CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Mục đích, ý nghĩa của thiết kế mặt bằng 1.1 Mục đích của thiết kế mặt bằng Đối với bài toán mặt bằng, hầu hết mục tiêu đặt ra cho các mô hình dạng toán học là cực tiểu hóa chi phí nâng chuyển vật tư,là một hệ số định lượng quan trọng. Bên cạnh đó, các mục tiêu khác cả định lượng lẫn định tính như sử dụng hiệu quả không gian, sử dụng hiệu quả nhân lực, loại bỏ điểm nghẽn, thuận lợi trong giao tiếp, tương tác giữa công nhân với nhà quản lý hay giữa nhà quản lý với khách hàng, giảm thời gian chu kỳ sản xuất hay thời gian phục vụ khách hàn, loại bỏ lãng phí, thuận tiện trong việc di chuyển, sắp đặt nguyên vật liệu, sản phẩm hay con người,an toàn, tăng chất lượng phục vụ hay sản phẩm, tiện lợi cho hoạt động bảo trì, dễ dàng kiểm soát các hoạt động vận hành của hệ thống, linh hoạt, và nhanh chóng thích ứng với các thay đổi, yêu cầu mới, tăng năng lực sản xuất……có thể được xem xét. Thông thường, bài toán mặt bằng đặt ra1 nhiều hơn một mục tiêu và các mục thiêu này thường có tính mâu thuẫn lẫn nhau, tác động lẫn nhau và kết quả là cần phải ra các quyết định đánh đổi giữa các mục tiêu. Bên cạnh đó, điều hiển nhiên là bài toán này được xem xét với một tập hợp các giới hạn hay giàng buộc khác nhau về nguồn lực, về nhu cầu, về các mối quan hệ,…Vì vậy, có thể nói bài toán mặt bằng là bài toán tối ưu đa mục tiêu với nhiều ràng buộc và nhiều chi phí, lợi ích có thể cũng như không thể định lượng được.
Việc xác định phương án hay lời giản tối ưu rất khó và gần như không thể tìm được. Chúng ta hi vọng sẽ tìm được lời giải “tốt”, lời giải đáp thỏa mãn cũng như hi sinh các mục tiêu ở mức độ tốt nhất để chấp nhận được. Ngoài ra, khi xác định phương án thiết kế mặt bằng, cần xem xét các khía cạnh quan tâm của chủ dự án, khách hàng, nhà cung cấp, nhân viên….2 Ý nghĩa của thiết kế mặt bằng Xác định cấu trúc hữu hình của hệ thống sản xuất được xem như là bài toán bố trí mặt bằng. Định vị trí cho các thiết bi trên mặt bằng và đạt hiệu quả từ việc thiết kế này là bài toán rất quan trọng và đầy thách thức trong sản xuất công nghiệp.
Theo SVTH: Nguyễn Văn Lãm 9 Lớp: 62CK-QLM Đồ án thiết kế vị trí và mặt bằng và hệ thống công nghiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí các chuyên gia, chi phí dành cho nâng chuyển vật liệu chiếm khoảng 20 -50% chi phí sản xuất. Nếu thiết kế mặt bằng tốt có thể giảm 10 -30% chi phí này, nghĩa là giảm từ 2-15% chi phí sản xuất. Ví dụ, có khoảng 8% tổng sản lượng thu nhập quốc nội Mỹ đầu tư vào thiết kế mặt bằng mới trong mỗi năm kể từ năm 1955. Ngày nay, năng suất tăng hơn 300% so với 20 năm trước.
Do đó, một kinh phí đầu tư rất lớn đã và được dùng trong nghiên cứu và phát triển mặt bằng mới và hiệu quả. Vì vậy bài toán bố trí mặt bằng là một trong những lĩnh vực rất hữa hẹn và đầy thú vị cho các nhà nghiên cứu, hoạch định cũng như các nhà ra quyết định.1 Ví dụ mặt bằng (a) Dòng di chuyể ban đầu (b) Dòng di chuyển sau cải tiến (c ) Tổng mặt bằng nhà máy (d) Tổng mặt bằng trường học Dựa vào hình trên ta có thể nhận thấy sự khác biệt rõ ràng dòng di chuyển của xưởng gỗ trước và sau khi cải tiến. Đối với xưởng gỗ khi chưa cải tiến ta thấy dòng di chuyển của vật tư và công nhân rất dài và có nhiều điểm nghẽn .Còn xưởng gỗ sau khi được cải tiến ta nhận thấy rằng dòng di chuyển của ngồn vật tư và nhân SVTH: Nguyễn Văn Lãm 10 Lớp: 62CK-QLM Đồ án thiết kế vị trí và mặt bằng và hệ thống công nghiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí công được thiết kế một cách rất khoa học, thuận tiện cho việc di chuyển và tiết kiệm được không gian cũng như thời gian chuyển tiếp giữa các trạm làm việc.2 Tổng quan về phương pháp hoạch định mặt bằng theo hệ thống Hoạch định mặt bằng theo hệ thống là phương pháp có tính thực tế và được tổ chức tốt nhất trong tái thiết kế mặt bằng cũng như thiết kế mặt bằng mới. Kỹ thuật này được phát triển bởi Richart Muther và các cộng sự vào năm 1973.
Đặc điểm nổi bật của phương pháp này là cấu trúc chặt chẽ, có tính logic, giữ liệu đầu vào và ra thể hiện rõ ở các bước. Vì vậy nó được sử dụng phổ biến nhất trong những năm qua. Quy trình gồm 11 bước được thực hiện theo trình tự, thứ bậc rõ ràng. Các bước gồm 3 nhóm chính: phân tích , tìm kiếm và chọn lựa.2 Quy trình hoạch định mặt bằng theo hệ thống Khi các dữ liệu và các hoạt động đầu vào đã được thu thập, trên cơ sở phân tích dòng vật liệu và mỗi quan hệ của các hoạt động, biieeur đồ quan hệ được xây dựng.
Không gian yêu cầu sẽ được tính toán và không gian hiện hữu dễ dàng được xác định trong bước phân tích hệ thống. Dựa trên đầu ra của bước phân tích gồm biểu đồ quan hệ, các không gian yêu cầu và hiện hữu, giản đồ mối quan hệ về hệ thống SVTH: Nguyễn Văn Lãm 11 Lớp: 62CK-QLM Đồ án thiết kế vị trí và mặt bằng và hệ thống công nghiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí không gian có thể dược phát triển. Giản đồ này kết hợp với các xem xét thay đổi và giới hạn thực tế là thông số cần thiết cho việc phát triển các phương án mặt bằng và cũng là bước kết thúc giai đoạn tìm kiếm. Cuối cùng trong giai đoạn chọn lựa, các phương án đề xuất được đánh giá để xác định mặt bằng tốt theo các tiêu chí đề ra.
Thu thập thông tin, dữ liệu là bước vô cùng quan trọng trong bất kỳ bài toán mặt bằng nào, vì tất cả các nỗ lực tìm kiếm các giải pháp thiết kế, thời gian, tiền bạc, đầu tư sẽ trở nên vô nghĩa nếu như không có một bộ dữ liệu hoàn chỉnh và tin cậy. Do đó một kế hoạch thu thập thông tin hoàn thiện được xây dựng. Một kế hoạch thu thập dữ liệu tốt gồm: + Mô tả vắn tắt về dự án hay đề tài + Dữ liệu chi tiết cần có + Tính hợp lý của việc thu thập dữ liệu + Mục đính sử dụng của các dữ liệ đã thu thập được. Tompkins phân loại dữ liệu thành 3 nhóm chính: + Thiết kế sản phẩm: sản phẩm là gì? + Thiết kế quy trình: làm thế nào để sản xuất nó? + Thiết kế kế hoạch điều độ: sản xuất khi nào và bao nhiêu? Thông tin cần thu thập được chia thành 3 nhóm chính: thông tin về sản phẩm, thông tin về quy trình sản xuất, thông tin về kế hoạch điều độ như phân loại của Tompkins ở trên.3 Các hình thức bố trí mặt bằng cơ bản Dòng sản xuất càng được sắp xếp hợp lý thì sự lảng phí về thời gian hay nguồn lực càng giảm thậm chí không có.
Lãng phí về thời gian có thể bao gồm cả lảng phí trong việc vận chuyển không cần thiết, một loại lãng phí cơ bản nhất trong sản xuất. Lãng phí trong sự di chuyển có thể là lãng phí về nhân lực, vật tư hay nguồn lực trong di chuyển sang các bộ phận khác không cần thiết. Để tránh sự di chuyển không cần thiết này, cần thiết kế một mặt bằng tốt. SVTH: Nguyễn Văn Lãm 12 Lớp: 62CK-QLM Đồ án thiết kế vị trí và mặt bằng và hệ thống công nghiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí 1.1 Mặt bằng theo sản phẩm.
Mặt bằng này còn gọi là mặt bằng theo dây chuyền sản xuất và sử dụng khi các quá trình sử lý được bố trí theo trình tự gia công sản phẩm. Nguyên vật liệu được chuyển trực tiếp từ trạm làm việc này sang trạm làm việc kế bên. Mô hình này được sử dụng khi số lượng sản phẩm cần sản xuất lớn và độ khác biệt giữa các sản phẩm thấp hay tiêu chuẩn của sản phẩm cao (a) (b) Hình 1.3 Mặt bằng nhà máy (a) Mô hình mặt bằng theo sản phẩm ; (b) Nhà máy có mặt bằng theo quy trình 1.2 Mặt bằng theo quy trình Mặt bằng là tập hợp các khu vực sử lý theo chức năng hay quy trình. Tất cả các máy cùng sử lý một chức năng hay thực hiện một quy trình được nhóm lại với nhau trong cùng môt khu vực.
Mặt bằng theo quá trình sử dụng khi họ sản phẩm là sản lượng sản xuất tương ứng thay đổi nhanh và không thể thực hiện bố trí mặt bằng theo sản phẩm hay theo nhóm.4 Mặt bằng bố trí theo quy trình Hình 1.5 Ví dụ dòng di chuyển vật tư SVTH: Nguyễn Văn Lãm 13 Lớp: 62CK-QLM Đồ án thiết kế vị trí và mặt bằng và hệ thống công nghiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí 1.3 Mặt bằng theo nhóm công nghệ Một mằng bằng thỏa hiệp có thể được sử dụng khi sản lượng sản xuất từng loại sản phẩm không đủ lớn để tiến hành bố trí theo sản phẩm nhưng có thể bằng cách nhóm các sản phẩm theo học sản phẩm và thực hiện gia công chúng trong một khu vực. Các nhóm sản xuất theo khu vự này được gọi là các ô và các mặt bằng khi đó được gọi là mặt bằng theo ô hoặc mặt bằng heo nhóm công nghệ. Điểm mạnh - Kết hợp các lợi ích của mặt bằng theo sản phẩm và mặt bằng theo quá trình - Độ hữu dụng của thiết bị cao - Dòng di chuyển nhịp nhàng và khoảng cách ngắn Điểm yếu - Yêu cầu kỹ năng quản lý chung - Đòi hỏi kỹ năng ở một mức độ cần (a) (b) Hình 1.6 Mặt bằng theo nhóm công nghệ (a) Sơ đồ mặt bằng nhóm công nghệ ; (b) Nhà máy có mặt bằng theo nhóm công nghệ 1.4 Mặt bằng theo dự án Trong một số trường hợp như sản phẩm quá lớn để có thể di chuyển qua từng trạm sử lý thì sự dy chuyển này là không khả thi và không có tính kinh tế. Khi đó, mặt bằng theo sản phẩm hay mặt bằng theo dự án được sử dụng.
Thay vì di chuyển sản phẩm qua từng quy trình xử lý, các quy trình sẽ di chuyển đến để xử lý sản phẩm. SVTH: Nguyễn Văn Lãm 14 Lớp: 62CK-QLM Đồ án thiết kế vị trí và mặt bằng và hệ thống công nghiệp Ngành: Kỹ thuật cơ khí Trong đó một số ngành đặc trưng như đóng tàu, đóng máy bay hay xây dựng thì mô hình này được sử dụng.