Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh toàn cầu hóa và áp lực cạnh tranh công nghiệp, các doanh nghiệp sản xuất không chỉ tập trung vào tối ưu hóa chi phí và nâng cao chất lượng mà còn phải hướng tới mục tiêu phát triển bền vững. Công nghiệp năng lượng mặt trời là lĩnh vực tiên phong trong việc giảm thiểu phát thải carbon. Tập đoàn First Solar (Hoa Kỳ) là đơn vị sản xuất tấm pin quang điện công nghệ màng mỏng Cadmium Telluride (CdTe), giúp giảm 2,5 lần lượng phát thải carbon so với công nghệ silicon tinh thể truyền thống.

Năm 2017, First Solar tái đầu tư và đưa vào vận hành nhà máy thứ hai tại Khu công nghiệp Đông Nam, huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh từ năm 2018 với tổng công suất 1,2 GW/năm. Đây là nhà máy duy nhất tại Việt Nam sở hữu hệ thống tái chế kính (Recycling) khép kín từ các tấm pin năng lượng với tỷ lệ thu hồi vật liệu đạt trên 90%. Sau giai đoạn ổn định dây chuyền, công ty chuyển trọng tâm sang tối ưu hóa chi phí (Cost Saving). Bộ phận Tái chế và Xử lý nước thải (Recycling & Waste Water - R&W) đối mặt với các lãng phí vận hành, thời gian dừng máy ngoài kế hoạch và mức tiêu hao vật tư vượt định mức. Việc áp dụng các công cụ Sản xuất Tinh gọn (Lean Manufacturing) được lựa chọn để giải quyết các vấn đề này.

Mục tiêu chung của đề tài là nhận diện các dạng lãng phí hiện hữu tại hệ thống tái chế của bộ phận R&W, áp dụng các công cụ Lean (Ishikawa, 5S, TPM, 5 Why, DMAIC) để xây dựng giải pháp loại bỏ lãng phí, tiết kiệm chi phí và thiết lập hệ thống bảo dưỡng nâng cao hiệu suất thiết bị.

Các mục tiêu cụ thể gồm:

  1. Tìm hiểu quy trình công nghệ, danh mục máy móc và thiết bị của hệ thống Recycling thuộc bộ phận R&W.
  2. Nhận diện, phân loại các điểm lãng phí không tạo ra giá trị (Non-value added) trong quá trình vận hành và thao tác của nhân sự.
  3. Đề xuất phương án kỹ thuật và quy trình cải tiến nhằm loại bỏ các điểm lãng phí đã xác định.
  4. Đánh giá tính khả thi, thử nghiệm thực tế và chuẩn hóa giải pháp triển khai tại nhà máy.

Nhiệm vụ nghiên cứu tập trung vào 3 nội dung chính:

  • Thu thập số liệu vận hành, xác định lãng phí thông qua các công cụ trực quan hóa dữ liệu.
  • Xác định nguyên nhân gốc rễ bằng biểu đồ Ishikawa kết hợp 5M1E và kỹ thuật 5 Why.
  • Thực thi giải pháp và đánh giá hiệu quả sau cải tiến dựa trên dữ liệu định lượng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các điểm lãng phí phát sinh trong quá trình vận hành hệ thống máy móc và quy trình thao tác công việc của nhân sự tại dây chuyền tái chế kính.
  • Phạm vi không gian: Bộ phận Recycling thuộc team R&W, Công ty TNHH Sản xuất First Solar Việt Nam (Khu công nghiệp Đông Nam, Củ Chi, TP. Hồ Chí Minh).
  • Phạm vi thời gian: Quá trình thu thập dữ liệu và triển khai thực nghiệm diễn ra từ ngày 27/11/2023 đến 27/05/2024 (dữ liệu theo dõi hệ thống mở rộng từ năm 2023 đến tháng 6/2024).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng khung lý thuyết Sản xuất Tinh gọn (Lean Manufacturing) với trọng tâm là nhận diện và triệt tiêu 8 dạng lãng phí (DOWNTIME):

  • Defect (Sản phẩm lỗi)
  • Overproduction (Sản xuất dư thừa)
  • Waiting (Thời gian chờ đợi)
  • Not utilizing talent (Lãng phí tiềm năng con người)
  • Transport (Lãng phí vận chuyển)
  • Inventory (Lãng phí tồn kho)
  • Motion (Thao tác thừa)
  • Excess processing (Gia công/Xử lý thừa)

Các công cụ và phương pháp quản trị Lean được tác giả sử dụng bao gồm:

  • Total Productive Maintenance (TPM): Khung lý thuyết 8 trụ cột, trong đó đề tài triển khai thực tế 2 trụ cột chính là Bảo trì tự chủ (Autonomous Maintenance) và Bảo trì có kế hoạch (Planned Maintenance).
  • Phương pháp 5S: Sàng lọc (Seiri), Sắp xếp (Seiton), Sạch sẽ (Seiso), Săn sóc (Seiketsu), Sẵn sàng (Shitsuke) nhằm chuẩn hóa không gian làm việc.
  • Tiến trình DMAIC: Khung giải quyết vấn đề gồm 5 giai đoạn: Xác định (Define) - Đo lường (Measure) - Phân tích (Analyze) - Cải tiến (Improve) - Kiểm soát (Control).
  • Biểu đồ Ishikawa (Biểu đồ xương cá): Phân tích nguyên nhân khiếm khuyết dựa trên mô hình 5M1E (Man - Con người, Machine - Máy móc, Method - Phương pháp, Material - Nguyên vật liệu, Environment - Môi trường, Measurement - Đo lường).
  • Kỹ thuật 5 Why: Đặt chuỗi câu hỏi "Tại sao" liên tiếp nhằm truy tìm nguyên nhân gốc rễ của sự cố kỹ thuật.
  • Công cụ kiểm soát trực quan: Thẻ Kanban truyền thông tin ca (passdown), Biểu đồ Pareto và Biểu đồ kiểm soát giới hạn (Control Limit).

Phương pháp nghiên cứu thực tế gồm:

  • Phương pháp thu thập dữ liệu sơ cấp: Ghi nhận trực tiếp thời gian chạy máy, sản lượng kính tái chế, thời gian dừng máy (downtime), số lượng vật tư tiêu hao tại hiện trường.
  • Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp: Trích xuất báo cáo chất lượng xử lý kính, dữ liệu chi phí nhiên liệu khí đốt LPG, nhật ký bảo trì (PM History) từ hệ thống cơ sở dữ liệu nhà máy.
  • Phương pháp quan sát trực tiếp: Phân tích thao tác làm việc của công nhân, đo đạc thời gian di chuyển, khảo sát đánh giá hiện trạng 5S và kiểm toán an toàn (audit).
  • Phương pháp phân tích định lượng: Sử dụng thống kê mô tả, phân tích Pareto phân loại thiết bị hỏng hóc, tính toán biên độ tiêu hao vật tư để thiết lập ngưỡng cảnh báo (trigger out-of-limit).
  • Phương pháp tham vấn chuyên gia: Lấy ý kiến kỹ thuật định kỳ từ Quản lý bộ phận R&W (anh Bùi Duy Thông), Giám sát sản xuất (anh Trương Anh Tú) và Trưởng nhóm vận hành sản xuất kính tái chế (anh Phạm Vương Việt).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Giới thiệu tổng quan đề tài nghiên cứu

Trình bày tính cấp thiết của đề tài trong giai đoạn First Solar Việt Nam tập trung cắt giảm chi phí sản xuất; xác định vai trò của bộ phận R&W trong chuỗi cung ứng xanh; làm rõ 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, đối tượng nghiên cứu lãng phí thao tác và thiết bị, phạm vi thực hiện tại nhà máy Củ Chi trong 6 tháng thực tập; giới thiệu phương pháp tiếp cận và kết cấu 5 chương của đồ án.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Hệ thống hóa các lý thuyết cốt lõi về Lean Manufacturing, định nghĩa 8 dạng lãng phí (DOWNTIME), các nguyên tắc xác định dòng giá trị (VSM) và sản xuất kéo (Pull); phân tích cơ sở phương pháp bảo trì tổng thể TPM với 8 trụ cột; trình bày triết lý Kaizen và 10 nguyên tắc cải tiến; diễn giải nội dung phương pháp 5S; làm rõ quy trình 5 bước DMAIC; trình bày nguyên lý nhận diện nguyên nhân cốt lõi qua biểu đồ xương cá Ishikawa (5M1E) và kỹ thuật 5 Why.

Chương 3. Tổng quan Công ty TNHH Sản xuất First Solar Việt Nam

Giới thiệu lịch sử tập đoàn First Solar thành lập năm 1999 tại Ohio (Hoa Kỳ), quy mô sản xuất toàn cầu và quyết định xây dựng nhà máy tại KCN Đông Nam (diện tích xây dựng giai đoạn đầu 111.300 m², vốn đầu tư hơn 1 tỷ USD, vận hành năm 2018); mô tả cơ cấu tổ chức nhà máy và bộ phận R&W; phân tích công nghệ tấm pin màng mỏng CadTel Series 6 (duy trì >90% hiệu suất sau 30 năm, mức phát thải carbon thấp hơn 2,5 lần và nước thấp hơn 3 lần so với công nghệ c-Si); mô tả sơ đồ dây chuyền tái chế kính Recycling gồm: máy nghiền Shredder và Hammer mill, hệ thống băng tải rung, bồn rửa kính hóa chất - nước sạch, cụm sấy Dryer, cụm phân tách Separator và hệ thống xử lý nước; khảo sát hiện trạng và định danh 4 điểm lãng phí:

  1. Lãng phí dư thừa quy trình: Cụm Separator hoạt động không cần thiết.
  2. Lãng phí nguyên vật liệu: Khí đốt tự nhiên (LPG) bị tiêu hao quá mức tại cụm Burner do cảm biến quang nhận diện dòng kính hoạt động sai lệch.
  3. Hoạt động dừng máy: Thời gian downtime ngoài kế hoạch phát sinh nhiều.
  4. Quá trình sử dụng Consumable: Vật tư tiêu hao (găng tay, khăn giấy ướt, pallet, thùng IBC) dùng vượt giới hạn cho phép.

Chương 4. Ứng dụng công cụ của Lean vào các dự án của bộ phận R&W

Nội dung chương triển khai giải quyết 3 bài toán cải tiến cụ thể:

  • Dự án tiết kiệm khí đốt lò sấy Burner: Áp dụng Ishikawa và 5 Why xác định nguyên nhân cảm biến dòng vật liệu hoạt động không ổn định làm van điều tiết gas mở liên tục khi không có kính; thiết kế giải pháp thay thế cảm biến bằng chương trình định thời (timer) điều khiển van đóng/mở tự động theo chu kỳ cấp liệu; kiểm tra nồng độ Cadmium (Cd) trên bề mặt kính thành phẩm để đảm bảo chất lượng tẩy rửa; theo dõi lượng tiêu thụ LPG và chi phí từ năm 2023 đến tháng 6/2024.
  • Dự án giảm thời gian dừng máy ngoài kế hoạch: Đánh giá số lần sự cố bằng biểu đồ Pareto và phân tích downtime 2023–2024; thực hiện 5S xử lý dứt điểm các điểm lỗi audit (nhãn Kanban mờ, thiếu cảnh báo PPE ở tủ điện, màn hình cân biến dạng, đồng hồ áp suất đọng nước, đầu kim loại sắc nhọn, quy hoạch lại layout công cụ cào kính, máy hút nước, thùng rác nguy hại/không nguy hại); triển khai Trụ cột Bảo trì tự chủ qua bảng kiểm tra (checklist) vận hành bơm màng, quy trình chuẩn (SOP/WI) kiểm tra van damper, thay lưới máy nghiền hammer mill, tra dầu đai máy khoan; triển khai Trụ cột Bảo trì kế hoạch thông qua hệ thống file tracking, file PM History và kế hoạch bảo dưỡng định kỳ.
  • Dự án kiểm soát vật tư tiêu hao (Consumable): Áp dụng chu trình DMAIC: Giai đoạn Define và Measure xác định danh mục vật tư dùng vượt định mức qua biểu đồ Control Limit và Pareto (khăn giấy ướt, găng tay lấy mẫu, thùng Open top IBC, pallet); Giai đoạn Analyze dùng Ishikawa và 5 Why tìm nguyên nhân lãng phí; Giai đoạn Improve thiết lập hạn mức tuần, tạo trigger tự động cảnh báo khi vượt ngưỡng (out of limit), chuẩn hóa quy trình xuất kho; Giai đoạn Control bàn giao giám sát qua bảng Kanban passdown giữa các ca làm việc.

Chương 5. Kết luận và hướng phát triển

Đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu đề ra; khẳng định đóng góp của các công cụ Lean trong việc cắt giảm chi phí khí đốt, ổn định thời gian vận hành máy và giảm định mức sử dụng vật tư; nêu các hạn chế chưa xử lý được và đề xuất các hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Dự án cải tiến Công cụ Lean ứng dụng Hiện trạng lãng phí ban đầu Giải pháp kỹ thuật / Quy trình thực hiện Kết quả ghi nhận trong văn bản
Tiết kiệm khí đốt lò Burner Ishikawa (5M1E), 5 Why, Thử nghiệm chu trình Cảm biến nhận diện kính hoạt động chập chờn, khiến van khí gas mở liên tục gây lãng phí LPG Thay thế cơ chế cảm biến bằng chương trình timer điều khiển van tự động theo mẻ nạp liệu Loại bỏ lãng phí khí đốt dư thừa; chất lượng kính thành phẩm (nồng độ Cd) duy trì đạt tiêu chuẩn quy định
Giảm dừng máy ngoài kế hoạch 5S, TPM (Bảo trì tự chủ & Bảo trì kế hoạch), Pareto Thiết bị dừng đột xuất cao; layout bừa bộn; dụng cụ đặt sai vị trí; thiếu tài liệu chuẩn bảo dưỡng Xử lý triệt để các điểm lỗi 5S; lập bảng checklist bơm màng; ban hành WI van damper, lưới hammer mill; lập file PM History Chuẩn hóa hiện trường; giảm giờ dừng máy ngoài kế hoạch; chuyển giao công tác bảo dưỡng cấp 1 cho công nhân vận hành
Quản lý vật tư tiêu hao (Consumable) Chu trình DMAIC, Biểu đồ Control Limit, Kanban Găng tay lấy mẫu, khăn ướt, thùng IBC, pallet dùng vượt định mức, không có cơ chế giám sát Thiết lập định mức tuần trên file tracking; cài đặt công thức trigger cảnh báo tự động; giao ca bằng Kanban Đưa mức sử dụng vật tư trở lại giới hạn kiểm soát cho phép; ngăn ngừa xuất thừa vật tư tiêu hao

Các kết quả và giải pháp kỹ thuật chính:

  • Chuẩn hóa điều khiển lò sấy: Khắc phục triệt để lỗi vận hành van đốt bằng chương trình timer, giải quyết tình trạng thất thoát nhiên liệu LPG kéo dài từ năm 2023 đến giữa năm 2024 mà không làm suy giảm hiệu quả xử lý Cadmium trên kính.
  • Thiết lập nền tảng bảo trì tự chủ: Ban hành hệ thống hướng dẫn công việc chuẩn (WI, SOP) cho công nhân vận hành hệ thống Recycling đối với các cơ cấu thường xuyên gặp sự cố (van damper, lưới nghiền hammer mill, bộ truyền đai máy khoan), giảm sự phụ thuộc vào đội ngũ kỹ thuật bảo trì nhà máy.
  • Hệ thống hóa dữ liệu quản trị: Xây dựng công cụ giám sát vật tư tiêu hao bán tự động có chức năng trigger cảnh báo sớm khi lượng tiêu thụ vượt ngưỡng (out of limit), kết hợp bảng bàn giao Kanban passdown giữa các kíp trực.

Đóng góp của tác giả:

  • Vận dụng thành công các công cụ lý thuyết Lean vào thực tế sản xuất tại một dây chuyền công nghệ cao đặc thù (tái chế pin mặt trời CdTe).
  • Đưa ra giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao (chuyển đổi tín hiệu cảm biến sang timer) giúp giải quyết dứt điểm điểm lãng phí nguyên liệu mà không phát sinh chi phí đầu tư lớn.
  • Xây dựng hệ thống tài liệu và biểu mẫu chuẩn hóa hỗ trợ trực tiếp cho công tác vận hành hàng ngày của bộ phận R&W.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo đánh giá của giảng viên hướng dẫn và nội dung tự tổng kết trong đồ án, nghiên cứu còn một số tồn tại:

  • Vấn đề dư thừa thiết bị chưa được giải quyết: Dù đã nhận diện được điểm lãng phí do cụm thiết bị phân tách (Separator) hoạt động dư thừa trong dây chuyền tái chế, đồ án vẫn chưa thể đưa ra phương án kỹ thuật phù hợp để xử lý dứt điểm tình trạng này.
  • Phạm vi triển khai TPM còn hẹp: Đồ án mới chỉ áp dụng được 2 trên tổng số 8 trụ cột của hệ thống Bảo trì Năng suất Toàn diện TPM (Bảo trì tự chủ và Bảo trì có kế hoạch); 6 trụ cột còn lại chưa được xây dựng và tích hợp vào quy trình của bộ phận.
  • Độ sâu chuyên môn từng nội dung: Do đồ án bao quát nhiều mảng công việc khác nhau (nhiên liệu lò đốt, bảo trì máy móc, định mức vật tư tiêu hao) trong thời gian thực tập 6 tháng, nội dung nghiên cứu khá rộng và chưa đi sâu tối đa vào từng bài toán kỹ thuật chi tiết.

Hướng phát triển tiếp theo được đề xuất:

  • Tiếp tục nghiên cứu phương án kỹ thuật nhằm tối ưu hóa hoặc loại bỏ hoạt động không cần thiết của cụm Separator để giảm điện năng và hao mòn thiết bị.
  • Mở rộng triển khai các trụ cột tiếp theo của mô hình TPM (Cải tiến có trọng điểm, Quản lý chất lượng, Huấn luyện - đào tạo, An toàn - sức khỏe - môi trường).
  • Nâng cấp hệ thống tracking consumable từ file tính bán tự động sang tích hợp giám sát tự động hóa theo thời gian thực trên hệ thống quản trị nhà máy.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các đối tượng:

  • Sinh viên và học viên ngành Kỹ thuật Công nghiệp, Kỹ thuật Hệ thống Công nghiệp, Quản trị Vận hành: Cung cấp mô hình tham chiếu thực tế về việc áp dụng phối hợp các công cụ Lean (Ishikawa, 5 Why, TPM, DMAIC) để giải quyết các bài toán lãng phí đa dạng trên cùng một dây chuyền.
  • Kỹ sư cải tiến sản xuất (Continuous Improvement / Lean Engineer) và kỹ sư bảo dưỡng: Tham khảo phương pháp phân tích nguyên nhân gốc rễ lỗi kỹ thuật (5M1E) và cách thức xây dựng tài liệu hướng dẫn công việc (WI), biểu mẫu checklist phục vụ chuyển giao hoạt động bảo trì tự chủ (Autonomous Maintenance) cho công nhân sản xuất.
  • Phần nội dung đáng tham khảo nhất:
    • Quy trình phân tích 5 Why và chuyển đổi phương thức điều khiển van đốt từ cảm biến sang bộ định thời timer (Chương 4).
    • Bộ biểu mẫu checklist, tiêu chuẩn 5S và các tài liệu hướng dẫn kiểm tra van damper, thay lưới hammer mill (Chương 4).
    • Phương pháp xây dựng bảng kiểm soát và cơ chế kích hoạt cảnh báo (trigger) quản lý vật tư tiêu hao theo chu trình DMAIC (Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án nhận diện được những điểm lãng phí chính nào tại bộ phận Recycling của First Solar Việt Nam?
Khảo sát hiện trạng tại Chương 3 chỉ ra 4 điểm lãng phí cốt lõi: lãng phí dư thừa quy trình tại cụm thiết bị Separator; lãng phí nguyên vật liệu khí đốt LPG tại cụm lò sấy Burner; lãng phí thời gian do các hoạt động dừng máy ngoài kế hoạch; và lãng phí vật tư tiêu hao (Consumable) do sử dụng vượt định mức.

2. Giải pháp kỹ thuật nào được áp dụng để loại bỏ lãng phí khí đốt tự nhiên (LPG) tại cụm Burner?
Tác giả đã sử dụng biểu đồ Ishikawa và 5 Why để xác định nguyên nhân gốc rễ là do cảm biến nhận diện kính hoạt động chập chờn khiến van cấp gas luôn mở. Giải pháp được triển khai là lập trình chương trình định thời (timer) điều khiển van đóng/mở tự động theo chu kỳ cấp liệu thực tế, thay thế hoàn toàn cho tín hiệu cảm biến mà vẫn đảm bảo nồng độ Cadmium tồn dư trên kính thành phẩm đạt chuẩn.

3. Hoạt động bảo trì năng suất toàn diện (TPM) trong đồ án được triển khai qua những trụ cột nào?
Đồ án triển khai 2 trong số 8 trụ cột của TPM: Bảo trì tự chủ (Autonomous Maintenance) thông qua việc ban hành các bảng checklist kiểm tra bơm màng, tài liệu hướng dẫn công việc (WI) kiểm tra van damper, thay lưới hammer mill, tra dầu đai máy khoan; và Bảo trì có kế hoạch (Planned Maintenance) thông qua việc thiết lập file tracking bảo trì, file PM History và kế hoạch bảo dưỡng định kỳ hàng ngày.

4. Chu trình DMAIC được sử dụng như thế nào trong bài toán quản lý vật tư tiêu hao?
DMAIC được áp dụng qua 5 bước: Xác định (Define) danh mục vật tư tiêu hao vượt mức; Đo lường (Measure) lượng dùng năm 2023–2024 và phân loại bằng biểu đồ Pareto (tập trung khăn giấy ướt, găng tay lấy mẫu, pallet, thùng IBC); Phân tích (Analyze) nguyên nhân bằng 5M1E và 5 Why; Cải tiến (Improve) bằng cách thiết lập định mức tuần và cài đặt công thức cảnh báo trigger tự động khi out of limit; Kiểm soát (Control) thông qua bảng thông tin Kanban passdown ca.

5. Giảng viên hướng dẫn chỉ ra những thiếu sót kỹ thuật nào của đồ án?
Phiếu nhận xét của Giảng viên hướng dẫn (ThS. Tạ Nguyễn Minh Đức) ghi nhận 3 hạn chế chính: chưa có giải pháp phù hợp để giải quyết lãng phí dư thừa thiết bị ở cụm Separator; hệ thống TPM mới chỉ dừng lại ở 2/8 trụ cột; và nội dung nghiên cứu còn dàn trải nhiều mảng nên chưa xoáy sâu tối đa vào từng bài toán cụ thể.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Quốc Thịnh đã hệ thống hóa và ứng dụng hiệu quả các công cụ Sản xuất Tinh gọn (Lean Manufacturing) nhằm giải quyết các bài toán lãng phí thực tế tại bộ phận Recycling thuộc Công ty TNHH Sản xuất First Solar Việt Nam. Đề tài đạt được kết quả cụ thể trong việc tối ưu hóa chu trình đóng mở van khí đốt Burner, giảm thời gian dừng máy thông qua 5S và 2 trụ cột của TPM, đồng thời kiểm soát định mức vật tư tiêu hao bằng chu trình DMAIC. Dù còn hạn chế trong việc xử lý cụm thiết bị Separator dư thừa và phạm vi triển khai TPM chưa toàn diện, công trình đã thể hiện rõ năng lực phân tích dữ liệu, giải quyết vấn đề kỹ thuật và mang lại giá trị thực tiễn đối với hoạt động của dây chuyền tái chế kính công nghệ cao.