Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Cao Hoàng Phong (chuyên ngành Quản lý công nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, thực hiện năm 2021) tập trung vào bài toán nâng cao năng lực vận hành tại Công ty TNHH Rượu Thực Phẩm (Wine Food Co.). Doanh nghiệp này hoạt động trong lĩnh vực sản xuất gia vị ẩm thực truyền thống Nhật Bản, sử dụng nguồn nguyên liệu nông sản Việt Nam kết hợp cùng hệ thống máy móc, dây chuyền kỹ thuật nhập khẩu từ Nhật Bản. Trong bối cảnh chi phí sản xuất gia tăng và áp lực cạnh tranh khắt khe trên thị trường xuất khẩu lẫn nội địa, các nhà máy chế biến thực phẩm buộc phải kiểm soát chặt chẽ các điểm nghẽn gây lãng phí nguồn lực. Tại doanh nghiệp khảo sát, hầu hết trang thiết bị được đưa vào vận hành liên tục nhưng chưa từng được đo lường, phân tích hiệu suất một cách định lượng và có hệ thống. Thực trạng quản lý thiết bị vẫn chịu ảnh hưởng nặng nề bởi tư duy "hư đâu sửa đó", thiếu các chỉ số trực quan hóa nguyên nhân gây đình trệ và sụt giảm năng suất.

Từ thực tiễn đó, nghiên cứu xác lập hai mục tiêu cụ thể theo văn bản:

  1. Xác định chỉ số hiệu suất thiết bị tổng thể (Overall Equipment Effectiveness - OEE) thông qua ba yếu tố cấu thành chính: mức độ sẵn sàng (Availability), hiệu suất vận hành (Performance), và tỷ lệ chất lượng sản phẩm (Quality) của hệ thống máy móc sản xuất tại công ty.
  2. Đưa ra các nhận xét đánh giá có căn cứ dữ liệu và đề xuất các giải pháp kỹ thuật - quản trị nhằm ngăn ngừa tổn thất trong sản xuất, hỗ trợ tăng năng suất và cắt giảm chi phí vận hành.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hiệu quả hoạt động của hệ thống thiết bị máy móc trong xưởng sản xuất tại Công ty TNHH Rượu Thực Phẩm. Phạm vi không gian được giới hạn tại các khu vực sản xuất trực tiếp (Tổ Toyo, Tổ Shirozake và Tổ Bottling) thuộc khuôn viên nhà máy ở Khu chế xuất Tân Thuận, Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh. Phạm vi thời gian thu thập dữ liệu sơ cấp và khảo sát thực địa kéo dài trong hơn 2 tháng, từ ngày 01 tháng 10 năm 2020 đến ngày 11 tháng 12 năm 2020, tập trung chủ yếu vào dòng sản phẩm chủ lực là rượu Mirin.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài được xây dựng dựa trên triết lý Bảo trì năng suất toàn diện (Total Productive Maintenance - TPM) và phương pháp tính toán chỉ số OEE. Khái niệm TPM bắt nguồn từ hoạt động bảo trì phòng ngừa tại Hoa Kỳ năm 1951, sau đó được phát triển và hoàn thiện tại Nhật Bản bởi công ty Nippon Denso và Viện Bảo dưỡng Nhà máy Nhật Bản (Japan Institute of Plant Maintenance - JIPM) vào năm 1971. Tác giả vận dụng các định nghĩa và nguyên tắc nền tảng từ Nakajima (1988), Roberts (1997) và Venkatesh J (2005) để làm rõ mối quan hệ giữa bảo trì tự quản, bảo trì có kế hoạch và mục tiêu triệt tiêu tai nạn, sai lỗi, hỏng hóc. Trọng tâm lý thuyết xoay quanh mô hình "Sáu tổn thất lớn" (Six Big Losses) của Nakajima (1971), bao gồm: hỏng hóc thiết bị (đột xuất và thường xuyên), cài đặt và hiệu chỉnh thiết bị (áp dụng kỹ thuật Single Minute Exchange of Die - SMED của Shigeo Shingo), chạy không tải và gián đoạn vận hành, tốc độ vận hành suy giảm, sản phẩm khuyết tật, và tổn thất trong giai đoạn khởi động máy.

Chỉ số OEE được xác định theo công thức: OEE = A (%) × P (%) × Q (%) Trong đó:

  • Mức độ sẵn sàng (A): tỷ lệ phần trăm giữa thời gian vận hành thực tế so với thời gian khả dụng theo kế hoạch, phản ánh tổn thất do dừng máy sửa chữa hoặc thiết lập.
  • Hiệu suất (P): tỷ lệ giữa sản lượng đầu ra thực tế so với sản lượng thiết kế lý thuyết trong khoảng thời gian máy chạy, phản ánh tổn thất do giảm tốc độ hoặc chạy không tải.
  • Chất lượng (Q): tỷ lệ giữa số lượng sản phẩm đạt tiêu chuẩn kỹ thuật trên tổng số sản phẩm được tạo ra.

Tác giả sử dụng hệ quy chiếu điều kiện vận hành lý tưởng đẳng cấp thế giới theo Nakajima (1988): A > 90%, P > 95%, Q > 99%, tương ứng mức OEE tổng thể đạt trên 84%.

Phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu được kết hợp chặt chẽ giữa hai nguồn:

  • Dữ liệu thứ cấp: Hồ sơ kỹ thuật, thông số thiết kế do nhà sản xuất máy cung cấp, báo cáo sản xuất nội bộ, biểu đồ doanh thu và tài liệu phân công nhiệm vụ từ Phòng Hành chính và Bộ phận Quản lý sản xuất.
  • Dữ liệu sơ cấp: Thu thập thông qua quan sát hiện trường, bấm giờ bấm giây (stopwatch) trực tiếp đo lường chu kỳ hoạt động và các khoảng thời gian ngừng máy (downtime), cân đếm khối lượng phế phẩm, phỏng vấn sâu trực tiếp công nhân vận hành, tổ trưởng và quản đốc phân xưởng trong khung thời gian 01/10/2020 - 11/12/2020. Dữ liệu sau đó được tổng hợp, xử lý bằng bảng tính để phân rã cấu trúc thời gian và xác định thông số hoạt động của từng máy móc.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu Công ty TNHH Rượu Thực Phẩm

Chương này khái quát lịch sử hình thành, quy mô và đặc điểm vận hành của Công ty TNHH Rượu Thực Phẩm (Wine Food Co.). Doanh nghiệp được thành lập tại Thành phố Hồ Chí Minh từ năm 1994, đăng ký giấy phép hoạt động ngày 31/12/1997 tại Lô BI-01-02-03a-04a, Đường số 8, Khu chế xuất Tân Thuận, Phường Tân Thuận Đông, Quận 7. Tổng diện tích mặt bằng đạt 11.344,4 m², vốn đầu tư ghi nhận 6 triệu USD và quy mô lao động gồm 55 nhân sự. Ban điều hành gồm Chủ tịch Hội đồng thành viên Iwata Kiyomichi, Giám đốc điều hành Kubo Ryoichi và Phó Giám đốc kiêm Giám đốc nhà máy Sato Yoshinori. Cơ cấu quản lý phân nhánh rõ ràng thành các phòng ban chức năng: Kế toán, Quản lý sản xuất, Xuất nhập khẩu, Kinh doanh, Nhân sự, Kỹ thuật, R&D, IT và Quản lý chất lượng (QC).

Sản phẩm của công ty chuyên về gia vị ẩm thực Nhật Bản: Hon Mirin, Ryorishu, Shiokoji và bán thành phẩm Shirozake. Doanh thu hàng năm dao động từ 6,0 đến 6,3 triệu USD. Thị trường tiêu thụ chính là xuất khẩu sang Nhật Bản, Thái Lan, Hàn Quốc; thị trường nội địa được phân phối qua Công ty TNHH 2M. Dòng sản phẩm Mirin giữ vai trò chủ lực, đóng góp đến 65% tổng cơ cấu doanh thu toàn đơn vị (35% còn lại thuộc về các dòng sản phẩm khác).

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương 2 hệ thống hóa cơ sở lý luận về TPM, chỉ số OEE và mô hình sáu tổn thất lớn trong sản xuất công nghiệp. Tác giả làm rõ tiến trình chuyển dịch từ bảo trì thụ động (chờ hỏng mới sửa) sang bảo trì phòng ngừa (PM) và bảo trì toàn diện có sự tham gia của toàn bộ người lao động (TPM). Các trụ cột của TPM được mô tả chi tiết, gồm: nền móng 5S, loại bỏ sáu tổn thất lớn, bảo trì tự quản (Autonomous Maintenance), bảo trì có kế hoạch (Planned Maintenance), quản lý thiết bị mới từ ban đầu và giáo dục đào tạo tại hiện trường.

Chương này cũng phân tích chi tiết cơ chế tác động của từng yếu tố trong sáu loại tổn thất lên các thành phần của OEE. Để giảm thời gian dừng máy do thiết lập và hiệu chỉnh, tác giả giới thiệu kỹ thuật chuyển đổi nhanh SMED do Shigeo Shingo khởi xướng, phân định giữa thao tác bên trong (thực hiện khi máy dừng) và thao tác bên ngoài (thực hiện khi máy đang chạy). Các phương thức tính OEE cho toàn bộ phân xưởng thông qua phương pháp bình quân số học hoặc bình quân gia quyền theo giá trị gia tăng của từng chuyền sản xuất cũng được chuẩn hóa về mặt công thức.

Chương 3: Thực trạng hoạt động sản xuất của thiết bị sản xuất tại công ty

Chương 3 là phần nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường, khảo sát chi tiết 7 công đoạn nối tiếp nhau trong quy trình sản xuất Mirin: Chà nếp/gạo, Hấp, Bơm chuyển Moromi, Ép, Lọc, Gia nhiệt và Đóng hàng. Giờ làm việc tiêu chuẩn của nhà máy là 8 tiếng (540 phút bao gồm 60 phút nghỉ trưa từ 11h30 đến 12h30). Bằng phương pháp bấm giờ và phỏng vấn trực tiếp, tác giả đã lượng hóa toàn bộ quỹ thời gian vận hành và nguyên nhân ngừng máy cho từng thiết bị:

Thiết bị / Công đoạn Thời gian kế hoạch (phút) Thời gian nghỉ giải lao / nghỉ sớm (phút) Thời gian dừng máy (phút) Thời gian vận hành thực tế (phút) Năng lực sản xuất thực tế ghi nhận
Máy chà Toyo (2 máy) 540 129 (60 trưa + 69 nghỉ sớm) 53 (KĐ: 3, Tắt: 2, Hỏng: 18, Chuẩn bị: 20, VS: 10) 358 12.849 kg/ngày (6.424,5 kg/máy); phế phẩm: 10,6 kg/ngày
Nồi nấu bằng hơi (2 nồi) 540 0 202 (KĐ: 5, Tắt: 5, Chuẩn bị: 132, VS: 60) 338 3.716 kg/lần nấu; hấp ~45 phút/nồi; hao hụt: ~50 kg/ngày
Máy bơm chuyển (LOBE cánh hoa mai) 540 142 (60 trưa + 82 nghỉ sớm) 78 (KĐ: 2, Tắt: 1, Hỏng: 15, Chuẩn bị: 10, VS: 50) 320 22.221 lít/ngày (8 tank, ~40 phút/tank; CS thiết kế: 5 m³/h)
Máy ép (2 máy chạy liên tục) 1440 0 120 (KĐ: 5, Tắt: 5, Chuẩn bị: 50, VS: 60) 1320 21.412 lít Moromi/ngày (12h ép + xả hơi làm khô hèm); thu hồi > 85%
Máy lọc (Vải 44 tấm + Giấy 14 tấm) 540 60 (trưa) 104 (KĐ: 2, Tắt: 2, Chuẩn bị: 30, VS: 70) 390 (làm thêm giờ) 19.106 lít/ngày; công suất thực tế: 5,9 m³/h; chất lượng đạt 100%
Máy gia nhiệt (Thanh trùng 80-85°C) 540 60 (trưa) 468 (KĐ: 5, Tắt: 5, Chờ lọc: 428, VS: 30) 300 (phải tăng ca) 19.106 lít/ngày; vận hành ở công suất 3 m³/h (thay vì 7 m³/h)
Chuyền đóng hàng (Thùng 18 lít) 540 60 (trưa) 141 (KĐ: 15, Tắt: 6, Hỏng: 20, Chuẩn bị: 60, VS: 40) 339 1.064 thùng 18L/ngày; thực tế 189 thùng/h (thiết kế 210 thùng/h)

Các số liệu trên chỉ rõ những điểm bất hợp lý trong phân bổ thời gian. Điển hình là máy gia nhiệt bị gián đoạn tới 428 phút chỉ để chờ đợi công đoạn lọc hoàn tất bán thành phẩm, dẫn đến tình trạng máy phải hoạt động ngoài giờ thêm 5 tiếng để hoàn thành kế hoạch. Tương tự, công đoạn lọc cũng vượt quá thời gian làm việc bình thường do công nhân chưa được chuẩn hóa thao tác. Ngược lại, máy chà và máy bơm chuyển có thời gian nghỉ sớm khá dài (lần lượt 69 phút và 82 phút), phản ánh sự mất cân bằng tải giữa các công đoạn liên hoàn.

Chương 4: Xác định chỉ số hiệu quả thiết bị tổng thể, đưa ra nhận xét và giải pháp nhằm tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của thiết bị

Tại chương cuối, tác giả tiến hành tính toán các thông số A, P, Q để xác định OEE của từng thiết bị và toàn bộ chuyền đóng hàng. Trên cơ sở phân tích khoảng cách giữa năng lực thực tế và tiêu chuẩn quốc tế (OEE > 84%), tác giả chỉ ra các nguyên nhân cốt lõi làm giảm sút hiệu suất:

  • Thời gian dừng máy ngoài kế hoạch phát sinh từ các hỏng hóc nhỏ nhưng lặp lại thường xuyên (máy chà hỏng 18 phút, máy bơm hỏng 15 phút, chuyền đóng hàng hỏng 20 phút mỗi ngày).
  • Thời gian chuẩn bị và vệ sinh chiếm tỷ trọng quá lớn (chuẩn bị nồi nấu mất 132 phút, chuẩn bị chuyền đóng hàng mất 60 phút, vệ sinh máy lọc 70 phút).
  • Tình trạng công nhân làm việc dựa vào kinh nghiệm cá nhân, thiếu quy trình thao tác chuẩn (SOP), dẫn đến thời gian cài đặt máy kéo dài và sai lệch tiến độ.
  • Sự thiếu đồng bộ công suất giữa công đoạn lọc và gia nhiệt tạo ra lãng phí chờ đợi nghiêm trọng.

Các giải pháp đề xuất bao gồm:

  1. Xây dựng kế hoạch bảo trì định kỳ cho toàn bộ máy móc: chuyển đổi từ sửa chữa sự cố sang kiểm tra, bôi trơn, siết ốc, thay thế linh kiện hao mòn theo lịch trình định sẵn, giảm thiểu hỏng hóc đột xuất.
  2. Áp dụng kỹ thuật SMED để rút ngắn thời gian chuẩn bị và chuyển đổi: phân loại rõ ràng các bước chuẩn bị bên trong và bên ngoài, bố trí sẵn sàng dụng cụ, màng lọc, bao bì trước khi máy dừng.
  3. Chuẩn hóa quy trình vận hành và nâng cao trình độ nhân lực thông qua đào tạo tại hiện trường (OJT): xây dựng bảng hướng dẫn công việc chuẩn hóa thao tác cho công nhân tổ Shirozake và Bottling, đào tạo kỹ năng phát hiện sớm bất thường và thực hiện bảo trì tự quản đơn giản.
  4. Tối ưu hóa điều phối sản xuất: sắp xếp lại thời điểm bắt đầu vận hành máy gia nhiệt gối đầu nhịp nhàng với công đoạn lọc nhằm loại bỏ 428 phút thời gian chết chờ đợi, hạn chế tối đa việc phải làm thêm giờ.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại những kết quả định lượng cụ thể dựa trên việc thu thập số liệu hiện trường tại Công ty TNHH Rượu Thực Phẩm:

  • Thiết lập bộ dữ liệu chi tiết đầu tiên về thời gian hoạt động, thời gian dừng máy và tỷ lệ hao hụt của 7 thiết bị then chốt trong chuỗi sản xuất Mirin (quy mô chế biến 12.849 kg nguyên liệu/ngày, ép 21.412 lít Moromi/ngày, xử lý 19.106 lít Mirin thành phẩm/ngày và đóng gói 1.064 thùng 18 lít/ngày).
  • Chỉ rõ tổn thất thời gian lớn nhất tại nhà máy nằm ở khâu chờ đợi bán thành phẩm (công đoạn gia nhiệt mất 428 phút chờ đợi) và khâu chuẩn bị thủ công kéo dài (công đoạn hấp mất 132 phút chuẩn bị).
  • Lượng hóa độ suy giảm tốc độ vận hành: chuyền đóng hàng chỉ đạt 189 thùng/giờ so với công suất thiết kế 210 thùng/giờ (đạt tỷ lệ hiệu suất tốc độ 90%).
  • Đóng góp khoa học và thực tiễn của khóa luận là đã đặt nền tảng áp dụng công cụ OEE vào một doanh nghiệp sản xuất gia vị vốn chỉ quen thuộc với phương thức quản trị truyền thống. Đề tài cung cấp cơ sở dữ liệu khách quan, giúp ban lãnh đạo nhận diện chính xác các "tổn thất chìm" và chuyển đổi tư duy quản lý thiết bị sang hướng phòng ngừa chủ động theo mô hình TPM.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tồn tại một số hạn chế do tác giả tự ghi nhận:

  • Phạm vi thời gian khảo sát thực nghiệm còn ngắn (hơn 2 tháng cuối năm 2020), chưa phản ánh được đầy đủ biến động sản xuất qua các mùa vụ trong năm.
  • Nghiên cứu chỉ tập trung chuyên sâu vào dòng sản phẩm Mirin và quy cách đóng thùng 18 lít; các dòng sản phẩm khác (Ryorishu, Shiokoji, Shirozake) cũng như các quy cách bao bì nhỏ lẻ (chai 2,4L, 4L, 880ml, 500ml) chưa được khảo sát và tính toán chỉ số OEE độc lập.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được mở rộng theo các nội hàm:

  • Mở rộng phạm vi đo lường OEE cho toàn bộ các danh mục sản phẩm và các chuyền chiết rót bao bì nhỏ.
  • Triển khai thử nghiệm thực tế các giải pháp SMED và bảo trì tự quản (Autonomous Maintenance) tại xưởng, từ đó theo dõi, đánh giá sự thay đổi của chỉ số OEE sau khi can thiệp cải tiến.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên các ngành Quản lý công nghiệp, Kỹ thuật hệ thống công nghiệp, Quản trị sản xuất và Công nghệ thực phẩm khi thực hiện đề tài tốt nghiệp hoặc đồ án môn học liên quan đến TPM và OEE. Nội dung có giá trị tham khảo cao nhất nằm ở Chương 3 và Chương 4: phương pháp phân rã cấu trúc thời gian làm việc (thời gian khả dụng, thời gian chết có kế hoạch, thời gian ngừng máy do sự cố, thời gian chuẩn bị và vệ sinh) cùng biểu mẫu thu thập số liệu sơ cấp tại hiện trường sản xuất liên tục kết hợp gián đoạn. Ngoài ra, các kỹ sư quản lý vận hành xưởng chế biến đồ uống lên men có thể ứng dụng trực tiếp phương pháp đánh giá này để phát hiện các nút thắt cổ chai trong quy trình công nghệ của đơn vị mình.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao máy gia nhiệt có thời gian ngừng máy lên tới 468 phút trong một ca làm việc tiêu chuẩn? Nguyên nhân chủ yếu do thời gian chờ đợi bán thành phẩm từ công đoạn lọc chuyển sang, chiếm tới 428 phút. Do quy trình công nghệ yêu cầu Mirin phải được lọc xong mới chuyển sang gia nhiệt diệt khuẩn, trong khi việc điều phối sản xuất chưa gối đầu nhịp nhàng, khiến thiết bị phải chờ đợi gần hết ca làm việc và công nhân buộc phải tăng ca ngoài giờ thêm 5 tiếng để gia nhiệt cho đủ khối lượng 19.106 lít.

Hiệu suất tốc độ của chuyền đóng hàng loại 18 lít chênh lệch bao nhiêu so với thiết kế của nhà sản xuất? Theo thông số kỹ thuật do bộ phận kỹ thuật cung cấp, công suất thiết kế của chuyền là 210 thùng/giờ. Tuy nhiên, qua khảo sát thực tế trung bình mỗi giờ chuyền chỉ đóng được 189 thùng (đạt khoảng 90% công suất thiết kế), tổng sản lượng đạt 1.064 thùng trong 339 phút vận hành thực tế mỗi ngày.

Chất lượng sản phẩm ở các công đoạn chính được kiểm soát bằng những tiêu chí cụ thể nào? Tại công đoạn chà, công nhân kiểm tra ngẫu nhiên để loại bỏ sạn cặn (phế phẩm trung bình 10,6 kg/ngày). Tại công đoạn ép, khối lượng Mirin nguyên chất thu được bắt buộc phải đạt trên 85% khối lượng Moromi đầu vào. Tại công đoạn lọc và gia nhiệt (80 - 85°C), mẫu sản phẩm được phòng QC kiểm định 100% về độ trong và nhiệt độ đầu ra. Tại chuyền đóng hàng, trọng lượng mỗi thùng 18 lít được kiểm tra tự động 100% bằng máy đo trọng lượng lắp trực tiếp trên băng chuyền.

Hệ quy chiếu chuẩn quốc tế về OEE mà nghiên cứu sử dụng có các mốc định lượng nào? Nghiên cứu căn cứ vào tiêu chuẩn của Nakajima (1988), theo đó một doanh nghiệp đạt đẳng cấp sản xuất thế giới cần đạt mức độ sẵn sàng (A) trên 90%, hiệu suất vận hành (P) trên 95%, tỷ lệ chất lượng (Q) trên 99%, tạo ra chỉ số OEE tổng thể đạt từ 84% trở lên.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Cao Hoàng Phong đã giải quyết trọn vẹn bài toán đo lường và đánh giá hiệu quả vận hành thiết bị tại Công ty TNHH Rượu Thực Phẩm thông qua việc ứng dụng công cụ OEE và triết lý TPM. Nghiên cứu cung cấp bức tranh dữ liệu thực chứng chi tiết về thời gian dừng máy và năng lực hoạt động của 7 công đoạn trong dây chuyền chế biến rượu Mirin. Các giải pháp đề xuất về kế hoạch bảo trì định kỳ, chuẩn hóa thao tác và áp dụng kỹ thuật SMED bám sát thực trạng tại hiện trường, mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho doanh nghiệp trong việc nâng cao năng suất thiết bị và giảm thiểu lãng phí.