Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gay gắt của ngành công nghiệp thép tại Việt Nam, việc đảm bảo tiến độ giao hàng và tối ưu hóa quy trình sản xuất trở thành yếu tố sống còn đối với các doanh nghiệp. Theo báo cáo của công ty TNHH và Sản Xuất TTN, trong tháng 11/2020, tỷ lệ đơn hàng giao trễ chiếm tới 75%, với số lượng đơn hàng trễ lên đến 299 đơn, trong đó có những đơn hàng bị trễ đến 17 ngày. Vấn đề này không chỉ làm tăng chi phí tồn kho, chi phí vận hành mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến uy tín và sự tin tưởng của khách hàng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình lập kế hoạch sản xuất tổng thể (MPS) kết hợp với thuật toán dịch chuyển nút thắt cổ chai (Shifting Bottleneck) và luật phân việc theo nguyên tắc "First Come First Serve" (FCFS) nhằm giảm thiểu tỷ lệ đơn hàng giao trễ, tối ưu hóa thời gian sản xuất và nâng cao hiệu quả sử dụng công suất nhà máy. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào nhà máy sản xuất thép cuộn (tôn) của công ty TTN tại Long An, với dữ liệu thu thập từ tháng 11/2020 đến tháng 12/2020.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện quy trình lập kế hoạch sản xuất, giảm thiểu chi phí phát sinh do trễ đơn hàng, đồng thời nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường thép trong nước và quốc tế. Các chỉ số hiệu quả như tỷ lệ đơn hàng giao trễ giảm từ 75% xuống còn khoảng 50%, thời gian trễ đơn hàng giảm từ 17 ngày xuống còn 12 ngày, và tỷ lệ sử dụng công suất dây chuyền tăng lên trên 80% đã được xác định làm thước đo thành công của giải pháp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

  1. Lập kế hoạch sản xuất tổng thể (Master Production Scheduling - MPS): MPS là công cụ trung tâm trong hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP), giúp xác định sản lượng sản xuất theo từng giai đoạn, đảm bảo cân bằng giữa nhu cầu khách hàng và khả năng cung ứng nguyên vật liệu. MPS giúp giảm thiểu tồn kho, tránh thiếu hụt nguyên liệu và tối ưu hóa thời gian sản xuất.

  2. Thuật toán dịch chuyển nút thắt cổ chai (Shifting Bottleneck Algorithm - SB): Đây là thuật toán giải bài toán lập lịch sản xuất trong môi trường Job Shop Scheduling, tập trung vào việc xác định và xử lý các nút thắt cổ chai trong dây chuyền sản xuất nhằm giảm tổng thời gian hoàn thành và thời gian trễ đơn hàng.

  3. Luật phân việc First Come First Serve (FCFS): Luật phân việc đơn giản, ưu tiên xử lý các công việc theo thứ tự đến trước, giúp giảm thiểu thời gian chờ đợi và đảm bảo tính công bằng trong phân bổ tài nguyên sản xuất.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng bao gồm: tỷ lệ đơn hàng giao trễ, thời gian trễ đơn hàng, công suất dây chuyền, tồn kho, và các chỉ số hiệu quả sản xuất.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ công ty TNHH và Sản Xuất TTN, bao gồm thông tin về đơn hàng, dòng sản phẩm thép cuộn (tôn), thời gian sản xuất, công suất các dây chuyền và dữ liệu vận hành thực tế trong tháng 11 và 12 năm 2020. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm khoảng 40 dòng sản phẩm chính với tổng khối lượng sản xuất trên 40.000 tấn thép cuộn.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích hiện trạng: Đánh giá tỷ lệ đơn hàng giao trễ, thời gian trễ và nguyên nhân gây ra trễ đơn hàng dựa trên dữ liệu thực tế.
  • Xây dựng mô hình toán học MPS: Mô hình hóa bài toán lập kế hoạch sản xuất tổng thể dựa trên các ràng buộc về công suất, tồn kho, và yêu cầu đơn hàng.
  • Áp dụng thuật toán dịch chuyển nút thắt cổ chai kết hợp luật FCFS: Giải bài toán lập lịch sản xuất nhằm tối ưu hóa thời gian hoàn thành đơn hàng và giảm thiểu trễ.
  • So sánh kết quả mô hình với dữ liệu thực tế: Đánh giá hiệu quả của mô hình thông qua các chỉ số như số lượng đơn hàng trễ, thời gian trễ trung bình và tỷ lệ sử dụng công suất.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2020 đến tháng 1/2021, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, triển khai thuật toán và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tỷ lệ đơn hàng giao trễ giảm đáng kể: Sau khi áp dụng mô hình MPS kết hợp thuật toán dịch chuyển nút thắt cổ chai và luật FCFS, số lượng đơn hàng giao trễ trong tháng 11 giảm từ 299 xuống còn 232 đơn, tương đương giảm khoảng 22%. Thời gian trễ đơn hàng dài nhất giảm từ 17 ngày xuống còn khoảng 14 ngày.

  2. Tăng hiệu quả sử dụng công suất dây chuyền: Tỷ lệ sử dụng công suất trung bình của các dây chuyền sản xuất tăng từ mức 66-97% lên trên 80%, trong đó dây chuyền tẩy và cán nguội đạt 100% công suất sử dụng.

  3. Giảm tổng thời gian sản xuất: Thời gian sản xuất trung bình của các dòng sản phẩm thép cuộn giảm từ 49.1 ngày xuống còn 45 ngày, giúp rút ngắn chu kỳ sản xuất và tăng khả năng đáp ứng đơn hàng.

  4. Cải thiện tính chính xác trong lập kế hoạch: Mô hình MPS giúp xác định chính xác số lượng sản xuất, thời gian bắt đầu và hoàn thành sản phẩm, từ đó giảm thiểu sai lệch giữa kế hoạch và thực tế, đồng thời hỗ trợ bộ phận kinh doanh trong việc dự báo và giao tiếp với khách hàng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến cải thiện là việc mô hình hóa bài toán lập kế hoạch sản xuất dựa trên dữ liệu thực tế và áp dụng thuật toán dịch chuyển nút thắt cổ chai giúp xác định chính xác các điểm nghẽn trong dây chuyền, từ đó ưu tiên xử lý hợp lý. Luật FCFS đảm bảo thứ tự xử lý công việc công bằng, giảm thiểu thời gian chờ đợi không cần thiết.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả này tương đồng với báo cáo của Jilcha Kassu và Berhan Eshetie (2015) khi áp dụng thuật toán SB giúp giảm thời gian hoàn thành công việc khoảng 8-10%. Đồng thời, việc tích hợp MPS với thuật toán tối ưu giúp nâng cao hiệu quả sản xuất hơn so với phương pháp lập kế hoạch thủ công truyền thống.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột thể hiện số lượng đơn hàng trễ trước và sau khi áp dụng mô hình, biểu đồ đường thể hiện thời gian trễ đơn hàng trung bình theo từng dây chuyền, và bảng so sánh tỷ lệ sử dụng công suất các dây chuyền trong hai giai đoạn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống MPS tự động: Áp dụng phần mềm lập kế hoạch sản xuất tích hợp mô hình toán học và thuật toán dịch chuyển nút thắt cổ chai để tự động hóa quy trình lập kế hoạch, giảm thiểu sai sót do con người. Mục tiêu đạt tỷ lệ đơn hàng giao đúng hạn trên 90% trong vòng 6 tháng. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý sản xuất và IT công ty.

  2. Đào tạo nhân viên vận hành và lập kế hoạch: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật lập kế hoạch sản xuất hiện đại, sử dụng phần mềm MPS và thuật toán tối ưu cho đội ngũ nhân viên liên quan. Mục tiêu nâng cao năng lực chuyên môn, giảm thời gian lập kế hoạch xuống dưới 1 ngày. Thời gian thực hiện: 3 tháng. Chủ thể thực hiện: Phòng nhân sự phối hợp phòng sản xuất.

  3. Tái cấu trúc quy trình mua hàng và kho bãi: Cải tiến quy trình mua nguyên vật liệu và quản lý tồn kho phù hợp với kế hoạch sản xuất mới, đảm bảo nguyên liệu luôn sẵn sàng, tránh gián đoạn sản xuất. Mục tiêu giảm tỷ lệ thiếu nguyên liệu xuống dưới 5%. Thời gian thực hiện: 4 tháng. Chủ thể thực hiện: Phòng mua hàng và kho vận.

  4. Theo dõi và đánh giá liên tục hiệu quả sản xuất: Thiết lập hệ thống báo cáo và phân tích dữ liệu sản xuất hàng tháng để kịp thời phát hiện các vấn đề phát sinh, điều chỉnh kế hoạch phù hợp. Mục tiêu duy trì tỷ lệ sử dụng công suất trên 85% và giảm thời gian trễ đơn hàng. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý sản xuất và phòng kế hoạch.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Ban lãnh đạo doanh nghiệp sản xuất thép: Giúp hiểu rõ tầm quan trọng của lập kế hoạch sản xuất tổng thể và các giải pháp tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu chi phí do trễ đơn hàng.

  2. Phòng kế hoạch và điều độ sản xuất: Cung cấp phương pháp và công cụ lập kế hoạch sản xuất hiện đại, giúp cải thiện độ chính xác và tính kịp thời trong việc phân bổ nguồn lực và lịch trình sản xuất.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật công nghiệp: Là tài liệu tham khảo về ứng dụng mô hình toán học và thuật toán tối ưu trong quản lý sản xuất, đồng thời cung cấp case study thực tế tại doanh nghiệp Việt Nam.

  4. Nhà cung cấp phần mềm ERP và MPS: Giúp hiểu sâu về yêu cầu và đặc thù của ngành sản xuất thép, từ đó phát triển các giải pháp phần mềm phù hợp, đáp ứng nhu cầu thực tế của doanh nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình MPS là gì và tại sao quan trọng trong sản xuất thép?
    MPS là kế hoạch sản xuất tổng thể giúp xác định số lượng và thời gian sản xuất từng sản phẩm, đảm bảo cân bằng giữa nhu cầu khách hàng và khả năng cung ứng nguyên liệu. Trong sản xuất thép, MPS giúp giảm tồn kho, tránh thiếu hụt nguyên liệu và tối ưu hóa thời gian giao hàng.

  2. Thuật toán dịch chuyển nút thắt cổ chai hoạt động như thế nào?
    Thuật toán này xác định các điểm nghẽn trong dây chuyền sản xuất (máy hoặc công đoạn có thời gian xử lý dài nhất) và ưu tiên xử lý để giảm tổng thời gian hoàn thành công việc, từ đó giảm thiểu trễ đơn hàng.

  3. Luật phân việc FCFS có ưu điểm gì trong lập lịch sản xuất?
    FCFS ưu tiên xử lý các công việc theo thứ tự đến trước, giúp giảm thời gian chờ đợi và đảm bảo tính công bằng trong phân bổ tài nguyên, đồng thời đơn giản và dễ áp dụng trong môi trường sản xuất phức tạp.

  4. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các ngành sản xuất khác không?
    Có, mô hình và thuật toán được xây dựng có tính tổng quát, có thể điều chỉnh để áp dụng cho các ngành sản xuất có quy trình phức tạp và yêu cầu lập kế hoạch chi tiết như sản xuất ô tô, điện tử, hoặc chế biến thực phẩm.

  5. Làm thế nào để doanh nghiệp triển khai thành công mô hình này?
    Doanh nghiệp cần đầu tư vào hệ thống phần mềm hỗ trợ, đào tạo nhân viên, cải tiến quy trình vận hành và liên tục theo dõi, đánh giá hiệu quả để điều chỉnh kịp thời, đảm bảo mô hình phát huy tối đa hiệu quả.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công mô hình lập kế hoạch sản xuất tổng thể (MPS) kết hợp thuật toán dịch chuyển nút thắt cổ chai và luật FCFS, giúp giảm tỷ lệ đơn hàng giao trễ từ 75% xuống còn khoảng 50%.
  • Thời gian trễ đơn hàng dài nhất giảm từ 17 ngày xuống còn khoảng 14 ngày, đồng thời tăng hiệu quả sử dụng công suất dây chuyền lên trên 80%.
  • Mô hình giúp cải thiện tính chính xác trong lập kế hoạch, hỗ trợ bộ phận kinh doanh và sản xuất phối hợp hiệu quả hơn.
  • Đề xuất triển khai hệ thống MPS tự động, đào tạo nhân viên, tái cấu trúc quy trình mua hàng và theo dõi hiệu quả liên tục để duy trì và nâng cao kết quả.
  • Các bước tiếp theo bao gồm phát triển phần mềm hỗ trợ, mở rộng áp dụng mô hình cho các nhà máy khác và nghiên cứu thêm các thuật toán tối ưu mới nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất.

Quý độc giả và doanh nghiệp quan tâm có thể liên hệ để được tư vấn chi tiết và hỗ trợ triển khai giải pháp lập kế hoạch sản xuất tối ưu cho ngành thép và các ngành công nghiệp liên quan.