Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng toàn cầu và áp lực cạnh tranh gay gắt sau đại dịch, ngành sản xuất thiết bị quang điện đòi hỏi các doanh nghiệp phải tối ưu hóa năng lực vận hành dây chuyền liên tục 24/7. Tại công ty sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời Sun, hiệu suất tổng thể thiết bị (OEE) được xác định là thước đo chiến lược với mục tiêu tối thiểu phải đạt 75,00%. Tuy nhiên, khảo sát thực tế giai đoạn từ tháng 5/2022 đến tháng 8/2022 cho thấy chỉ số OEE trung bình toàn nhà máy chỉ đạt mức 71,65%, đồng thời có sự biến động lớn từ 67,89% đến 75,22% giữa các tháng, gây suy giảm sản lượng thương phẩm của dòng sản phẩm tấm pin Module X.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ việc các hoạt động bảo dưỡng và khắc phục sự cố chưa được tinh gọn, dẫn đến thời gian dừng máy ngoài kế hoạch tăng cao trên 20 trạm gia công thuộc 3 phân xưởng Deposition, Cell Definition và Finishing. Mục tiêu cụ thể của luận văn là vận dụng các nguyên lý sản xuất tinh gọn (Lean Manufacturing) để tái cấu trúc hoạt động của bộ phận bảo trì gồm 63 nhân sự, cắt giảm ít nhất 3,18% tỷ lệ tổn thất thời gian vận hành và nâng chỉ số OEE vượt ngưỡng kỳ vọng 75,00%.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trọn vẹn tại nhà máy sản xuất tấm pin mặt trời Sun, tập trung vào không gian xưởng bảo trì rộng 468 m2 và quy trình làm việc của 4 ca trực vận hành. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện ở việc loại bỏ 30 phút lãng phí trong chu trình cấp phát vật tư cho mỗi sự cố, tối ưu hóa cung đường di chuyển và nâng cao độ sẵn sàng của máy móc mà không làm phát sinh thêm chi phí đầu tư thiết bị mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết Sản xuất tinh gọn (Lean Manufacturing) và triết lý Bảo trì tinh gọn (Lean Maintenance), tích hợp cùng hệ thống đo lường Hiệu suất tổng thể thiết bị (OEE) theo chuẩn quốc tế. Mô hình OEE đánh giá toàn diện năng lực dây chuyền qua 3 biến số cấu thành: Tỷ lệ vận hành theo thời gian (Availability), Tỷ lệ hiệu suất tốc độ (Performance) và Tỷ lệ chất lượng sản phẩm (Quality). Lý thuyết 6 tổn thất lớn (Six Big Losses) được sử dụng để bóc tách các điểm nghẽn gây lãng phí, bao gồm dừng máy do sự cố, dừng máy do căn chỉnh, chạy không tải/dừng vặt, giảm tốc độ vận hành, sai lỗi khởi động và phế phẩm trong sản xuất.

Bên cạnh đó, nghiên cứu tích hợp các công cụ quản trị tinh gọn cốt lõi:

  • Sơ đồ chuỗi giá trị SIPOC (Supplier – Input – Process – Output – Customer) nhằm chuẩn hóa các luồng thông tin và vật tư giữa kho, bộ phận kỹ thuật (ME) và đội ngũ bảo trì.
  • Biểu đồ nhân quả Ishikawa (Xương cá 5M1E) giúp truy tìm nguyên nhân gốc rễ xuất phát từ con người, phương pháp, máy móc, nguyên vật liệu, đo lường và môi trường làm việc.
  • Phương pháp 5S (Sàng lọc, Sắp xếp, Sạch sẽ, Săn sóc, Sẵn sàng) kết hợp cùng kỹ thuật chuyển đổi nhanh (SMED) để tái thiết lập hệ thống tủ lưu trữ linh kiện dự phòng.
  • Giải thuật quy hoạch mặt bằng CORELAP (Computerized Relationship Layout Planning) dựa trên ma trận quan hệ hoạt động (ARC) và tổng độ gần kề (TCR) để tính toán vị trí tối ưu cho hơn 40 máy công cụ trong phòng bảo trì.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được trích xuất trực tiếp từ hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ SQL của nhà máy trong giai đoạn 4 tháng trước cải tiến (tháng 5/2022 – tháng 8/2022) và 3 tháng sau cải tiến (tháng 9/2022 – tháng 11/2022). Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ hồ sơ vận hành của 20 trạm sản xuất chính, hơn 120 chu trình bảo trì phòng ngừa (PM), hơn 300 lệnh công tác bảo trì sự cố khẩn cấp (BM) và danh mục 50 loại linh kiện tiêu hao nhiều nhất tại 3 khu vực chức năng.

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích (Purposive Sampling) được áp dụng để tập trung phân tích 63 nhân sự thuộc bộ phận bảo trì và các linh kiện có tần suất thay thế từ 8 lần/tháng trở lên. Lý do lựa chọn phương pháp này xuất phát từ đặc thù dây chuyền sản xuất Module X vận hành liên tục 24/7, nơi các sự cố dừng máy cục bộ tại các khu vực Deposition, Cell Definition hay Finishing đều tạo ra điểm nghẽn dây chuyền ngay lập tức.

Phương pháp phân tích định lượng được kết hợp chặt chẽ với quan sát hiện trường (Gemba), phân tích sơ đồ Spaghetti để đo lường khoảng cách di chuyển thực tế, và phân tích thống kê mô tả thời gian dừng máy theo 4 trạng thái: sự cố khẩn cấp (BM chiếm 12,28%), bảo trì phòng ngừa (PM chiếm gần 10,00%), can thiệp kỹ thuật (ENG chiếm 0,69%) và chờ nguyên liệu (IDLE chiếm 0,56%).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thu thập và phân tích dữ liệu thực nghiệm đã chỉ ra 3 phát hiện quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất vận hành nhà máy:

Thứ nhất, tổn thất về tỷ lệ vận hành theo thời gian (Availability) là nguyên nhân cốt lõi khiến OEE không đạt chuẩn, chiếm tới 23,53% trong tổng số 28,35% tổn thất toàn hệ thống. Trong khi đó, tỷ lệ hiệu suất tốc độ duy trì ở mức cao xấp xỉ 95,00% (tổn thất 4,79%) và tỷ lệ chất lượng đạt mức gần như tuyệt đối 99,00% (tổn thất chỉ 0,04%). Điều này khẳng định máy móc hoạt động rất chuẩn xác khi chạy, nhưng thời gian dừng máy ngoài kế hoạch lại quá lớn.

Thứ hai, trong cơ cấu thời gian dừng máy, hoạt động sửa chữa sự cố khẩn cấp (BM) chiếm tỷ trọng tổn thất cao nhất với 12,28%, vượt qua cả thời gian bảo dưỡng định kỳ có kế hoạch (PM chiếm gần 10,00%). Phân tích chi tiết thời gian thực hiện BM cho thấy kỹ thuật viên mất trung bình 30 phút cho mỗi lượt chờ lấy linh kiện từ kho trung tâm và tốn thêm nhiều thời gian do tình trạng tra cứu sai mã linh kiện trên hệ thống.

Thứ ba, không gian phòng bảo trì rộng 468 m2 hình chữ L bố trí hơn 40 máy công cụ chưa hợp lý. Việc thiếu vắng chuẩn mực 5S dẫn đến tình trạng dụng cụ để bừa bãi, khiến thời gian tìm kiếm thiết bị và di chuyển linh kiện hư hỏng chiếm từ 15% đến 20% tổng thời gian xử lý sự cố tại hiện trường.

Thảo luận kết quả

Các dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ Pareto phân tầng 50 linh kiện tiêu hao nhiều nhất tại từng phân xưởng, kết hợp biểu đồ tròn thể hiện tỷ trọng 4 trạng thái dừng máy (BM, PM, ENG, IDLE) và sơ đồ Spaghetti mô tả mạng lưới di chuyển phức tạp của kỹ thuật viên trước cải tiến.

Nguyên nhân gốc rễ của tình trạng thời gian BM kéo dài xuất phát từ việc thiếu hệ thống lưu trữ chuyển đổi nhanh tại chỗ cho các phụ tùng tiêu hao định kỳ như vòng đệm Centering Ring, cảm biến nhiệt Thermocouple Type K, hay đầu hút chân không Vacuum Ejector. Ngoài ra, việc thiếu bảng hướng dẫn chuẩn hóa thao tác khiến các kỹ thuật viên mới dễ chẩn đoán sai lỗi hoặc thao tác kéo dài hơn định mức.

Kết quả này hoàn toàn tương thích với các nghiên cứu của Shawkat Imam Shakil (2019) và Panagiotis H. Tsarouhas (2019), khi khẳng định rằng việc loại bỏ lãng phí thao tác và rút ngắn thời gian chuẩn bị vật tư có thể giúp phục hồi từ 4,00% đến 6,00% chỉ số OEE mà không cần can thiệp sâu vào kết cấu cơ khí của dây chuyền.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả phân tích nguyên nhân gốc rễ, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp tinh gọn đồng bộ nhằm nâng cao hiệu quả vận hành bộ phận bảo trì:

  1. Thiết lập hệ thống tủ linh kiện chuyển đổi nhanh tại phòng bảo trì: Thống kê và chọn lọc các loại linh kiện có tần suất sử dụng bình quân từ 8 lần/tháng trở lên trong danh mục 50 linh kiện tiêu hao hàng đầu của 3 khu vực Deposition, Cell Definition và Finishing. Đặt mục tiêu giảm thời gian chờ cấp phát vật tư từ 30 phút xuống dưới 3 phút cho mỗi ca xử lý. Kỹ sư bảo trì từng khu vực chịu trách nhiệm kiểm kê định kỳ và duy trì mức tồn kho an toàn từ quý 1.

  2. Chuẩn hóa quy trình xử lý sự cố và đào tạo năng lực tra cứu mã phụ tùng: Ban hành tài liệu chuẩn hóa công việc (SOP) cho các lỗi hỏng hóc thường gặp, đồng thời xây dựng kho dữ liệu báo cáo sự cố trực tuyến trên hệ thống Drive nội bộ. Tổ chức các buổi hội thảo chia sẻ kinh nghiệm kỹ thuật cho 40 kỹ thuật viên ca trực, hoàn thành trong vòng 4 tuần dưới sự giám sát của Quản lý ca trực.

  3. Cải tiến quy trình bảo trì phòng ngừa (PM) và chuẩn bị công cụ: Bổ sung danh mục dụng cụ sửa chữa đặc thù trực tiếp vào Giấy công tác (Work Order - WO), đồng thời chuẩn hóa khung giờ Pre-PM từ 8:00 đến 9:00 sáng hàng ngày để chuẩn bị sẵn sàng thiết bị, vật tư cho ngày kế tiếp, do Giám sát PM chịu trách nhiệm điều phối.

  4. Tái thiết kế mặt bằng và áp dụng 5S toàn diện tại phòng bảo trì 468 m2: Ứng dụng giải thuật CORELAP dựa trên điểm TCR để sắp xếp lại vị trí 40 máy công cụ theo đúng luồng công việc, kết hợp triển khai bảng kiểm checklist 5S và kẻ vạch layout định vị rõ ràng. Giám đốc bộ phận bảo trì trực tiếp phê duyệt và nghiệm thu nhằm rút ngắn trên 30% quãng đường di chuyển của nhân sự.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang tính ứng dụng thực tiễn cao và là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Ban lãnh đạo và Giám đốc sản xuất các nhà máy công nghiệp: Khai thác phương pháp luận đo lường OEE và các chỉ số tổn thất để hoạch định chiến lược cắt giảm chi phí, kiểm soát thời gian dừng máy và nâng cao năng lực cạnh tranh trong các ngành sản xuất tự động hóa cao.
  • Kỹ sư Kỹ thuật Hệ thống Công nghiệp (IE) và Chuyên viên Lean/TPM: Vận dụng quy trình kết hợp giữa SIPOC, Ishikawa, giải thuật CORELAP và sơ đồ Spaghetti vào việc tái cấu trúc dòng chảy công việc, thiết kế mặt bằng xưởng sản xuất và chuẩn hóa thao tác cho nhân sự kỹ thuật.
  • Đội ngũ Quản lý, Giám sát và Kỹ sư Bảo trì nhà máy: Tham khảo trực tiếp mô hình tủ linh kiện chuyển đổi nhanh, cách thức tích hợp danh mục dụng cụ vào lệnh công tác WO và bộ quy trình xử lý sự cố BM nhằm giảm thiểu thời gian khắc phục hỏng hóc từ 20 đến 30 phút mỗi lượt.
  • Học viên cao học, giảng viên và sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Quản lý Công nghiệp: Sử dụng làm tài liệu nghiên cứu tình huống điển hình (Case study) về ứng dụng các công cụ Lean trong lĩnh vực năng lượng tái tạo với bộ số liệu thực nghiệm kéo dài 7 tháng.

Câu hỏi thường gặp

Tiêu chí nào được sử dụng để lựa chọn linh kiện đưa vào tủ chuyển đổi nhanh? Nghiên cứu dựa trên dữ liệu trích xuất từ hệ thống SQL trong 4 tháng, lập danh sách 50 linh kiện có tần suất sử dụng cao nhất ở 3 khu vực sản xuất. Những linh kiện đạt tần suất thay thế trung bình từ 8 lần/tháng trở lên sẽ được cấp phát về tủ chuyển đổi nhanh tại phòng bảo trì nhằm loại bỏ 30 phút chờ nhận hàng từ kho trung tâm.

Giải thuật CORELAP đóng vai trò gì trong việc cải tiến mặt bằng phòng bảo trì? Giải thuật CORELAP giúp lượng hóa mối quan hệ gần kề giữa hơn 40 máy công cụ và các khu vực chức năng thông qua thang điểm định lượng A, E, I, O, X và chỉ số tổng độ gần kề TCR. Nhờ đó, mặt bằng 468 m2 hình chữ L được bố trí khoa học, giúp cắt giảm hơn 30% quãng đường di chuyển lãng phí được ghi nhận trên sơ đồ Spaghetti.

Làm cách nào để đảm bảo tính chính xác khi kỹ thuật viên tra cứu mã linh kiện? Nhà máy đã tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về cấu trúc tài liệu kỹ thuật thiết bị, đồng thời xây dựng bảng tra cứu nhanh các linh kiện có tần suất dùng cao và chuẩn hóa biểu mẫu đề xuất trên hệ thống máy tính, giúp loại bỏ hoàn toàn tình trạng gửi sai mã linh kiện gây chậm trễ tiến độ sửa chữa.

Tại sao nghiên cứu chỉ tập trung vào tỷ lệ vận hành mà không can thiệp sâu vào tỷ lệ chất lượng? Qua số liệu khảo sát 4 tháng, tỷ lệ chất lượng của nhà máy luôn đạt mức xuất sắc xấp xỉ 99,00% với mức tổn thất chỉ 0,04%, trong khi tổn thất về tỷ lệ vận hành lên tới 23,53%. Do đó, việc tập trung giải quyết thời gian dừng máy ngoài kế hoạch (BM chiếm 12,28%) là lựa chọn tối ưu nhất để cải thiện OEE nhanh chóng và bền vững.

Mô hình bảo trì tinh gọn trong luận văn có thể áp dụng cho các nhà máy quy mô vừa và nhỏ không? Mô hình này hoàn toàn khả thi cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ vì các công cụ như 5S, chuẩn hóa biểu mẫu SOP, tái bố trí mặt bằng theo luồng công việc và lập tủ linh kiện chuyển đổi nhanh đều tập trung vào tối ưu hóa tổ chức nội bộ mà không đòi hỏi nguồn vốn đầu tư công nghệ tốn kém.

Kết luận

Nghiên cứu tinh gọn bộ phận bảo trì tại nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời Sun đã giải quyết triệt để các lãng phí vận hành then chốt:

  • Xác định chính xác tổn thất về tỷ lệ vận hành chiếm 23,53% tổng tổn thất OEE, trong đó thời gian sự cố khẩn cấp BM chiếm tỷ trọng cao nhất 12,28%.
  • Thiết lập thành công tủ linh kiện chuyển đổi nhanh cho các phụ tùng có tần suất thay thế trên 8 lần/tháng, xóa bỏ 30 phút chờ cấp phát vật tư mỗi ca.
  • Chuẩn hóa toàn diện quy trình bảo dưỡng phòng ngừa PM và tài liệu hướng dẫn xử lý sự cố BM cho 63 nhân sự thuộc 4 ca trực.
  • Tối ưu hóa thành công mặt bằng 468 m2 phòng bảo trì bằng giải thuật CORELAP và phương pháp 5S, rút ngắn đáng kể cự ly di chuyển của kỹ thuật viên.
  • Đưa chỉ số OEE toàn nhà máy vượt mốc kỳ vọng 75,00% trong giai đoạn đánh giá từ tháng 9/2022 đến tháng 11/2022.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là xây dựng một khung phương pháp luận tinh gọn thực chứng, dễ chuyển giao cho công tác quản lý bảo trì công nghiệp. Trong giai đoạn tiếp theo, nhà máy cần tiếp tục lộ trình chuyển dịch từ bảo trì theo thời gian (TBM) sang bảo trì dự đoán dựa trên điều kiện vận hành thực tế (CBM) trong vòng 12 đến 24 tháng tới. Các doanh nghiệp sản xuất tự động hóa nên chủ động rà soát hệ số OEE và ứng dụng ngay các công cụ bảo trì tinh gọn để tối đa hóa hiệu suất thiết bị và phát triển bền vững.