Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp gia công nhựa kỹ thuật, sự gia tăng nhanh chóng về nhu cầu sử dụng các linh kiện polyme trong dụng cụ cầm tay, ô tô và thiết bị gia dụng đòi hỏi các doanh nghiệp sản xuất phải liên tục kiểm soát chất lượng và tối ưu hóa chi phí. Các phương pháp quản lý chất lượng truyền thống dựa trên kinh nghiệm hoặc thử nghiệm cảm tính bộc lộ nhiều hạn chế về thời gian, chi phí và độ chuẩn xác khi áp dụng vào các dây chuyền ép phun phức tạp.

Công ty TNHH Good Mark Industrial Việt Nam là doanh nghiệp có vốn đầu tư 100% từ Hồng Kông (thuộc Good Mark Group), chuyên sản xuất các linh kiện nhựa kỹ thuật và khuôn mẫu cho các thương hiệu dụng cụ cầm tay quốc tế như Milwaukee và Ryobi. Trong quá trình vận hành, dòng sản phẩm Housing Support/Cover (mã sản phẩm: 360868001 / 360869001) cung ứng cho đối tác Milwaukee ghi nhận tỷ lệ lỗi gia tăng trong các tháng 7, 8 và 9 năm 2022, đặc biệt là lỗi hở khe hở (Gap), trầy xước, thiếu liệu và bavia. Tình trạng này dẫn đến phản hồi từ khách hàng và làm phát sinh chi phí tái chế, phế phẩm. Trước bối cảnh đó, đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm phân tích thực trạng kiểm soát chất lượng và ứng dụng chu trình Six Sigma DMAIC để hạ thấp tỷ lệ lỗi của sản phẩm này.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 3 nhiệm vụ cụ thể:

  1. Phân tích tổng quan quy trình sản xuất và hệ thống quản lý chất lượng tại nhà máy, chỉ ra thực trạng kiểm soát chất lượng của dòng sản phẩm Housing Support/Cover.
  2. Xác định các nguyên nhân gốc rễ gây ra sai lỗi của sản phẩm trong quy trình ép phun và xử lý thứ cấp (in ấn), từ đó tìm kiếm các giải pháp xử lý kỹ thuật.
  3. Đề xuất và áp dụng các giải pháp cải tiến nhằm giảm thiểu sản phẩm lỗi, nâng cao năng lực quy trình kiểm soát chất lượng tại nhà máy.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Ứng dụng quy trình DMAIC để giảm tỷ lệ lỗi trên dòng sản phẩm Housing Support/Cover (Part No: 360868001 / 360869001).
  • Phạm vi không gian: Nhà máy Công ty TNHH Good Mark Industrial Việt Nam tại Khu công nghiệp Quốc tế ProTrade, xã An Tây, Thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương.
  • Phạm vi thời gian: Dữ liệu sản xuất và kiểm định chất lượng được thu thập, phân tích và theo dõi từ tháng 7/2022 đến tháng 11/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết Quản lý chất lượng Six Sigma và chu trình cải tiến liên tục DMAIC gồm 5 giai đoạn liên kết: Xác định (Define), Đo lường (Measure), Phân tích (Analyze), Cải tiến (Improve), và Kiểm soát (Control). Trọng tâm lý thuyết bao gồm mô hình chuyển đổi hiệu suất hoạt động tương ứng với các mức Sigma (từ 1 Sigma tương đương 691.462 DPMO đến 6 Sigma tương đương 3,4 DPMO; mức 3 Sigma tương đương 66.800 DPMO).

Các công cụ và mô hình thống kê, quản lý chất lượng được tác giả khai thác bao gồm:

  • Sơ đồ SIPOC: Phân tích quan hệ tổng thể giữa Nhà cung cấp (Supplier), Đầu vào (Input), Quy trình (Process), Đầu ra (Output) và Khách hàng (Customer).
  • Cây chất lượng (CTQ - Critical To Quality): Chuyển hóa tiếng nói khách hàng (VOC) thành các chỉ số kỹ thuật có thể định lượng được.
  • Biểu đồ Pareto: Dựa trên nguyên lý 80/20 nhằm phân loại và xác định nhóm khuyết tật chiếm tỷ trọng lớn nhất cần ưu tiên xử lý.
  • Biểu đồ xương cá (Ishikawa) kết hợp mô hình 4M1E và phương pháp 5 Whys: Nhận diện và truy tìm nguyên nhân gốc rễ từ các yếu tố Con người (Man), Máy móc (Machine), Phương pháp (Method), Nguyên vật liệu (Material) và Môi trường (Environment).
  • Chỉ số năng lực quy trình ($C_p$, $C_{pk}$): Đánh giá mức độ biến thiên của quá trình sản xuất so với giới hạn dung sai kỹ thuật trên ($USL$) và giới hạn dung sai dưới ($LSL$).
  • Kiểm định giả thuyết thống kê cho 2 tỷ lệ (Hypothesis Testing - Proportions): Thực hiện so sánh tỷ lệ phế phẩm trước và sau khi thay đổi các thông số kỹ thuật thực nghiệm dựa trên giá trị p-value.
  • Phiếu kiểm tra (Checksheet) và Biểu đồ kiểm soát: Giám sát liên tục dữ liệu lỗi trong quá trình sản xuất hàng loạt.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được thực hiện qua việc kết hợp thu thập tài liệu nội bộ (hướng dẫn vận hành tiêu chuẩn SOP, báo cáo kiểm tra IQC/IPQC/OQC), phỏng vấn nhóm chuyên trách (Quality Manager, Quality Engineer, kỹ thuật viên ép phun), quan sát thực nghiệm đo đạc trực tiếp kích thước khe hở Gap bằng thước lá (Feeler gauge) tại phòng đo MPQC, và phân tích số liệu thống kê sản lượng - phế phẩm trên hệ thống SAP của doanh nghiệp.


Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu về Công ty TNHH Good Mark Industrial Việt Nam

Chương 1 trình bày lịch sử hình thành và phát triển của Good Mark Group (thành lập năm 1976 tại Hồng Kông) và Công ty TNHH Good Mark Industrial Việt Nam (thành lập ngày 24/10/2019). Doanh nghiệp sở hữu 2 nhà máy tại tỉnh Bình Dương (Khu công nghiệp Quốc tế ProTrade và Khu công nghiệp Rạch Bắp) với diện tích xấp xỉ 20.000 m². Lĩnh vực sản xuất chính tại Việt Nam gồm vỏ dụng cụ điện, thành phần bánh răng, thành phần động cơ, linh kiện pin, quạt công nghiệp và khuôn ép nhựa kỹ thuật.

Về cơ cấu tổ chức, ban điều hành gồm Chủ tịch và 6 Giám đốc phụ trách các khối nghiệp vụ chuyên biệt: kỹ thuật & kiểm soát chất lượng (QA/QC/QE), tài chính kế toán & kế hoạch sản xuất (PMC/Logistic), ép phun & bảo trì tự động hóa, sản xuất thứ cấp (in ấn, tem nhãn), và bộ phận kinh doanh & thu mua.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về Six Sigma, định nghĩa về quy trình kiểm soát chất lượng đạt chuẩn 3,4 lỗi trên một triệu cơ hội (DPMO) và cấu trúc 5 giai đoạn của chu trình DMAIC. Tác giả trình bày chi tiết công thức toán học và tiêu chuẩn đánh giá của các chỉ số năng lực quy trình:

$$C_p = \frac{USL - LSL}{6\sigma}$$

$$C_{pk} = \min\left(\frac{USL - \mu}{3\sigma}, \frac{\mu - LSL}{3\sigma}\right)$$

Ý nghĩa của các mức giá trị $C_p$ được tổng hợp theo tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng công nghiệp:

Giá trị $C_p$ Đánh giá năng lực Diễn giải trạng thái quy trình
$C_p < 1$ Quy trình không có khả năng Mức độ biến thiên vượt quá dung sai kỹ thuật; tỷ lệ lỗi cao.
$1 \le C_p < 1,33$ Quy trình hầu như không có khả năng Đáp ứng mức dung sai tối thiểu; tạo ra ít nhất 3% lỗi nếu tâm lệch.
$C_p > 1$ Quá trình không có khả năng ổn định Độ biến thiên nhỏ hơn khoảng dung sai nhưng vẫn sinh lỗi nếu lệch tâm.
$C_p \ge 1,33$ Quy trình có khả năng cao Quy trình đáp ứng tốt yêu cầu kỹ thuật và nằm trong kiểm soát thống kê.

Chương này cũng xác lập trình tự 6 bước của kiểm định giả thuyết thống kê tỷ lệ hai mẫu độc lập (Hypothesis Testing - Proportions) để kiểm chứng sự khác biệt có ý nghĩa giữa các mức thông số vận hành máy ép phun.

Chương 3: Thực trạng kiểm soát chất lượng tại quy trình sản xuất sản phẩm Housing Support/Cover

Chương 3 mô tả toàn bộ dây chuyền sản xuất sản phẩm Housing Support/Cover (Part No: 360868001 / 360869001). Sản phẩm là linh kiện bán thành phẩm cho máy cầm tay Milwaukee, được tạo thành từ 2 lớp vật liệu qua công nghệ ép chồng (overmold): lớp nhựa cứng bên trong và lớp nhựa mềm bên ngoài. Quy trình vận hành trải qua các công đoạn: nhận đơn hàng -> kiểm tra vật tư -> sấy hạt nhựa nguyên liệu (thời gian sấy 4 tiếng theo tiêu chuẩn nhiệt độ, độ ẩm) -> trộn liệu -> ép phun nhựa cứng (thông số khuôn T6661C) -> ép phun nhựa mềm (thông số khuôn T6662C) -> kiểm tra mẫu đầu (IPQC lấy 5 sản phẩm đầu sau 30-60 sản phẩm chạy thử gửi phòng MPQC đo đạc) -> chuyển sang công đoạn in logo -> sấy nhiệt -> kiểm tra xuất xưởng (OQC, SQC) -> nhập kho.

Mô hình kiểm soát chất lượng của công ty chuyển đổi từ kiểm tra chất lượng đơn thuần (QC) sang hệ thống quản lý chất lượng toàn diện (QM) với 3 trạm kiểm soát cốt lõi:

  1. Kiểm soát chất lượng đầu vào (IQC): Kiểm tra chứng nhận RoHS, bao bì, nhãn mác, kích thước hạt nhựa và mật độ chấm đen ngoại quan theo kế hoạch lấy mẫu AQL. Tiêu chuẩn khống chế chấm đen không vượt quá 2 chấm ($\le 0,03\text{ mm}^2$) trên 100 gam mẫu thử.
  2. Kiểm soát chất lượng trong quá trình (IPQC): Kiểm tra hình thức, độ co ngót, bọt khí, đường chảy, độ biến dạng; định kỳ 2 giờ lấy mẫu một lần; giám sát các biến số 4M1E; kiểm soát nhiệt độ phòng đo lường MPQC ở mức $20^\circ\text{C} \pm 5^\circ\text{C}$ và độ ẩm tương đối từ 40% đến 70%.
  3. Kiểm soát chất lượng đầu ra (OQC/SQC): Rút nghiệm thu lô hàng thành phẩm trước khi đóng gói và xuất giao khách hàng.

Thực trạng thống kê từ tháng 7/2022 đến tháng 9/2022 cho thấy tỷ lệ trả hàng và tỷ lệ phế phẩm tăng cao, trong đó lỗi hở khe hở (Gap) giữa 2 lớp nhựa chiếm tỷ trọng lớn nhất, gây ảnh hưởng trực tiếp đến kết cấu lắp ráp của đối tác.

Chương 4: Giảm tỷ lệ lỗi của sản phẩm bằng phương pháp DMAIC

Chương 4 ghi lại quá trình triển khai dự án cải tiến của nhóm chất lượng QM theo 5 giai đoạn:

  • Giai đoạn Xác định (Define - 01/10/2022 đến 08/10/2022): Thiết lập hiến chương dự án, xây dựng sơ đồ SIPOC và biểu đồ Pareto xác định lỗi hở Gap là đối tượng ưu tiên giải quyết hàng đầu; chuyển đổi yêu cầu khách hàng (VOC) thành tiêu chuẩn kỹ thuật (CTQ).
  • Giai đoạn Đo lường (Measure - 09/10/2022 đến 17/10/2022): Sử dụng thước lá (Feeler gauge) làm công cụ đo độ rộng khe hở Gap; lập biểu mẫu thu thập dữ liệu đo lường; xây dựng biểu đồ phân bố tần suất và tính toán chỉ số năng lực quy trình $C_{pk}$ ban đầu (kết quả cho thấy năng lực quy trình chưa đạt yêu cầu kiểm soát).
  • Giai đoạn Phân tích (Analyze - 18/10/2022 đến 26/10/2022): Áp dụng biểu đồ xương cá và kỹ thuật 5 Whys để khoanh vùng 3 nguyên nhân cốt lõi:
    1. Chênh lệch nhiệt độ: Khu vực khe hở có nhiệt độ làm mát cao hơn nhiệt độ lõi khuôn, dẫn đến tốc độ co ngót không đồng đều giữa 2 phần nhựa.
    2. Áp lực ép overmold: Áp lực tác động khi ép lớp nhựa mềm vào nhựa cứng quá cao (75 bar) làm biến dạng cục bộ thành nhựa cứng tại 4 cổng phun keo.
    3. Nhiệt độ sấy in ấn: Nhiệt độ trong lò sấy sau khi in logo tác động nhiệt làm mềm lớp nhựa overmold, làm gia tăng khoảng hở Gap.
  • Giai đoạn Cải tiến (Improve - 27/10/2022 đến 15/11/2022): Đề xuất và thử nghiệm điều chỉnh các thông số kỹ thuật, thu thập số liệu kiểm định giả thuyết thống kê so sánh tỷ lệ lỗi giữa các phương án:
    • Tăng thời gian làm mát từ 50 giây lên 55 giây kết hợp cải tiến hệ thống làm mát lõi khuôn nhựa cứng.
    • Giảm áp lực ép phun nhựa mềm từ 75 bar xuống 73 bar.
    • Tối ưu hóa hạ nhiệt độ cài đặt của lò sấy tại công đoạn in logo.
  • Giai đoạn Kiểm soát (Control - 16/11/2022 đến 30/11/2022): Chuẩn hóa các thông số vận hành mới vào quy trình thao tác chuẩn (SOP); ban hành phiếu kiểm tra Checksheet theo dõi lỗi hở Gap cho IPQC cứ mỗi 2 giờ; tái đánh giá năng lực quy trình $C_{pk}$ và tỷ lệ lỗi sau cải tiến trong tháng 11/2022.

Kết quả và đóng góp

Kết quả can thiệp kỹ thuật và thống kê

Dự án đã xác lập các điều chỉnh thông số công nghệ tại dây chuyền ép phun và công đoạn in logo:

Công đoạn / Yếu tố Thông số ban đầu Thông số sau cải tiến Cơ chế tác động
Thời gian làm mát khuôn 50 giây 55 giây Tăng độ ổn định định hình sản phẩm, giảm co ngót nhiệt lệch tâm.
Áp lực ép overmold 75 bar 73 bar Giảm lực tác động lên kết cấu nhựa cứng tại 4 cổng phun keo.
Hệ thống làm mát Tiêu chuẩn cũ Bổ sung làm mát lõi trong Cân bằng nhiệt độ giữa khu vực khe hở và phần thân lõi.
Nhiệt độ lò sấy in Mức nhiệt ban đầu Hạ nhiệt độ sấy phù hợp Tránh biến dạng lớp nhựa mềm overmold sau khi in logo.

Giải pháp và đóng góp của đề tài

  1. Chuẩn hóa kỹ thuật và kiểm soát: Tác giả đã lượng hóa các yếu tố ảnh hưởng từ áp lực máy ép và chu kỳ nhiệt đến độ biến dạng sản phẩm ép 2 lớp (overmold), đưa ra bộ thông số tối ưu cho mã sản phẩm 360868001 / 360869001.
  2. Nâng cao năng lực quy trình: Chỉ số $C_{pk}$ của công đoạn ép phun và in ấn được cải thiện rõ rệt, đưa quy trình hở Gap về trạng thái kiểm soát thống kê, tỷ lệ phế phẩm và hàng trả về từ khách hàng Milwaukee từ tháng 7–9/2022 giảm mạnh trong giai đoạn tháng 10–11/2022.
  3. Đóng góp về mặt phương pháp: Công trình chứng minh tính thực tiễn của việc kết hợp các công cụ định tính (5 Whys, biểu đồ xương cá) với công cụ thống kê định lượng (kiểm định giả thuyết tỷ lệ, chỉ số năng lực quy trình, biểu đồ Pareto) trong việc giải quyết bài toán khuyết tật kỹ thuật tại doanh nghiệp gia công nhựa phụ trợ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu chỉ tập trung giải quyết chuyên sâu lỗi hở khe hở (Gap) trên một dòng sản phẩm đơn lẻ (Housing Support/Cover mã số 360868001 / 360869001) với thời gian theo dõi thực nghiệm trong 5 tháng (từ tháng 7/2022 đến tháng 11/2022). Các lỗi ngoại quan khác như trầy xước, thiếu liệu, bavia chưa được áp dụng giải pháp triệt để ở quy mô tương đương.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng chu trình DMAIC để tối ưu hóa các thông số ép phun cho toàn bộ các mã linh kiện khác của khách hàng Milwaukee và Ryobi tại nhà máy; nghiên cứu xây dựng hệ thống thu thập dữ liệu đo lường tự động thay thế cho phương pháp đo thủ công bằng thước lá (Feeler gauge).

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Quản lý công nghiệp, Kỹ thuật hệ thống công nghiệp, Kỹ thuật vật liệu nhựa: Nắm bắt quy trình ứng dụng Six Sigma DMAIC vào một bài toán sản xuất thực tế tại doanh nghiệp FDI.
  • Kỹ sư quản lý chất lượng (QA/QC/QE) và kỹ thuật viên ép phun: Tham khảo quy trình đo lường kiểm soát lỗi hở khe hở bằng thước lá (Feeler gauge), phương pháp thiết lập biểu đồ kiểm soát $C_{pk}$, lưu đồ kiểm soát 3 tầng IQC - IPQC - OQC và cách thức kiểm định thống kê khi thay đổi thông số khuôn/nhiệt độ/áp lực ép.

Câu hỏi thường gặp

1. Đối tượng nghiên cứu cụ thể của khóa luận là sản phẩm nào và phục vụ cho khách hàng nào?
Khóa luận nghiên cứu dòng sản phẩm Housing Support/Cover mang mã số Part No: 360868001 / 360869001. Đây là linh kiện vỏ nhựa kỹ thuật được sản xuất cung ứng cho đối tác Milwaukee.

2. Khuyết tật chất lượng chính nào được nhóm dự án tập trung xử lý và sử dụng công cụ gì để đo lường?
Khuyết tật trọng tâm được xác định qua biểu đồ Pareto là lỗi hở khe hở (Gap) giữa 2 lớp nhựa (nhựa cứng và nhựa mềm overmold). Nhóm dự án sử dụng dụng cụ đo chuyên dụng là thước lá (Feeler gauge) để thu thập dữ liệu độ hở tại phòng đo lường MPQC.

3. Ba nguyên nhân gốc rễ gây ra lỗi hở khe hở (Gap) được xác định trong giai đoạn Phân tích (Analyze) là gì?
Ba nguyên nhân chính gồm: (1) Nhiệt độ tại khu vực khe hở cao hơn nhiệt độ lõi gây co ngót không đều; (2) Áp lực ép overmold tác động lên nhựa cứng ban đầu ở mức cao (75 bar) gây biến dạng tại 4 cổng keo; (3) Nhiệt độ sấy trong quá trình in logo làm mềm và biến dạng lớp nhựa overmold.

4. Những thông số kỹ thuật nào đã được điều chỉnh tại giai đoạn Cải tiến (Improve)?
Nhóm dự án đã tăng thời gian làm mát từ 50s lên 55s kết hợp cải tiến làm mát lõi nhựa cứng, giảm áp lực ép nhựa mềm từ 75 bar xuống 73 bar, và hạ nhiệt độ lò sấy tại công đoạn in logo.

5. Tiêu chuẩn kiểm soát ngoại quan của nhân viên IQC đối với hạt nhựa nguyên liệu đầu vào quy định như thế nào?
Theo quy trình IQC, hạt nhựa nguyên liệu đầu vào được kiểm tra ngoại quan và đối chiếu tiêu chuẩn chấm đen: không được vượt quá 2 chấm đen có kích thước $\le 0,03\text{ mm}^2$ trên 100 gam mẫu thử, đồng thời kiểm tra xác nhận nhãn hợp chuẩn chỉ thị RoHS.


Kết luận

Khóa luận của tác giả Đào Thị Hương đã vận dụng chu trình Six Sigma DMAIC để giải quyết tình trạng lỗi hở khe hở (Gap) trên sản phẩm Housing Support/Cover tại Công ty TNHH Good Mark Industrial Việt Nam. Thông qua việc phân tích nguyên nhân gốc rễ và tiến hành thực nghiệm điều chỉnh áp lực ép phun, thời gian làm mát và nhiệt độ sấy in, đề tài đã nâng cao năng lực quy trình $C_{pk}$ và giảm tỷ lệ phế phẩm một cách rõ rệt. Kết quả nghiên cứu cung cấp tài liệu thực chứng về phương pháp cải tiến chất lượng và chuẩn hóa quy trình sản xuất trong ngành công nghiệp ép phun nhựa kỹ thuật.