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

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

1. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT uá trình sản xuất là quá trình chuyển sản xuất tổ hợp nhiều sản phẩm khác Qm ột bản vẽ thiết kế sản phẩm trên 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. 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.
3. 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. 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). Hình3.1.3. 3. 3Ư SơỚC đLƯồ tiỢếNGn trình THỜ sIả GIANn xuấ t của ấm nước. 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.
5. 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. 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
7. 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. 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
9. 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. 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.
11. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 11 Hình 3.9 Sơ đồ quy trình sản xuất
12. 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;
13. 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 Sơ đồ mặt bằng Dũa 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. 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.
15. 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. 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.
17. 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. 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.
19. 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/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. 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
21. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 21 Giải thích cho các số liệu trong bảng 3.3 như sau: Chúng ta chỉ có một nhóm đến thời điểm này, đó là nhóm G1. Nhóm này gồm máy C và D. Máy entering machine J có 6 mối quan hệ với máy C và 6 mối quan hệ với máy D. Tổng cộng, chúng ta có 2 máy trong nhóm, nên tổng các mối quan hệ là 12. Giá trị CR là 12/2 = 6. Bởi vì chúng ta chỉ mới có một nhóm, 6 cũng là giá trị lớn nhất CR lớn nhất (MCR = 6). MTV đạt được bằng cách nhân RC cho P, MTV = 6 x 0.5= 3. Bởi vì MCR > MTV, J được gia nhập vào nhóm G1. Nhóm G1 lúc này gồm ba máy: C, D, và J. Tiếp tục quét toàn bộ bảng 3.2 cho lần lặp thứ 3, chúng ta thấy J và D cũng có 6 mối quan hệ. Tuy nhiên hai máy này đã thuộc về nhóm G1 nên chúng ta bỏ qua (bước 5). Bởi vì các máy có 6 mối quan hệ đã được tìm hết, RC sẽ có giá trị tiếp theo là 5. Tất cả các tính toán ở bước 1 được thể hiện trong bảng 3.6 (chi tiết cho 4 vòng lặp). Lần lặp 4: RC = 5, G-B (ký hiệu này ám chỉ mối quan hệ giữa máy G và B). Bởi vì hai máy G và B không thuộc về bất kỳ nhóm nào nên chúng ta tạo nhóm mới G2. Nhóm G2 gồm hai máy G và B. Lần lặp 5: RC = 5, F-G. Tại thời điểm này chúng ta có hai nhóm G1 và G2. Máy F trở thành máy entering machine và chúng ta phải tính toán khả năng gia nhập máy F vào hai nhóm. Giá trị CR cho mỗi nhóm được tính toán và giá trị lớn nhất của chúng sẽ được chọn làm giá trị MCR. Tính toán được thể hiện ở bảng 5.4. Ghi chú: giá trị MTV được tính toán với giá trị RC = 5, MTV = 5 x P. Bởi vì MCR > MTV, máy F nhập vào nhóm G2. Lúc này nhóm G1 gồm máy C, D, J và nhóm G2 có G, B, F.
22. 22 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT Bảng 3.4 Kiểm tra máy F như là entering machine Lần lặp 9: RC = 4. E-A. Bởi vì hai máy E và A chưa thuộc về nhóm nào nên chúng ta tạo nhóm mới G3 bao gồm hai máy này. Lần lặp 12: RC = 4. J-A. Bởi vì máy J đã thuộc về nhóm G1 và máy A thuộc về nhóm G3, kiểm tra việc bổ sung mua thêm máy mới. Kiểm tra máy entering machine J cho nhóm có máy A, G3. Và kiểm tra máy entering machine A cho nhóm có máy J, G1. Các tính toán thể hiện ở bảng 3.5. Bởi vì MCR > MTV, chúng ta mua thêm máy J mới vào nhóm G3. Đến thời điểm này thì nhóm G1 có C, D, J, I. Nhóm G2 có G, B, F, H, K. Và nhóm G3 có E, A, J. Bảng 3.5 Kiểm tra việc bổ sung mua thêm máy mới Toàn bộ tính toán cho 21 lần lặp được thể hiện trong bảng 3.6. Cuối cùng chúng ta có 3 nhóm với các máy được phân bổ như sau: Nhóm G1: C, D, J, I, A, B, E Nhóm 2: G, B, F, H, K
23. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 23 Nhóm 3: E, A, J, B, G Chúng ta có thể tiếp tục quá trình như trên đến khi RC = 0 nhưng chúng ta sẽ dừng lại ở đây để minh họa ý nghĩa của việc phân chia các máy. Ghi chú rằng nếu sử dụng quy tắc kết thúc thì chúng ta có thể dừng việc tính toán sau lần lặp 13 (bởi vì tất cả các máy đã được phân bổ). Bảng 3.7 thể hiện sự phân bố công việc cho mỗi ô tương ứng. Mỗi công việc có yêu cầu về một số lượng máy móc phục vụ và chúng ta sẽ kiểm tra điều kiện với các máy hiện có trong mỗi ô. Ô nào có chứa số lượng máy phục vụ cho một công việc nhiều nhất sẽ được bổ nhiệm thực hiện thực hiện công việc đó. Ví dụ, công việc số 1 đòi hỏi sự phục vụ của các máy C, D, I và J. Tất cả các máy này đểu thuộc nhóm 1. Vậy công việc số 1 sẽ được phân bổ về nhóm 1. Chúng ta cũng có thể bổ sung thêm máy G, B và E trong nhóm 1 để thực hiện hoàn toàn công việc số 12 trong nhóm.
24. 24 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT Bảng 3.6 Tổng kết tính toán
25. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 25 Bảng 3.7 Bảng phân bố công việc 3.3.2. THIẾT KẾ MẶT BẰNG SẢN XUẤT THEO Ô Các lô hàng sản xuất cỡ nhỏ và trung bình (từ 1 đến 200 đơn vị) có thể được chế tạo với rất ít thay đổi trong cài đặt máy. Chúng ta có thể tập hợp từ 1 đến 15 máy lại và bố trí theo dạng hình chữ U, như trong Hình 3.11. Những máy này có thể là đa năng hoặc máy chuyên dùng. Bố trí máy theo dạng hình chữ U có rất nhiều ưu điểm. Đầu tiên là số lượng công nhân có thể dễ dàng tăng giảm tùy thuộc vào khối lượng công việc phân bổ cho ô. Tiếp theo, một công nhân có thể điều khiển nhiều hơn một máy. Và sự tiếp xúc gần gũi và hợp tác giữa các công nhân trong sơ đồ chữ U giúp nâng cao năng suất làm việc bằng cách giảm thời gian chờ, giảm số lượng sản phẩm chất lượng kém và giảm tồn kho trong sản xuất. Sản xuất linh hoạt là sản xuất theo ô dưới hình thức tự động hóa cao. Các ô được bố trí các máy điều khiển kỹ thuật số CNC, robot, và hệ thống băng chuyền điều khiển máy tính để có thể sản xuất một số lượng sản phẩm lớn trong thời gian ngắn và hiệu quả. Ô có thể có dạng hình chữ U hoặc đường thẳng. Bố trí theo đường thẳng giúp nâng cao hiệu suất di chuyển vật liệu.
26. 26 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT Hệ thống sản xuất này được sử dụng chủ yếu để sản xuất họ sản phẩm với mỗi lô từ 200 đến 1000 sản phẩm, bởi vì các máy CNC đòi hỏi rất ít thay đổi trong việc cài đặt khi sản xuất các sản phẩm trong cùng một họ. Tự động hóa cao đồng nghĩa với năng suất cao và đòi hỏi ít nhân công. Chúng ta có thể gặp những dây chuyền sản xuất chỉ có một hoặc hai công nhân điều khiển. Hình 3.11 Bố trí mặt bằng theo dạng chữ U 3.4 PHÂN BỔ CÔNG NHÂN Chúng ta sẽ xem xét hai loại mặt bằng sản xuất phổ biến trong đó số lượng công nhân làm việc có thể thay đổi phụ thuộc vào tổng mức sản xuất được phân bổ đến các trạm làm việc như thế nào. Đó là: dây chuyền sản xuất, trong đó chủ yếu là sự sắp xếp sản xuất theo lô. Và dây chuyền lắp ráp trong đó sản phẩm được sản xuất ra với một nhịp không đổi. 3.4.1. PHÂN BỔ CÔNG NHÂN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT Dây chuyền sản xuất khác biệt với dây chuyền lắp ráp chủ yếu là ở nhịp sản xuất. Sản phẩm sẽ được xử lý qua nhiều trạm sản xuất khác nhau. Trong một dây chuyền sản xuất, mỗi trạm có thể gồm một máy và/ hoặc một công nhân, toàn bộ một phòng ban, một nhóm các máy sản xuất và người điều khiển, hoặc một nhóm công nhân làm việc thủ công để hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể. Nhịp sản xuất tại mỗi trạm phụ thuộc vào loại công việc được phân bổ và nó thường thay đổi theo từng trạm. Nhịp sản xuất có thể được kiểm soát bằng cách phân bổ công nhân, càng nhiều công nhân được phân bổ cho một trạm sản xuất, càng làm tăng nhịp sản xuất. Trước một trạm sản xuất, có thể tồn lại một số lượng chi tiết được hoàn thành bởi trạm sản xuất trước, gọi là tồn kho. Vấn đề là chúng ta cần phải
27. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 27 xác định số lượng công nhân cần thiết tại mỗi trạm sản xuất để đạt được một hiệu suất nhất định. Ví dụ sau đây sẽ minh họa cho tiến trình này. Hình 3.12: Dây chuyền sản xuất Xem xét một dây chuyền sản xuất trên Hình 3.12. Dây chuyền gồm 20 trạm sản xuất. Mỗi trạm được đánh số thứ tự từ trái qua phải theo hướng vận chuyển vật liệu. Cụm lắp ráp 1 và 2 được kết hợp tại trạm số 5. Trạm số 5 cũng là trạm đầu vào cho ba nhánh song song 6-9, 7-10, và 8-11. Bởi vì số lượng công nhân làm việc tại các trạm, thiết bị máy móc và không gian làm việc bị giới hạn, chúng ta phải bố trí ba nhánh làm việc song song như trên. Chi tiết trải qua gia công từ ba nhánh này – đó là, từ trạm số 9, 10, và 11 – sẽ được lưu trữ tại một kho chung, từ đó trạm số 12 và 13 sẽ lấy ra. Tại trạm số 17, hai cụm lắp ráp được kết hợp với tỉ lệ 2:5. Cuối cùng, trạm số 18 cung cấp chi tiết cho trạm số 19 và 20, và kết thúc quá trình xử lý. Hình 3.12 cũng thể hiện số lượng chi tiết đầu vào/ đầu ra yêu cầu cho mỗi công nhân tại mỗi trạm; ví dụ, tại trạm số 18 một công nhân sẽ cần 16 chi tiết đầu vào và sẽ tạo ra 12 chi tiết khác. Bảng 3.8 thể hiện một bảng tính. Dữ liệu của các cột số 1, 2, 3, 4, 5 và 10 đã được xác định trước cho sản phẩm. Xem xét trạm số 17, sản lượng
28. 28 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT đầu ra của mỗi công nhân tại trạm này là 9 chi tiết, nhưng tại trạm tiếp theo là trạm số 18 cần 16 chi tiết đầu vào cho mỗi công nhân. Số lượng công nhân tối đa có thể phân bổ cho trạm 17 là 8. Bảng 3.8 Bảng kế hoạch sản xuất Tiếp tục phân tích, ta thấy trạm số 18 cung cấp chi tiết đầu vào cho hai trạm, 19 và 20. Trong bảng 3.8, cột số 5 cho trạm 18 liệt kê số lượng chi tiết đầu vào cần thiết cho mỗi trạm (19 và 20). Trạm số 9, 10, và 11 cung cấp chi tiết đầu vào cho kho lưu trữ. Trạm số 12 và 13 cũng tạo thành một nhóm tương tự.
29. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 29 Trạm số 17 là trạm kế tiếp đối với cả hai trạm 16 và 14. Tuy nhiên, số chi tiết yêu cầu đầu vào của trạm 17 đối với hai trạm 16 và 14 là khác nhau. Số lượng chi tiết yêu cầu đầu vào của mỗi trạm được thể hiện trong cột 5. Trong ví dụ này, số lượng sản phẩm đầu ra của trạm 20 là 16 và của trạm 19 là 18 sản phẩm. Sau khi thống kê số lượng chi tiết tồn kho ban đầu và điền vào cột 2, chúng ta sẽ thực hiện quá trình tính toán bằng cách truy ngược từ trạm làm việc cuối cùng (trạm 20) đến trạm đầu tiên và điền vào tất cả các cột giá trị của mỗi trạm. Ví dụ, đối với trạm số 17 số lượng công nhân phân bổ cho trạm kế tiếp nó – tức là trạm 18- là 4. Do đó số lượng chi tiết đầu vào yêu cầu là 16 x 4 = 64. (Cột 7 = cột 6 x cột 5). Bởi vì số lượng hàng tồn kho ban đầu là 7, sản lượng ròng phải là 64 – 7= 57. (Cột 8 = cột 7 - cột 2). Số lượng công nhân cần thiết sẽ được tính bằng cách lấy sản lượng ròng chia cho nhịp sản xuất của mỗi công nhân tại trạm. (Cột 9 = cột 8:cột 3). Số lượng công nhân phải là số thực dương, giá trị nhỏ nhất là zero, là phải được làm tròn đến số nguyên lớn kế tiếp. Đối với trạm 17, chúng ta cần tối thiểu 7 công nhân để vận hành máy móc, số lượng tối đa công nhân phân bổ cho trạm 17 là 8 (cột 10). Giả thiết rằng người quản lý sản xuất quyết định phân bổ 7 công nhân (cột 11). Tổng sản lượng đầu ra của trạm sẽ là 7 x 9 = 63 chi tiết. (cột 12 = cột 3 x cột 11). Số lượng hàng tồn kho cuối cùng = số lượng sản xuất – số lượng cần (Cột 13 = cột 12 – cột 8). Đối với trạm 18, cột 6 thể hiện số công nhân phân bổ cho trạm 19 và 20. Và cột 7 thể hiện tổng sản phẩm đầu ra mà trạm 18 phải cung cấp cho cả hai trạm 19 và 20. Đối với nhóm gồm các trạm 9, 10 và 11 thì trạm xử lý kế tiếp là trạm 12 và 13. Hai trạm này yêu cầu 6 chi tiết đầu vào cho mỗi trạm. Như vậy, tổng sản phẩm đầu ra mà trạm 9, 10, và 11 phải cung cấp cho trạm 12 và 13 là 48 sản phẩm. Mỗi công nhân tại các trạm 9, 10, và 11 có thể sản xuất 3 sản phẩm. Như vậy chúng ta cần tối thiểu 48:3 = 16 công nhân (cột 9). Số công nhân này sẽ được phân bổ cho trạm 9, 10, và 11 theo số lượng 5, 5, và 6 tương ứng. Việc phân tích sẽ kết thúc khi chúng ta điền vào trong bảng toàn bộ thông tin của các trạm. Trong ví dụ này, trạm số 1 là trạm cuối cùng được
30. 30 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT điền thông tin. Khi kết thúc việc phân tích, chúng ta biết được số lượng công nhân cần được phân bổ và số lượng hàng tồn kho cuối cùng cho mỗi trạm. Kế hoạch lao động: Thông thường, mỗi trạm sản xuất đại diện cho một bước trong quá trình sản xuất. Và với một số lượng công nhân giới hạn, chúng ta không thể bố trí họ làm việc trong toàn bộ các bước đồng thời cùng một lúc được. Chúng ta cần phải lập bảng Kế hoạch lao động trong đó thể hiện trạm số mấy sẽ nhận được bao nhiêu công nhân trong khoảng thời gian nào. Một phương pháp đơn giản đó là chúng ta hoàn thành xong công việc tại một trạm nào đó trước khi chuyển đến làm việc ở trạm kế tiếp theo trình tự. Phương pháp này đơn giản nhưng sẽ tạo ra lượng hàng tồn kho trong sản xuất nhiều. Một phương pháp khác đó là tại một trạm chúng ta chỉ xử lý một chi tiết và di chuyển công nhân đến trạm tiếp theo. Việc này dẫn đến khó khăn trong thực tế là công nhân mất nhiều thời gian để di chuyển qua lại giữa các trạm hơn là để làm việc. Một phương pháp lập Kế hoạch lao động khác là tuân theo các quy tắc sau: 1. Di chuyển công nhân từ trạm này qua trạm khác chỉ khi hết một khoảng thời gian nào đó (ví dụ một ngày). 2. Chỉ phân bổ công nhân cho các trạm sản xuất kế tiếp trong dây chuyền khi số lượng chi tiết đầu vào yêu cầu của các trạm đó thỏa mãn mục tiêu sản xuất. 3.4.2. CÂN BẰNG DÂY CHUYỀN LẮP RẮP Dây chuyền lắp ráp là một hình thức sản xuất trong đó các chi tiết được lắp ráp lại với nhau tại các trạm sản xuất để tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh. Để cân bằng một dây chuyền lắp ráp đòi hỏi phải có một kế hoạch logic và liên quan đến việc phân phối công việc giữa các trạm sao cho tất cả các trạm có thể hoàn thành nhiệm vụ với thời gian xấp xỉ bằng nhau. Nếu dây chuyền được cân bằng một cách hoàn hảo, thời gian gia công tại các trạm là đồng nhất. Tuy nhiên, thực tế thì khó mà đạt được như vậy và thời gian gia công dài nhất của một trạm sẽ được gọi là chu kỳ sản xuất của toàn bộ dây chuyền lắp ráp.
31. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 31 Có nhiều kỹ thuật để xây dựng một dây chuyền lắp ráp, nhưng chúng đều có chung một nguyên tắc: chia nhỏ công việc tổng thành các nhiệm vụ nhỏ và xác định mối quan hệ giữa chúng, đó là quyết định nhiệm vụ nào phải được hoàn thành trước khi nhiệm vụ khác bắt đầu, và những nhiệm vụ nào có thể thực hiện đồng thời song song. Ví dụ, trong sản xuất bàn chải quét sơn, keo phải được đổ vào trong vòng kẹp trước khi cho lông bàn chải vào. Tuy nhiên, cùng lúc đó một người (hay một máy) có thể đánh bóng và dán nhãn tay cầm bàn chải. Nguyên tắc tiếp theo là xác định thời gian gia công cần thiết cho mỗi nhiệm vụ. Các phương pháp toán học hiện nay đang được sử dụng để cân bằng dây chuyền sản xuất chủ yếu là sự ứng dụng của kỹ thuật tối ưu hóa, chẳng hạn như phương pháp lập trình số nguyên và phân nhánh giới hạn. Tuy các phương pháp trên cho kết quả chính xác nhưng nếu áp dụng cho một dây chuyền lắp ráp có nhiều nhiệm vụ thì việc tính toán sẽ rất nặng nề và mệt mỏi. Ở đây sẽ giới thiệu hai phương pháp được sử dụng khá rộng rãi vì tính đơn giản của chúng. Các Phương Pháp Cân Bằng: Chúng ta sẽ tìm hiểu các phương pháp bằng cách xem xét chúng kèm ví dụ cụ thể. Hình 3.13 thể hiện các nhiệm vụ phải thực hiện trên một dây chuyền sản xuất, chúng được kí hiệu bằng các vòng tròn (nốt). Trình tự thực hiện các nhiệm vụ được thể hiện bằng mũi tên liên kết giữa các nốt. Trên mỗi nốt có thể hiện thời gian hoàn thành nhiệm vụ. Tổng thời gian để hoàn thành tất cả nhiệm vụ là 5.31 (phút). Hình 3.13 Biểu đồ quan hệ trước sau Phương Pháp I – Nguyên tắc công việc lớn nhất: Phương pháp này xác định số lượng trạm làm việc tối thiểu để đạt được một chu kỳ sản xuất xác định trước.
32. 32 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT ổ hờ ả ấ Chu kỳ sản xuất = ố ượ ả hẩ ê ầ Mục đích của phương pháp này là phân phối khối lượng công việc giữa các trạm. Trình tự thực hiện như sau: 1. Liệt kê các nhiệm vụ theo thứ tự giảm dần của thời gian hoàn thành, nhiệm vụ nào có thời gian hoàn thành lớn nhất sẽ được xếp đầu tiên. Đồng thời chúng ta liệt kê các nhiệm vụ ngay trước của nhiệm vụ đang xét. 2. Chỉ định trạm đầu tiên trong bước 1 là trạm số 1 và đánh số các trạm kế tiếp theo thứ tự. Bảng 3.9 Bảng liệt kê các nhiệm vụ. 3. Bắt đầu với nhiệm vụ trên cùng, chúng ta sẽ phân bổ một nhiệm vụ “khả thi” cho trạm đang xét. Một nhiệm vụ được gọi là khả thi nếu nó không có bất cứ một nhiệm vụ nào ở trước, hoặc nếu tất cả các nhiệm vụ trước nó đã bị xóa. Nhiệm vụ khả thi được phân bổ cho trạm chỉ khi thời gian hoàn thành của nó nhỏ hơn chu kỳ sản xuất. Điều kiện này được kiểm tra bằng cách so sánh thời gian lũy kế của tất cả các công việc đã được phân bổ cho trạm, bao gồm cả nhiệm vụ đang xem xét, với chu kỳ sản xuất. Nếu thời gian lũy kế lớn hơn chu kỳ sản xuất, nhiệm vụ đang xem xét không thể được phân bổ cho trạm. Nếu không có nhiệm vụ nào khả thi, chúng ta đi đến bước số 5. Một khi nhiệm vụ được phân bổ cho một trạm xong, chúng ta xóa bỏ tất cả các thông tin liên quan đến nhiệm vụ đó ra khỏi bảng.
33. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 33 4. Xóa bỏ nhiệm vụ đã được phân bổ ra khỏi cột đầu tiên của bàng. Nếu bảng liệt kê đã trống, chúng ta đi đến bước 6; nếu không, trở lại bước 3. 5. Tạo một trạm làm việc mới bằng cách tăng số trạm lên một đơn vị. Trở lại bước 3. 6. Khi tất cả các nhiệm vụ đã được phân bổ, số lượng trạm làm việc lúc này sẽ phản ánh số lượng trạm cần thiết. Phương pháp này cũng cho chúng ta biết số lượng nhiệm vụ phân bổ cho mỗi trạm. Thời gian lũy kế lớn nhất của mỗi trạm riêng lẽ sẽ là chu kỳ sản xuất thực. Chúng ta sẽ giải thích ứng dụng của các bước tính toán trên cho ví dụ thể hiện trong hình 5.13 và bảng 5.12. Giả sử rằng mỗi ngày chúng ta có 400 phút làm việc, nhịp sản xuất là 400 sản phẩm/ ngày. Như vậy, chu kỳ sản xuất là 1 phút/ sản phẩm. Bước đầu tiên là liệt kê danh sách các nhiệm vụ theo thứ tự giảm dần thời gian hoàn thành (bảng 3.10). Chúng ta cũng liệt kê các nhiệm vụ ngay trước của nhiệm vụ đang xét. Thông tin này sẽ được sử dụng trong bước 2. Bảng 3.10 Bảng liệt kê các nhiệm vụ theo thời gian Bắt đầu với hàng đầu tiên trong bảng, nhiệm vụ số 10. Thời gian lũy kế ở đây chính là thời gian hoàn thành nhiệm vụ 10, 0.08 giây. Thời gian lũy kế nhỏ hơn chu kỳ sản xuất (1 phút), nhưng 10 có hai nhiệm vụ ngay trước nó: nhiệm vụ số 7 và 8 nên 10 không phải là nhiệm vụ “khả thi”. Tiếp theo, nhiệm vụ số 11 trong bảng cũng có kết quả tương tự. Chỉ có nhiệm vụ số 1 là khả thi, và chúng ta phân bổ nó cho trạm số 1.
34. 34 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT Sau khi nhiệm vụ số 1 được phân bổ cho trạm số 1, xóa bỏ mọi thông tin liên quan đến nó ra khỏi bảng. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.11. Bảng 3.11 Bảng liệt kê các nhiệm vụ sau khi phân bổ nhiệm vụ số 1 Tiếp tục, chúng ta trở lại với hàng đầu tiên trong bảng, đó là 10 và 11 Nhiệm vụ số 2 lúc này trở thành nhiệm vụ “khả thi”. Thời gian lũy kế = 0.22 + 0.70 = 0.82. Thời gian lũy kế nhỏ hơn chu kỳ sản xuất (1 phút) nên phân bổ nhiệm vụ 2 vào trạm số 1. Chúng ta cứ tiếp tục phân bổ một nhiệm vụ vào trạm với điều kiện là thời gian lũy kế không lớn hơn chu kỳ sản xuất. Nhiệm vụ số 3 lúc này trở thành khả thi và thời gian hoàn thành của nó nhỏ hơn chu kỳ sản xuất, nó được phân bổ vào trạm sản xuất số 2. Quy trình này cứ tiếp tục cho đến khi toàn bộ các nhiệm vụ trong dây chuyền được phân bổ hết. Kết quả cuối cùng được thể hiện trong bảng 3.12.
35. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 35 Bảng 3.12 Bảng phân bổ nhiệm vụ cuối cùng Chúng ta cần bảy trạm sản xuất và chu kỳ sản xuất thực là 0.92 giây, đây là thời gian hoàn thành của trạm số 1. Hiệu suất của dây chuyền được tính toán như sau: E = (1 – p) x 100 Trong đó: p = Giả sử mỗi trạm chúng ta có một công nhân làm việc, như vậy: – e =1- [ ] x 100 = 82.5 % Phương Pháp 2 – Phân loại tầm ảnh hưởng: Trong phương pháp trước, các nhiệm vụ được liệt kê theo thứ tự giảm dần của thời gian hoàn thành. Trong phương pháp này các nhiệm vụ được phân loại dựa vào tầm quan trọng đối với sự hoàn thành của tất cả các nhiệm vụ phụ thuộc vào chúng. Tầm quan trọng được đo lường bằng chỉ số RPW (Ranked Positional Weight). RPW của một nhiệm vụ được xác định như sau: RPW = Tổng thời gian của tất cả các nhiệm vụ đi theo sau nó trên sơ đồ dây chuyền sản xuất + Thời gian hoàn thành của chính nhiệm vụ đó.
36. 36 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT Ví dụ, nhiệm vụ số 5 có RPW = tổng thời gian của các nhiệm vụ 6, 7, 9, 10 và 11 + thời gian của nhiệm vụ 5. Tức là, 0.12 + 0.63 + 0.34 + 0.80 + 0.70 + 0.48 = 3.07. Bảng 3.13 thể hiện tất cả các nhiệm vụ được phân loại theo thứ tự giảm dần của RPW. Từ đây quá trình tính toán sẽ giống hoàn toàn với quá trình tính toán của phương pháp I (từ bước 2 đến bước 6). Bảng 3.13 Bảng phân loại tầm ảnh hưởng Thực hiện bước 2 – 6 của phương pháp 1 chúng ta có kết quả cuối cùng được thể hiện trong bàng 3.14. Bảng 3.14 Bảng kết quả tính toán Chúng ta vẫn cần 7 trạm làm việc như chu kỳ sản xuất đã tăng đến 0.98 giây, đó là thời gian lũy kế của trạm 4. Hiệu suất của dây chuyền là:
37. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 37 – e =1- [ ] x 100 = 77.4 % Nhịp sản xuất lúc này sẽ là 400/0.98 ≈ 408 sản phẩm/ngày. Lưu ý là các phương pháp này dẫn đến kết quả có thể không thực sự thõa mãn, chẳng hạn trong trường hợp này hiệu suất chỉ là 77.4%. Chúng ta có thể làm tăng hiệu suất bằng cách thử lại quá trình tính toán với một chu kỳ sản xuất khác. Ví dụ, nếu chu kỳ sản xuất là 0.9 phút thì chúng ta sẽ có bảng phân bổ nhiệm vụ như trong bảng 3.15. Với hiệu suất là 88%, nhịp sản xuất lúc này tăng lên 400/0.86 ≈ 465 sản phẩm/ngày. Bảng 3.15 Bảng kết quả tính toán với chu kỳ sản xuất 0.9 phút 3.4.3. TẠO NHÓM SONG SONG CÁC TRẠM SẢN XUẤT Trong một vài trường hợp đòi hỏi chúng ta có một nhịp sản xuất làm cho chu kỳ sản xuất nhỏ hơn thời gian hoàn thành một nhiệm vụ. Ví dụ, trong trường hợp ở trước, nếu nhịp sản xuất tăng lên 800 sản phẩm/ngày thì chu kỳ sản xuất lúc đó sẽ là 400/800 = 0.50 phút. Như vậy, các nhiệm vụ 10, 11, 2, 7, và 8 sẽ cần nhiều thời gian hơn để hoàn thành. Trong trường hợp này, các trạm làm việc được bố trí nối tiếp ở ví dụ trước phải được hiệu chỉnh cho việc cài đặt song song. Khi hai hoặc nhiều trạm làm việc song song nhau, và tất cả chúng đều được phân bổ cùng một nhiệm vụ thì thời gian cho phép để hoàn thành nhiệm vụ trong một trạm sẽ lớn hơn chu kỳ sản xuất. Ví dụ, giả sử chúng ta có hai trạm bố trí song song như trên hình 3.14a, mỗi trạm cần t thời gian để hoàn thành một nhiệm vụ; như vậy sẽ có hai sản phẩm được sản xuất
38. 38 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT trong thời gian t. Các trạm nối tiếp khác trong dây chuyền sẽ vận hành với chu kỳ sản xuất là t/2. Tương tự, nếu có n trạm song song với nhau, chu kỳ sản xuất cho cho các trạm còn lại sẽ là t/n. Một câu hỏi đặt ra cho ví dụ tính toán trên là: Tại sao không bố trí sáu trạm sản xuất song song, mỗi trạm sẽ thực hiện toàn bộ các nhiệm vụ và mỗi trạm sẽ có một công nhân làm việc? Như vậy chúng ta có thể giảm được số công nhân làm việc từ bày người xuống sáu người. Hơn nữa nhịp sản xuất sẽ tốt hơn 1 phút/ sản phẩm như đề bài yêu cầu. Hình 3.14 Các trạm sản xuất song song Có một số lý do giải thích như sau: Một nhiệm vụ được phân bổ cho một trạm sản xuất cũng đồng nghĩa với việc đầu tư các loại máy móc, dụng cụ cần thiết cho trạm đó. Như vậy, với sáu trạm sản xuất bố trí song song và mỗi trạm thực hiện toàn bộ các nhiệm vụ thì số tiền đầu tư sẽ cao đến mức không thể chấp nhận được. Hơn nữa, thời gian hoàn thành nhiệm vụ có thể tăng lên tương ứng diện tích làm việc của mỗi công nhân được tăng lên, công nhân phải di chuyển xa hơn để làm việc. Công nhân cũng cần
39. Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT 39 phải được huấn luyện nhiều và phải có nhiều kinh nghiệm để hoàn thành rất nhiều nhiệm vụ. Lưu ý rằng trong một dây chuyền lắp ráp thực tế, hai trạm làm việc song song không nhất thiết phải là song song về mặt vật lý. Chúng có thể, ví dụ, là hai trạm kế tiếp nhau cùng được cung cấp vật liệu từ một băng chuyền.