100/IR406888.
[8]. Martijn R.K. Mes, 2017. Simulation Modelling using Practical Examples: A Plant Simulation Tutorial, University
of Twente.
[9]. Sunderesh, S. Heragu, 2008. Facilities Design. Built Environment, Engineering & Technology.