MỞ ĐẦU Xu hướng số hóa nhà máy tại Việt Nam đang diễn ra rất mạnh mẽ, đặc biệt sau đại dịch COVID-19. Yêu cầu của nền sản xuất liên tục đòi hỏi sự can thiệp ít hơn từ con người, nhu cầu quản lý công việc từ xa của các cấp quản lý, sự thu thập các thông tin dữ liệu sản xuất, từ đó làm đầu vào cho những mục tiêu phân tích chiến lược, các giải pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo. Trong nền kinh tế sản xuất, các doanh nghiệp luôn luôn phải đảm bảo được tiến độ sản xuất ở mức tối ưu nhất, từ đó giúp doanh nghiệp phát triển liên tục và nâng cao lợi nhuận. Để đảm bảo được việc sản xuất, yếu tố quan trọng mà không thể không nhắc đến đó chính là việc đảm bảo hệ thống của doanh nghiệp hoạt động đúng với lịch sản xuất và hạn chế downtime nhất có thể.
Mỗi giây, mỗi phút ngừng sản xuất đặc biệt ảnh hưởng đến doanh thu, lợi nhuận – thứ cốt lõi của một doanh nghiệp sản xuất. Vì vậy đòi hỏi một hệ thống quản lý tuổi thọ máy, quản lý chu kỳ thay thế linh kiện trước khi xảy ra sự cố downtime, quản lý các vấn đề bảo trì đột xuất, để từ đó đưa ra các chiến lược mua sắm, bổ sung hoặc đại tu sửa chữa các máy móc để đảm bảo chi phí bảo trì và chi phí cơ hội sản xuất ở mức tối ưu nhất. Để sắp xếp lịch bảo trì, người quản lý phải cân nhắc rất nhiều yếu tố từ lịch làm việc của nhân viên, lịch nghỉ của máy, độ sẵn sàng của các linh kiện,… Khi đó, để đưa ra được một lịch trình không bị trùng, mâu thuẫn thời gian đã là một việc khó, huống chi là một lịch trình tối ưu. Vì thế, ứng dụng bảo trì đòi hỏi phải có một giải thuật để hỗ trợ cho những người quản lý sắp xếp công việc một các tiết kiệm thời gian và hiệu quả nhất.
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 2. Lý do chọn đề tài Theo khảo sát tại nhà máy sản xuất nhựa của Việt Nam tại Long An, tôi nhận thấy khối lượng công việc bảo trì của một nhà máy ép nhựa là tương đối lớn nhưng lại được xử lý đơn thuần trên các giấy tờ, khiến cho việc lưu trữ, thống kê và tổng hợp cực kỳ khó khăn. Bên cạnh đó, người quản lý tốn rất nhiều thời gian để xử lý việc xếp lịch bảo trì theo cách hoàn toàn thủ công. Các yếu tố này kéo theo rất nhiều hệ lụy: - Việc bảo trì chậm trễ sẽ dẫn đến chậm tiến độ sản xuất.
- Thay thế linh kiện quá hạn sử dụng dễ dẫn đến sự cố hư hỏng bất ngờ. - Không quản lý được số lượng linh kiện thay thế hiện tại trong kho, khiến cho việc tiến hành bổ sung linh kiện rất khó quản lý. - Các công việc bảo trì không được báo cáo, lưu trữ lại khiến cho việc truy vết trở nên khó khăn. - Cấp quản lý phải tổng hợp giấy tờ mỗi cuối tháng, quý để làm các file báo cáo lên cấp trên một cách thủ công.
- … Để giúp giải quyết các hiện trạng trên, tôi nhận thấy việc nghiên cứu một đề tài về ứng dụng quản lý việc bảo trì kết hợp với giải thuật hỗ trợ lên lịch cho các đơn bảo trì là một đề tài mang tính cấp thiết và mức độ ứng dụng rất cao. Bên cạnh đó, hưởng ứng chương trình số hóa quốc gia trong lĩnh vực sản xuất của Bộ Công Thương, ứng dụng quản lý việc bảo trì đóng một vai trò quan trọng trong một hệ thống MES (hệ thống điều hành sản xuất). Nhiệm vụ đề tài - Khảo sát tình hình thực tế và các khó khăn mà doanh nghiệp nhựa đang gặp phải. Vấn đề quản lý bảo trì đang là một nỗi đau của doanh nghiệp nhỏ bởi vì thiếu công cụ số hóa hỗ trợ các tác vụ thống kê, tổng hợp và hỗ trợ lên lịch - Xây dựng hệ thống gồm nhiều nền tảng kết hợp với nhau để thực hiện được các chức năng cần có của một ứng dụng quản lý việc bảo trì.
- Xây dựng được giải thuật hỗ trợ việc lên lịch, đảm bảo được việc rút ngắn thời gian, công sức của người quản lý và kết quả đưa ra từ giải thuật tuân thủ hoàn toàn các ràng buộc đầu vào của bài toán. - Tiến hành kiểm thử phần mềm ứng dụng, giải thuật với các đầu vào hiện tại của doanh nghiệp, kết hợp với việc làm giàu các dữ liệu hiện có để bao quát được nhiều trường hợp có thể xảy ra trong thực tế. - Chạy thử phần mềm tại doanh nghiệp, rút ra các ưu nhược điểm của hệ thống, tiến hành lên kế hoạch khắc phục và phát triển cho những giai đoạn sau. Phương pháp thực hiện Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, tôi sử dụng các phương pháp như sau: - Tìm kiếm các tài liệu về hệ thống quản lý sản xuất, quản lý công tác bảo trì nhà máy theo tiêu chuẩn quốc tế của các nước có nền công nghiệp phát triển.
- Đọc các bài báo, nghiên cứu trước đó về các giải thuật lên lịch, điều độ được sử dụng nhiều trong thực tế. Phân tích, đánh giá đối tượng áp dụng, kết quả giải thuật trong các bài báo, tính khả thi khi áp dụng vào bài toán doanh nghiệp Việt Nam, từ đó lựa chọn ra giải thuật phù hợp nhất. - Phân tích bài toán doanh nghiệp thực tế để nắm được các ràng buộc mà phía doanh nghiệp mong muốn. Nghiên cứu chuyên sâu cách hoạt động của giải thuật.
Từ các công việc trên, tiến hành lập trình giải thuật bằng ngôn ngữ C#. 3 - Phân tích hoạt động, công tác quản lý đơn bảo trì hiện tại dưới nhà máy để đưa ra được luồng dữ liệu, cấu trúc dữ liệu cho các đối tượng cần quản lý. Từ đó vẽ ra mối quan hệ giữa các đối tượng, sau đó thiết kế ra hệ cơ sở dữ liệu. - Xây dựng ứng dụng đa nền tảng bằng các kiến thức xây dựng phần mềm hiện có, sử dụng các công nghệ, framework phù hợp nhất để tối đa hóa mức độ hoàn thiện và tối thiểu hóa công sức và thời gian.
- Kiểm thử ứng dụng với các đầu vào thực tế của doanh nghiệp, từ đó phát hiện các lỗi, sửa chữa và cải thiện ứng dụng. - Chạy thử tại doanh nghiệp để tăng tính ứng dụng và thu thập thêm về các trở ngại khi sử dụng ứng dụng của các nhân viên công ty. Các khái niệm cơ sở: 3. Bảo trì là gì? Theo quan niệm trước đây, bảo trì là việc sửa chữa, khắc phục các lỗi, sự cố, … của máy móc, thiết bị khi chúng gặp các vấn đề trong quá trình hoạt động.
Ngoài ra, bảo trì còn được định nghĩa là các công việc hướng đến mục tiêu giữ cho thiết bị hoạt động đúng với định mức, không gặp phải các trục trặc, sự cố, thậm chí là ngừng hoạt động. Theo tiêu chuẩn ISA 95, bảo trì được định nghĩa đầy đủ hơn, chính là một tập hợp các hoạt động điều hành, điều hướng và theo dõi các công việc bảo trì thiết bị, công cụ hoặc các tài sản liên quan để đảm bảo được tính khả dụng của chúng, phục vụ cho việc sản xuất và đảm bảo thời gian tiến hành các công việc bảo trì khắc phục, bảo trì chu kỳ, bảo trì ngăn chặn và bảo trì dự đoán [1]. Chúng được chia ra 3 nhóm chính: - Bảo trì khắc phục: diễn ra khi một máy móc, thiết bị nào đó gặp vấn đề, sự cố trong quá trình hoạt động mà không có bất cứ sự chuẩn bị nào trước đó. Ưu điểm của quá trình này là hư đến đâu, sửa đến đó, không cần tốn chi phí cho khâu chuẩn bị, giám sát, theo dõi trong thời gian dài.
Nhược điểm của phương pháp này chính là thời gian khắc phục sự cố kéo dài, do khôn có sự chuẩn bị từ trước nên thiệt hại tương đối nặng, làm giảm hiệu suất công việc. - Bảo trì phòng ngừa: là phương pháp bảo trì thay thế các linh kiện, bộ phận của thiết bị, máy móc theo một chu kỳ nhất định, bảo dưỡng các chi tiết, bôi trơn, đánh bóng hay cải thiện các trạng thái hiện tại của các bộ phận hiện có trên thiết bị. Ưu điểm của phương pháp này chính là giảm thiểu tối đa các sự cố bất ngờ, giúp việc sản xuất được diễn ra liên tục, các kế hoạch sản xuất được duy trì mà không gặp phải bất kỳ sự ngắt quãng nào. Nhược điểm của phương pháp này chính là phải có sự thống kê, theo dõi vòng đời của các thiết bị, đòi 5 hỏi việc quản lý, nhắc nhở khi đến kỳ hạn thay thế, bảo dưỡng, ngoài ra tình trạng thay thế linh kiện khi nó chưa hư hỏng sẽ tạo ra một cảm giác “lãng phí” nhất thời cho các doanh nghiệp sản xuất.
- Bảo trì dự đoán: đây là phương pháp sẽ phát triển mạnh trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 khi mà tập dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo đóng vai trò then chốt trong cách hoạt động của phương pháp này. Chúng sử dụng các dữ liệu được thu thập liên tục, trong thời gian dài về thiết bị, linh kiện, chi tiết máy đó, sau đó dựa vào các sự cố bất ngờ để làm tập dữ liệu để training. Dần dần ngày qua ngày, dữ liệu về thông số hoạt động và thời điểm xảy ra sự cố được thu thập đủ nhiều, các giải thuật trí tuệ nhân tạo sẽ giúp dự đoán khi nào sự cố diễn ra. Ưu điểm của phương pháp này là chúng giúp những người tham gia sản xuất, cấp quản lý, quản trị có thêm thời gian để chuẩn bị và đưa ra các phương án xử lý hiệu quả hơn.
Nhược điểm của phương pháp đòi hỏi một cơ sở dữ liệu đủ nhiều về thông số hoạt động của máy và thời điểm xảy ra sự cố, đây là một trở ngại rất lớn cho các doanh nghiệp khi các thiết bị thu thập dữ liệu chỉ mới phát triển trong vài năm trở lại đây, trong khi một sự cố có vòng đời lên đến vài tháng hoặc vài năm. Vì vậy dữ liệu hiện tại chưa đủ lớn để có thể thực hiện được phương pháp. Hệ thống thực thi sản xuất (MES): Hệ thống thực thi sản xuất được biết đến với tên quốc tế là Manufacturing Execution Systems (viết tắt là MES) là một giải pháp phần mềm đảm bảo chất lượng và tính hiệu quả cho quá trình sản xuất và được vận hành một cách chủ động và có tính hệ thống.