Đồ án tối ưu hóa mặt bằng nâng cao năng suất tại Công ty Bao bì nhựa Thái Dương

Nghiên cứu tối ưu hóa mặt bằng sản xuất tại nhà máy ly nhựa quấn giấy giúp nâng cao năng suất, ứng dụng mô phỏng 3D SketchUp và FlexSim.

• Tác giả: Nguyễn Thị Đông Ngân
• Người hướng dẫn: PGS. TS. Lê Minh Tài
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật công nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu tối ưu hóa mặt bằng để nâng cao năng suất trong nhà máy ly nhựa quấn giấy
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về tối ưu hóa mặt bằng nhà máy ly nhựa Thái Dương

Công ty TNHH Bao bì nhựa Thái Dương là đơn vị chuyên sản xuất ly nhựa quấn giấy tại Thành phố Hồ Chí Minh. Nhà máy vận hành hai phân xưởng sản xuất với quy mô lớn. Tuy nhiên, mặt bằng hiện tại chưa được bố trí hợp lý. Điều này dẫn đến lãng phí thời gian vận chuyển và giảm năng suất tổng thể. Nghiên cứu tối ưu hóa mặt bằng ra đời nhằm giải quyết bài toán này. Mục tiêu cốt lõi là sắp xếp lại máy móc, thiết bị và luồng vật liệu để rút ngắn chu kỳ sản xuất. Phương pháp tiếp cận dựa trên khảo sát thực địa, thu thập dữ liệu thực tế và mô phỏng bằng phần mềm FlexSim và SketchUp. Đây là đề tài tốt nghiệp được thực hiện bởi nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Minh Tài. Đề tài áp dụng các nguyên lý sản xuất tinh gọn vào từng công đoạn. Kết quả kỳ vọng là giảm chi phí vận chuyển nội bộ, nâng cao hiệu suất dây chuyền và cải thiện chất lượng sản phẩm đầu ra. Nghiên cứu mang giá trị thực tiễn cao cho ngành bao bì nhựa Việt Nam.

1.1. Giới thiệu về Công ty Bao bì nhựa Thái Dương

Công ty TNHH Bao bì nhựa Thái Dương hoạt động trong lĩnh vực sản xuất bao bì nhựa và ly nhựa quấn giấy. Công ty vận hành hai phân xưởng sản xuất chính với đội ngũ công nhân viên hơn 120 người. Sản phẩm chủ lực là ly nhựa quấn giấy phục vụ thị trường trong nước. Quy trình sản xuất trải qua nhiều công đoạn từ chuẩn bị nguyên liệu, tạo hình, kiểm tra bán thành phẩm đến đóng gói thành phẩm. Công ty đặt tiêu chuẩn ISO trong quản lý chất lượng và kiểm soát quy trình sản xuất hằng ngày.

1.2. Vai trò của bố trí mặt bằng trong sản xuất ly nhựa

Bố trí mặt bằng sản xuất ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành nhà máy. Một mặt bằng hợp lý giúp giảm quãng đường di chuyển của nguyên liệu và thành phẩm. Đồng thời, việc phân bố không gian đúng cách tối ưu hóa việc sử dụng diện tích nhà xưởng. Tại nhà máy ly nhựa, mỗi công đoạn sản xuất đều cần vị trí cụ thể và luồng vật liệu rõ ràng. Bố trí không hợp lý gây ra tắc nghẽn, tăng thời gian chờ và giảm năng suất tổng thể. Đây là lý do cốt lõi để thực hiện nghiên cứu tối ưu hóa mặt bằng tại Thái Dương.

II. Phân tích thực trạng mặt bằng nhà máy ly nhựa hiện tại

Quá trình khảo sát được thực hiện tại hai phân xưởng của Công ty Bao bì nhựa Thái Dương. Đối tượng khảo sát gồm 120 cán bộ công nhân viên. Trong đó, nhóm trực tiếp sản xuất chiếm 66,7% gồm trưởng ca, công nhân và nhân viên vận hành. Nhóm gián tiếp chiếm 33,3% gồm trưởng phòng, phó phòng và nhân viên văn phòng. Kết quả khảo sát chỉ ra dây chuyền ly nhựa quấn giấy là dây chuyền gặp nhiều vấn đề nhất. Công đoạn kiểm tra thành phẩm và bán thành phẩm chiếm tỷ lệ bất cập cao nhất. Tuy nhiên, tất cả các công đoạn đều tiềm ẩn rủi ro phát sinh. Nhà xưởng hiện tại chưa khai thác triệt để không gian theo chiều dọc. Luồng vận chuyển nội bộ chồng chéo gây lãng phí thời gian. Máy móc được bố trí theo thói quen lịch sử thay vì theo nguyên tắc kỹ thuật. Điều này dẫn đến cycle time kéo dài và chi phí vận hành cao hơn mức cần thiết. Phát hiện các nút thắt cổ chai trong dây chuyền là bước đầu tiên của quá trình cải tiến.

2.1. Các vấn đề tồn tại trong bố trí mặt bằng hiện tại

Mặt bằng hiện tại của nhà máy ly nhựa Thái Dương tồn tại nhiều điểm bất hợp lý. Máy móc được đặt theo cách truyền thống, chưa theo chuỗi giá trị sản xuất. Khoảng cách vận chuyển giữa các công đoạn quá lớn làm tăng thời gian chờ. Diện tích lưu kho bán thành phẩm chiếm không gian không cần thiết. Đường di chuyển của công nhân và vật liệu thường xuyên giao cắt nhau. Điều này tạo ra nguy cơ tai nạn lao động và giảm tốc độ sản xuất. Các điểm tắc nghẽn xuất hiện chủ yếu tại khâu kiểm tra chất lượng và đóng gói thành phẩm.

2.2. Tác động đến năng suất và chi phí sản xuất

Bố trí mặt bằng kém hiệu quả ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất nhà máy. Cycle time của từng sản phẩm bị kéo dài do thời gian vận chuyển nội bộ tăng cao. Chi phí nhân công cho hoạt động vận chuyển tăng không tạo ra giá trị gia tăng. Năng lực sản xuất thực tế thấp hơn đáng kể so với công suất thiết kế của máy móc. Chất lượng sản phẩm cũng chịu ảnh hưởng khi bán thành phẩm bị lưu kho quá lâu. Đây là những tổn thất lớn cần được loại bỏ thông qua tối ưu hóa bố trí mặt bằng một cách khoa học.

III. Giải pháp tối ưu hóa mặt bằng nhà máy ly nhựa Thái Dương

Nhóm nghiên cứu áp dụng kết hợp nhiều phương pháp để xây dựng phương án bố trí mặt bằng tối ưu. Phần mềm SketchUp được sử dụng để thiết kế và mô phỏng 3D toàn bộ nhà máy. FlexSim hỗ trợ mô phỏng logic hoạt động của quy trình sản xuất theo thời gian thực. Các nguyên lý sản xuất tinh gọn được áp dụng vào từng công đoạn để loại bỏ lãng phí. Phương pháp bố trí theo luồng sản xuất giúp sắp xếp máy móc theo thứ tự công nghệ. Khoảng cách vận chuyển được tối thiểu hóa thông qua phân tích ma trận luồng vật liệu. Nhân lực được phân bổ lại theo năng lực thực tế của từng công đoạn. Chuẩn hóa quy trình sản xuất giúp giảm biến động và tăng tính ổn định. Ứng dụng các thuật toán tối ưu hóa cho phép tìm ra phương án bố trí tốt nhất trong thời gian ngắn. Mục tiêu cuối cùng là rút ngắn cycle time, giảm chi phí vận chuyển nội bộ và nâng cao hiệu suất tổng thể của nhà máy ly nhựa.

3.1. Ứng dụng FlexSim và SketchUp trong mô phỏng mặt bằng

FlexSim là phần mềm mô phỏng sản xuất mạnh mẽ được sử dụng để kiểm tra phương án bố trí trước khi triển khai thực tế. Phần mềm cho phép mô phỏng toàn bộ luồng sản xuất, thời gian chu kỳ và điểm tắc nghẽn. SketchUp hỗ trợ tạo mô hình 3D trực quan của nhà máy giúp đội ngũ kỹ thuật dễ đánh giá phương án. Sự kết hợp hai công cụ này cho phép kiểm tra nhiều phương án bố trí khác nhau một cách nhanh chóng và chính xác trước khi áp dụng vào thực tế nhà xưởng, tiết kiệm chi phí cải tạo đáng kể.

3.2. Áp dụng sản xuất tinh gọn vào quy trình sản xuất ly nhựa

Sản xuất tinh gọn (Lean Manufacturing) loại bỏ 7 loại lãng phí trong quy trình sản xuất. Tại nhà máy Thái Dương, lãng phí vận chuyển và tồn kho được xác định là trọng tâm cải tiến. Chuẩn hóa thao tác làm việc tại từng trạm giúp giảm biến động và tăng chất lượng. Áp dụng nguyên tắc 5S tạo môi trường làm việc ngăn nắp và an toàn hơn. Hệ thống kiểm soát trực quan giúp phát hiện sự cố nhanh hơn. Các công cụ tinh gọn được tích hợp vào phương án bố trí mặt bằng mới để duy trì hiệu quả lâu dài.

IV. Kết quả và ứng dụng tối ưu hóa mặt bằng tại Thái Dương

Phương án bố trí mặt bằng tối ưu mang lại cải thiện đáng kể về hiệu suất sản xuất. Khoảng cách vận chuyển nội bộ giảm rõ rệt so với phương án ban đầu. Cycle time của dây chuyền sản xuất ly nhựa quấn giấy được rút ngắn đáng kể. Chi phí nhân công dành cho hoạt động vận chuyển không tạo giá trị được giảm thiểu. Năng lực sản xuất thực tế tiệm cận hơn với công suất thiết kế của máy móc. Chất lượng sản phẩm được cải thiện nhờ giảm thời gian lưu kho bán thành phẩm. Đội ngũ kiểm soát chất lượng ISO đánh giá tích cực về môi trường làm việc mới. Phương pháp nghiên cứu này có thể được nhân rộng sang các dây chuyền khác trong cùng công ty. Đây là nền tảng để Thái Dương tiếp tục cải tiến và mở rộng năng lực sản xuất trong tương lai. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp bộ tài liệu tham khảo có giá trị cho ngành bao bì nhựa Việt Nam nói chung, bao gồm file mô phỏng 3D, file logic FlexSim và tập thuyết minh chi tiết.

4.1. Kết quả đạt được sau tối ưu hóa mặt bằng sản xuất

Sau khi triển khai phương án bố trí mặt bằng mới, nhà máy ghi nhận nhiều cải tiến cụ thể. Luồng vận chuyển nguyên liệu và thành phẩm trở nên mạch lạc và không giao cắt. Thời gian chờ giữa các công đoạn được rút ngắn đáng kể. Diện tích kho bán thành phẩm được tối ưu, giải phóng không gian cho sản xuất. Năng suất tổng thể của dây chuyền ly nhựa quấn giấy tăng lên rõ ràng. Công nhân ít phải di chuyển hơn, giảm mệt mỏi và tăng tập trung vào công việc chính. Tỷ lệ lỗi sản phẩm giảm nhờ kiểm soát chất lượng tốt hơn tại từng công đoạn.

4.2. Hướng phát triển và nhân rộng mô hình tối ưu hóa

Mô hình tối ưu hóa mặt bằng tại Thái Dương mở ra hướng phát triển bền vững cho công ty. Phương pháp này có thể được áp dụng cho các dây chuyền sản xuất khác trong nhà máy. Việc tích hợp thêm công nghệ tự động hóa vào mặt bằng đã được tối ưu sẽ tạo ra bước nhảy vọt về năng suất. Dữ liệu mô phỏng từ FlexSim có thể được cập nhật định kỳ để theo dõi hiệu quả vận hành. Đây cũng là tài liệu tham khảo có giá trị cho các doanh nghiệp bao bì nhựa khác tại Việt Nam muốn cải thiện hiệu suất nhà máy thông qua tối ưu hóa mặt bằng khoa học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Với một quốc gia có tiếp nhận đầu tư lớn từ nước ngoài, các sản phẩm hàng hóa được xuất khẩu đến gần 200 quốc gia như Việt Nam thì cơ hội dành cho các ngành kinh tế nói chung và ngành bao bì nói riêng là vô cùng phát triển. Theo Hiệp hội Nhựa Việt Nam cho biết, ngành bao bì nhựa phát triển với tốc độ tăng trưởng bình quân hơn 25%/năm trong những năm gần đây. Với con số đó, nhiều doanh nghiệp đã đầu tư về máy móc, dây chuyền công nghệ mới, chuẩn hóa quy trình để cung cấp ra thị trường tiêu dùng những loại bao bì đa dạng về mẫu mã và đảm bảo chất lượng, tiêu chuẩn về vệ sinh an toàn thực phẩm. Nhưng để sở hữu được thị trường trong và ngoài nước, các doanh nghiệp buộc phải đảm bảo từ chi phí, chất lượng kể cả năng suất.

Vấn đề đặt ra là làm thế nào để sản xuất ra sản phẩm với chi phí thấp nhất, chất lượng cao nhất và đặc biệt là gỡ bỏ được các hao phí trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên để đạt được những yêu cầu trên thì đòi hỏi doanh nghiệp phải có sự đầu tư về đội ngũ công nhân viên, máy móc, thiết bị và các phương pháp tối ưu hoá mặt bằng trong dây chuyền sản xuất. Trước đây đã có rất nhiều đề tài, nghiên cứu được thực hiện trong và ngoài nước liên quan đến việc thiết kế, bố trí nhà xưởng và đạt được nhiều thành công, đặc biệt trong việc tối ưu hoá để góp phần nâng cao năng suất nhà xưởng. Và không thể không kể đến thành công trong dự án “Ứng Dụng Cân Bằng Chuyền Cải Tiến Chuyền Sản Xuất Cho Công Ty Cổ Phần Abc Việt Nam” của TS Đỗ Ngọc Hiền và các cộng sự sau khi bố trí lại các trạm trong dây chuyền sản xuất làm giảm tình trạng tồn hàng và nâng cao năng suất cho chuyền.

Cùng ý tưởng đó, đề tài nghiên cứu này được thực hiện tại một công ty sản xuất bao bì nhựa. Thông qua quá trình quan sát, tìm hiểu và đánh giá, nhóm nhận thấy dây chuyện sản xuất “Ly nhựa quấn giấy” tại công ty đang gặp một số vấn đề về lãng phí thời gian, phát sinh chi phí với các công đoạn dư thừa cũng như cách bố trí mặt bằng nhà xưởng chưa tối ưu hóa. Với mong muốn rút ngắn thời gian trên dây chuyền, nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm chi phí một cách đáng kể và có thể cạnh tranh trực tiếp với các doanh nghiệp khác thì việc tích hợp công đoạn và sắp xếp lại vị trí hợp lí là điều quan trọng và cần thiết. Vì vậy, nhóm đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu tối ưu hóa mặt bằng để nâng cao năng suất trong nhà máy ly nhựa quấn giấy”.2 Các công trình nghiên cứu liên quan TS.

Đỗ Ngọc Hiền và các cộng sự (2014) hướng tới việc phân tích và giải quyết vấn đề về cân bằng chuyền để tăng năng suất của chuyền lắp ráp các mặt hàng gỗ nội thất. Nhận thấy được năng suất của chuyền chỉ đạt 60% năng suất thiết kế tức là chuyền chưa đạt được năng suất cao nhất. Ngoài ra trong các chuyền lắp ráp, vị trí các trạm thường xuyên bị thay đổi và việc bố trí chuyền dựa trên kinh nghiệm nên thường xuyên xảy ra tình trạng ứ đọng, tồn hàng. Sau khi bố trí lại các trạm và nhân lực cho chuyền 6, thời gian rỗi (Idle time) của các trạm mới giảm đáng kể so với trạm cũ và không còn xuất hiện điểm nghẽn.[1] Nguyễn Ngọc Hiền (2015) đã sử dụng các giải thuật TCR và SLP thông qua các chỉ tiêu cực tiểu chi phí di chuyển, chỉ tiêu cực đại mối quan hệ gần kề và tổng quãng đường di chuyển thực tế.

Đã trình bày thiết kế nhà xưởng may tại trung tâm sản xuất của Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Vinatex Thành phố Hồ Chí Minh. Với kết quả là tiết kiệm hơn 23 triệu đồng mỗi tháng cho việc đi lại và tạo ra môi trường làm việc an toàn và thoải mái, an toàn. [2] Cũng với giải thuật TCR và SLP, Nguyễn Phước Sơn và cộng sự (2016) cũng thu được kết quả là nhóm tác giả đã có thể giảm chi phí vận chuyển và tạo ra một môi trường làm việc an toàn và thoải mái. Tận dụng tốt hơn thiết bị và không gian sàn bằng cách loại bỏ tắc nghẽn và nâng cao hiệu quả sản xuất của thiết bị hiện có đồng thời giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.[3] Peter Burggraf và các cộng sự (2021) với mục đích phát triển và thiết lập một hệ thống chức năng, tích hợp cho thiết kế bố trí tự động có thể được áp dụng vào thực tế.

Việc xem tài liệu có hệ thống được áp dụng để có thể xác định các hành động trong việc thiết kế bố trí nhà máy tự động. Dự án này giải quyết các thuật toán hiện có để lập kế hoạch bố trí tự động như phương pháp luận theo Vom Brocke, phương pháp AHP (Analytic hierarchy process),…Phân biệt giữa heuristics và metaheuristics, đề cập các phương pháp và tích hợp các tiêu chí định tính. Chứng minh rằng phương pháp kết hợp của các thuật toán xây dựng và tối ưu hóa là có hiệu quả.[4] Ngô Văn Đức Thành và Huỳnh Thanh Tuấn (2021) - sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã thiết kế và bố trí các layout hệ thống sản xuất, mô phỏng tìm ra các nút thắt cổ chai và tìm cách giải quyết vấn đề. Đề tài đã áp dụng phương pháp Lean để tối ưu hóa thiết kế nhà máy và đặc biệt sử dụng phương pháp SLP (Systematic Layout Planning) để bố trí sắp xếp các khu vực, dòng chảy vật liệu, chuỗi cung ứng trong nhà máy.

2 Nâng cao hiệu quả sử dụng các nguồn lực đầu vào, tăng năng suất lao động, giảm thời gian chờ đợi, giảm di chuyển, giảm dư thừa các hoạt động trong quy trình làm việc. Chakroun và các cộng sự (2022) nghiên cứu đánh giá một nhà máy chuyên sản xuất các loại phụ kiện đồng thau sử dụng bối cảnh công nghiệp 4.0 để tạo điều kiện cho quy trình vận hành của nhà máy. Nhà máy đang gặp khó khăn về hiệu suất do những khó khăn gặp phải trong khi di chuyển các phụ kiện đến bộ phận lắp ráp dẫn đến sự chậm trễ. Để giải quyết tình trạng này, nghiên cứu đề xuất cách bố trí cơ sở mới sử dụng phương pháp sản xuất tinh gọn kết hợp sử dụng thuật toán CORELAP và mô phỏng.

Kết quả quy trình sản xuất tăng lên hàng ngày với hiệu suất chu kì 92%, sự gia tăng năng suất với thời gian sản xuất thực tế từ 9395,7 phút để sản xuất trung bình 191 mặt hàng/ngày lên thời gian sản xuất là 8738 phút để sản xuất trung bình 205 mặt hàng/ngày (tăng hiệu suất sản xuất mỗi ngày lên 14 mặt hàng).[6] María Velásquez và các cộng sự (2022) thực hiện nghiên cứu nhằm mục đích phân tích các điều kiện quy trình chung trong một công ty nội thất ở Colombia. Họ thực hiện lập sơ đồ chuỗi giá trị (VSM) nhằm xác định nguyên nhân dẫn đến việc chậm giao hàng cho khách hàng là lãng phí về mặt vận chuyển, hàng tồn kho, gia công quá mức. Những lãng phí này làm giảm năng suất, ảnh hưởng đến chất lượng cuối cùng của sản phẩm và họ quyết định lên kế hoạch cải tiến để giảm lãng phí dựa trên các nguyên tắc tinh gọn. Việc thực hiện 5S và bố trí lại các khu vực làm giảm thời gian chu kỳ xuống 40,4%, tăng công suất lên 21%, giảm thời gian chết và thời gian nhàn rỗi cho phép các công ty giảm thiểu kích thước của lô, giảm hàng tồn kho trong quá trình và thành phẩm.[7] Matthias Klar và các cộng sự (2022) nhận thấy việc bố trí nhà máy không phù hợp dẫn đến các chi phí phát sinh không đáng có.

Đặc biệt là chi phí vận hành. Và quá trình lập kế hoạch tốn nhiều thời gian, nhiều tham số lập kế hoạch phải được xem xét dẫn đến không gian giải pháp lớn. Với vấn đề được đặt ra, nhóm đã triển khai ý tưởng thực hiện phương pháp lập kế hoạch bố cục dựa trên Ủ lượng tử (QA) và chứng minh các ưu điểm của nó về khả năng mở rộng, chất lượng giải pháp và thời gian tính toán. Lấy mục tiêu tối ưu hóa sử dụng khoảng cách vận chuyển, các vấn đề có thể được giải quyết trong vài giây.3 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu 1.1 Mục tiêu Với mục tiêu tối ưu hóa mặt bằng nhà máy sản xuất ly nhựa quấn giấy cùng với chuẩn hóa dây chuyền sản xuất để rút ngắn cycle time và nâng cao hiệu suất, chất lượng sản phẩm: 3 - Ứng dụng các phương pháp thiết kế và bố trí mặt bằng sản xuất để thiết kế được mặt bằng hợp lý đối với nhà máy sản xuất, sử dụng các khoảng không gian một cách triệt để vào quá trình sản xuất.

- Sắp xếp, bố trí máy móc, phân bố nhân lực và chuẩn hóa quy trình sản xuất để giảm cycle time và các thời gian không cần thiết, nâng cao hiệu suất sản xuất ly nhựa quấn giấy. - Ứng dụng tinh gọn vào từng công đoạn và tổng thể quy trình sản xuất. Giảm các loại lãng phí, chi phí sản xuất. Đặc biệt là chi phí vận chuyển.

- Nâng cao năng suất nhà máy, chất lượng sản phẩm. - Phát hiện nhanh các vấn đề phát sinh và có hướng giải quyết phù hợp.2 Phương pháp nghiên cứu Để đề tài được thực hiện theo kế hoạch rõ ràng về mặt nội dung và số liệu thực tế. Nhóm đã áp dụng các phương pháp sau: - Khảo sát nhà máy, hiện trường thực tế bắt đầu từ mặt bằng khu vực nhà máy, khu vực sản xuất. - Thu thập dữ liệu của quá trình sản xuất.

- Phân tích và khái quát quy trình của nhà máy. - Tham khảo các tài liệu về thiết kế, bố trí mặt bằng sản xuất và các công cụ tinh gọn để áp dụng vào quy trình sản xuất. - Thiết kế mô hình 3D với Sketchup. - Mô phỏng logic trực quan nhà máy bằng phần mềm Flexsim.

- Phân tích và đánh giá kết quả mô phỏng. - Đưa ra giải pháp cải tiến.4 Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền công nghiệp 4.0, nhu cầu về các mặt hàng tiêu dùng ngày một tăng cao đòi hỏi các nhà sản xuất phải cung cấp cho thị trường người tiêu dùng các sản phẩm đa dạng phong phú nhưng vẫn phải đảm bảo về mặt chất lượng lẫn giá thành.