Tổng quan nghiên cứu

Năm 2021 ghi nhận bước tăng trưởng vượt bậc của ngành lâm sản Việt Nam với tổng kim ngạch xuất khẩu gỗ và lâm sản đạt 15,87 tỉ USD, tăng 20% so với kế hoạch và tăng 20% so với năm 2020. Trong đó, giá trị xuất siêu đạt mức kỷ lục 12,94 tỉ USD, đóng góp trên 30% tổng trị giá xuất khẩu nông lâm thủy sản cả nước. Riêng thị trường Hoa Kỳ chiếm tỷ trọng áp đảo 59,24% tổng kim ngạch với 8,77 tỉ USD, tiếp tục đà bứt phá trong quý 1 năm 2022 khi kim ngạch toàn ngành đạt trên 4 tỉ USD, tăng 5,6% so với cùng kỳ. Đứng trước áp lực cạnh tranh toàn cầu và chi phí đầu vào gia tăng, việc tối ưu hóa năng suất thiết bị, loại bỏ các nút thắt kỹ thuật và đồng bộ hóa dây chuyền gia công trở thành điều kiện sống còn của các nhà máy sản xuất đồ mộc xuất khẩu.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán định mức và đánh giá năng lực sản xuất thực tế tại Công ty Trách nhiệm hữu hạn Một thành viên Chế biến Gỗ Đông Hòa, tọa lạc tại số 502A đường Lý Thường Kiệt, khu phố Thống Nhất 1, thành phố Dĩ An, tỉnh Bình Dương. Doanh nghiệp sở hữu tổng diện tích đất 15.172 m² cùng diện tích nhà xưởng 8.285 m², chuyên chế biến và gia công nội thất xuất khẩu sang các thị trường khó tính như châu Âu và Mỹ.

Mục tiêu cốt lõi của đề tài là tính toán định lượng năng suất máy trên toàn bộ các công đoạn chế biến sản phẩm ghế Sahara-Bar stool trong ca làm việc tiêu chuẩn 8 giờ tương đương 28.800 giây. Nghiên cứu được triển khai liên tục từ ngày 08/10/2022 đến ngày 08/02/2023. Kết quả khảo sát mang ý nghĩa thực tiễn to lớn, cung cấp cơ sở dữ liệu chính xác giúp doanh nghiệp nâng cao hệ số sử dụng thiết bị từ mức 0,65 lên trên 0,80, cân bằng nhịp sản xuất giữa khâu sơ chế và tinh chế, giảm thiểu tối đa thời gian lãng phí và hạ giá thành sản phẩm một cách bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết quản trị sản xuất công nghiệp, lý thuyết điểm nghẽn và nguyên lý công nghệ chế biến gỗ hiện đại. Ba khái niệm nền tảng được chuẩn hóa gồm: Hệ số sử dụng thời gian máy, định mức thời gian tác nghiệp và chu kỳ gia công chi tiết. Trong quy trình công nghệ gỗ, thời gian một ca sản xuất tiêu chuẩn được xác định cố định là 480 phút tức 28.800 giây.

Mô hình tính toán năng suất kỹ thuật cho nhóm máy gia công gián đoạn theo chu kỳ như máy cưa cắt chọn, máy cưa hai đầu, máy phay mộng và máy khoan đứng được biểu diễn qua phương trình:

$$A = \frac{T \cdot \eta}{t_c + t_p}$$

Trong đó, $A$ là năng suất thực tế tính bằng chi tiết trên ca, $T$ là tổng quỹ thời gian làm việc trong một ca (28.800 giây), $\eta$ là hệ số sử dụng thời gian hữu ích của máy (dao động thực tế từ 0,65 đến 0,80), $t_c$ là thời gian công nghệ chính để cắt gọt một chi tiết (giây), và $t_p$ là thời gian phụ trợ cho các thao tác gá đặt, kẹp phôi và dỡ tải (giây).

Đối với nhóm thiết bị gia công cấp phôi liên tục như máy bào hai mặt và máy chà nhám thùng, năng suất được xác định theo mô hình động học dòng phôi:

$$A = \frac{T \cdot u \cdot n \cdot t_m \cdot t_t}{L \cdot m}$$

Trong đó, $u$ là vận tốc nạp phôi (đạt 83,33 mm/giây), $n$ là số thanh phôi nạp cùng một lượt, $m$ là số lần thao tác gia công, $L$ là chiều dài danh nghĩa của chi tiết gỗ (mm), $t_m$ là hệ số sử dụng máy và $t_t$ là hệ số thời gian làm việc có ích (trung bình đạt 0,70).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sơ cấp được thu thập thông qua phương pháp quan sát thực nghiệm và bấm giờ bấm giây trực tiếp tại xưởng sản xuất đối với 11 cụm máy gia công chuyên dụng. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 30 đến 50 chu kỳ bấm giờ độc lập cho từng vị trí gia công các cấu kiện chính của ghế Sahara-Bar stool: chân ghế có quy cách phôi 45x45x620 mm, kiềng chân 20x40x300 mm, diềm ghế 15x99x290 mm và ke góc 20x80x100 mm. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên nhiều thời điểm trong các ca sản xuất ban ngày nhằm triệt tiêu các sai số do biến động tâm lý và sự mệt mỏi của người lao động.

Lý do lựa chọn phương pháp bấm giờ phân đoạn kết hợp xử lý thống kê trên phần mềm chuyên dụng là nhằm bóc tách chuẩn xác giữa thời gian chính gia công cơ học ($t_c$) và thời gian phụ trợ thao tác tay ($t_p$), loại bỏ các khoảng dừng máy ngẫu nhiên ngoài quy trình. Toàn bộ thông số kích thước, dung sai hình học được kiểm chứng bằng thước kẹp cơ khí chính xác 0,02 mm và mô hình hóa kiểm tra liên kết trên bản vẽ kỹ thuật AutoCAD.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích định lượng chu kỳ gia công 11 thiết bị máy móc đã chỉ ra sự chênh lệch công suất vô cùng sâu sắc giữa các khâu sản xuất:

NĂNG SUẤT GIA CÔNG CÁC THIẾT BỊ CHỦ LỰC (Chi tiết/Ca 8h)
Nhám thùng    ████████████████████████████████ 27.990
Bào 2 mặt     ███████████████████████████████ 26.946
Chà cước      ███████████████ 13.069
Khoan đứng    ████ 3.651
Cắt chọn      ███ 2.627
Ripsaw        ██ 2.048
Cưa 2 đầu     ██ 1.995
Chà chổi      ██ 1.707
Toupie        █ 1.214
Mộng dương    █ 956
Mộng âm       █ 778

Thứ nhất, tại công đoạn tạo phôi sơ chế, máy bào hai mặt model GT-610B đạt năng suất vượt trội 26.946 chi tiết/ca nhờ tốc độ nạp phôi cơ giới hóa liên tục $u = 83,33\text{ mm/giây}$, trong khi máy cưa Ripsaw chỉ đạt 2.048 chi tiết/ca và máy cưa cắt chọn đạt 2.627 chi tiết/ca. Năng suất máy bào cao gấp 13,1 lần so với máy cưa Ripsaw và gấp 10,2 lần máy cắt chọn.

Thứ hai, tại công đoạn gia công tinh chế và tạo mộng liên kết, máy đánh mộng âm trở thành điểm nghẽn nghiêm trọng nhất toàn xưởng khi chỉ đạt 778 chi tiết/ca với thời gian chính $t_c = 19,38\text{ giây}$ và thời gian phụ $t_p = 4,57\text{ giây}$. Năng suất máy đánh mộng dương liền kề đạt 956 chi tiết/ca ($t_c = 12,41\text{ giây}$, $t_p = 7,15\text{ giây}$).

Thứ ba, công đoạn chà nhám và hoàn thiện bề mặt ghi nhận công suất cực lớn của máy chà nhám thùng BKM-2560DA đạt 27.990 chi tiết/ca và máy chà cước thùng đạt 13.069 chi tiết/ca. Năng suất máy chà nhám thùng cao gấp 35,9 lần so với máy đánh mộng âm.

Thứ tư, các thiết bị định hình phụ trợ duy trì mức công suất trung bình gồm: máy khoan đứng đạt 3.651 chi tiết/ca ($t_c = 2,50\text{ giây}$, $t_p = 3,02\text{ giây}$), cưa hai đầu đạt 1.995 chi tiết/ca, máy chà nhám chổi đạt 1.707 chi tiết/ca và máy phay Toupie định hình đạt 1.214 chi tiết/ca do thời gian phụ gá đặt $t_p$ lên tới 11,89 giây.

Nhóm công đoạn Thiết bị gia công Thời gian chính $t_c$ (s) Thời gian phụ $t_p$ (s) Hệ số $\eta$ hoặc $t_m$ Năng suất thực tế (chi tiết/ca) Đánh giá trạng thái chuyền
Sơ chế - Tạo phôi Máy bào 2 mặt Theo tốc độ nạp phôi 20,66 0,70 26.946 Dư thừa công suất
Máy cưa cắt chọn 1,80 5,32 0,65 2.627 Tiềm ẩn ứ đọng phôi
Cưa Ripsaw 3,90 7,35 0,80 2.048 Nút thắt sơ chế
Tinh chế - Tạo mộng Cưa 2 đầu 3,36 6,03 0,65 1.995 Ổn định trung bình
Máy khoan đứng 2,50 3,02 0,70 3.651 Đáp ứng tiến độ
Máy phay Toupie 3,53 11,89 0,65 1.214 Thời gian gá đặt cao
Máy mộng dương 12,41 7,15 0,65 956 Công suất thấp
Máy mộng âm 19,38 4,57 0,65 778 Nút thắt cổ chai chính
Hoàn thiện bề mặt Chà nhám thùng Theo tốc độ nạp phôi 21,46 0,70 27.990 Dư thừa công suất
Máy chà cước Theo tốc độ nạp phôi 10,02 0,70 13.069 Dư thừa công suất
Chà nhám chổi 7,94 3,02 0,65 1.707 Cần hỗ trợ thủ công

Thảo luận kết quả

Sự mất cân đối sâu sắc giữa công đoạn tạo mộng (778 chi tiết/ca) và công đoạn làm nhẵn (27.990 chi tiết/ca) phản ánh đặc thù công nghệ bán tự động phổ biến trong ngành chế biến gỗ. Toàn bộ dữ liệu định mức chu kỳ thao tác được trực quan hóa thông qua biểu đồ cột so sánh năng suất và bảng cân bằng chuyền sản xuất chi tiết.

Nguyên nhân cốt lõi khiến máy đánh mộng âm và máy cưa Ripsaw trở thành nút thắt cổ chai bắt nguồn từ ba yếu tố: thời gian phụ trợ $t_p$ chiếm tỷ trọng quá lớn (lên tới 65,3% chu kỳ ở máy Ripsaw và 77,1% ở máy Toupie) do thao tác kẹp giữ phôi bằng tay; số lượng thiết bị gia công mộng còn hạn chế; lượng bụi gỗ phát tán tại khu vực phay cắt lớn làm cản trở tầm nhìn và giảm nhịp độ thao tác của công nhân.

So với các khảo sát tại các nhà máy chế biến gỗ nội thất trong khu vực Đông Nam Bộ, hệ số chênh lệch năng suất vượt mức 30 lần giữa khâu mộng và khà nhám tại Đông Hòa đòi hỏi phải tái cơ cấu ngay quy trình cấp phát phôi nhằm giải phóng công suất tổng thể.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để các nút thắt kỹ thuật và nâng cao hiệu suất toàn bộ dây chuyền sản xuất ghế Sahara-Bar stool, bốn giải pháp trọng tâm được kiến nghị thực hiện:

  • Đầu tư trang bị bổ sung 02 máy đánh mộng âm CNC tự động đa trục: Ban Giám đốc cùng Phòng Kỹ thuật cần triển khai mua sắm trong quý 2 năm 2023 nhằm nâng công suất khâu đánh mộng âm từ 778 chi tiết/ca lên tối thiểu 2.500 chi tiết/ca, tương ứng mức tăng 221%, loại bỏ hoàn toàn điểm nghẽn lớn nhất trong xưởng tinh chế.
  • Tái cấu trúc mặt bằng phân xưởng 8.285 m² theo nguyên lý dòng chảy một chiều: Bộ phận Quản trị sản xuất và Trưởng xưởng chịu trách nhiệm hoàn thành sắp xếp lại vị trí giữa máy cắt chọn, cưa Ripsaw và máy bào hai mặt trong vòng 30 ngày, giảm thiểu 35% quãng đường di chuyển phôi và rút ngắn thời gian chờ bán thành phẩm.
  • Chuẩn hóa đồ gá dưỡng kẹp nhanh và đào tạo kỹ năng thao tác: Tổ trưởng sản xuất phối hợp chuyên viên KCS tổ chức huấn luyện định kỳ 2 tuần/lần, đặt mục tiêu rút ngắn thời gian phụ $t_p$ trên máy Ripsaw từ 7,35 giây xuống dưới 4,0 giây, nâng hệ số sử dụng thời gian có ích $\eta$ từ 0,65 lên 0,80.
  • Nâng cấp hệ thống hút bụi cục bộ công suất 50HP và lập lịch bảo trì thiết bị: Đội Cơ điện thực hiện bảo dưỡng và mài bén dao phay, lưỡi cưa định kỳ sau mỗi 40 giờ vận hành liên tục, giảm thiểu 90% nồng độ bụi phát tán tại cụm máy Toupie và máy mộng, đảm bảo máy móc hoạt động liên tục không dừng đột xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và tính học thuật cao, là tài liệu tham khảo hữu ích cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn:

  • Kỹ sư công nghệ gỗ và Trưởng xưởng sản xuất nội thất: Sử dụng phương pháp luận tính toán chu kỳ $t_c, t_p$ và các công thức định mức năng suất để thiết lập kế hoạch điều độ đơn hàng, bố trí ca kíp làm việc tối ưu cho nhà xưởng.
  • Giám đốc điều hành và Ban quản trị doanh nghiệp chế biến lâm sản: Khai thác mô hình phân tích điểm nghẽn kinh tế kỹ thuật để đưa ra quyết định đầu tư máy móc chuẩn xác, tránh lãng phí vốn vào các khâu đã dư thừa công suất như máy bào và chà nhám.
  • Chuyên viên cải tiến năng suất và kỹ sư quản lý công nghiệp (IE): Ứng dụng hệ thống dữ liệu bấm giờ thực tế trên 11 thiết bị máy gỗ để làm chuẩn đo lường phục vụ các dự án tinh gọn quy trình sản xuất (Lean Manufacturing) và cân bằng chuyền lắp ráp.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Công nghệ Chế biến Lâm sản: Dùng làm tài liệu giảng dạy, học tập chuyên sâu về phương pháp tính toán định mức thiết bị gia công cơ khí gỗ và thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất đồ mộc xuất khẩu.

Câu hỏi thường gặp

Nút thắt năng suất lớn nhất trong dây chuyền gia công ghế Sahara-Bar stool nằm ở đâu?

Nút thắt cổ chai nghiêm trọng nhất nằm ở máy đánh mộng âm với năng suất chỉ đạt 778 chi tiết/ca, kế tiếp là máy đánh mộng dương đạt 956 chi tiết/ca. Sự chậm trễ ở khâu tạo liên kết mộng làm nghẽn toàn bộ dòng bán thành phẩm chuyển sang khâu chà nhám thùng vốn có năng suất lên tới 27.990 chi tiết/ca.

Điểm khác biệt căn bản giữa công thức tính năng suất máy chu kỳ và máy liên tục là gì?

Máy chu kỳ (như cưa đĩa, máy mộng, máy khoan) phụ thuộc trực tiếp vào tổng thời gian chính và thời gian phụ ($t_c + t_p$) cho từng chi tiết đơn lẻ. Trong khi đó, máy cấp phôi liên tục (như máy bào, nhám thùng) phụ thuộc vào tốc độ nạp phôi cơ giới $u = 83,33\text{ mm/giây}$, số phôi nạp đồng thời và chiều dài danh nghĩa của chi tiết gỗ.

Nguyên liệu gỗ Tràm và ván MDF ứng dụng trong sản phẩm cần đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật nào?

Gỗ Tràm (Acacia) tự nhiên dùng làm chân ghế ($620\text{ mm}$), diềm ($290\text{ mm}$) và kiềng chân ($300\text{ mm}$) phải đạt độ ẩm tiêu chuẩn từ 8% đến 12%, tỷ lệ pha keo ghép từ 12% đến 15%. Ván lót mặt MDF 12 mm yêu cầu bề mặt phẳng đồng màu tuyệt đối, không hở keo ghép nối.

Tại sao thời gian phụ trợ của máy cưa Ripsaw và máy Toupie lại chiếm tỷ trọng rất cao?

Tại máy cưa Ripsaw, thời gian phụ $t_p$ lên tới 7,35 giây (so với thời gian cắt $t_c = 3,90\text{ giây}$), và máy Toupie có $t_p = 11,89\text{ giây}$. Nguyên nhân do công nhân phải thực hiện đo ngắm loại bỏ khuyết tật gỗ, gá kẹp phôi và dỡ bán thành phẩm hoàn toàn bằng tay mà chưa có cữ kẹp định vị tự động.

Giải pháp kỹ thuật nào giúp nâng cao năng suất tức thì mà không đòi hỏi chi phí đầu tư lớn?

Giải pháp khả thi nhất là chuẩn hóa đồ gá nẹp dưỡng nhanh tại máy cưa Ripsaw và máy mộng, kết hợp cân bằng lại mặt bằng xưởng 8.285 m². Biện pháp này giúp giảm thời gian thao tác phụ $t_p$ từ 30% đến 40%, lập tức nâng sản lượng chuyền thêm 15% đến 20% mà không phát sinh chi phí mua sắm lớn.

Kết luận

  • Đã lượng hóa chính xác năng suất thực tế của 11 cụm thiết bị sản xuất ghế Sahara-Bar stool tại Công ty Gỗ Đông Hòa trong ca làm việc 28.800 giây.
  • Xác lập dải công suất chênh lệch cực lớn từ 778 chi tiết/ca (máy đánh mộng âm) đến 27.990 chi tiết/ca (máy chà nhám thùng).
  • Chỉ rõ hai điểm nghẽn cốt lõi của quy trình sản xuất nằm tại công đoạn cưa rong Ripsaw và khâu phay mộng âm/dương.
  • Đề xuất đồng bộ 4 nhóm giải pháp kỹ thuật gồm đầu tư máy CNC, tối ưu hóa mặt bằng 8.285 m², cải tiến đồ gá và nâng cấp trạm hút bụi 50HP.
  • Cung cấp nguồn dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác phục vụ công tác điều độ sản xuất và mở rộng nghiên cứu sang các dòng sản phẩm nội thất xuất khẩu khác.

Các doanh nghiệp chế biến gỗ và các nhà nghiên cứu quan tâm có thể áp dụng ngay mô hình tính toán định mức và giải pháp cân bằng chuyền này để tối ưu hóa chi phí vận hành, loại bỏ lãng phí và gia tăng vượt bậc năng lực cạnh tranh trên thị trường đồ gỗ quốc tế.