Nghiên Cứu Thực Nghiệm Về Giảm Lãng Phí Cắt Xén Trong Sản Xuất Tấm Sóng

• Tác giả: Nguyễn Thành Minh
• Người hướng dẫn: Assoc. Đỗ Ngọc Hiền
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Industrial Engineering
• Đề tài: Nghiên cứu thực nghiệm giảm lãng phí cắt xén tại công ty sản xuất tấm sóng
• Loại tài liệu: master’s thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• THE COMMITMENT OF THE THESIS’S AUTHOR
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Thesis rationale
• 1.2. Thesis objective
• 1.3. Thesis scope and limitations
• 1.4. Thesis structure
• 2. LITERATURE REVIEW AND METHODOLOGY
• 2.1. Genetic algorithm
• 2.2. Pearson correlation testing
• 2.3. Related studies
• 3. PRODUCTION SCHEDULING MODEL
• 3.1. Current scheduling procedure
• 3.2. Developing Production Scheduling Model
• 3.3. Numerical Experiment & Discussion
• 3.4. Implementation and standardization
• 4. CONCLUSION AND FUTURE WORK
• 4.1. Limitation and future work
• TABLE OF FIGURES
• TABLE OF TABLES
• TABLE OF ABBREVIATION

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc giảm lãng phí trong quy trình sản xuất tấm sóng tại một công ty sản xuất ở Việt Nam. Lãng phí cắt xén là một vấn đề nghiêm trọng, gây tổn thất tài chính đáng kể, dao động từ 850 triệu đến 1,2 tỷ đồng mỗi tháng. Mục tiêu chính của nghiên cứu là tối ưu hóa sản xuất bằng cách xây dựng một mô hình lập lịch sản xuất mới, giảm thiểu lãng phí cắt xén và chi phí thiết lập. Nghiên cứu sử dụng giải thuật di truyền để giải quyết vấn đề này, đồng thời đánh giá hiệu quả của mô hình thông qua thực nghiệm thực tế.

1.1. Lý do nghiên cứu

Ngành công nghiệp sản xuất tấm sóng đang phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu bao bì thân thiện môi trường tăng cao. Tuy nhiên, lãng phí cắt xén là một thách thức lớn, gây tổn thất tài chính đáng kể. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề này, đồng thời đóng góp vào sự đa dạng trong lĩnh vực nghiên cứu về quản lý lãng phí và tối ưu hóa sản xuất.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm phân tích quy trình sản xuất hiện tại, xác định nguyên nhân gây lãng phí cắt xén, và đề xuất một mô hình lập lịch sản xuất mới. Mô hình này tập trung vào việc giảm thiểu lãng phí cắt xén và chi phí thiết lập, đồng thời đánh giá hiệu quả thông qua các chỉ số như % lãng phí và chi phí.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng giải thuật di truyền (GA) để giải quyết vấn đề lãng phí cắt xén. GA là một phương pháp tối ưu hóa dựa trên nguyên lý tiến hóa tự nhiên, bao gồm các bước chọn lọc, lai ghép và đột biến. Ngoài ra, nghiên cứu cũng áp dụng phân tích tương quan Pearson để đánh giá mối quan hệ giữa các biến số liên quan đến lãng phí cắt xén.

2.1. Giải thuật di truyền

Giải thuật di truyền (GA) là một phương pháp tối ưu hóa dựa trên nguyên lý tiến hóa tự nhiên. GA bắt đầu với một quần thể các giải pháp tiềm năng, sau đó áp dụng các toán tử di truyền như chọn lọc, lai ghép và đột biến để tạo ra các giải pháp tốt hơn. Trong nghiên cứu này, GA được sử dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu lãng phí cắt xén và chi phí thiết lập.

2.2. Phân tích tương quan Pearson

Phân tích tương quan Pearson được sử dụng để đánh giá mối quan hệ giữa các biến số liên quan đến lãng phí cắt xén. Kết quả phân tích cho thấy mối tương quan đáng kể giữa kích thước cắt xén và lượng lãng phí, từ đó hỗ trợ việc xây dựng mô hình lập lịch sản xuất hiệu quả hơn.

III. Phân tích vấn đề

Nghiên cứu tiến hành phân tích quy trình sản xuất hiện tại tại công ty, xác định các nguyên nhân chính gây ra lãng phí cắt xén. Kết quả cho thấy, lãng phí cắt xén chủ yếu xuất phát từ việc lập lịch sản xuất không tối ưu, dẫn đến việc sử dụng không hiệu quả các cuộn giấy có kích thước khác nhau.

3.1. Phân tích quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất hiện tại được phân tích chi tiết, bao gồm các bước từ chuẩn bị nguyên liệu đến hoàn thiện sản phẩm. Kết quả cho thấy, việc lựa chọn cuộn giấy không phù hợp và lập lịch sản xuất không tối ưu là nguyên nhân chính gây ra lãng phí cắt xén.

3.2. Xác định nguyên nhân lãng phí

Nghiên cứu sử dụng phương pháp 5-Whys để xác định nguyên nhân gốc rễ của lãng phí cắt xén. Kết quả cho thấy, việc lập lịch sản xuất không xem xét đến chi phí thiết lập và kích thước cắt xén là nguyên nhân chính dẫn đến lãng phí.

IV. Mô hình lập lịch sản xuất

Nghiên cứu đề xuất một mô hình lập lịch sản xuất mới, sử dụng giải thuật di truyền để tối ưu hóa quy trình sản xuất. Mô hình này tập trung vào việc giảm thiểu lãng phí cắt xén và chi phí thiết lập, đồng thời đánh giá hiệu quả thông qua các thử nghiệm số.

4.1. Xây dựng mô hình

Mô hình lập lịch sản xuất được xây dựng dựa trên giải thuật di truyền, với mục tiêu tối ưu hóa việc lựa chọn cuộn giấy và phân bổ chúng vào các chuỗi đơn hàng. Mô hình này cũng xem xét đến chi phí thiết lập, giúp giảm thiểu lãng phí cắt xén một cách hiệu quả.

4.2. Thử nghiệm và đánh giá

Mô hình được thử nghiệm thông qua các thử nghiệm số, với dữ liệu đầu vào từ quy trình sản xuất thực tế. Kết quả cho thấy, mô hình mới giúp giảm đáng kể lãng phí cắt xén và chi phí thiết lập, đồng thời cải thiện hiệu suất sản xuất.

V. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả đáng kể trong việc giảm thiểu lãng phí cắt xén và tối ưu hóa sản xuất tại công ty sản xuất tấm sóng. Mô hình lập lịch sản xuất mới, sử dụng giải thuật di truyền, đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm thiểu lãng phí và chi phí thiết lập. Nghiên cứu cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai, bao gồm việc mở rộng phạm vi nghiên cứu và tích hợp các yếu tố khác như quản lý tồn kho.

5.1. Kết luận

Nghiên cứu đã thành công trong việc giảm thiểu lãng phí cắt xén và tối ưu hóa sản xuất tại công ty sản xuất tấm sóng. Mô hình lập lịch sản xuất mới, sử dụng giải thuật di truyền, đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm thiểu lãng phí và chi phí thiết lập, đồng thời cải thiện hiệu suất sản xuất.

5.2. Hướng phát triển

Nghiên cứu đề xuất các hướng phát triển trong tương lai, bao gồm việc mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các lĩnh vực khác như quản lý tồn kho và tích hợp các yếu tố môi trường vào quy trình sản xuất. Điều này sẽ giúp cải tiến quy trình sản xuất một cách toàn diện hơn.

Tổng quan nghiên cứu

Ngành sản xuất bao bì giấy, đặc biệt là tấm bìa carton gợn sóng, đang ngày càng phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, phục vụ các lĩnh vực thương mại điện tử, dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm và đồ uống. Sản lượng sản xuất hàng năm của một công ty nghiên cứu đạt khoảng 40.000 đến 45.000 tấn, với mô hình sản xuất theo đơn đặt hàng (Make-To-Order) phục vụ thị trường B2B. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất, vấn đề lãng phí rẻo biên (trim waste) phát sinh do sự chênh lệch giữa chiều rộng cuộn giấy và kích thước tấm bìa đã gây tổn thất tài chính lớn, ước tính từ 850 triệu đến 1.200 triệu đồng mỗi tháng.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích quy trình sản xuất hiện tại để xác định nguyên nhân gây ra lãng phí rẻo biên, từ đó xây dựng mô hình lập lịch sản xuất mới nhằm giảm thiểu lãng phí này bằng cách tối ưu hóa kích thước rẻo biên và giảm số lượng đơn hàng vượt giới hạn kích thước cho phép. Nghiên cứu tập trung vào giai đoạn sản xuất tấm carton gợn sóng tại một công ty lớn ở Việt Nam trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 7 năm 2023. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc giảm thiểu chi phí sản xuất, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu và góp phần bảo vệ môi trường thông qua giảm lượng chất thải.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết thuật toán di truyền (Genetic Algorithm - GA): Phương pháp tối ưu hóa dựa trên nguyên lý chọn lọc tự nhiên và di truyền học, được sử dụng để giải quyết bài toán lập lịch sản xuất phức tạp với nhiều biến số và mục tiêu đa dạng.
• Mô hình lập lịch sản xuất tích hợp chi phí rẻo biên và chi phí thiết lập: Mô hình toán học kết hợp hai yếu tố chi phí chính trong sản xuất tấm carton, nhằm tối ưu hóa tổng chi phí.
• Khái niệm trim waste (lãng phí rẻo biên): Phần nguyên liệu thừa do sự không khớp giữa kích thước cuộn giấy và kích thước sản phẩm yêu cầu.
• Khái niệm exceeding-spec jobs (đơn hàng vượt kích thước cho phép): Các đơn hàng có kích thước rẻo biên vượt quá giới hạn kỹ thuật, cần được phê duyệt đặc biệt.
• Kiểm định tương quan Pearson: Phương pháp thống kê để xác định mối quan hệ giữa kích thước rẻo biên và lượng lãng phí.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ công ty sản xuất tấm carton gợn sóng tại Việt Nam, bao gồm dữ liệu sản xuất thực tế của 10 ca làm việc, số liệu trim waste từ tháng 1 đến tháng 7 năm 2023, và thông tin chi phí từ phòng kế toán. Cỡ mẫu gồm 56 đơn hàng trong một ca làm việc điển hình, với dữ liệu trim dimension lấy mẫu ngẫu nhiên 10 mẫu/ngày trong 50 ngày.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích thống kê mô tả và kiểm định tương quan Pearson để xác định mối liên hệ giữa trim waste và trim dimension.
• Phân tích nguyên nhân gốc rễ bằng công cụ 5-Whys.
• Xây dựng mô hình lập lịch sản xuất tích hợp chi phí trim waste và chi phí setup, sử dụng biến nhị phân để mô tả các lựa chọn phân bổ cuộn giấy và thiết lập.
• Áp dụng thuật toán di truyền để tìm kiếm giải pháp tối ưu cho bài toán lập lịch sản xuất.
• Thực hiện thí nghiệm số trên dữ liệu thực tế và so sánh kết quả với phương pháp lập lịch thủ công hiện tại.
• Triển khai mô hình và đào tạo nhân viên lập kế hoạch, theo dõi hiệu quả sau khi áp dụng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ lệ trim waste chiếm phần lớn trong tổng lượng phế liệu: Trim waste chiếm khoảng 3% tổng lượng phế liệu sản xuất, cao hơn nhiều so với các loại phế liệu khác như defect waste (1,2%) và peeling waste (dưới 1%).
2. Mối tương quan chặt chẽ giữa trim waste và trim dimension: Kiểm định Pearson cho thấy hệ số tương quan có ý nghĩa thống kê (p-value < 0.05), chứng tỏ việc kiểm soát trim dimension là yếu tố then chốt để giảm trim waste.
3. Hiện trạng trim dimension vượt giới hạn kỹ thuật: Trung bình trim dimension là 65,2 mm, với 80 đơn hàng vượt giới hạn (ES jobs) trên tổng số 500 đơn hàng, và chỉ số năng lực quá trình Cpk rất thấp (0,16), cho thấy quy trình hiện tại không ổn định.
4. Mô hình lập lịch sản xuất sử dụng thuật toán di truyền giảm đáng kể trim waste: Áp dụng GA cho ca làm việc mẫu cho kết quả giảm số lượng ES jobs từ 19 xuống còn 2, giảm trim dimension trung bình từ 86 mm xuống 56 mm, và giảm chi phí trim waste từ 3,82 triệu VND xuống còn 3,64 triệu VND.
5. Tổng chi phí sản xuất giảm 12,16% mặc dù chi phí setup tăng: GA làm tăng số lần setup và chi phí setup, nhưng chi phí trim waste giảm mạnh hơn, dẫn đến tổng chi phí thấp hơn so với phương pháp thủ công.
6. Cải thiện năng lực quá trình: Cpk tăng từ 0,16 lên 0,44, cho thấy quy trình sản xuất ổn định và kiểm soát tốt hơn sau khi áp dụng mô hình mới.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc cân bằng giữa chi phí trim waste và chi phí setup là yếu tố quyết định trong tối ưu hóa lập lịch sản xuất tấm carton gợn sóng. Mặc dù tăng số lần setup làm tăng chi phí và thời gian vận hành, nhưng lợi ích từ việc giảm trim waste lớn hơn nhiều, giúp tiết kiệm chi phí tổng thể. So với các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào giảm trim waste hoặc setup riêng lẻ, nghiên cứu này đồng thời giải quyết cả hai yếu tố, tạo ra giải pháp toàn diện và thực tiễn hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh chi phí trim waste, chi phí setup, số lần setup, và tổng chi phí giữa phương pháp GA và phương pháp hiện tại, minh họa rõ ràng hiệu quả của mô hình mới. Bảng phân tích năng lực quá trình (Cpk) cũng cho thấy sự cải thiện đáng kể về chất lượng sản phẩm và ổn định quy trình.

Tuy nhiên, việc tăng thời gian vận hành do nhiều lần setup hơn có thể ảnh hưởng đến năng suất trong các ca làm việc có khối lượng đơn hàng lớn. Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng giữa ưu tiên giảm chi phí và duy trì hiệu suất sản xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng rộng rãi mô hình lập lịch sản xuất sử dụng thuật toán di truyền: Đào tạo nhân viên lập kế hoạch và triển khai mô hình trên toàn bộ các ca làm việc nhằm giảm trim waste và tối ưu chi phí trong vòng 6 tháng tới.
2. Tăng cường quản lý và kiểm soát trim dimension: Thiết lập hệ thống giám sát trim dimension theo thời gian thực, giảm số lượng đơn hàng vượt giới hạn, nâng cao chỉ số Cpk lên trên 0,5 trong 1 năm.
3. Cải tiến kỹ thuật và công nghệ máy móc: Nghiên cứu giảm giá trị trim dimension tối thiểu hiện tại (30 mm) thông qua cải tiến thiết bị và quy trình, nhằm giảm lãng phí vật liệu.
4. Xây dựng hệ thống dự báo và quản lý nguồn nguyên liệu: Đảm bảo cung cấp đầy đủ các loại cuộn giấy với kích thước phù hợp, giảm thiểu tình trạng thiếu hụt hoặc phải sử dụng cuộn giấy không tối ưu, thực hiện trong 12 tháng.
5. Đánh giá và điều chỉnh mô hình định kỳ: Theo dõi hiệu quả mô hình sau khi triển khai, cập nhật thuật toán và dữ liệu đầu vào để duy trì hiệu quả tối ưu trong dài hạn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý sản xuất trong ngành bao bì giấy: Giúp hiểu rõ nguyên nhân gây lãng phí và áp dụng mô hình lập lịch tối ưu để giảm chi phí sản xuất.
2. Chuyên gia kỹ thuật và lập kế hoạch sản xuất: Cung cấp công cụ và phương pháp mới để cải thiện quy trình lập lịch, nâng cao hiệu quả vận hành.
3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật công nghiệp: Là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng thuật toán di truyền trong bài toán lập lịch sản xuất thực tế.
4. Các doanh nghiệp sản xuất bao bì và vật liệu đóng gói: Học hỏi kinh nghiệm và áp dụng mô hình tương tự để giảm thiểu lãng phí nguyên liệu và chi phí vận hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao trim waste lại quan trọng trong sản xuất tấm carton gợn sóng?
   Trim waste chiếm tỷ lệ lớn trong tổng lượng phế liệu, gây tổn thất chi phí nguyên liệu đáng kể, ảnh hưởng trực tiếp đến lợi nhuận và hiệu quả sản xuất.

2. Thuật toán di truyền giúp gì trong việc lập lịch sản xuất?
   GA giúp tìm kiếm giải pháp tối ưu trong không gian lớn các phương án lập lịch, cân bằng giữa chi phí trim waste và chi phí setup, vượt trội hơn các phương pháp thủ công hoặc tuyến tính truyền thống.

3. Làm thế nào để giảm số lượng đơn hàng vượt kích thước cho phép (ES jobs)?
   Bằng cách tối ưu hóa thứ tự công việc và phân bổ cuộn giấy phù hợp, mô hình giúp giảm trim dimension trung bình và số lượng ES jobs, nâng cao chất lượng sản phẩm.

4. Chi phí setup tăng có ảnh hưởng tiêu cực không?
   Mặc dù chi phí setup tăng do nhiều lần thay đổi cuộn giấy, nhưng tổng chi phí sản xuất vẫn giảm nhờ tiết kiệm lớn từ việc giảm trim waste, cần cân nhắc ưu tiên giữa chi phí và hiệu suất.

5. Mô hình có thể áp dụng cho các công ty khác không?
   Có, mô hình và phương pháp có thể điều chỉnh phù hợp với đặc thù sản xuất của các doanh nghiệp khác trong ngành bao bì giấy hoặc các ngành có bài toán cắt nguyên liệu tương tự.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình lập lịch sản xuất tích hợp chi phí trim waste và chi phí setup, áp dụng thuật toán di truyền để tối ưu hóa.
• Mô hình giúp giảm trim waste trung bình từ 86 mm xuống 56 mm, giảm số lượng ES jobs từ 80 xuống 35 trên 500 đơn hàng.
• Tổng chi phí sản xuất giảm 12,16% so với phương pháp thủ công, mặc dù chi phí setup tăng nhẹ.
• Chỉ số năng lực quá trình (Cpk) cải thiện từ 0,16 lên 0,44, nâng cao độ ổn định và chất lượng sản phẩm.
• Đề xuất triển khai rộng rãi mô hình, đồng thời nghiên cứu cải tiến kỹ thuật để giảm trim dimension tối thiểu, hướng tới tối ưu hóa toàn diện quy trình sản xuất tấm carton gợn sóng.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và nhà quản lý sản xuất nên xem xét áp dụng mô hình này để nâng cao hiệu quả sản xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng nhằm giải quyết các yếu tố kỹ thuật và công nghệ liên quan.