CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
184
KHOA H
ỌC
THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ỐNG SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP
DESIGN OF PIPE PRODUCTION LINE USED IN INDUSTRY Nguyễn Văn Sơn1,*, Nguyễn Duy Khánh1, Phạm Quốc Việt1, Trịnh Đức Thắng1, Bùi Minh Thuấn1, Nguyễn Hữu Phấn2 TÓM TẮT Ứng dụng phần mềm mô phỏng vào sản xuất trong công nghiệp hiện
nay
đang ngày càng phổ biến. Phần mềm mô phỏng có thể giúp cho việc thiết kế
và
thử nghiệm hệ thống sản xuất được dễ dàng hơn, nó cũng giúp tiết kiệ
m chi phí
trong việc thử nghiệm, hay trong việc tìm ra vấn đề của hệ thống cũng nh
ư đưa
ra giải pháp cho những vấn đề đó. Chính vì vậy, nghiên cứu này, áp dụng phầ
n
mềm mô phỏng Plant Simulation vào hệ thống sản xuất ống thép củ
TNHH Kim khí Nam Cường nhằm vào mục đích khắc phục vấn đề và cải thiện hệthống sản xuất. Kèm với đó là việc giải quyết vấn đề về quy trình 5S đang tồ
n
tại trong nhà máy và đi chứng minh khả năng đáp ứng cho sự gia tăng sản lượ
ng
trong tương lai. Từ khóa: Mô phỏng, 5S, LEAN. ABSTRACT
Application of simulation software to production in industry today is
increasingly popular. Because simulation software can make it easier to design
and test production systems, it also saves costs in testing, or in finding system
problems as well as provi
ding solutions to those problems. Therefore, this
research time, applying Plant Simulation software to the steel pipe production
system of Nam Cuong Metal Co., Ltd. also aims to overcome problems and
improve the production system. Along with that is solvin
g the problem of 5S
processes existing in the factory and proving the ability to meet the increase in
output in the future. Keywords: Simulation, 5S, LEAN. 1Lớp Hệ thống công nghiệp - K14, Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệ
p
Hà Nội 2Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: nguyenvanson1801@gmail.com 1. GIỚI THIỆU Qua khảo sát thực tế tại nhà máy sản xuất ống thép Nam Cường và dựa trên các tài liệu trên internet của các dây chuyền lớn như Hòa Phát, Vitek,... Nhóm nghiên cứu nhận thấy những bất cập tại các nhà máy sản xuất hiện nay như: nút thắt cổ chai, thời gian sản xuất chưa hiệu quả, công tác 5S, Lean,... Qua việc thu thập số liệu và đưa lên phần mềm mô phỏng và chạy thử nghiệm với thời gian thực cho thấy việc tối ưu lại hệ thống là vô cùng cần thiết và quan trọng. Hệ thống sản xuất cần được tinh gọn để đạt được hiệu suất sản phẩm tối đa. Sự phát triển của khoa học máy tính và sức mạnh tính toán khổng lồ đã làm cho sự phổ biến của các mô phỏng sử dụng phần mềm thích hợp để dự đoán các thay đổi trên các đối tượng và tình huống thực trước khi thực hiện bất kỳ thay đổi nào ngày càng tăng lên. Công nghệ mô phỏng máy tính tiên tiến đang trở nên quan trọng và trở thành một trong những yếu tố quan trọng nhất của quản lý sản xuất. Lý do cho sự phát triển này là việc các công ty cần phải giải quyết các vấn đề phức tạp càng sớm càng tốt. Việc phát triển các chương trình để mô phỏng các quy trình giúp cho bất kỳ doanh nghiệp nào cũng có thể sử dụng chúng, bất kể cấu hình. Phần mềm này được sử dụng cho một số ví dụ như trong thiết kế bảng biểu, quản lý và lưu trữ. Việc xây dựng một mô hình mô phỏng là một nhiệm vụ khó khăn và cần nhiều thông tin về thực tế (quá trình sản xuất). Các mô hình mô phỏng cho phép đánh giá các phương án sản xuất khác nhau và hiệu quả của chúng. Ngoài ra, mô phỏng cho phép sử dụng các chiến lược và quy trình mới, xác minh sản xuất trong hệ thống sửa đổi, xác định vị trí tắc nghẽn trong dòng nguyên liệu, tăng năng suất đồng thời giảm hàng tồn kho và giảm chi phí của những thay đổi đã thực hiện. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nhóm nghiên cứu đề xuất các thay đổi đối với quy trình, kỹ thuật và cấu trúc dựa trên các khu vực lỗ hổng được phát hiện. Sau đó, sử dụng bản đồ trạng thái trong tương lai, một quy trình tinh gọn được thiết kế bằng cách loại bỏ các hoạt động không mang lại giá trị gia tăng và cải tiến các quy trình. Sau khi thực hiện các sửa đổi được đề xuất, giai đoạn cuối cùng là đánh giá kết quả. Điều này phải được đo lường bằng cách giảm thời gian giao hàng, thời gian chu kỳ, mức tồn kho,... Hơn nữa, nhóm tác giả phải tạo một kế hoạch thay đổi phác thảo các hành động cần thiết để thực hiện các sửa đổi được đề xuất. Tìm hiểu sơ đồ chuỗi giá trị hiện tại của hệ thống sản xuất ống thép, thông tin được thu thập cho mỗi bước sản xuất ống đã được sử dụng để xây dựng bản đồ hiện trạng. Bản đồ trạng thái hiện tại mô tả từng bước của quy trình, từ nhận đơn đặt hàng của khách hàng cho đến vận
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 185
chuyển sản phẩm cuối cùng. Bản đồ trạng thái hiện tại được sử dụng để thực hiện lập bản đồ cho quy trình sản xuất hiện trạng. Trong bản đồ quy hoạch, được mệnh danh là bản đồ trạng thái tương lai, các thiếu sót được giải quyết và các cải tiến được trình bày. 3. MÔ HÌNH SẢN XUẤT VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Xác định nút thắt cổ chai Sau khi đưa các số liệu được thu thập tại nhà máy Nam Cường nhóm nghiên cứu có nhận thấy thực trạng máy đang hoạt động hết 100% công suất sẵn có nhưng lượng hàng sản xuất ra không được như kì vọng. Trong khi lượng hàng đầu vào là rất nhiều nhưng lượng hàng thành phẩm lại rất ít tiến hành đưa vào mô phỏng thu được kết quả như hình 1. Hình 1. Kết quả mô phỏng thời gian máy chạy Sau khi chạy thử nghiệm thì ta thấy rằng vị trí máy hàn tự động đang gặp vấn đề nút thắt cổ chai với mức làm việc 100% nhưng lượng hàng bị nghẽn ở trên là tương đối lớn vì vậy phải tiến hành xử lý để lưu lượng sản xuất đạt hiệu quả cao hơn. Việc gây ra ùn hàng kéo dài như vậy gây ảnh hưởng đến thời gian và kinh tế của hệ thống. Qua thống kê thời gian làm việc và lưu lượng của từng trạm ta có hai bảng thống kê như bảng 1, 2. Quá trình nghiên cứu bao gồm năm máy trạm và cơ sở hạ tầng phụ trợ được sử dụng để vận chuyển bán thành phẩm. Phân tích được thực hiện trong một ca làm việc (6:00 - 14:00). Bảng 1. Thời gian làm việc của từng trạm Máy làm việc Thời gian xử lý (s) Thiết bị đo khối lượng lớp mạ 25 Lò ủ NOF1 50 Chảo mạ 45 Máy hàn tự động 75 Máy sơn dạng đứng 45 Bảng 2. % thời gian của từng trạm Trạm làm việc Thời gian làm việc (%) Thời gian chờ (%) Thời gian bị nghẽn (%) Thiết bị đo khối lượng lớp mạ 33,53 0,2 66,2 Lò ủ NOF1 66,8 0,1 32,9 Chảo mạ 60,0 0,2 39,7 Máy hàn tự động 99,7 0,2 0,0 Máy sơn dạng đứng 59,8 40,1 0,0 Phân tích dữ liệu chi tiết xác nhận rằng nút cổ chai trong ví dụ được nghiên cứu là trạm “Máy hàn tự động”, được sử dụng với cường độ 99,7%, trong khi thời gian còn lại dành cho các khoảng thời gian nghỉ trong quá trình sản xuất đã được lên kế hoạch trước. Có thể quan sát thấy rằng trạm “Máy hàn tự động” gây ra bế tắc đáng kể tại trạm “Chảo mạ”, đạt 39,7% thời gian mô phỏng. Hơn nữa, nút cổ chai được xác định gây ra lượng hàng dự trữ đang hoạt động tăng lên cũng như việc chặn dần nhà ga “Chảo mạ”. Nó cũng thực thi thời gian chờ bán thành phẩm tại trạm Máy sơn dạng đứng. Hình 2. Sơ đồ dây chuyền sản xuất ban đầu Sau khi đánh giá các kết quả ta có thể đưa ra phương án để giải quyết là việc đặt thêm một máy nữa vào trạm hàn tự động kết quả như hình 3. Hình 3. Sơ đồ dây chuyền sản xuất sau cải tiến Tiến hành đo thông số và đánh giá lại ta có bảng báo cáo như hình 4. Hình 4. Kết quả đánh gia sau cải tiến
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
186
KHOA H
ỌC
Đường kẻ đỏ cho thấy việc mở rộng mô hình đã giúp giải quyết nút thắt cổ chai. Thời gian hoạt động thực của mô hình so với thời gian sẵn có đã tăng lên hơn 70%, các vị trí bị nghẽn đã được giải quyết (trừ vị trí Thiết bị đo khối lượng: đây là khu vực thời gian làm việc ngắn hơn rất nhiều so với các vị trí khác nên nó luôn kết thúc sớm hơn so với các công việc khác). Thiết đặt sơ đồ chuỗi giá trị hiện tại Qua số liệu thu thập và tính toán dựa trên các kiến thức liên quan đến công cụ LEAN nhóm có nhận thấy rằng thời gian có sẵn và thời gian làm việc của hệ thống đang bị chênh lệch nhau rất nhiều. Vì lẽ đó việc sắp xếp và căn chỉnh lại dòng thời gian là vô cùng quan trọng từ đó ta có bảng giá trị hiện tại như bảng 3. Bảng 3. Số nhân viên vận hành n của các máy thu thập Tẩy rỉ Cán nguội
Mạ kẽm Cắt băng Ống thép Kiểm tra và đóng gói CT (giây) 14 15 20 12 30 15 CO (phút) 55 50 57 58 40 60 N (người) 1 1 1 1 1 1 Ghi chú: CT là chu kỳ máy; CO là thời gian chuyển đổi hàng ngày. Với thời gian sản xuất sẵn có hàng ngày và thời gian chuyển đổi thu thập được thì thời gian làm việc thực tế (AOP) và tỷ lệ thời gian làm việc thực tế (UT) của mỗi trạm được tính như trong bảng 4. Với UT = 
(ờ  ả ấ ẵ ó à à ) Bảng 4. Thời gian làm việc thực tế (AOP) và tỷ lệ thời gian làm việc thực tế (UT) của mỗi trạm Tẩy rỉ Cán nguội
Mạ kẽm Cắt băng
Ống thép
Kiểm tra và đóng gói APT (phút) 420 420 420 420 420 420 CO (phút) 55 50 57 58 40 60 AOP (phút) 365 370 363 362 380 360 UT (%) 86,9 % 88,1 % 86,43 % 86,19 % 90,476 %
85,71 % Với tổng số sản phẩm vận chuyển đến khách hàng hàng ngày là 1725 sản phẩm, vậy thời gian tồn kho nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm ước lượng được như ở trong bảng 5. Bảng 5. Thời gian tồn kho nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm Tồn kho Số lượng chi tiết tồn kho Thời gian tồn kho (ngày) Nguyên vật liệu 5750 5 Sau tẩy rỉ 2500 3 Sau cán nguội 3000 3 Sau mạ kẽm 5000 5 Sau cắt băng 1000 1 Sau ống thép 1500 2 Kiểm tra đóng gói 5800 6 Từ các chu kỳ của máy, ta tính được tổng thời gian gia tăng giá trị của quá trình sản xuất như sau: TCT = CT1 + CT2 + CT3 + CT4 + CT5 + CT6 = 14 + 15 + 20 + 12 + 30 + 15 = 106 (giây) Từ thời gian tồn kho, ước lượng được tổng thời gian sản xuất là: TLT = 5 + 3 + 3 + 5 + 1 + 2 + 6 = 25 (ngày) Ta thấy rằng tỷ lệ thời gian gia tang giá trị trên thời gian sản xuất là rất nhỏ nên có nhiều cơ hội cho việc tinh gọn quá trình sản xuất. Sơ đồ chuỗi giá trị hiện tại được vẽ như hình 5. Hình 5. Sơ đồ chuỗi giá trị sau cải tiến Đề xuất cải tiến sau này Với đề xuất của công ty và nhận thấy rằng với mức phát triển của công ty thì nhóm nghiên cứu đã đưa ra gai phương án cải tiến sau này cho hệ thống: Phương án 1: Loại bỏ những máy không cần đến Theo như biểu đổ tình trạng làm việc cùa hệ thống dây chuyền chính, ta có thể loại bỏ bớt các máy sau: bể Picking 2 và 3, thiết bị kiểm soát độ dày 2, thiết bị kiểm soát độ phẳng 2, máy xả băng 2, máy cắt băng 2, máy hàn 2, dao chuốt mối hàn 2, máy cắt 2 và mát nắn thẳng 3. Phương án 2: Thêm máy theo như biểu đổ tình trạng làm việc cùa hệ thống dây chuyền chính, ta có thể thêm các máy công cụ sau: lò ủ NOF 2, chảo mạ 2, máy sơn dạng đứng 2, máy hàn tự động 2 và 3, dao chuốt mối hàn 3. Thiết lập khả thi về mặt bằng Áp dụng giản đồ From-To để thể hiện được mối liên kết của các thiết bị trong nhà xưởng nhằm mục đích thể hiện dòng di chuyển sản phẩm giữa các máy, các trạm làm việc, các bộ phận.
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 187
Hình 6. Mặt bằng hiện tại của nhà xưởng Hình 7. Ma trận dòng di chuyển Theo hình 7, ma trận dòng di chuyển nhằm thể hiện lại số lần di chuyển giữa các bộ phận, thang chuyển đổi để chuyển số lần di chuyển từ số lần sang phân thứ bậc về độ quan trọng giữa các máy. Và sau khi chuyển đổi ta có được giản đồ From-To như hình 8. Hình 8. Giản đồ From-To TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Oberhausen, Plapper. Quản lý dòng giá trị trong sản xuất tinh gọn. [2]. P. Periyasamyb. Nâng cao sản xuất thông qua giảm thời gian chu kỳ bằng cách sử dụng các kỹ thuật tinh gọn khác nhau. [3]. Identification of production bottlenecks with the use of Plant Simulation software [4]. https://vncongnghiep.com/danh-muc-san-pham/he-thong-may-can-dinh-hinh/ [5]. http://www.bangtaibaotien.com/may-cat-bang-tai [6]. L.E.M.W. Brandt, Design of Industrial Systems, 1993 [7]. Andris Freivalds, Benjamin W. Niebel, Niebel’s methods, 2014. Standards and work design. [8]. Yotaro Hatamura, 2006. Decision-Making in engineering design. [9]. Dileep R. Sule, 2008. Production planning and industrial scheduling: examples, case studies and applications. [10]. Noppadol Sriputtha, Voradon Satuprapakarn, 2021. Implementing value stream mapping as a lean manufacturing tool in the water pipe production. Academic journal of manufacturing engineering, 19, 4. [11]. R. Suganthini Rekha, P. Periyasamy, S. Nallusamy, 2017. Manufacturing Enhancement through Reduction of Cycle Time using Different Lean Techniques. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 225, 012282. doi:10.1088/1757-899X/225/1/012282 [12]. Betterton C. E., Silver S. J., 2012. Detecting bottlenecks in serial production lines-a focus on interdeparture time variance. International Journal of Production Research, 50(15), 4158-4174. [13]. Chiang S. Y., Kuo C. T., Meerkov S. M., 2001. c-Bottlenecks in serial production lines: identification and application. Mathematical Problems in Engineering, 7(6), 543-578. [14]. Chlebus E., 2000. CAx computer technology in production engineering. Warszawa, Poland: WNT. [15]. Ciszak O., 2007a. Computer aided modelling and simulation of production processes. Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej, 6, 39-45. [16]. Ciszak O., 2007b. Modelling and Simuation of the final assembly using the Flexsim software. 3th International Conference Virtual Design and Automation - VIDA. [17]. Innovation in Product and Process Development, Poznań. Conference materials. [18]. Ćwikała G., Gołda G., 2005. Modeling and simulation as a tool to improve the efficiency of the largescale production. In R. Knosala (Ed.), Computer-integrated manufacturing, (pp. 235-245). Warszawa, Poland: WNT.