Tổng quan nghiên cứu

Thị trường pháo hoa và hỏa thuật giải trí tại Việt Nam ghi nhận bước ngoặt quan trọng sau khi Chính phủ ban hành Nghị định số 137/2020/NĐ-CP ngày 27/11/2020, tạo ra sức cầu bùng nổ đối với các dòng sản phẩm pháo hoa dân dụng và nghệ thuật. Công ty hoá chất Hải Hà là đơn vị quốc phòng nòng cốt sở hữu tổ hợp sản xuất quy mô hơn 70 ha với 99 nhà xưởng tại tỉnh Phú Thọ. Nhà máy vận hành dây chuyền có công suất thiết kế ban đầu đạt hơn 300.000 quả pháo hoa nổ tầm cao, 30.000 giàn pháo hoa nổ tầm thấp và 10.000 giàn hỏa thuật mỗi năm. Tuy nhiên, trước mục tiêu tăng trưởng đến năm 2024 nâng công suất lên 620.000 quả tầm cao và 60.000 giàn tầm thấp, dây chuyền bộc lộ rõ tình trạng nghẽn cổ chai và mất cân đối nghiêm trọng giữa các công đoạn chế tạo.

Vấn đề cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá thực trạng năng lực sản xuất, xác định các điểm nghẽn công nghệ và định biên lao động, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp kinh tế - kỹ thuật toàn diện nhằm khai thác tối đa công suất dây chuyền. Đề tài tập trung giải quyết các mục tiêu cụ thể: tái cân bằng 251 vị trí nhân lực, chuyển đổi phương thức sản xuất từ thủ công sang cơ khí hóa - tự động hóa tại các khâu trộn thuốc, bồi vỏ, sấy hạt màu, đồng thời tối ưu hóa mặt bằng sản xuất và kho chứa theo tiêu chuẩn phòng chống cháy nổ. Phạm vi nghiên cứu thực hiện trực tiếp tại các phân xưởng sản xuất pháo hoa nổ của Nhà máy Hải Hà trong giai đoạn 2021-2024. Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp doanh nghiệp nâng năng suất lao động lên 100% đến 448% ở các khâu trọng yếu, cắt giảm 55,98% chi phí năng lượng sấy và đảm bảo an toàn lao động tuyệt đối.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự kết hợp liên ngành giữa quản lý sản xuất công nghiệp và kỹ thuật hóa chất vật liệu nổ, ứng dụng ba nền tảng lý thuyết cốt lõi:

Thứ nhất, Lý thuyết quản lý sản xuất tinh gọn và Cân bằng chuyền sản xuất: Tập trung triệt tiêu các lãng phí thời gian chờ, cân đối thời gian chu kỳ công đoạn với nhịp sản xuất chuẩn nhằm hạn chế tồn kho bán thành phẩm giữa các công đoạn nguy hiểm.

Thứ hai, Lý thuyết định mức lao động và Nghiên cứu thời gian - thao tác: Xác lập cơ sở định lượng số giờ công chuẩn cho từng bước công nghệ, làm thước đo tính toán mức độ dư thừa hoặc thiếu hụt nhân sự theo kế hoạch sản lượng hàng năm.

Thứ ba, Mô hình phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật: So sánh chi phí biến đổi, suất tiêu hao năng lượng điện, nhiệt hơi nước và năng suất thiết bị giữa phương án thủ công truyền thống với phương án cơ giới hóa, tự động hóa hiện đại.

Các khái niệm chuyên ngành chủ đạo được sử dụng xuyên suốt bao gồm: Pháo hoa nổ tầm cao (quả pháo có đường kính trên 90 mm hoặc tầm bắn trên 120 m), Giàn pháo hoa nổ tầm thấp (tập hợp 25 ống phóng đường kính 57 mm), Hạt viên màu pháo hoa (Stars), Cụm ngòi cháy chậm (Timed Fuse) và Tủ sấy bức xạ hồng ngoại.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập thông qua khảo sát toàn diện 100% lực lượng lao động gồm 251 cán bộ, công nhân viên (trong đó có 238 công nhân trực tiếp thuộc 9 tổ sản xuất với trình độ từ bậc thợ 2/7 đến 7/7). Dữ liệu thực nghiệm kỹ thuật được trích xuất từ sổ theo dõi vận hành của 20 phòng sấy hơi nước, các mẻ sản xuất viên màu năm 2021 với tổng khối lượng khảo sát thực tế đạt 4.977 kg hạt màu hoàn chỉnh, cùng hệ thống định mức lao động hiện hành tại doanh nghiệp.

Phương pháp chọn mẫu toàn thể được áp dụng do tính chất khép kín, tập trung và đặc thù nghiêm ngặt của nhà máy sản xuất vật liệu nổ quân sự. Tác giả sử dụng phương pháp bấm giờ chụp ảnh ngày làm việc, phân tích cân đối năng lực dây chuyền bằng phương trình cân bằng thời gian sản xuất và tính toán chi phí biên. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là nhằm phản ánh chính xác từng thông số giờ công, mức tiêu thụ kWh điện và kg hơi nhiệt, từ đó đưa ra quyết định đầu tư công nghệ có độ tin cậy tuyệt đối về mặt an toàn lẫn kinh tế. Timeline nghiên cứu triển khai thu thập dữ liệu thực tế năm 2021, xử lý mô hình hóa năm 2022 và xây dựng lộ trình mở rộng cho giai đoạn 2022-2024.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát và tính toán định lượng trên toàn bộ dây chuyền sản xuất đã chỉ ra ba phát hiện quan trọng:

Một là, Tình trạng mất cân đối nhân lực sâu sắc giữa các công đoạn sản xuất. Với tổng quỹ thời gian chuẩn làm việc 300 ngày/năm (8 giờ/ngày), phân tích năng lực sản xuất năm 2022 cho thấy: Chặng trộn thuốc thiếu hụt 30.077 giờ công (tương đương thiếu 12 công nhân), chặng chế tạo viên màu và chất nhồi thiếu 14.928 giờ công (thiếu 6 công nhân), chặng bảo quản và trực sấy thiếu 28.972 giờ công (thiếu 13 công nhân). Ngược lại, chặng lắp quả pháo hoa dư thừa 23.199 giờ công (dư 9 người), chặng bồi quả dư thừa 30.417 giờ công (dư 12 người) và chặng tổng lắp giàn tầm thấp dư thừa 25.801 giờ công (dư 10 người).

Hai là, Năng suất lao động tại các công đoạn thủ công chạm trần giới hạn và tiềm ẩn rủi ro an toàn cao. Định mức trộn thuốc thủ công chỉ đạt trung bình từ 55 kg đến 65 kg/ca/người tùy loại thuốc. Công đoạn bồi quả thủ công đòi hỏi dán từng lớp giấy chỉ đạt từ 135 quả/ca/người đối với cỡ lớn (cỡ G) đến 210 quả/ca/người đối với cỡ nhỏ (cỡ A), tạo thành nút thắt cổ chai kìm hãm toàn bộ tiến độ sản xuất khi đơn hàng xuất khẩu tăng đột biến.

Ba là, Công nghệ sấy hạt màu bằng phòng sấy hơi nước bão hòa bộc lộ nhiều điểm nghẽn kinh tế và kỹ thuật. Thời gian gia nhiệt ban đầu kéo dài 2 đến 3 giờ, chu kỳ sấy gián đoạn mất từ 138 đến 144 giờ, tiêu hao trung bình 335 kg hơi nhiệt/ngày/gian. Đơn giá năng lượng và nhân công sấy 1 kg viên màu bằng hơi nước lên tới 9.948 đồng (đối với viên chuyển màu) và 11.092 đồng (đối với viên cơ bản), đồng thời gây ô nhiễm khí thải lò hơi ra môi trường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự mất cân đối chuyền bắt nguồn từ việc bố trí định biên lao động theo kinh nghiệm lịch sử, chưa đồng bộ hóa theo cấu trúc đơn hàng mới (tỷ lệ pháo hoa nổ xuất khẩu tăng mạnh, chiếm 392.000 quả trong năm 2022). Mặt khác, việc duy trì phương thức sản xuất thủ công tại các khâu nhạy cảm như trộn thuốc và bồi vỏ khiến năng suất phụ thuộc hoàn toàn vào tay nghề cá nhân của 238 người thợ trực tiếp.

So sánh với các nghiên cứu hiện đại trong ngành sản xuất hỏa thuật quốc tế, việc chuyển đổi sang thiết bị chuyên dụng và bức xạ nhiệt là xu thế bắt buộc. Kết quả thực nghiệm áp dụng máy móc mới tại Nhà máy Hải Hà đã chứng minh tính vượt trội: Máy trộn tự động giúp nâng năng suất lên 111 kg đến 128 kg/ca/người (tăng 96,9% đến 103,2% so với làm tay); máy bồi quả cỡ nhỏ đạt 1.000 quả/ca (tăng 376% đến 439%), máy bồi cỡ lớn đạt 570 đến 970 quả/ca (tăng 322% đến 448%).

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua Biểu đồ cân bằng năng lực nhân sự (Manpower Balancing Chart) nhằm làm nổi bật độ chênh lệch giữa số giờ sản xuất thực tế và năng lực hiện có tại từng trạm làm việc. Đồng thời, Bảng ma trận so sánh chi phí đơn vị (Unit Cost Matrix) giữa hai phương pháp sấy minh chứng rõ ràng việc ứng dụng tủ sấy hồng ngoại giúp hạ thời gian gia nhiệt xuống 20 đến 25 phút, giảm chi phí sấy trên 1 kg thành phẩm xuống còn 4.283 đồng đến 4.855 đồng, tiết kiệm trung bình 55,98% tổng ngân sách sấy trong một đợt sản xuất 4.977 kg viên màu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả tính toán định lượng, luận văn xây dựng 4 nhóm giải pháp đồng bộ:

Thứ nhất, Tái cơ cấu và điều chuyển linh hoạt định biên nhân sự. Tiến hành điều chuyển ngay 31 lao động dôi dư từ các khâu lắp quả (9 người), bồi quả (12 người) và tổng lắp giàn (10 người) sang bù đắp cho các khâu đang thiếu hụt trầm trọng gồm trộn thuốc (12 người), sản xuất viên màu (6 người) và bảo quản (13 người). Mục tiêu bảo đảm hoàn thành 100% kế hoạch sản lượng năm 2022 (40.000 giàn tầm thấp, 20.000 quả tầm cao nội địa, 8 container xuất khẩu tương đương 392.000 quả). Timeline thực hiện trong năm 2022 do Phòng Tổ chức lao động phối hợp cùng Ban Quản đốc Phân xưởng chủ trì. Đồng thời chuẩn bị kế hoạch tuyển dụng, đào tạo nâng tổng biên chế lên 285 người vào năm 2023 và 328 người vào năm 2024 theo mức tăng trưởng sản lượng 13,75% và 30,62%.

Thứ hai, Triển khai cơ khí hóa và tự động hóa khâu trộn thuốc và bồi vỏ quả. Đầu tư nhập khẩu hệ thống máy trộn thuốc kiểu mới có năng suất 120 kg/giờ, thay thế hoàn toàn thao tác trộn tay nguy hiểm. Đưa vào vận hành đồng loạt 6 máy bồi cỡ nhỏ và 2 máy bồi cỡ lớn nhằm ổn định chất lượng cơ lý vỏ pháo, tăng năng suất từ 3 đến 5 lần. Timeline hoàn thành trong giai đoạn 2022-2023 do Phòng Kỹ thuật công nghệ và Xưởng Cơ điện phụ trách.

Thứ ba, Chuyển đổi toàn diện công nghệ sấy sang tủ sấy bức xạ tia hồng ngoại. Chế tạo và lắp đặt hệ thống tủ sấy hồng ngoại thay thế 20 phòng sấy hơi nước bão hòa gián đoạn. Mục tiêu rút ngắn chu kỳ sấy từ 144 giờ xuống 126-131 giờ, cắt giảm chi phí tiêu thụ điện xuống 2.159 đồng/giờ/gian, tiết kiệm trực tiếp hơn 29,4 triệu đồng cho mỗi đợt sấy 4.977 kg viên màu, loại bỏ 100% khí thải và bụi độc hại từ lò hơi. Timeline áp dụng: 2022-2024 do Phòng Cơ điện giám sát.

Thứ tư, Quy hoạch mở rộng mặt bằng phân tán và tiêu chuẩn hóa vật tư. Mở rộng cụm nhà sấy, xây mới các kho chứa thành phẩm và bán thành phẩm trên diện tích 70 ha. Toàn bộ công trình xây tường bao dày 220 mm chịu lửa trên 1 giờ, sàn bê tông lát gạch granitô trải cao su chống tĩnh điện dày không nhỏ hơn 5 mm, bố trí ụ chắn chống nổ lây lan truyền. Ban hành bộ tiêu chuẩn chất lượng nguyên liệu đầu vào để loại bỏ công đoạn sàng nghiền trung gian. Timeline thực hiện: 2023-2024 do Ban Giám đốc chỉ đạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm 1: Ban Lãnh đạo và Kỹ sư trưởng tại các nhà máy hóa chất, vật liệu nổ công nghiệp và quốc phòng. Lợi ích: Tiếp cận quy trình công nghệ chuẩn hóa, phương án thay thế nhiệt hơi bằng tủ sấy hồng ngoại chuyên dụng, giúp giải quyết triệt để bài toán an toàn cháy nổ và giảm hơn 55% chi phí sấy.

Nhóm 2: Chuyên viên Quản lý công nghiệp và Kỹ sư tối ưu hóa sản xuất (IE). Lợi ích: Vận dụng phương pháp nghiên cứu định mức lao động, cân bằng dây chuyền nhiều công đoạn và mô hình tính toán số giờ công thiếu/thừa trên thực tế để tái cấu trúc chuyền sản xuất phức tạp.

Nhóm 3: Các cơ quan quản lý an toàn lao động, cơ quan phê duyệt quy hoạch công trình công nghiệp nguy hiểm. Lợi ích: Tham khảo hệ thống thông số kỹ thuật thực chứng về khoảng cách an toàn, tường chắn chịu nhiệt trên 1 giờ, hệ thống chống tĩnh điện và phương pháp bảo vệ môi trường đạt chuẩn quốc gia.

Nhóm 4: Giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học, Quản lý Kinh tế, Quản lý Công nghiệp. Lợi ích: Sử dụng làm tài liệu tham khảo mẫu mực về cấu trúc đề tài kết hợp chặt chẽ giữa tính toán kỹ thuật chuyên sâu và hoạch định kinh tế lượng hóa rõ ràng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao Nhà máy Hải Hà phải cấp thiết tái cân bằng dây chuyền sản xuất?

Trước nhu cầu thị trường bùng nổ theo Nghị định 137/2020/NĐ-CP và kế hoạch tăng sản lượng xuất khẩu lên 13 container vào năm 2024, dây chuyền của nhà máy bộc lộ tình trạng lệch pha nghiêm trọng. Số giờ công thiếu hụt tại khâu trộn thuốc lên tới 30.077 giờ và khâu bảo quản thiếu 28.972 giờ, trong khi khâu bồi quả lại dư 30.417 giờ. Nếu không tái cấu trúc, nhà máy không thể đạt mục tiêu nâng công suất lên 620.000 quả tầm cao mỗi năm.

Máy bồi vỏ quả tự động mang lại hiệu quả vượt trội như thế nào so với bồi thủ công?

Phương pháp bồi thủ công chỉ đạt định mức 135 đến 210 quả/ca/người tùy kích cỡ. Khi đưa máy bồi cỡ nhỏ và cỡ lớn vào vận hành, năng suất lao động tăng vọt từ 322% đến 448%, đạt định mức 570 đến 1.000 quả/ca/máy. Thiết bị giúp các lớp giấy bồi đồng đều tuyệt đối về độ dày, loại trừ sai sót chủ quan của người thợ và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công nhân trực tiếp.

Công nghệ sấy hồng ngoại giúp tiết kiệm chi phí sản xuất hạt màu ra sao?

Tủ sấy hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian gia nhiệt từ 2-3 giờ xuống 20-25 phút, giảm chi phí năng lượng từ 10.964 đồng/giờ xuống còn 2.159 đồng/giờ cho mỗi gian sấy. Chi phí hoàn thiện 1 kg hạt màu giảm từ 11.092 đồng xuống 4.855 đồng (đối với hạt cơ bản) và từ 9.948 đồng xuống 4.283 đồng (đối với hạt chuyển màu), giúp tiết kiệm 55,98% tổng chi phí sấy trong mỗi đợt sản xuất 4.977 kg.

Quy hoạch mặt bằng dây chuyền sản xuất pháo hoa đáp ứng tiêu chuẩn an toàn như thế nào?

Tổ hợp sản xuất 70 ha gồm 99 nhà xưởng được phân khu nghiêm ngặt theo chức năng. Các nhà xưởng có tường gạch dày 220 mm chịu lửa trên 1 giờ, ụ chắn đất phía trước ngăn nổ lây lan truyền, sàn bê tông trải cao su chống tĩnh điện dày trên 5 mm. Hệ thống thoát nước và thu gom nước thải riêng biệt đảm bảo an toàn sinh thái và phòng chống sự cố hóa chất tuyệt đối.

Kế hoạch phát triển nhân lực của nhà máy trong giai đoạn 2023-2024 được tính toán ra sao?

Dựa trên mức tăng trưởng sản lượng pháo hoa dự kiến tăng 13,75% năm 2023 và 30,62% năm 2024 so với năm 2022, luận văn tính toán nhu cầu nhân lực cần mở rộng từ 251 người hiện tại lên khoảng 285 người vào năm 2023 và đạt 328 người vào năm 2024. Đồng thời, nhà máy triển khai đào tạo đa kỹ năng để 100% người lao động làm chủ từ hai công đoạn sản xuất trở lên.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng dây chuyền sản xuất pháo hoa nổ quy mô 70 ha của Nhà máy Hải Hà, nhận diện chính xác các nút thắt cổ chai về định biên lao động và thiết bị công nghệ.
  • Đề xuất giải pháp cân bằng chuyền tức thời, điều động 31 lao động dôi dư từ các khâu lắp quả và bồi vỏ sang bù đắp cho khâu trộn thuốc, viên màu và bảo quản, đáp ứng trọn vẹn mục tiêu sản xuất năm 2022.
  • Ứng dụng đột phá máy trộn thuốc và máy bồi vỏ chuyên dụng, giúp tăng năng suất lao động từ 96,9% đến 448%, chuẩn hóa chất lượng sản phẩm xuất khẩu sang Nhật Bản và Hoa Kỳ.
  • Chuyển đổi thành công sang công nghệ tủ sấy bức xạ hồng ngoại, rút ngắn thời gian gia nhiệt xuống 20-25 phút và cắt giảm 55,98% chi phí năng lượng sấy cho mỗi đợt sản xuất.
  • Hoàn thiện phương án quy hoạch mặt bằng nhà xưởng và kho chứa an toàn, thiết lập lộ trình bổ sung nhân sự đạt 328 người vào năm 2024, sẵn sàng nâng công suất lên 620.000 quả tầm cao và 60.000 giàn tầm thấp.

Về các bước tiếp theo, khuyến nghị Ban Giám đốc Nhà máy Hải Hà sớm phê duyệt ngân sách đầu tư trang thiết bị tự động hóa cho giai đoạn 2023-2024 và phối hợp với các cơ quan chức năng mở rộng kho chứa thành phẩm. Quý độc giả, nhà quản lý và kỹ sư quan tâm đến mô hình cân bằng chuyền và công nghệ sấy vật liệu nổ có thể tham khảo toàn văn luận văn để áp dụng chi tiết các định mức giờ công và thông số thiết kế thực tế vào doanh nghiệp của mình.