Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh làn sóng dịch chuyển chuỗi cung ứng sản xuất công nghiệp vào Việt Nam ngày càng mạnh mẽ, nhu cầu về các thiết bị điện đo lường và bảo vệ chất lượng cao gia tăng vượt bậc. Giai đoạn 2017 đến 2019, sản lượng sản xuất máy biến dòng điện hạ thế tại Công ty Thí nghiệm Điện miền Nam thuộc Tổng Công ty Điện lực miền Nam từng đạt mức đỉnh 15.725 sản phẩm vào năm 2018. Theo kế hoạch phát triển giai đoạn 2020 đến 2022, nhu cầu cung ứng dự kiến tăng trưởng nhanh chóng lên mức 20.000 đến 30.000 sản phẩm mỗi năm.

Tuy nhiên, hệ thống sản xuất tại Nhà máy Sản xuất Thiết bị Điện có diện tích 10.450 m2 với tổng mức đầu tư 68 tỉ đồng tại Khu công nghiệp Tân Phú Trung đang bộc lộ nhiều điểm nghẽn. Chuyền đúc nhựa máy biến dòng điện hạ thế vẫn phụ thuộc nặng nề vào các thao tác thủ công, bố trí mặt bằng phân tán gây lãng phí di chuyển và thiếu vắng quy chuẩn thao tác định lượng. Hơn nữa, môi trường làm việc tiếp xúc trực tiếp với hóa chất nhựa nhiệt rắn tiềm ẩn nguy cơ cao đối với sức khỏe người lao động.

Đề tài nghiên cứu khoa học của tác giả Nguyễn Thành Luân, chuyên ngành Kỹ thuật Hệ thống Công nghiệp tại Trường Đại học Bách Khoa thuộc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, thực hiện từ ngày 19/08/2019 đến ngày 08/12/2019, đã giải quyết bài toán cấp thiết này. Nghiên cứu xác lập các mục tiêu cốt lõi: tăng tối thiểu 30% năng suất đúc nhựa, cắt giảm tối thiểu 30% chi phí nhân công trên mỗi đơn vị sản phẩm và cải thiện triệt để môi trường lao động, tạo tiền đề vững chắc cho việc đáp ứng các hợp đồng cung ứng thiết bị điện quy mô lớn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng tích hợp 4 hệ thống lý thuyết và công cụ quản trị kỹ thuật công nghiệp hiện đại:

Thứ nhất, phương pháp luận Kỹ thuật hệ thống cung cấp cách tiếp cận đa ngành từ bước phân tích nhu cầu, thiết kế ý niệm, thiết kế sơ khởi đến thử nghiệm mô hình thực tế.

Thứ hai, lý thuyết Thiết kế công việc kết hợp Nghiên cứu thời gian và Đo lường công việc nhằm xác định thời gian quan sát trung bình, thời gian chuẩn và thời gian tiêu chuẩn. Hệ số bù trừ mệt mỏi và nhu cầu cá nhân được xác lập khoa học trong khoảng 4% đến 7% nhằm tính toán chính xác nhịp sản xuất thực tế.

Thứ ba, phương pháp Hoạch định mặt bằng theo hệ thống do Richard Muther phát triển năm 1973 được sử dụng làm công cụ trọng tâm. Phương pháp này phân tích dòng di chuyển nguyên vật liệu kết hợp ma trận đánh giá quan hệ không gian 6 mức độ từ A (tuyệt đối cần thiết) đến X (cần đặt xa nhau), giúp loại bỏ lãng phí nâng chuyển vốn chiếm từ 20% đến 50% tổng chi phí sản xuất trong các nhà xưởng cơ khí.

Thứ tư, triết lý Sản xuất tinh gọn và phương pháp Lean Six Sigma định hướng loại bỏ 8 nhóm lãng phí phổ biến cùng kỹ thuật vệ sinh trực quan 5S kết hợp an toàn lao động 6S để tạo lập trạm làm việc chuẩn hóa.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập trực tiếp tại Phân xưởng Chế tạo và Lắp đặt đối với dòng sản phẩm biến dòng hạ thế ký hiệu 600V-150/5A cấp chính xác 0.5 sản xuất theo tiêu chuẩn IEC 60044-1 và TCVN 7697-1. Dữ liệu bao gồm các thông số bấm giờ chu kỳ thao tác, nhật ký bảo trì thiết bị và thống kê chi tiết tỷ lệ khuyết tật sản phẩm năm 2019.

Về quy mô mẫu và phương pháp đo lường, tác giả áp dụng công thức phân phối thống kê Student với độ tin cậy kỳ vọng 95% và sai số giới hạn dưới 5% để xác định cỡ mẫu đo thời gian bấm giờ cho từng nguyên công. Phương pháp lấy mẫu quan sát trực tiếp nhiều chu kỳ liên tiếp tại trạm tháo ráp khuôn và trạm pha trộn nhựa được lựa chọn nhằm triệt tiêu các sai số ngẫu nhiên do yếu tố tâm lý công nhân.

Tiến trình phân tích được thực hiện trong 16 tuần làm việc. Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật phân tích định lượng dòng di chuyển vật tư và phương pháp ma trận cho điểm đa tiêu chí có trọng số để đánh giá, sàng lọc và chọn lựa phương án tái thiết kế cải tiến tối ưu nhất trong số 3 phương án công nghệ đề xuất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực trạng trước cải tiến chỉ ra chuyền đúc nhựa chỉ đạt sản lượng trung bình 90 sản phẩm/ngày với định biên 21 công nhân cho các đơn hàng cao điểm. Thời gian tháo ráp khuôn và chuẩn bị hóa chất chiếm tỷ trọng tới hơn 60% tổng thời gian dừng chuyền không tạo ra giá trị gia tăng.

Sau khi triển khai phương án tái thiết kế cải tiến chi tiết, các chỉ số vận hành đã ghi nhận những bước chuyển biến vượt bậc:

Thứ nhất, năng suất chuyền đúc tăng trưởng 50%, từ mức 90 sản phẩm/ngày lên 135 sản phẩm/ngày trong điều kiện làm việc tiêu chuẩn 5,5 ngày mỗi tuần.

Thứ hai, chi phí nhân công trực tiếp trên một đơn vị sản phẩm máy biến dòng hạ thế giảm 33,3%, vượt mức kỳ vọng 30% đặt ra ban đầu của ban lãnh đạo doanh nghiệp.

Thứ ba, tổng quãng đường di chuyển của dòng nguyên vật liệu và bán thành phẩm trong xưởng được rút ngắn 25% nhờ việc sắp xếp lại dòng chảy liên tục, loại bỏ hoàn toàn các nút thắt cổ chai tại công đoạn nung sấy khuôn và rót keo nhựa.

Thứ tư, mức độ an toàn vệ sinh lao động được cải thiện rõ rệt, nồng độ khí thải độc hại phát tán tại khu vực pha trộn nhựa giảm trên 80% nhờ hệ thống chụp hút khí cục bộ mới.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả đột phá của chuyền đúc nhựa xuất phát từ việc áp dụng đồng bộ các giải pháp công kỹ nghệ. Việc tái bố trí mặt bằng theo sơ đồ ma trận quan hệ SLP đã đặt trạm tháo ráp khuôn tiếp giáp trực tiếp với tủ gia nhiệt, giúp giảm triệt để lãng phí vận chuyển và lãng phí thao tác thừa của công nhân.

Khi thể hiện dữ liệu vận hành qua biểu đồ cân bằng chuyền và bảng thống kê chu kỳ thời gian trước và sau cải tiến, biểu đồ cho thấy đường biến thiên thời gian giữa các công đoạn giảm độ dốc đáng kể, chứng minh nhịp làm việc tại trạm tháo ráp khuôn đã đạt trạng thái đồng bộ nhịp nhàng với trạm pha trộn hóa chất.

So sánh với các công trình nghiên cứu tái thiết kế quy trình sản xuất trong ngành kỹ thuật điện tử, kết quả tăng 50% năng suất của đề tài này hoàn toàn tương thích với mức cải thiện trung bình từ 20% đến 60% của các mô hình chuẩn hóa thao tác kinh điển. Hơn nữa, việc sử dụng các đồ gá kẹp nhanh chuyên dụng tại bàn thao tác trạm đúc đã giảm áp lực thể chất lên cơ xương khớp của người lao động, vừa nâng cao tính nhân trắc học vừa đảm bảo an toàn tuyệt đối trước các hóa chất nhiệt rắn nguy hại.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm và tính khả thi kinh tế, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm duy trì và nhân rộng hiệu quả của chuyền đúc nhựa:

Một là, chuẩn hóa toàn diện quy trình vận hành và tài liệu hướng dẫn công việc trực quan 5S. Quản đốc Phân xưởng Chế tạo và Lắp đặt cần ban hành bảng quy chuẩn 6 bước thao tác tại trạm tháo ráp khuôn và trạm pha trộn nhựa trong vòng 30 ngày kể từ khi bàn giao, đảm bảo 100% nhân viên vận hành mới hoàn thành khóa huấn luyện đạt yêu cầu trước khi trực tiếp sản xuất.

Hai là, hoàn thiện và nâng cấp hạ tầng xử lý môi trường làm việc. Phòng Kỹ thuật và Bộ phận An toàn lao động cần phối hợp lắp đặt bổ sung hệ thống thông gió và lọc hút bụi độc hại công suất 1.500 m3/h trong quý 1 năm 2020, nhằm loại bỏ hoàn toàn nguy cơ mắc các bệnh nghề nghiệp cho công nhân đúc nhựa.

Ba là, vận hành linh hoạt hệ thống sản xuất theo 3 kịch bản phụ tải. Bộ phận Kế hoạch sản xuất cần áp dụng kịch bản điều độ nhân sự từ 12 công nhân ở giai đoạn thấp điểm dưới 10.000 sản phẩm/năm, 16 công nhân ở mức trung bình 20.000 sản phẩm/năm và 21 công nhân ở mức cao điểm 30.000 sản phẩm/năm, nhằm tối ưu hóa 100% chi phí khấu hao máy móc.

Bốn là, chuẩn bị lộ trình đầu tư công nghệ đúc áp lực tự động APG. Ban Tổng Giám đốc công ty cần xem xét phê duyệt dự án ứng dụng máy đúc nhựa áp lực tự động trong giai đoạn 2021 đến 2023, hướng tới mục tiêu tăng thêm 40% sản lượng và kiểm soát tỷ lệ lỗi sản phẩm dưới mức 0,5%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp luận của luận văn mang giá trị thực tiễn và học thuật cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm thứ nhất là các kỹ sư Kỹ thuật hệ thống công nghiệp và nhà quản lý phân xưởng. Tài liệu cung cấp bản hướng dẫn chi tiết về kỹ thuật đo lường thời gian bấm giờ, xây dựng hệ số bù trừ và cách thức áp dụng phần mềm thiết kế mặt bằng SLP để tối ưu hóa dây chuyền lắp ráp thực tế.

Nhóm thứ hai là ban giám đốc và các nhà hoạch định chiến lược sản xuất trong ngành thiết bị điện. Doanh nghiệp có thể ứng dụng trực tiếp mô hình phân tích điểm hòa vốn, tính toán chi phí vòng đời thiết bị và các kịch bản điều độ nhân công linh hoạt để giải quyết bài toán nâng cao năng lực cạnh tranh giá thành.

Nhóm thứ ba là chuyên viên an toàn sức khỏe và môi trường lao động tại các nhà máy hóa chất, nhựa nhiệt rắn. Luận văn cung cấp giải pháp tích hợp nhân trắc học vào trạm thao tác và tiêu chuẩn thiết kế cơ sở hạ tầng lọc hút khí thải khép kín.

Nhóm thứ tư là giảng viên, học viên cao học và sinh viên các khối ngành kỹ thuật cơ khí, quản trị sản xuất và logistics. Công trình là tài liệu tham khảo mẫu mực về cấu trúc nghiên cứu ứng dụng kết hợp giữa lý thuyết hàn lâm và thử nghiệm thực địa.

Câu hỏi thường gặp

Năng suất chuyền đúc nhựa sau khi tái thiết kế đạt được kết quả cụ thể nào? Dây chuyền đúc nhựa máy biến dòng điện hạ thế sau cải tiến đã nâng công suất từ 90 sản phẩm/ngày lên 135 sản phẩm/ngày, tương đương mức tăng trưởng năng suất 50%. Đồng thời, chi phí nhân công trên mỗi đơn vị sản phẩm giảm chính xác 33,3%, giúp doanh nghiệp giải quyết triệt để bài toán cạnh tranh giá thành.

Phương pháp hoạch định mặt bằng theo hệ thống SLP đóng vai trò gì trong nghiên cứu? Phương pháp SLP của Richard Muther giúp lượng hóa dòng di chuyển vật tư và thiết lập ma trận quan hệ không gian giữa 8 khu chức năng. Nhờ đó, mặt bằng nhà xưởng được sắp xếp lại tối ưu, rút ngắn 25% chiều dài quãng đường nâng chuyển và triệt tiêu các khoảng thời gian chờ đợi lãng phí.

Đề tài đã giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và bệnh nghề nghiệp ra sao? Nghiên cứu đã tái thiết kế trạm pha trộn nhựa theo nguyên lý khép kín, bổ sung chụp hút khí độc hại cục bộ tại bàn thao tác và nâng cấp hệ thống thông gió phân xưởng. Nhờ đó, nồng độ hơi hóa chất phát tán giảm trên 80%, bảo vệ an toàn sức khỏe lâu dài cho 21 công nhân vận hành.

Làm thế nào để duy trì sự ổn định của dây chuyền khi có sự biến động về nhân sự? Tác giả đã xây dựng bộ tài liệu tiêu chuẩn hóa công việc gồm 6 bước thao tác trực quan kèm hình ảnh chỉ dẫn tại từng trạm. Cùng với chương trình đào tạo kỹ năng định kỳ, nhân sự mới chỉ cần 3 đến 5 ngày huấn luyện là có thể đạt định mức thời gian tiêu chuẩn mà không làm gián đoạn nhịp sản xuất.

Hiệu quả kinh tế của dự án tái thiết kế được chứng minh qua những tiêu chí nào? Hiệu quả kinh tế được kiểm chứng qua mô hình thử nghiệm thực tế với sản lượng ổn định 135 sản phẩm/ngày, mức tiết kiệm chi phí nhân công 33,3% và điểm hòa vốn đầu tư đạt được chỉ sau chưa đầy 12 tháng vận hành, mang lại tỷ suất sinh lời an toàn cho nguồn vốn doanh nghiệp.

Kết luận

Đề tài luận văn thạc sĩ của tác giả Nguyễn Thành Luân đã giải quyết xuất sắc bài toán tối ưu hóa sản xuất thiết bị điện với 5 đóng góp nổi bật:

  • Xây dựng thành công phương pháp luận tái thiết kế chuyền đúc nhựa dựa trên sự kết hợp chặt chẽ giữa Kỹ thuật hệ thống, Hoạch định mặt bằng SLP và Sản xuất tinh gọn Lean.
  • Nâng cao năng suất sản xuất thực tế thêm 50%, đưa sản lượng từ 90 sản phẩm/ngày lên 135 sản phẩm/ngày.
  • Tiết giảm 33,3% chi phí nhân công trực tiếp trên mỗi sản phẩm máy biến dòng điện hạ thế.
  • Cải thiện căn bản môi trường làm việc thông qua việc nâng cấp trạm pha trộn keo và bổ sung thiết bị hút lọc khí độc hại.
  • Đề xuất hoàn chỉnh 3 kịch bản điều độ sản xuất linh hoạt phục vụ mục tiêu sản xuất từ 20.000 đến 30.000 sản phẩm mỗi năm trong giai đoạn 2020 đến 2022.

Bước tiếp theo, doanh nghiệp cần khẩn trương đưa toàn bộ các trạm làm việc cải tiến vào vận hành chính thức trong quý 1 năm 2020 và chuẩn bị nguồn lực đầu tư dây chuyền đúc áp lực tự động APG. Các nhà máy sản xuất thiết bị điện quan tâm đến việc nâng cao năng suất và tối ưu hóa mặt bằng sản xuất hãy liên hệ ngay với tác giả hoặc Bộ môn Kỹ thuật Hệ thống Công nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh để được chuyển giao phương pháp luận và giải pháp kỹ thuật chuyên sâu này.