Giới thiệu dự án

Trong cấu trúc chuỗi cung ứng toàn cầu, vận tải biển đảm nhận hơn 80% khối lượng hàng hóa thương mại quốc tế nhờ năng lực chuyên chở vượt trội và chi phí tối ưu trên mỗi đơn vị tấn-kilômét (t.km). Tại Việt Nam, hệ thống cảng biển đóng vai trò đầu mối giao thương chiến lược kết nối hai hành lang kinh tế ven biển. Tuy nhiên, các cảng quy mô vừa và nhỏ khu vực phía Bắc như Cảng Vật Cách (sông Cấm, Hải Phòng) đang đối mặt với bài toán tối ưu hóa năng suất khi luồng tàu bị bồi lắng phù sa nghiêm trọng (độ sâu luồng chỉ đạt -3.7 m, mớn nước tối đa 3.3 m tiếp nhận tàu dưới 5,000 DWT) và trang thiết bị xếp dỡ dần khấu hao. Năm 2019, tổng sản lượng hàng hóa thông qua Cảng Vật Cách sụt giảm gần 20% so với 2018 (từ 2.47 triệu tấn xuống ~2.11 triệu tấn), lợi nhuận trước thuế giảm 49.2%, phản ánh áp lực cạnh tranh gay gắt từ các cụm cảng nước sâu lân cận.

                  CHỈ TIÊU HIỆU QUẢ CẢNG VẬT CÁCH (2018 - 2019)

Vấn đề cốt lõi (Problem Statement): Tình trạng ùn ứ cầu bến, thời gian quay vòng tàu kéo dài do thiếu phương án phối hợp nhịp nhàng giữa cần trục bờ, phương tiện vận chuyển nội bộ và công nhân hầm tàu, dẫn đến phát sinh chi phí lưu tàu (demurrage) và suy giảm hệ số sử dụng cầu bến.

Mục tiêu dự án:

  1. Khảo sát và đánh giá toàn diện năng lực khai thác cầu bến (6 cầu tàu, chiều dài từ 62 m đến 245 m) cùng hệ thống thiết bị nâng hạ tại Cảng Vật Cách.
  2. Thiết lập cơ sở toán học và quy trình công nghệ giải phóng tàu dựa trên 4 nguyên tắc tổ chức sản xuất cảng biển: Tập trung thiết bị, Ưu tiên trọng tải, Sắp hàng tối ưu chi phí, và Kế hoạch lịch điều độ.
  3. Xây dựng kế hoạch tác nghiệp bốc dỡ chi tiết cho hai đối tượng nghiên cứu điển hình: Tàu Trường An 26 (DWT 2,387; dỡ 1,270.6 tấn tinh bột bao 50kg) và Tàu Dolphin 15 trong Quý 2/2020.
  4. Tối ưu hóa định mức lao động, cân bằng dây chuyền công nghệ "Tàu – Cần trục chân đế KONE – Xe rơ-moóc 30T – Kho bãi" nhằm rút ngắn thời gian chiếm dụng cầu cảng từ 15% đến 22%.

Phạm vi và giới hạn: Dự án giới hạn trong phạm vi kế hoạch tác nghiệp xếp dỡ quý 2/2020 tại Công ty Cổ phần Cảng Vật Cách, áp dụng cho nhóm hàng bao tổng hợp và hàng rời xuất nhập nội địa/quốc tế.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tại Cảng Vật Cách, việc lựa chọn phương án bốc dỡ quyết định trực tiếp tới tốc độ giải phóng phương tiện và chi phí bến bãi.

Phương án công nghệ Ưu điểm kỹ thuật Nhược điểm & Rủi ro Mức độ phù hợp
Tàu – Xe chủ hàng (Đi thẳng) Giải phóng kho bãi cảng 100%, cắt giảm chi phí trung chuyển nội bộ. Phụ thuộc hoàn toàn vào xe chủ hàng; nếu xe về trễ sẽ làm tê liệt cẩu bờ ($T_{dừng} \uparrow$). Thấp đối với hàng bao số lượng lớn (>1,000 tấn).
Tàu – Kho/Bãi cảng (Trực tiếp) Chủ động 100% về mặt bằng tiếp nhận, cẩu bờ làm việc liên tục với chu kỳ ngắn. Chỉ áp dụng được nếu tầm với cẩu vươn trực tiếp tới mép kho/bãi bến ($R_{max} \le 30\text{ m}$). Không khả thi với kho A, kho B ở xa cầu bến.
Tàu – Xe cảng – Kho/Bãi (Được chọn) Tách độc lập nhịp cẩu bờ và nhịp chất xếp kho; tối đa hóa năng suất cẩu KONE 10T. Tốn chi phí vận chuyển nội bộ; cần cân bằng số lượng xe rơ-moóc 30T trong dây chuyền. Tối ưu nhất cho tàu Trường An 26 và Dolphin 15.

Yêu cầu người dùng & Vận hành theo mô hình MoSCoW:

  • Must-have (Bắt buộc): Đảm bảo an toàn chất xếp hàng bao tinh bột (độ ẩm $<13%$, nhiệt độ biến chất $45^\circ\text{C} - 50^\circ\text{C}$); duy trì tính ổn định mớn nước và mômen uốn thân tàu Trường An 26 ($LOA = 71.6\text{ m}$, $B = 12.3\text{ m}$, $d = 4.0\text{ m}$).
  • Should-have (Nên có): Cân bằng năng suất mã hàng 2 tấn/mã (40 bao $\times$ 50kg) sử dụng dây xi-linh vải bện 12m.
  • Could-have (Có thể có): Ứng dụng băng chuyền điện 6m kết hợp xe nâng Komatsu 4–7 tấn tại cửa kho bãi.
  • Won't-have (Chưa triển khai): Tự động hóa xếp dỡ hoàn toàn bằng hệ thống cẩu giàn thông minh.

Thiết kế hệ thống

Thông số kỹ thuật thiết bị tham gia dây chuyền:

  • Cần trục chân đế KONE (Phần Lan): Sức nâng thiết kế định mức $Q = 10\text{ tấn}$; tầm với làm việc $R_{min} - R_{max} = 8\text{ m} - 30\text{ m}$; tốc độ nâng móc hàng $v_{nâng} = 60\text{ m/phút}$; tốc độ quay mâm $v_{quay} = 1\text{ m/phút}$ ($360^\circ$); khổ ray bến $10.5\text{ m}$; điện áp 3 pha $380\text{ V} - 50\text{ Hz}$.
  • Xe rơ-moóc chuyên dụng nội bộ cảng: Tải trọng kéo $30\text{ tấn}$; kích thước thùng xe $17.5\text{ m} \times 2.75\text{ m} \times 2.2\text{ m}$; vận tốc có tải $v_1 = 50\text{ km/h}$, không tải $v_0 = 80\text{ km/h}$.
  • Công cụ mang hàng: Cáp treo/Dây xi-linh vải bện chịu lực chiều dài $12\text{ m}$; cao bản gỗ tiêu chuẩn (Pallet) và xe nâng hàng Komatsu $4 - 7\text{ tấn}$.

Methodology (Phương pháp luận)

Dự án áp dụng phương pháp nghiên cứu định lượng kết hợp quy hoạch điều độ sản xuất cảng biển (Port Operations Scheduling). Quy trình gồm 4 pha:

  - Sơ đồ hầm hàng (Stowage Plan)        - Xác định thời gian chu kỳ Tck
  - Thông số tàu & Luồng hải hành        - Tính Yh, Yca, Yng cho cẩu KONE
  - Định mức Z = ΣC + ΣD                  - Nguyên tắc tập trung thiết bị
  - Kế hoạch lịch điều độ tác nghiệp      - Đảm bảo tính ổn định thân tàu

Implementation và kết quả

Development process

Cốt lõi của mô hình giải phóng tàu là thuật toán xác định năng suất và cân bằng nhân sự trong một máng bốc dỡ theo chuỗi tác nghiệp khép kín.

def calculate_crane_productivity(cycle_time_sec: float, payload_tons: float, 
                                 shift_hours: float, idle_hours: float) -> dict:
    """
    Tính toán định mức năng suất cẩu trục KONE và định mức sản lượng lao động
    """
    # 1. Năng suất giờ (tấn/máy-giờ)
    Y_h = (3600.0 / cycle_time_sec) * payload_tons
    
    # 2. Năng suất ca (tấn/máy-ca) với thời gian làm việc thực tế
    effective_shift_time = shift_hours - idle_hours
    Y_ca = Y_h * effective_shift_time
    
    return {
        "Y_h (tấn/giờ)": round(Y_h, 2),
        "Y_ca (tấn/ca)": round(Y_ca, 2),
        "Y_ng (tấn/ngày-3ca)": round(Y_ca * 3, 2)
    }

# Áp dụng cho Tàu Trường An 26 (Mã hàng 2.0 tấn, Chu kỳ KONE T_ck = 180 giây)
# Ca làm việc 8 giờ, thời gian dừng kỹ thuật/chuẩn bị U_nghỉ = 1.0 giờ
metrics = calculate_crane_productivity(cycle_time_sec=180, payload_tons=2.0, 
                                       shift_hours=8.0, idle_hours=1.0)

Hệ thống công thức toán học giải phóng tàu:

  1. Năng suất giờ kỹ thuật: $$Y_h = \frac{3600}{T_{ck}} \times P \quad (\text{tấn/máy-giờ})$$ (Trong đó: $P = 2.0\text{ tấn}$ là trọng lượng một mã hàng; $T_{ck} = 180\text{ giây}$ là thời gian một chu kỳ cẩu KONE). $$\Rightarrow Y_h = \frac{3600}{180} \times 2.0 = 40.0\text{ tấn/máy-giờ}$$

  2. Năng suất ca định mức (Ca 8 giờ, $T_{nghỉ} = 1\text{ giờ}$): $$Y_{ca} = Y_h \times (T_{ca} - T_{nghỉ}) = 40 \times (8 - 1) = 280\text{ tấn/máy-ca}$$

  3. Định mức biên chế công nhân trong 1 máng bốc dỡ ($Z$): $$Z = \sum C + \sum D = 14 + 3 = 17\text{ người}$$

    • Công nhân thủ công ($\sum C = 14$): 06 người móc cáp/lập mã dưới hầm tàu, 02 người chỉnh móc trên cầu bến, 06 người bốc xếp tại kho/bãi.
    • Công nhân cơ giới ($\sum D = 3$): 01 lái cẩu KONE, 01 lái xe rơ-moóc 30T, 01 lái xe nâng Komatsu.

  4. Mức sản lượng bình quân tổng hợp ($E$): $$E = \frac{Y_{ca}}{\sum(C + D)} = \frac{280}{17} \approx 16.47\text{ tấn/người-ca}$$

Testing và validation

Kế hoạch giải phóng được kiểm chứng thực tế trên tàu chở hàng tổng hợp Trường An 26 (Số phân cấp VR082921, Hô hiệu XVLD, IMO 8669539, $DWT = 2,387\text{ tấn}$).

                             SƠ ĐỒ PHÂN BỔ HẦM HÀNG TÀU TRƯỜNG AN 26

                       BIỂU ĐỒ GANTT TIẾN ĐỘ GIẢI PHÓNG TÀU TRƯỜNG AN 26
Ca làm việc   Ca 1 (Ngày 1)     Ca 2 (Ngày 1)     Ca 3 (Ngày 1)     Ca 1 (Ngày 2)     Ca 2 (Ngày 2)

Kết quả đạt được

                      SO SÁNH CÁC CHỈ SỐ TRƯỚC VÀ SAU KHI TỐI ƯU HÓA

Đổi mới và đóng góp

  1. Thiết lập chuẩn hóa mã hàng 2.0 tấn cho hàng bao: Thay vì bốc dỡ thủ công hoặc mã hàng nhỏ 1 tấn (20 bao) gây lãng phí công suất dư thừa của cần trục chân đế KONE (sức nâng 10T), việc nâng mã hàng lên 40 bao/mã với dây xi-linh đôi 12m giúp khai thác tối ưu hệ số tải trọng móc cẩu mà vẫn đảm bảo độ bền cơ học của bao dứa.
  2. Ứng dụng mô hình toán học giải bài toán cân bằng dây chuyền: Đồng bộ hóa vận tốc di chuyển của xe rơ-moóc 30T ($v = 50\text{ km/h}$) với nhịp cẩu $T_{ck} = 180\text{s}$, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng cẩu KONE phải chờ phương tiện vận chuyển nội bộ.
  3. Tối ưu hóa quy trình thủ tục giao nhận 8 bước: Liên kết chặt chẽ việc kiểm đếm thực tế với phát hành Lệnh giao nhận hàng (CIO), Biên bản bốc dỡ hàng hỏng rách và xuất kho, giảm thiểu thời gian hoàn tất hồ sơ quyết toán từ 24 giờ xuống còn 4 giờ sau khi tàu dỡ xong mã hàng cuối cùng.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản triển khai tại hiện trường

  • Bước 1 (Trước cập cảng 8 giờ): Phòng Điều độ tiếp nhận Manifest, Stowage Plan; kiểm tra tình trạng luồng sông Cấm đón tàu Trường An 26 tại đỉnh triều đạt mớn nước $4.0\text{ m}$; bố trí cầu tàu số 4.
  • Bước 2 (Giai đoạn dỡ hàng): Triển khai đồng thời 02 tổ công nhân tại Hầm 1 và Hầm 2. Cần trục chân đế KONE gắp các mã hàng 2 tấn đặt trực tiếp lên sàn rơ-moóc 30T (mỗi lượt chở 15 mã = 30 tấn).
  • Bước 3 (Giai đoạn nhập kho B): Xe rơ-moóc hạ hàng tại cửa kho B; công nhân phối hợp cùng băng chuyền 6m đưa bao tinh bột lên cao bản gỗ (pallet) theo quy cách 5 lớp $\times$ 8 bao, tạo khối hình học vững chắc chống đổ ngã.
                      HỆ THỐNG YÊU CẦU TRIỂN KHAI TÁC NGHIỆP

Hạn chế và hướng phát triển

  • Hạn chế luồng lạch nội thủy: Luồng sông Cấm thường xuyên bồi lắng phù sa khiến Cảng Vật Cách chỉ tiếp nhận được tàu trọng tải nhỏ ($\le 5,000\text{ DWT}$), thời gian đón tàu phụ thuộc lớn vào chế độ nhật triều Hải Phòng.
  • Hạn chế cơ giới hóa khâu xếp dỡ hầm: Công tác đóng mã dây xi-linh dưới hầm tàu và bốc xếp cuối băng chuyền trong kho vẫn phụ thuộc lớn vào sức lao động thủ công ($14\text{ người/máng}$).
  • Hướng phát triển tương lai:
    1. Nghiên cứu ứng dụng khung cẩu ngoạm/chụp chuyên dụng cho hàng bao tự động hóa để cắt giảm 50% lao động thủ công dưới hầm.
    2. Triển khai phần mềm quản trị khai thác cảng TOS (Terminal Operating System) tích hợp định vị GPS trên xe rơ-moóc và số hóa phiếu giao nhận điện tử e-EIR/e-Cargo.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên Logistics: Nắm vững phương pháp luận xây dựng quy trình công nghệ bốc dỡ và công thức định mức năng suất khai thác cảng chuẩn xác.
  • Kỹ sư Điều độ & Cán bộ Cảng: Áp dụng trực tiếp bảng tính phân bổ ca làm hàng và mô hình tổ chức lao động để giải phóng phương tiện nhanh chóng.
  • Doanh nghiệp Khai thác Cảng vừa và nhỏ: Tài liệu tham khảo thực tế để cắt giảm thời gian chờ cầu bến, tiết kiệm chi phí nhiên liệu và khấu hao thiết bị.
  • Chủ hàng & Chủ tàu: Hàng hóa được giải phóng đúng hạn, giảm thiểu tối đa rủi ro hư hỏng bao bì tinh bột do biến chất độ ẩm hoặc va đập cơ học.

Câu hỏi thường gặp

  1. Điều kiện kỹ thuật tiên quyết để áp dụng phương án xếp dỡ Tàu – Xe cảng – Kho bãi là gì?
    Cần đảm bảo đồng bộ sức nâng của cẩu bờ (tối thiểu 10T), mặt bằng cầu cảng đủ rộng cho xe rơ-moóc 30T quay đầu bán kính an toàn ($>12\text{ m}$), và khoảng cách từ cầu bến đến kho bãi nội bộ không vượt quá $1.5\text{ km}$ để duy trì nhịp chu kỳ xe.

  2. Tại sao không xếp trực tiếp hàng bao tinh bột từ cẩu KONE lên xe tải của chủ hàng?
    Phương án "đi thẳng" phụ thuộc vào tiến độ xe chủ hàng đến cảng. Đối với lô hàng $1,270.6\text{ tấn}$, chỉ cần một vài xe đến trễ sẽ gây gián đoạn dây chuyền, khiến cẩu chân đế và công nhân hầm tàu phải dừng chờ, làm tăng chi phí bến bãi tổng thể.

  3. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng bao tinh bột 50kg trong suốt quá trình bốc dỡ?
    Phải dùng dây xi-linh vải bện mềm (thay vì cáp thép), nghiêm cấm quăng quật làm bục đường may bao dứa, duy trì độ ẩm kho bãi $<13%$, lót sàn kho bằng cao bản gỗ cách ẩm và ngừng hoàn toàn công tác làm hàng khi trời mưa.

  4. Công thức nào quyết định số lượng công nhân thủ công dưới hầm tàu?
    Biên chế công nhân hầm ($6\text{ người}$) được xác định dựa trên thời gian chuẩn bị 1 mã hàng ($180\text{ giây}$ cho 40 bao) sao cho tốc độ đóng mã của 2 nhóm công nhân ăn khớp chính xác với nhịp nâng hạ của cẩu KONE.

  5. Giải pháp nào khắc phục tình trạng luồng vào Cảng Vật Cách bị cạn?
    Cảng kết hợp nạo vét định kỳ luồng lạch với việc tận dụng lịch nhật triều chênh lệch $1.2\text{ m}$ để điều động tàu có mớn nước lớn cập bến vào giờ triều cường.

Kết luận

Đồ án "Lập kế hoạch giải phóng tàu trong quý 2 năm 2020 tại Công ty Cổ phần Cảng Vật Cách" đã giải quyết triệt để bài toán tối ưu hóa khai thác bến bãi cho tàu Trường An 26 và Dolphin 15. Bằng việc chuẩn hóa chuỗi dây chuyền công nghệ "Tàu – Cần trục chân đế KONE – Xe rơ-moóc 30T – Kho bãi" và áp dụng nghiêm ngặt các nguyên tắc tổ chức sản xuất cảng biển, đề tài đã chứng minh tính khả thi trong việc rút ngắn 28.5% thời gian giải phóng tàu, nâng mức sản lượng lao động lên $16.47\text{ tấn/người-ca}$, mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt và tạo tiền đề vững chắc cho việc hiện đại hóa quy trình khai thác tại các cụm cảng nội thủy Việt Nam.