Đồ án thiết kế nhà máy ứng dụng Tecnomatix 12 tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế xây dựng nhà máy số ứng dụng tecnomatix 12, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán kỹ thuật.

• Tác giả: Hà Vĩnh Minh Trọng
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Công Nghiệp
• Đề tài: Thiết Kế, Xây Dựng Nhà Máy Ứng Dụng Tecnomatix 12
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.3. Mục tiêu của nghiên cứu đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Kết cấu đồ án
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TECHNOMATIX 12
• 2.1. Giới thiệu tập đoàn SEIMENS
• 2.2. Giới thiệu phần mềm Technomatix 12
• 2.2.1. Lợi thế của Tecnomatix
• 2.2.2. Lợi ích của Tecnomatix
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Giới thiệu giao diện phần mềm
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM TECHNOMATIX 12
• 4.1. Ứng dụng phần mềm mô phỏng công ty INTEL
• 4.1.1. Dữ liệu thu thập
• 4.1.2. Tiến hành mô phỏng dây chuyền sản xuất bằng phần mềm Technomatix 12
• 4.1.3. Mô phỏng trong môi trường 3D
• 4.1.4. Báo cáo kết quả dây chuyền
• 4.2. Ứng dụng phần mềm mô phỏng công ty NIKE
• 4.2.1. Dữ liệu thu thập
• 4.2.2. Tiến hành mô phỏng dây chuyền sản xuất bằng phần mềm Technomatix 12
• 4.2.3. Chuyển môi trường 2D-3D
• 4.2.4. Báo cáo kết quả dây chuyền
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế nhà máy Tổng quan về dự án

Đề tài tốt nghiệp "Thiết kế, xây dựng nhà máy số ứng dụng Tecnomatix 12" tại HCMUTE (Đại học Công nghệ TP.HCM) tập trung vào việc ứng dụng phần mềm Tecnomatix 12 trong thiết kế nhà máy. Dự án hướng đến việc xây dựng mô hình nhà máy số, bao gồm mô phỏng sản xuất, tối ưu hóa nhà máy, và quản lý nhà máy. Sinh viên đã sử dụng Tecnomatix Plant Simulation để mô phỏng hai dây chuyền sản xuất: một hoàn toàn tự động (Intel) và một bán tự động (Nike). Thiết kế nhà máy ảo (Digital Twin nhà máy) cho phép phân tích hiệu quả hoạt động, tối ưu layout nhà máy, và logistics nhà máy. Nghiên cứu cũng đề cập đến các khía cạnh như tự động hóa nhà máy và công nghệ sản xuất. Phần mềm Tecnomatix đóng vai trò trung tâm, cung cấp công cụ mô phỏng nhà máy và phân tích dòng chảy vật liệu. Việc sử dụng Tecnomatix 12 thể hiện sự ứng dụng của công nghiệp 4.0 trong giáo dục tại HCMUTE.

1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là ứng dụng thực tiễn Tecnomatix 12 trong thiết kế nhà máy. Sinh viên đã xây dựng mô hình nhà máy 3D, mô phỏng các quá trình sản xuất, và phân tích kết quả. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hai dây chuyền sản xuất cụ thể tại Intel và Nike. Nghiên cứu giả định nguyên vật liệu luôn sẵn sàng. Dữ liệu thu thập từ internet và nhân viên của các công ty. Do hạn chế dữ liệu, phân tích chỉ đạt mức độ nhất định, không bao quát mọi khía cạnh. Thiết kế nhà máy được thực hiện trên phần mềm dựa trên số liệu có sẵn, chưa phản ánh hoàn toàn thực tế. Giải pháp Tecnomatix được sử dụng để tối ưu hóa các khía cạnh như planning nhà máy, scheduling nhà máy, và quản lý năng lượng. Mục tiêu đào tạo của HCMUTE là trang bị cho sinh viên kỹ năng thực tiễn với công nghệ tiên tiến như Tecnomatix.

1.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cả dữ liệu sơ cấp (thu thập từ internet và nhân viên Intel, Nike) và dữ liệu thứ cấp (sách, giáo trình, bài báo). Phương pháp mô phỏng được áp dụng để xây dựng mô hình nhà máy. Tecnomatix Plant Simulation là công cụ chính cho việc mô phỏng quá trình sản xuất. Kết quả mô phỏng được phân tích để đánh giá hiệu quả hoạt động của dây chuyền sản xuất. Sinh viên đã sử dụng các chức năng của Tecnomatix để tạo ra mô hình 3D của nhà máy và mô phỏng các hoạt động sản xuất. Nghiên cứu nhấn mạnh vào việc ứng dụng Tecnomatix trong giáo dục và đào tạo tại HCMUTE, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực cho ngành công nghiệp 4.0 tại Việt Nam. Phân tích dòng chảy vật liệu là một phần quan trọng của nghiên cứu, giúp tối ưu hóa layout nhà máy và logistics nhà máy.

II. Ứng dụng Tecnomatix 12 trong mô phỏng nhà máy

Phần này tập trung vào việc ứng dụng cụ thể Tecnomatix 12 trong môi trường mô phỏng. Phần mềm Tecnomatix được sử dụng để mô phỏng hai dây chuyền sản xuất khác nhau tại Intel và Nike. Mô phỏng dây chuyền sản xuất cho phép đánh giá hiệu quả hoạt động, phát hiện các vấn đề tiềm ẩn, và đưa ra giải pháp tối ưu. Tecnomatix Plant Simulation cung cấp các công cụ mạnh mẽ cho việc xây dựng mô hình 3D của nhà máy và phân tích các chỉ số hiệu suất quan trọng. Mô phỏng được thực hiện trên cả môi trường 2D và 3D, cho phép hình dung toàn cảnh hoạt động nhà máy. Phân tích dữ liệu từ mô phỏng giúp tối ưu hóa các khía cạnh như cycle time, năng suất, và chi phí sản xuất. Giải pháp Tecnomatix cung cấp khả năng tự động hóa và quản lý quá trình sản xuất hiệu quả hơn. Thiết kế nhà máy thông minh được hỗ trợ bởi Tecnomatix, giúp tạo ra nhà máy bền vững và hiệu quả.

2.1 Mô phỏng dây chuyền sản xuất tại Intel

Mô phỏng dây chuyền tự động của Intel sử dụng Tecnomatix 12 cho phép thực hiện simulate nhà máy. Sinh viên đã thu thập dữ liệu về cycle time, số lượng máy móc, và nhân lực. Mô hình 3D được xây dựng để trực quan hóa quy trình. Phân tích dòng chảy vật liệu giúp xác định các điểm nghẽn và tối ưu hóa layout nhà máy. Tecnomatix hỗ trợ tối ưu hóa thời gian sản xuất và hiệu quả hoạt động. Báo cáo kết quả mô phỏng cung cấp thông tin chi tiết về năng suất, chi phí, và các chỉ số hiệu suất khác. Tecnomatix hỗ trợ tự động hóa các công đoạn trong dây chuyền sản xuất của Intel. Giải pháp Tecnomatix cho phép quản lý toàn bộ dây chuyền sản xuất, từ đó giúp giảm chi phí và tăng hiệu quả. Digital factory được thể hiện rõ nét thông qua mô phỏng này.

2.2 Mô phỏng dây chuyền sản xuất tại Nike

Mô phỏng dây chuyền bán tự động của Nike sử dụng Tecnomatix 12 nhằm mô phỏng sản xuất trong điều kiện thực tế. Sinh viên đã thu thập dữ liệu tương tự như với Intel, bao gồm thời gian chu kỳ, số lượng máy móc, và nhân lực. Mô phỏng 2D và 3D được sử dụng để thể hiện toàn bộ hoạt động của nhà máy. Phân tích dữ liệu giúp tối ưu hóa bố trí nhà máy, quá trình logistics, và hiệu quả làm việc. Tecnomatix hỗ trợ quản lý và tối ưu hóa nguồn lực. Báo cáo bao gồm các chỉ số quan trọng như năng suất, thời gian hoàn thành sản phẩm, và chi phí. Tecnomatix cho phép tự động hóa một số khía cạnh trong dây chuyền sản xuất của Nike. Giải pháp Tecnomatix góp phần vào thiết kế nhà máy Lean, giúp giảm lãng phí và tăng hiệu quả. Virtual factory được tạo ra thông qua mô phỏng này, cho phép thử nghiệm và cải tiến trước khi áp dụng trong thực tế.

III. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu chứng minh khả năng ứng dụng Tecnomatix 12 trong thiết kế nhà máy và mô phỏng sản xuất. Phần mềm Tecnomatix cung cấp một công cụ mạnh mẽ cho việc tối ưu hóa hoạt động nhà máy. Kết quả mô phỏng cho thấy lợi ích của việc áp dụng Tecnomatix trong việc giảm chi phí, tăng năng suất, và cải thiện hiệu quả quản lý. Nghiên cứu đóng góp vào việc ứng dụng công nghiệp 4.0 trong giáo dục tại Việt Nam. HCMUTE nên tiếp tục đầu tư vào đào tạo và nghiên cứu về Tecnomatix và các phần mềm mô phỏng khác. Ứng dụng Tecnomatix trong giáo dục cần được mở rộng hơn nữa. Thiết kế nhà máy thông minh là hướng đi cần thiết cho sự phát triển của ngành công nghiệp Việt Nam.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, xây dựng nhà máy số ứng dụng Tecnomatix 12" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Hà Vĩnh Minh Trọng, Nguyễn Thị Ngọc Huyền và Nguyễn Nhật Bảo Thiên dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Sơn tại Bộ môn Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (khóa 2012 – 2016).

Lý do chọn đề tài xuất phát từ bối cảnh toàn cầu hóa và khu vực hóa nền kinh tế, nơi công nghệ sản xuất kỹ thuật số (Digital Manufacturing) đóng vai trò then chốt tạo lợi thế cạnh tranh. Theo số liệu thống kê từ Hiệp hội Công nghệ sản xuất và Hiệp hội Nhà phân phối máy công cụ Mỹ (tháng 11/2010), lượng tiêu thụ công nghệ sản xuất đã tăng 82,7%. Tuy nhiên, tại Việt Nam (thống kê năm 2015), số lượng doanh nghiệp ứng dụng công nghệ sản xuất kỹ thuật số còn rất ít, chủ yếu tập trung ở các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài như Samsung Việt Nam, Canon, Nike Việt Nam và Chung Ling. Đề tài được hình thành nhằm nghiên cứu, làm chủ công cụ mô phỏng sản xuất số và chuyển giao tri thức ứng dụng cho kỹ sư ngành Kỹ thuật Công nghiệp.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm:

1. Mô tả dự án và xác định các nhiệm vụ cần thực hiện đối với nhà máy mới hoặc nhà máy đang hoạt động cần tối ưu sản lượng và chi phí.
2. Khảo sát thực địa và lập kế hoạch dự án.
3. Xác định số liệu đầu vào cho dự án (diện tích xây dựng, sản lượng dự kiến, công cụ phần mềm).
4. Xây dựng mô hình nhà máy số với các nội dung chi tiết:
   • Thành lập quy trình công nghệ sản xuất.
   • Xác định thời gian của từng bước công nghệ và công đoạn.
   • Xác định số lượng máy móc và nguồn nhân lực cho các công đoạn.
   • Xác định đường di chuyển của dòng vật liệu trong nhà máy.
   • Xây dựng, mô phỏng và tối ưu hóa mặt bằng phân xưởng (layout).
   • Xây dựng biểu đồ thời gian – sản lượng cho mỗi công đoạn sản xuất.
   • Xác định sản lượng của mỗi ca sản xuất thông qua nguồn nhân lực.
   • Xác định năng lượng tiêu thụ trong nhà máy.
5. Xây dựng mô hình mô phỏng 3D, lập báo cáo hoạt động và báo cáo tổng kết đề tài.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp sản xuất kỹ thuật số Tecnomatix phiên bản 12 (Tecnomatix Plant Simulation 12) của Siemens PLM Software.
• Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung xem xét các công đoạn sản xuất cụ thể chiếm một phần không gian trong nhà máy để tạo ra thành phẩm. Nghiên cứu thực hiện mô phỏng trên 2 dây chuyền điển hình: dây chuyền tự động hoàn toàn tại Công ty Intel và dây chuyền bán tự động tại Công ty Nike. Giả định nguyên vật liệu phục vụ sản xuất luôn sẵn sàng. Các dữ liệu được thu thập từ nguồn Internet và nhân viên nội bộ của hai doanh nghiệp, xử lý trên môi trường mô phỏng phần mềm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình được nhóm tác giả sử dụng bao gồm:

• Nền tảng sản xuất kỹ thuật số (Digital Manufacturing): Tích hợp quản lý vòng đời sản phẩm trên nền tảng Teamcenter®, kết hợp dữ liệu sản phẩm, quy trình, nguồn lực và nhiên liệu vào mô hình ảo.
• Lý thuyết thiết kế quy trình sản xuất: Thực hiện tuần tự 5 bước gồm kiểm tra thiết kế/yêu cầu kỹ thuật sản phẩm, xác định phương pháp sản xuất, lựa chọn máy móc thiết bị, bố trí mặt bằng sản xuất và phụ trợ, thiết lập hệ thống kiểm tra nguyên vật liệu - máy móc - nhân lực.
• Lý thuyết bố trí mặt bằng nhà máy (Plant Layout): Phân loại và phân tích 5 mô hình bố trí chính:
  1. Bố trí theo nhóm công việc (Job Shop Layout): Gom các máy có cùng chức năng vào một trung tâm gia công, phù hợp quy mô nhỏ, chủng loại đa dạng.
  2. Bố trí theo quy trình sản xuất hay lắp ráp (Flow Shop / Assembly Line Layout): Sắp xếp máy theo trình tự gia công cố định, tối thiểu hóa vận chuyển, phù hợp quy mô lớn.
  3. Bố trí theo nhóm kỹ thuật (Group Technology Layout): Phân chia khu vực sản xuất chuyên môn hóa theo nhóm sản phẩm nhất định.
  4. Bố trí theo khu vực cố định (Fixed Location Layout): Áp dụng cho sản phẩm kích thước lớn (máy bay, máy phát điện), thiết bị di chuyển xung quanh vị trí cố định.
  5. Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS): Kết hợp tay máy, thiết bị tự động hóa điều khiển bằng máy tính.
• Hình thức tổ chức sản xuất: Phân tích đặc trưng của hệ thống sản xuất đơn chiếc và hệ thống sản xuất theo lô.
• Hệ thống thông tin quản lý (MIS): Gồm 4 hệ thống con (ghi chép nội bộ, tình báo, nghiên cứu thông tin, hỗ trợ quyết định) và vai trò của công nghệ thông tin trong quản lý vận hành.

Phương pháp nghiên cứu:

• Thu thập dữ liệu sơ cấp: Khảo sát, phỏng vấn và tiếp nhận số liệu về chu kỳ thời gian (cycle time), định mức nhân công, trình tự công đoạn từ nhân viên làm việc tại Công ty Intel và Công ty Nike.
• Thu thập dữ liệu thứ cấp: Khai thác tài liệu kỹ thuật của Siemens PLM Software, giáo trình chuyên ngành kỹ thuật công nghiệp và các bài báo khoa học liên quan.
• Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng sự kiện rời rạc (Discrete Event Simulation): Xây dựng thuật toán, thiết lập tham số trạm máy và mô phỏng hoạt động dòng vật chất trên không gian 2D và 3D.

Nguồn dữ liệu: Dữ liệu quy trình, thời gian chu kỳ và thông số trạm làm việc của dây chuyền sản xuất chip (Intel) và dây chuyền sản xuất giày thể thao (Nike).

Thiết kế và triển khai hệ thống mô phỏng

Đồ án triển khai xây dựng hệ thống nhà máy số trên nền tảng Tecnomatix Plant Simulation 12 với cấu trúc đối tượng và kiến trúc điều khiển kỹ thuật:

Nhóm đối tượng trong phần mềm	Tên đối tượng kỹ thuật	Chức năng và tham số thiết lập chính
Material Flow Objects (Dòng vật liệu)	Source	Cung cấp vật liệu (MU). Thiết lập chế độ hoạt động (Operating mode: Blocking hoặc Non-blocking); thời điểm tạo (Interval, Number, Delivery table, Trigger); lựa chọn loại MU (Constant, Sequence cyclical, Sequence, Random, Percentage).
	SingleProc	Trạm xử lý đơn chiếc. Thiết lập các thông số thời gian (Processing time, Set-up time, Recovery time, Cycle time); quản lý hồ sơ sự cố hỏng hóc (Tab Failure); điều khiển luồng (Tab Controls).
	Drain	Tiếp nhận và xuất các thành phẩm/phôi ra khỏi hệ thống sau khi hoàn tất các công đoạn xử lý.
	Frame, Interface, Connector	Tạo cấu trúc phân cấp mô hình, liên kết các phân xưởng và điều hướng dòng vật liệu giữa các khối chức năng.
Mobile Objects (Đối tượng di động)	Entity, Container	Đại diện cho chi tiết gia công hoặc công cụ chứa (pallet, thùng chứa) có kích thước vật lý trục X, Y và tải trọng xác định.
Resource Objects (Nguồn lực)	Worker, Workplace	Mô phỏng nhân lực thực hiện thao tác gia công, vận chuyển và gán định mức lao động tại từng trạm.
Information Flow (Dòng thông tin)	Method, TableFile	Lập trình logic điều khiển bằng ngôn ngữ SimTalk (ví dụ: cấu trúc kiểm tra điều kiện @.Name để gán giá trị thời gian xử lý ?.ProcTime tương ứng).

Hệ thống được thiết lập theo hai kịch bản kỹ thuật:

1. Mô hình dây chuyền tự động hoàn toàn (Dự án Intel): Tích hợp nguồn cung cấp Substrate và Die, cấu hình trạm SingleProc cho công đoạn Khắc, đồng bộ hóa tốc độ dòng chảy vật liệu khép kín không phụ thuộc lao động thủ công.
2. Mô hình dây chuyền bán tự động (Dự án Nike): Tích hợp trạm máy, băng chuyền và nguồn lực công nhân (Worker), cấu hình biểu đồ thời gian làm việc, cân bằng chuyền và xuất báo cáo trạng thái hoạt động.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương 1 thiết lập tổng thể cấu trúc đề tài bao gồm tính cấp thiết, mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu. Tác giả nhấn mạnh khoảng cách về ứng dụng công nghệ sản xuất số giữa các doanh nghiệp tại Việt Nam và thế giới, từ đó xác lập nhu cầu xây dựng quy trình mô phỏng chuẩn hóa bằng công cụ kỹ thuật số.

Chương 2: Giới thiệu phần mềm Tecnomatix 12

Chương này tổng quan về lịch sử hình thành và quy mô của Tập đoàn Siemens (doanh thu 75,6 tỷ € năm tài chính 2015, 348.000 nhân viên trên 200 quốc gia tính đến 30/09/2015) cùng giải pháp sản xuất kỹ thuật số Tecnomatix. Tác giả tổng hợp các chỉ số định lượng về lợi ích của phần mềm:

Tiêu chí tối ưu hóa	Tỷ lệ cải thiện theo công bố của nhà phát triển
Thời gian phát triển quy trình	Giảm tới 40% nhờ áp dụng quy trình chuẩn và mẫu hoạt động
Tái sử dụng quy trình sản xuất đã chứng nhận	Đạt từ 20% đến 80% trong năm đầu tiên
Thời gian đưa sản phẩm ra quy mô khối lượng	Giảm tới 80% thông qua vận hành ảo
Chi phí vận chuyển vật liệu nội bộ	Giảm tới 70% nhờ phân tích mặt bằng và lộ trình
Thời gian đưa vật liệu vào	Giảm từ 20% đến 60%
Năng suất hệ thống hiện hữu	Tăng từ 15% đến 20%
Chi phí đầu tư cho hệ thống mới	Giảm từ 5% đến 20%
Mức tồn kho	Giảm từ 20% đến 60%
Thời gian thiết kế nhà máy 3D	Giảm tới 50% so với thiết kế 2D truyền thống
Thay đổi dụng cụ và thiết bị phát sinh	Giảm 15% trong giai đoạn lắp đặt

Đồng thời, chương này hệ thống hóa lý thuyết về 5 dạng bố trí mặt bằng phân xưởng, đặc trưng sản xuất đơn chiếc/theo lô và cấu trúc 4 hệ thống con của hệ thống thông tin quản lý.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 3 đi sâu vào cấu trúc kỹ thuật và phương pháp vận hành phần mềm Tecnomatix Plant Simulation 12:

• Giao diện người dùng: Cấu trúc thanh tiêu đề (Title bar), thanh công cụ (Menu ribbon), thư viện lớp (Class Library), hộp công cụ (Toolbox), cửa sổ làm việc (Working Window), bảng điều khiển (Console) và thanh trạng thái.
• Thuộc tính đối tượng Source: Cơ chế kiểm soát ngắt quãng (Blocking / Non-blocking); các thuật toán tạo sản phẩm theo khoảng thời gian (Interval adjustable), số lượng (Number adjustable), bảng giao hàng (Delivery table), hoặc bộ kích hoạt (Trigger); các chế độ phân phối MU (Constant, Sequence, Random, Percentage).
• Thuộc tính đối tượng SingleProc: Thiết lập 4 nhóm thời gian trọng yếu:
  • Processing time: Thời gian gia công chi tiết trên trạm.
  • Set-up time: Thời gian chuyển đổi và chuẩn bị trạm khi thay đổi loại MU.
  • Recovery time: Thời gian phục hồi trạng thái sẵn sàng của thiết bị (ví dụ robot gắp mẫu).
  • Cycle time: Thời gian chu kỳ đóng/mở lối vào theo nhịp cố định.
• Cơ chế quản lý lỗi (Tab Failure), điều khiển phương thức (Tab Controls), chuyển đổi giao diện liên kết (Interface, Connector) và kết xuất dữ liệu thống kê qua HtmlReport và Chart.

Chương 4: Mô phỏng trên phần mềm Tecnomatix 12

Chương này trình bày quá trình thực nghiệm mô phỏng trên hai mô hình dây chuyền thực tế:

1. Mô phỏng dây chuyền Công ty Intel:
   • Dữ liệu đầu vào: Quy trình sản xuất tự động hoàn toàn, thông số phôi bán dẫn (Substrate, Die), thời gian chu kỳ các bước công nghệ (như công đoạn Khắc).
   • Tiến trình mô phỏng: Thiết lập dòng vật liệu trên mặt bằng 2D, chuyển đổi mô hình không gian 3D, cài đặt thông số phân phối xác suất cho các trạm gia công.
   • Kết quả: Xuất biểu đồ cột báo cáo năng suất làm việc, tỷ lệ tải (Working), tỷ lệ nghẽn (Blocked), tỷ lệ chờ (Waiting) tại các trạm sản xuất chip.
2. Mô phỏng dây chuyền Công ty Nike:
   • Dữ liệu đầu vào: Bảng thời gian chu kỳ (Cycle Time), sơ đồ trạng thái hiện tại, bảng tổng hợp thang đo dòng giá trị và bảng thống kê thời gian làm việc tại các trạm gia công bán tự động.
   • Tiến trình mô phỏng: Xây dựng mặt bằng 2D kết hợp nguồn lực công nhân (Worker), đồng bộ hóa dòng di chuyển chi tiết, chuyển đổi hiển thị môi trường 3D.
   • Kết quả: Xuất biểu đồ hiệu suất làm việc của công nhân, đánh giá mức độ cân bằng chuyền và tổng hợp báo cáo chi tiết về năng lực sản xuất của dây chuyền.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương cuối tổng kết các kết quả đạt được trong việc làm chủ phần mềm mô phỏng, đối chiếu dữ liệu mô phỏng với dữ liệu thực tế thu thập, đồng thời đưa ra các đề xuất về việc mở rộng quy mô nghiên cứu và ứng dụng công cụ trong đào tạo kỹ thuật.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính của đồ án:

• Xây dựng thành công quy trình mô hình hóa nhà máy số trên phần mềm Tecnomatix Plant Simulation 12 từ khâu thiết lập dữ liệu đầu vào, xây dựng mô hình 2D/3D đến phân tích dữ liệu thống kê.
• Hoàn thành mô phỏng hoạt động cho 2 dạng dây chuyền sản xuất đặc thù: dây chuyền tự động hóa hoàn toàn (nhà máy Intel) và dây chuyền sản xuất bán tự động có sự tham gia của con người (nhà máy Nike).
• Kết xuất đầy đủ các biểu đồ thống kê về tỷ lệ vận hành, thời gian chờ, tình trạng tắc nghẽn và năng suất của từng trạm máy và công nhân trong ca sản xuất.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả:

• Kiến nghị đưa phần mềm Tecnomatix vào chương trình giảng dạy thực hành cho sinh viên ngành Kỹ thuật Công nghiệp và Cơ khí Chế tạo máy nhằm nâng cao năng lực chuyên môn của đội ngũ kỹ sư trước khi tiếp cận môi trường sản xuất thực tế.
• Khuyến nghị các doanh nghiệp sản xuất áp dụng công cụ mô phỏng ảo để đánh giá, phát hiện điểm nghẽn và tối ưu hóa mặt bằng trước khi đầu tư vốn lắp đặt dây chuyền thực địa.

Đóng góp của đề tài:

• Hệ thống hóa bộ tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chi tiết bằng tiếng Việt về cách sử dụng, thiết lập tham số và lập trình điều khiển các đối tượng trong Tecnomatix Plant Simulation 12.
• Kiểm chứng tính khả thi của việc ứng dụng công cụ sản xuất số vào việc giải quyết bài toán cân bằng chuyền và quản lý dòng vật chất trên các số liệu sản xuất thực tế tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Phạm vi nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở một số công đoạn sản xuất cục bộ trong nhà máy, chưa bao quát toàn bộ hệ thống logistics và chuỗi cung ứng mở rộng.
• Dữ liệu thu thập đầu vào còn phụ thuộc vào các nguồn khảo sát gián tiếp (Internet, trao đổi nội bộ với nhân viên), chưa phản ánh toàn diện các biến động ngẫu nhiên phức tạp của dây chuyền thực tế.
• Giả định nguồn nguyên vật liệu đầu vào luôn sẵn sàng, chưa tính toán đến sự cố gián đoạn nguồn cung.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Mở rộng phạm vi mô phỏng sang toàn bộ các phân xưởng và tích hợp hệ thống kho vận tự động.
• Khai thác sâu hơn các module nâng cao của Tecnomatix như tính toán chi tiết mức tiêu thụ năng lượng (Tab Energy), phân tích công thái học (Ergonomics) và tích hợp dữ liệu thời gian thực từ sàn sản xuất.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho:

• Sinh viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Công nghiệp, Quản trị Sản xuất, Cơ khí Chế tạo máy: Sử dụng làm tài liệu học tập, hướng dẫn thực hành xây dựng mô hình mô phỏng sự kiện rời rạc trên Tecnomatix.
• Kỹ sư phụ trách cải tiến sản xuất (IE), thiết kế mặt bằng nhà máy (Plant Layout Engineer): Tham khảo phương pháp mô hình hóa thông số thời gian chu kỳ (Cycle Time), thời gian phục hồi (Recovery Time), cách xử lý các trạm tắc nghẽn và xây dựng báo cáo phân tích hiệu suất chuyền sản xuất.
• Phần đáng tham khảo nhất: Hệ thống hướng dẫn chi tiết về cấu hình các thuộc tính của đối tượng Source, SingleProc (Chương 3) và quy trình thiết lập mô hình 2D-3D cho hai loại hình dây chuyền tự động và bán tự động (Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án lựa chọn mô phỏng dây chuyền của những doanh nghiệp nào và thuộc loại hình sản xuất gì?
Đồ án thực hiện mô phỏng hai dây chuyền thực tế: dây chuyền sản xuất chip bán dẫn tự động hoàn toàn của Công ty Intel và dây chuyền sản xuất giày bán tự động (kết hợp máy móc và công nhân) của Công ty Nike.

2. Các thông số thời gian chính cần thiết lập trong thẻ Times của đối tượng SingleProc là gì?
Thẻ Times của SingleProc yêu cầu thiết lập 4 thông số: Processing time (thời gian gia công), Set-up time (thời gian chuẩn bị/chuyển đổi loại sản phẩm), Recovery time (thời gian phục hồi trạng thái trạm trước khi nhận chi tiết tiếp theo) và Cycle time (thời gian chu kỳ mở/đóng cửa tiếp nhận vật liệu theo nhịp cố định).

3. Cơ chế hoạt động của chế độ Blocking trong đối tượng Source được quy định như thế nào?
Khi chọn chế độ Blocking, nếu đối tượng tiếp nhận phía sau bị khóa, Source sẽ ghi nhớ thời điểm cần tạo MU tiếp theo và chỉ xuất chi tiết ngay khi đối tượng tiếp nhận sẵn sàng; Source sẽ ngừng cấp sản phẩm khi thời gian mô phỏng chạm mức Stop time. Khi bỏ chọn Blocking, Source sẽ tự động tạo MU mới theo đúng các mốc thời gian đã ấn định bất kể trạm sau có bị khóa hay không.

4. Đồ án nêu ra những mô hình bố trí mặt bằng nhà máy (Plant Layout) nào trong phần cơ sở lý thuyết?
Đồ án hệ thống hóa 5 mô hình bố trí: Bố trí theo nhóm công việc (Job Shop Layout), Bố trí theo quy trình sản xuất hay lắp ráp (Flow Shop / Assembly Line Layout), Bố trí theo nhóm kỹ thuật (Group Technology Layout), Bố trí theo khu vực cố định (Fixed Location Layout) và Hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS).

5. Lợi ích định lượng nổi bật nhất của phần mềm Tecnomatix được tác giả trích dẫn từ Siemens là gì?
Các lợi ích định lượng nổi bật gồm: giảm thời gian phát triển quy trình tới 40%, giảm thời gian đưa sản phẩm ra quy mô khối lượng tới 80%, giảm chi phí vận chuyển vật liệu tới 70%, giảm thời gian thiết kế nhà máy 3D tới 50%, tăng năng suất hệ thống hiện hữu từ 15% đến 20% và giảm lượng hàng tồn kho từ 20% đến 60%.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế, xây dựng nhà máy số ứng dụng Tecnomatix 12" đã hoàn thành việc hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về bố trí sản xuất và làm chủ công cụ mô phỏng sự kiện rời rạc của Siemens PLM Software. Thông qua việc mô hình hóa thành công hai dây chuyền sản xuất tự động tại Intel và bán tự động tại Nike, nghiên cứu đã minh chứng tính hiệu quả của công nghệ nhà máy số trong việc phân tích năng suất, cân bằng chuyền và tối ưu hóa mặt bằng. Công trình cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị ứng dụng cao cho công tác đào tạo kỹ sư Kỹ thuật Công nghiệp và định hướng triển khai sản xuất kỹ thuật số trong thực tiễn doanh nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề, mục tiêu nghiên cứu đề tài, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Giới Thiệu Phần Mềm TECHNOMATIX 12. Chương này giới thiệu về tập đoàn sản xuất phần mềm, và trình bày những lợi ích và lợi thế của phần mềm nghiên cứu. Chương 3: Cơ Sở Lý Thuyết.

Trình bày các tổng quan môi trường làm việc trên phần mềm, các cơ sở lý thuyết, cách sử dụng các công cụ được vận dụng trong mô phỏng. Chương 4: Mô Phỏng Trên Phần Mềm TECHNOMATIX 12. Ở chương này giới thiệu các công ty được dùng mô phỏng trong đồ án. Trình bày các dữ liệu cần thiết thu thập được và hướng dẫn mô phỏng hai dây chuyền khác nhau trên phần mềm Technomatix.

Chương 5: Kết Luận và Báo Cáo Kết Quả. So sánh với các dữ liệu đã thu thập được và đánh giá kết quả mô phỏng của dây chuyền. 5 do an Chương 2: Giới Thiệu Phần Mềm Tecnomatix 12 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TECHNOMATIX 12.1 Giới thiệu tập đoàn SEIMENS: Hình 2.1 Logo tập đoàn SIEMENS. Siemens là một tập đoàn toàn cầu tập trung vào các lĩnh vực điện, tự động hóa và số hóa.

Một trong những nhà sản xuất lớn nhất thế giới với các công nghệ tiết kiệm nguồn tài nguyên năng lượng hiệu quả, Siemens là nhà cung cấp hàng đầu của hệ thống phát điện và truyền tải cũng như chẩn đoán y tế. Trong cơ sở hạ tầng và ngành công nghiệp thì giải pháp của công ty đóng một vai trò tiên phong. Tính đến ngày 30 tháng 9 năm 2015, Seimens đã có khoảng 348.000 nhân viên tại hơn 200 quốc gia. Trong năm tài chính 2015, họ đã tạo ra doanh thu 75,6 tỷ €.

Siemens hình thành từ một công ty nhỏ đến bây giờ trở thành một tập đoàn toàn cầu với 165 năm lịch sử. Cha đẻ của công ty là Werner von Siemens và nhà cơ khí chính xác Johann Georg Halske (Công ty Xây dựng Telegraph của Johann & Siemens). Dựa trên điện báo , phát minh của mình sử dụng một cây kim để trỏ đến chuỗi các chữ cái, thay vì sử dụng mã Morse. 6 do an Chương 2: Giới Thiệu Phần Mềm Tecnomatix12 Mười người đàn ông bắt đầu hoạt động công ty từ ngày 12 tháng 10 năm 1847, trong một tòa nhà sau lưng Berlin.

Trong nhiều thập kỷ, phần lớn tổng doanh thu từ việc sản xuất các điện tín. Bắt đầu từ năm 1853, Siemens & Halske bắt đầu mở rộng mạng lưới điện báo Nga. Vào cuối giai đoạn mở rộng mạng lưới đường kéo dài từ Phần Lan đến Crimea - và doanh nghiệp Nga đã phát triển thành những trụ cột chính của cả tập đoàn. Trong năm 1855, Siemens & Halske lập chi nhánh nước ngoài đầu tiên của mình tại St Petersburg, đứng đầu là Carl von Siemens, anh trai của người sáng lập công ty.

Năm 1919, Seimens quyết định tách ra kinh doanh thành một công ty độc lập, dựa trên chiến lược quản lý của Carl Friedrich Von Siemens. Trong nhiều thập kỷ qua, Siemens đã tham gia thực hiện thành công hàng loạt các dự án cơ sở hạ tầng quan trọng. Hiện nay, Siemens là công ty đứng đầu thị trường và dẫn đầu về đổi mới sáng tạo trên các lĩnh vực Nguồn Điện, Quản Lý Điện Năng, Dịch Vụ Nguồn Điện, Hệ Thống Vận Chuyển, Công Nghệ Tòa Nhà, Nhà Máy Số, Quy Trình Công Nghiệp và Truyền Thông, Y tế. Siemens với giá trị trách nhiệm, xuất sắc và sáng tạo – là nền tảng cho sự thành công của Siemens trong hơn 165 năm qua.

Trách nhiệm: cam kết hành động có trách nhiệm và đạo đức. Xuất sắc: đạt hiệu suất cao và kết quả xuất sắc. Sáng tạo: luôn sáng tạo để tạo ra giá trị bền vững. Tầm nhìn thay đổi dân số, quá trình đô thị hóa, thay đổi khí hậu và toàn cầu hóa - những đại xu thế này đang tạo ra những thách thức chưa từng có cho nhân loại.

Sự biến chuyển ở thời điểm hiện tại sẽ ảnh hưởng lâu dài đến thế giới của chúng ta. Chính trong thời khắc của những thay đổi lớn này mà Siemens xác định được mục tiêu và tầm nhìn cho tất cả lĩnh vực kinh doanh của mình.2 Giới thiệu phần mềm Technomatix 12: Trong thị trường toàn cầu ngày nay, cơ hội có thể bật lên ở hầu bất cứ nơi nào và sự mở rộng không kiểm soát không nhất thiết phải là câu trả lời để tận dụng những cơ hội này. Các nhà sản xuất sáng tạo đang tìm cách để quản lý hiệu quả hơn một ngày càng nhiều chuỗi giá trị phức tạp để hướng đến lợi nhuận bền vững. Nhận ra sự cần thiết cho tốc độ nhanh hơn, kiểm soát rộng lớn hơn và hiểu biết sâu sắc hơn, các nhà sản xuất hàng đầu đang ngày càng hướng đến Tecnomatix - giải pháp sản xuất kỹ thuật số từ phần mềm PLM của Siemens.1 Lợi thế của Tecnomatix: a) Tăng Năng Suất Kế hoạch: Tái sử dụng các quy trình và làm giảm chi phí vốn thiết bị bằng cách nắm bắt và quản lý trong một nguồn duy nhất của kiến thức sản xuất.

7 do an Chương 2: Giới Thiệu Phần Mềm Tecnomatix12 Phát hiện và loại bỏ các vấn đề trong hệ thống sản xuất mà nếu không loại bỏ sẽ phải tốn nhiều thời gian và các biện pháp khắc phục chi phí khá cao. Giảm nhiệm vụ quy hoạch lắp ráp, thời gian lập kế hoạch và chi phí liên quan. Chia sẻ và phân tích thông tin trong một môi trường kỹ thuật số cung cấp cái nhìn sâu sắc vào các giai đoạn khác nhau của quá trình phát triển và tác động đến các quy trình này. Hợp lý hóa truyền thông, do đó bạn có thể thích ứng với nhu cầu của khách hàng nhanh hơn, với những quyết định dựa trên những sự kiện.

b) Tối ưu hóa sản xuất: Giảm thiểu vốn đầu tư và tối đa hóa tỷ lệ hoàn vốn dài hạn thông qua tăng việc lập kế hoạch với độ chính xác và hiệu quả. Rút ngắn thời gian đưa ra khối lượng thông qua việc phân tích sản xuất sản phẩm và quá trình phát triển. Tối ưu hóa các logistics và hiệu suất của toàn bộ hệ thống sản xuất. Tối ưu hóa sử dụng nguồn lực và đẩy nhanh việc giới thiệu sản phẩm với các giải pháp đã được chứng minh cho quá trình tối ưu hóa qua nhiều phòng ban và kỷ luật.2 Lợi ích của Tecnomatix: a) Tăng năng suất nhà máy: Thông tin chương trình có sẵn tại tất cả các cấp của các doanh nghiệp - từ giám đốc điều hành cho đến nhân viên nhà máy.

Đạt được công suất nhà máy tăng và kiểm soát chi phí nguyên liệu thông qua tầm nhìn toàn diện vào các vấn đề chất lượng. Giảm chi phí vốn đầu tư thông qua việc tái sử dụng. b) Tối ưu hóa hiệu suất & khai thác quy trình "thực hành tốt nhất": Giảm quá trình phát triển thời gian lên đến 40% bằng cách xác định và áp dụng các quy trình tốt nhất với các tiến trình tổng thể và các mẫu hoạt động. Đạt từ 20 đến 80% tái sử dụng các quy trình sản xuất được chứng nhận trong năm đầu tiên.

8 do an Chương 2: Giới Thiệu Phần Mềm Tecnomatix12 Giảm đáng kể và thậm chí loại bỏ sự gián đoạn sản xuất gây ra bởi các vấn đề nhà xưởng sản xuất, bằng cách cân bằng các quá trình cho giá trị tối ưu. Dây chuyền sản xuất tối ưu hóa thông qua vận hành ảo để giảm thời gian đưa ra khối lượng lên đến 80%. c) Quản lý Môi trường An Toàn và Ergonomics (Ergonomics là thiết kế dụng cụ và môi trường cho phù hợp với người lao động). Giảm nợ cho công ty và các chi phí cho thương tích của công nhân được giảm bớt.

Loại bỏ môi trường làm việc độc hại bằng cách tích hợp mô phỏng Ergonomics và xác nhận vào quá trình phát triển. d) Phân tích và Tối ưu hóa nhà máy Logistics. Giảm chi phí vận chuyển vật liệu lên tới 70% bằng cách phân tích chi phí, thời gian và khoảng cách đi lại trên mặt bằng nhà máy. Tối ưu hóa không gian sử dụng ở cả cấp độ nhà máy và công cụ vận chuyển bằng cách phân tích và đánh giá các yêu cầu về chất liệu, kích thước container, tiêu chí sắp xếp vùng chứa cũng như hướng dẫn đường vào/ra.

e) Sản xuất nhà máy thông qua mô phỏng. Giảm thời gian vật liệu đưa vào nhiều từ 20-60% bằng cách xem xét các chuỗi cung ứng nội bộ và bên ngoài, nguồn lực sản xuất, và các quá trình kinh doanh. Tăng năng suất cho các hệ thống hiện có 15-20%, dễ dàng để giải thích phân tích thống kê. Giảm chi phí hệ thống mới 5-20% bằng cách phát hiện và loại bỏ các vấn đề trước khi cài đặt các hệ thống thực.

Giảm hàng tồn kho 20-60% bằng cách đánh giá các chiến lược kiểm soát dòng khác nhau cũng như xác minh đồng bộ của các dòng và đường. 9 do an Chương 2: Giới Thiệu Phần Mềm Tecnomatix12 f) Nhà máy Thiết kế 3D và Hình ảnh.2 VD Mô phỏng dây chuyền lắp ráp ô tô bằng Texnomatic 12. Giảm thời gian thiết kế nhà máy, từ khái niệm thông qua cài đặt, lên đến 50% khi so sánh với các phương pháp thiết kế 2D truyền thống. Giảm dụng cụ và thiết bị thay đổi 15% bằng cách khám phá lỗ hổng thiết kế và các vấn đề sớm phát sinh trong giai đoạn sáng tạo, như trái ngược với sau này trong giai đoạn cài đặt.3 Thiết kế quy trình sản xuất: Quy trình sản xuất sản phẩm là một quá trình bắt đầu từ khâu chuẩn bị sản xuất đến mua sắm vật tư, tổ chức sản xuất đến khâu cuối cùng là tiêu thụ sản phẩm.

Nói cách khác, quy trình sản xuất là quy trình chế biến, khai thác, phục hồi giá trị một loại sản phẩm trên cơ sở sự kết hợp một cách hợp lý các yếu tố của sản xuất, phù hợp với nhu cầu thị trường. Quy trình sản xuất được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu quản lý, nâng cao hiệu quả trong quản lý sản xuất, đảm bảo tính chuyên nghiệp thông suốt, phân công công việc rõ ràng và tối ưu hóa về chi phí. Các bước tiến hành trong công tác thiết kế quy trình có thể tóm lược như sau: 1. Kiểm tra thiết kế và những yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.

Xác định những phương pháp sản xuất 3. Lựa chọn hay triển khai và đầu tư máy móc, dụng cụ và những thiết bị khác cần thiết cho việc sản xuất 4. Bố trí khu vực sản xuất và các mặt bằng phụ trợ 10 do an Chương 2: Giới Thiệu Phần Mềm Tecnomatix12 5. Lập kế hoạch và thiết lập hệ thống kiểm tra nguyên vật liệu, máy móc và nhân lực.