I. Tổng quan đồ án HCMUTE về điều độ sản xuất bộ phận Thermal Flexo
Đồ án tốt nghiệp ngành Quản lý Công nghiệp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh tập trung giải quyết bài toán lập lịch sản xuất thực tế. Đề tài lựa chọn môi trường vận hành tại Công ty TNHH Avery Dennison RIS Việt Nam làm đối tượng nghiên cứu trọng điểm. Doanh nghiệp này là đơn vị hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất nhãn mác bao bì phục vụ ngành may mặc xuất khẩu. Bộ phận Thermal Flexo đóng vai trò then chốt trong chuỗi cung ứng của nhà máy. Nơi đây tiếp nhận khối lượng đơn hàng đa dạng với yêu cầu khắt khe về thời hạn giao hàng. Quá trình xử lý sản phẩm đòi hỏi sự phối hợp nhịp nhàng giữa nhiều công đoạn và thiết bị máy móc khác nhau. Việc xây dựng một mô hình điều độ khoa học trở thành nhiệm vụ cấp thiết. Phương pháp điều độ truyền thống dựa trên kinh nghiệm không còn đáp ứng được tính phức tạp của hệ thống. Nghiên cứu hướng đến việc áp dụng giải thuật toán học chính xác Branch and Bound để nâng cao năng suất. Mục tiêu chính là tối ưu hóa việc phân bổ công việc, giảm thiểu thời gian chờ đợi và nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị.
1.1. Bối cảnh nghiên cứu tại khoa Kinh tế HCMUTE
Khoa Kinh tế cùng bộ môn Quản lý Công nghiệp tại HCMUTE luôn chú trọng đào tạo gắn liền với thực tiễn doanh nghiệp. Đồ án của sinh viên Phạm Quốc Gia Hưng dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thị Mai Trâm thể hiện rõ định hướng ứng dụng này. Đề tài xuất phát từ bài toán vận hành thực tế tại nhà xưởng công nghiệp. Sinh viên đã tiến hành khảo sát trực tiếp quy trình sản xuất nhãn ép nhiệt và in flexo. Nghiên cứu kết hợp nhuần nhuyễn giữa kiến thức lý thuyết điều độ và công cụ mô hình hóa hiện đại. Kết quả đạt được cung cấp cơ sở học thuật vững chắc cho việc quản trị sản xuất hiện đại.
1.2. Giới thiệu bộ phận Thermal Flexo Avery Dennison
Bộ phận Thermal Flexo tại Avery Dennison RIS VN chuyên sản xuất các dòng sản phẩm tem nhãn cao cấp. Quy trình công nghệ tại đây bao gồm nhiều công đoạn nối tiếp nhau như in ấn, phủ màng và bế cắt. Máy móc được bố trí theo từng cụm trạm với công suất và tốc độ vận hành khác nhau. Đặc thù sản xuất tại phân xưởng mang tính chất dòng chảy lai (Hybrid Flow Shop). Mỗi đơn hàng có số lượng, quy cách kỹ thuật và thời gian thiết lập riêng biệt. Sự chênh lệch về thời gian gia công giữa các trạm dễ gây ra hiện tượng tắc nghẽn cục bộ. Do đó, xưởng cần một kế hoạch điều phối chính xác để đảm bảo lưu thông sản phẩm liên tục.
II. Thực trạng điều độ tại xưởng Thermal Flexo Avery Dennison RIS VN
Hiện trạng công tác điều độ tại phân xưởng Thermal Flexo vẫn phụ thuộc nhiều vào quyết định chủ quan của nhân viên điều phối. Các kế hoạch sản xuất thường được sắp xếp thủ công dựa theo quy tắc cảm tính hoặc ưu tiên đơn hàng gấp. Cách làm này bộc lộ nhiều hạn chế khi đối mặt với số lượng mã hàng tăng cao. Sự thiếu hụt công cụ tối ưu hóa dẫn đến việc phân bổ máy móc không đồng đều giữa các công đoạn. Nhiều máy phải dừng chờ nguyên vật liệu trong khi các máy khác lại bị quá tải nghiêm trọng. Thời gian chuyển đổi giữa các loại mực in và khuôn bế chiếm tỷ trọng khá lớn. Tổng thời gian hoàn thành toàn bộ chuỗi công việc thường xuyên bị kéo dài quá mức. Chi phí lưu kho bán thành phẩm tăng cao gây lãng phí tài nguyên doanh nghiệp. Tình trạng giao hàng trễ hẹn ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín của công ty đối với khách hàng quốc tế. Việc nhận diện đúng các điểm nghẽn này tạo tiền đề thiết lập bài toán tối ưu.
2.1. Hạn chế trong phương pháp điều độ thủ công
Phương pháp lập lịch thủ công tại xưởng bộc lộ nhiều điểm yếu cố hữu. Cán bộ quản lý phải xử lý khối lượng lớn dữ liệu đơn hàng mỗi ngày. Việc tính toán thứ tự chạy máy chủ yếu dựa trên trực giác cá nhân. Các quy tắc kinh nghiệm đơn giản không thể bao quát hết mọi ràng buộc kỹ thuật phức tạp. Khi phát sinh sự cố máy hỏng hoặc đơn hàng khẩn, bảng kế hoạch cũ nhanh chóng bị vỡ vụn. Việc điều chỉnh lại lịch trình diễn ra chậm chạp và thiếu tính đồng bộ. Hậu quả là thời gian máy chạy không tải gia tăng đáng kể, làm giảm đáng kể hiệu suất tổng thể thiết bị.
2.2. Đặc điểm bài toán điều độ dòng chảy Flow Shop
Bài toán điều độ tại bộ phận Thermal Flexo thuộc dạng bài toán dòng chảy linh hoạt với nhiều máy song song ở mỗi trạm. Quy trình chuẩn yêu cầu mọi chi tiết phải đi qua trạm tiền xử lý trước khi sang trạm hoàn thiện. Số lượng máy móc tại các trạm không đồng đều, tạo ra cấu trúc phi đối xứng. Việc lựa chọn máy cụ thể trong trạm và xác định thứ tự ưu tiên gia công là bài toán thuộc lớp NP-hard. Các ràng buộc về thời gian chuyển đổi khuôn, pha mực và rửa máy làm tăng độ phức tạp thuật toán. Mục tiêu đặt ra là giảm thiểu thời gian hoàn tất tất cả công việc (makespan).
III. Ứng dụng giải thuật Branch and Bound tối ưu lịch trình sản xuất
Giải thuật Branch and Bound (Nhánh và Cận) được lựa chọn như một công cụ giải quyết bài toán điều độ chuẩn xác. Phương pháp này vận hành dựa trên nguyên lý phân rã không gian nghiệm thành cấu trúc cây phân nhánh. Tại mỗi nút của cây, thuật toán tiến hành tính toán giá trị cận dưới của hàm mục tiêu. Cận dưới đại diện cho thời gian hoàn thành ước tính tốt nhất của nhánh nghiệm đang xét. Nếu cận dưới của một nhánh vượt quá kỷ lục giải pháp tốt nhất hiện có, nhánh đó sẽ bị cắt tỉa ngay lập tức. Cơ chế này giúp loại trừ hàng triệu phương án không khả thi mà không cần duyệt qua toàn bộ. Mô hình toán học trong đồ án tích hợp đầy đủ các tham số kỹ thuật thực tế tại Avery Dennison. Các biến số bao gồm thời gian gia công, thời gian chuyển đổi, số lượng máy tại mỗi trạm và mức độ ưu tiên đơn hàng. Thuật toán nhanh chóng hội tụ về lời giải tối ưu toàn cục, đáp ứng hoàn hảo yêu cầu thực thi trong sản xuất.
3.1. Cơ chế phân nhánh và tính cận dưới
Thuật toán B&B khởi động bằng cách đặt bài toán gốc tại nút gốc của cây tìm kiếm. Quá trình phân nhánh thực hiện chia nhỏ bài toán thành các bài toán con với thứ tự công việc cụ thể. Tại mỗi nút phân nhánh, công thức cận dưới được tính toán nghiêm ngặt dựa trên thời gian xử lý còn lại trên các trạm máy. Việc ước lượng cận dưới chính xác đóng vai trò quyết định đến tốc độ hội tụ của thuật toán. Nhánh nào có cận dưới nhỏ hơn sẽ được ưu tiên phát triển sâu hơn. Các nhánh có giá trị cận lớn hơn cận trên hiện hữu sẽ lập tức bị loại bỏ. Nhờ vậy, thuật toán tiết kiệm tối đa thời gian tính toán.
3.2. Thiết lập mô hình toán học cho dữ liệu mẫu
Đồ án tiến hành thử nghiệm mô hình toán học trên bộ dữ liệu gồm 5 công việc xử lý qua 2 trạm máy. Trạm 1 được trang bị 2 máy gia công và trạm 2 gồm 3 máy hoàn thiện. Mối quan hệ giữa công việc, trạm máy và thứ tự vận hành được mã hóa chi tiết thành các ma trận ràng buộc. Hàm mục tiêu được xây dựng nhằm cân bằng giữa việc rút ngắn tổng thời gian hoàn tất đơn hàng và tối ưu hóa chi phí vận hành. Bằng cách thiết lập trọng số thích hợp, mô hình mô phỏng chính xác sự tương tác giữa các máy móc. Kết quả giải thuật cung cấp lịch phân bổ công việc chi tiết cho từng máy theo từng khung giờ cụ thể.
IV. Hiệu quả ứng dụng giải thuật Branch and Bound vào điều độ HCMUTE
Kết quả nghiên cứu trong đồ án HCMUTE khẳng định tính ưu việt vượt trội của giải thuật Branch and Bound so với phương pháp điều độ truyền thống. Việc áp dụng mô hình toán học đã rút ngắn đáng kể tổng thời gian hoàn thành đơn hàng tại bộ phận Thermal Flexo. Hiệu suất khai thác máy móc tại cả hai trạm gia công được nâng cao rõ rệt nhờ việc phân bổ tải đồng đều. Tình trạng máy móc nghẽn cục bộ hoặc nhàn rỗi bất hợp lý gần như bị loại bỏ hoàn toàn. Chi phí lưu kho bán thành phẩm giảm mạnh do tiến độ gia công giữa các công đoạn diễn ra liền mạch. Doanh nghiệp nâng cao tỷ lệ giao hàng đúng hạn, gia tăng mức độ hài lòng của đối tác thương mại. Đề tài mở ra hướng tiếp cận hiện đại trong việc số hóa công tác điều phối sản xuất tại nhà máy. Kết quả này không chỉ có giá trị học thuật xuất sắc tại trường đại học mà còn mang tính ứng dụng thực tiễn cao cho ngành bao bì in ấn.
4.1. Đánh giá cải tiến chỉ số hiệu suất sản xuất
Các chỉ số hiệu suất vận hành (KPIs) sau khi áp dụng giải thuật ghi nhận sự chuyển biến tích cực. Tổng thời gian hoàn thành (makespan) của các chuỗi đơn hàng mẫu giảm thiểu đáng kể so với phương pháp thủ công. Thời gian chờ đợi giữa hai công đoạn in ấn và hoàn thiện được cắt giảm tối đa. Hệ số sử dụng thiết bị tại trạm 1 và trạm 2 được cân bằng ở mức tối ưu. Lượng tồn kho trên dây chuyền (WIP) giảm sút rõ rệt, giúp giải phóng diện tích sàn nhà xưởng. Những cải tiến này mang lại lợi ích tài chính trực tiếp cho Công ty Avery Dennison RIS VN.
4.2. Khả năng mở rộng cho doanh nghiệp sản xuất
Mô hình điều độ Branch and Bound từ đồ án HCMUTE có khả năng nhân rộng linh hoạt cho nhiều mô hình sản xuất tương tự. Các doanh nghiệp ngành in ấn bao bì, gia công may mặc hay cơ khí chính xác đều có thể tùy biến cấu trúc thuật toán. Khi quy mô dữ liệu mở rộng với hàng trăm đơn hàng mỗi ca, giải thuật có thể kết hợp thêm các phương pháp Heuristic hoặc Meta-heuristic để duy trì tốc độ xử lý tức thời. Việc số hóa toàn diện quy trình điều độ giúp nhà quản lý chủ động ứng phó trước các biến động đơn hàng đột xuất, từng bước xây dựng nhà máy thông minh.
