Nghiên cứu ứng dụng Lean để giảm lãng phí và nâng cao chất lượng sản phẩm trong nhà máy thực phẩm

• Tác giả: Văn Thị Trâm
• Người hướng dẫn: PGS. TS Đỗ Ngọc Hiền
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật công nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Lean Vào Giảm Lãng Phí Và Cải Tiến Chất Lượng Sản Phẩm Trong Nhà Máy Thực Phẩm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.1.3. Nội dung luận văn
• 1.1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.1.5. Ý nghĩa nghiên cứu
• 1.1.6. Bố cục luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN
• 2.1. PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Mô hình DMAIC
• 2.1.2. Biểu đồ xương cá/ Biểu đồ nhân quả
• 2.1.3. Phương pháp tiêu chuẩn hóa công việc (Standardization)
• 2.1.4. Phương pháp thiết kế thí nghiệm (Taguchi)
• 2.1.5. Phương pháp phân tích sai hỏng và tác động của nó (FMEA-Failure Mode and Effects analysis)
• 2.1.6. Phương pháp phân tích 5 Why
• 2.2. CHI TIẾT TRIỂN KHAI LUẬN VĂN
• 2.3. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 3.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 3.2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHUNG
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU THEO CHU TRÌNH DMAIC
• 4.1. XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU (DEFINE)
• 4.2. ĐO LƯỜNG VÀ PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN (MEASURE & ANALYZE)
• 4.3. TIẾN HÀNH CẢI TIẾN (IMPROVE)
• 4.3.1. Đối với kiểm soát nhiệt độ khu vực tiệt trùng
• 4.3.2. Đối với kiểm soát nguồn nguyên liệu đầu vào
• 4.4. KIỂM SOÁT HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH CẢI TIẾN (CONTROL)
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. KẾT QUẢ THỰC HIỆN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Giới thiệu chung

Trong lĩnh vực sản xuất, việc áp dụng Lean manufacturing đã trở thành một xu hướng quan trọng nhằm tối ưu hóa quy trình và nâng cao chất lượng sản phẩm. Đặc biệt trong ngành thực phẩm, nơi mà chất lượng và chi phí sản xuất luôn được đặt lên hàng đầu. Giảm lãng phí không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn cải thiện hiệu suất sản xuất. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng các công cụ của phương pháp Lean để xác định và loại bỏ các lãng phí trong quy trình tiệt trùng của nhà máy thực phẩm. Kết quả đạt được sẽ giúp nâng cao chỉ số chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó nâng cao vị thế cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường.

1.1. Tầm quan trọng của Lean trong sản xuất thực phẩm

Việc áp dụng Lean manufacturing trong ngành thực phẩm giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu thời gian và chi phí. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc cải tiến quy trình sản xuất không chỉ tăng cường hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu các khiếu nại từ khách hàng. Theo một nghiên cứu gần đây, áp dụng Lean đã giúp các doanh nghiệp thực phẩm cải thiện tỷ lệ RFT từ 90% lên 95%, đồng thời giảm thiểu lãng phí năng lượng và nguyên vật liệu. Một trong những công cụ quan trọng trong Lean là chu trình DMAIC, giúp xác định vấn đề và cải tiến quy trình một cách hiệu quả.

II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp và công cụ trong Lean manufacturing để phân tích và cải tiến quy trình sản xuất. Mô hình DMAIC được áp dụng để xác định vấn đề, đo lường và phân tích nguyên nhân, từ đó tiến hành cải tiến và kiểm soát hiệu quả quy trình. Các công cụ như biểu đồ xương cá và phân tích 5 Why cũng được sử dụng để xác định nguồn gốc của các vấn đề trong quy trình. Việc áp dụng phương pháp tiêu chuẩn hóa công việc giúp đảm bảo rằng các cải tiến được duy trì và phát triển liên tục. Kết quả từ việc áp dụng các công cụ này đã cho thấy sự giảm thiểu đáng kể trong lãng phí và nâng cao chất lượng sản phẩm.

2.1. Mô hình DMAIC

Mô hình DMAIC (Define, Measure, Analyze, Improve, Control) là một công cụ cốt lõi trong Lean manufacturing. Mô hình này giúp xác định và giải quyết các vấn đề trong quy trình sản xuất một cách hệ thống. Bước đầu tiên, Define, xác định rõ ràng vấn đề cần giải quyết. Tiếp theo, Measure, thu thập dữ liệu để đánh giá hiện trạng. Analyze giúp phân tích dữ liệu để tìm ra nguyên nhân gốc rễ của vấn đề. Improve là giai đoạn triển khai các giải pháp cải tiến, trong khi Control đảm bảo rằng những cải tiến này được duy trì trong thời gian dài. Việc áp dụng mô hình DMAIC đã cho phép nhà máy thực phẩm giảm thiểu tỷ lệ lỗi sản phẩm và tiết kiệm chi phí sản xuất.

III. Kết quả thực hiện và kiến nghị

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng Lean đã mang lại những tín hiệu tích cực cho nhà máy thực phẩm. Chỉ số RFT đã tăng từ 95% lên 97.1%, trong khi lượng LPG tiêu thụ giảm từ 22.99 kg/MT xuống còn 19.66 kg/MT. Những cải tiến này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu cũng khuyến nghị rằng, để duy trì và phát triển những kết quả đạt được, nhà máy cần tiếp tục áp dụng các công cụ Lean và thực hiện các chương trình đào tạo cho nhân viên về tầm quan trọng của việc cải tiến liên tục. Điều này sẽ giúp xây dựng một văn hóa cải tiến trong tổ chức, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất trong tương lai.

3.1. Kiến nghị cho doanh nghiệp

Để duy trì hiệu quả của các cải tiến đã thực hiện, doanh nghiệp cần có kế hoạch cụ thể cho việc đào tạo nhân viên về quản lý lãng phí và các công cụ Lean. Ngoài ra, việc theo dõi và đánh giá định kỳ các chỉ số hiệu suất là rất quan trọng. Doanh nghiệp cũng nên xem xét việc mở rộng áp dụng Lean sang các bộ phận khác trong nhà máy để tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất. Sự cam kết từ ban lãnh đạo trong việc hỗ trợ và thúc đẩy văn hóa cải tiến liên tục là yếu tố quyết định cho thành công lâu dài.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp thực phẩm ngày càng phát triển và cạnh tranh gay gắt, việc nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời giảm thiểu lãng phí trong sản xuất trở thành mục tiêu quan trọng của các doanh nghiệp. Nhà máy sản xuất gia vị OL tại khu công nghiệp Giang Điền, Đồng Nai, với công suất gần 18.000 tấn tiêu tiệt trùng và 12.000 tấn tiêu nghiền mỗi năm, đã ghi nhận tỉ lệ sản phẩm đạt chất lượng ngay lần đầu (RFT) đạt 95% năm 2021, cùng mức tiêu thụ năng lượng LPG là 22.99 kg/tấn sản phẩm và lượng nước sử dụng 0.63 m³/tấn sản phẩm. Tuy nhiên, các chỉ số này chưa đáp ứng kỳ vọng nâng lên 97% RFT, giảm LPG xuống 22.7 kg/tấn và nước xuống 0.6 m³/tấn trong giai đoạn 2022-2023. Vấn đề chính tập trung tại dây chuyền tiệt trùng hơi nước, nơi phát sinh các lỗi sản phẩm như tinh dầu thấp, dung trọng thấp và tái nhiễm vi sinh, chiếm hơn 80% tổng số lỗi. Nghiên cứu nhằm ứng dụng các công cụ Lean Manufacturing để nhận diện và loại bỏ các lãng phí, cải tiến quy trình nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và tiết kiệm năng lượng, góp phần tăng hiệu quả sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh của nhà máy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết Lean Manufacturing, tập trung vào việc loại bỏ bảy loại lãng phí chính trong sản xuất: sản xuất dư thừa, tồn kho, vận chuyển, khuyết tật sản phẩm, xử lý thừa, thao tác thừa và chờ đợi. Lean được triển khai thông qua chu trình DMAIC gồm năm bước: Define (Xác định vấn đề), Measure (Đo lường), Analyze (Phân tích), Improve (Cải tiến), Control (Kiểm soát). Các công cụ hỗ trợ bao gồm biểu đồ Pareto để xác định nguyên nhân chính gây lỗi, biểu đồ xương cá (Ishikawa) để phân tích nguyên nhân gốc rễ, phương pháp 5 Why để đào sâu nguyên nhân, phương pháp tiêu chuẩn hóa công việc nhằm duy trì cải tiến, và thiết kế thí nghiệm Taguchi để tối ưu hóa các thông số quy trình. Ngoài ra, phương pháp FMEA được sử dụng để đánh giá mức độ rủi ro của các nguyên nhân gây lỗi dựa trên chỉ số RPN (Risk Priority Number).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện tại dây chuyền tiệt trùng hơi nước của nhà máy OL trong giai đoạn từ tháng 9/2022 đến tháng 6/2023. Dữ liệu thu thập bao gồm số liệu lỗi sản phẩm năm 2021, tiêu thụ năng lượng LPG và nước, cùng 200 mẫu đo lường tinh dầu quý I năm 2022. Cỡ mẫu được chọn dựa trên số liệu thực tế sản xuất và kiểm soát chất lượng. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên tại các điểm kiểm soát tới hạn (CCP). Phân tích dữ liệu sử dụng các công cụ Lean như biểu đồ Pareto, biểu đồ xương cá, phân tích 5 Why, FMEA để xác định nguyên nhân gốc rễ và mức độ ưu tiên cải tiến. Thiết kế thí nghiệm Taguchi được áp dụng để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào (nhiệt độ tiệt trùng, nhiệt độ sấy, năng suất máy) đến các chỉ tiêu đầu ra (dung trọng, tinh dầu, độ ẩm, độ giảm log vi sinh vật). Kết quả được kiểm soát và đánh giá bằng biểu đồ kiểm soát (control chart) và các chỉ số KPI.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỉ lệ lỗi sản phẩm và nguyên nhân chính: Năm 2021, tỉ lệ RFT đạt 95%, trong đó lỗi tinh dầu thấp chiếm 38%, dung trọng thấp chiếm 34%, và tái nhiễm vi sinh chiếm phần còn lại trong tổng số lỗi. Hai lỗi tinh dầu và dung trọng thấp chiếm hơn 70% tổng lỗi, ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm.

2. Tiêu thụ năng lượng và nước: Lượng LPG tiêu thụ trung bình là 22.99 kg/tấn sản phẩm, trong khi lượng nước sử dụng là 0.63 m³/tấn sản phẩm, trong đó 78% nước dùng cho khu vực tiệt trùng. Mục tiêu giảm LPG xuống 22.7 kg/tấn và nước xuống 0.6 m³/tấn đặt ra yêu cầu cải tiến quy trình.

3. Phân tích nguyên nhân: Biểu đồ xương cá và FMEA xác định nguyên nhân chính gồm nhiệt độ tiệt trùng cao (115oC), nguồn nguyên liệu đầu vào không ổn định, thao tác nhân viên chưa chuẩn, cảm biến nhiệt độ không chính xác và rò rỉ hơi nước. Chỉ số RPN cao nhất (12) thuộc về nhiệt độ tiệt trùng cao và chất lượng nguyên liệu đầu vào.

4. Kết quả thiết kế thí nghiệm Taguchi: Nhiệt độ tiệt trùng là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến dung trọng và tinh dầu sản phẩm. Nhiệt độ tối ưu được xác định là 110oC, giảm 5oC so với ban đầu, giúp cân bằng giữa việc giữ hàm lượng tinh dầu, dung trọng và đảm bảo độ ẩm ≤12% cùng độ giảm log vi sinh vật ≥5 log. Nhiệt độ sấy tối ưu là 60oC, năng suất máy 2.4 MT/h.

Thảo luận kết quả

Việc giảm nhiệt độ tiệt trùng từ 115oC xuống 110oC đã giúp giảm thất thoát tinh dầu và dung trọng, đồng thời vẫn đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật gây hại, phù hợp với tiêu chuẩn HACCP. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu ứng dụng Lean trong ngành thực phẩm, cho thấy hiệu quả của việc áp dụng DMAIC và các công cụ Lean trong cải tiến chất lượng và tiết kiệm năng lượng. Việc kiểm soát nguồn nguyên liệu đầu vào thông qua đánh giá nhà cung cấp cũng góp phần ổn định chất lượng sản phẩm. Biểu đồ kiểm soát chất lượng tinh dầu quý I năm 2022 cho thấy 95.5% mẫu đạt chuẩn, cải thiện so với năm trước. Các biểu đồ Pareto và phân tích rủi ro giúp tập trung nguồn lực vào các nguyên nhân chính, tăng hiệu quả cải tiến. Việc tiêu chuẩn hóa công việc và đào tạo nhân viên giúp duy trì kết quả cải tiến bền vững. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ Pareto lỗi sản phẩm, biểu đồ tiêu thụ LPG và nước theo tháng, biểu đồ kiểm soát chất lượng tinh dầu, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả cải tiến.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiêu chuẩn hóa quy trình tiệt trùng: Cập nhật nhiệt độ tiệt trùng tối ưu 110oC vào kế hoạch HACCP và tài liệu hướng dẫn vận hành, đồng thời hiệu chuẩn định kỳ cảm biến nhiệt độ để đảm bảo độ chính xác. Thời gian thực hiện: trong 3 tháng đầu năm 2023. Chủ thể thực hiện: bộ phận kỹ thuật và QA.

2. Kiểm soát chất lượng nguyên liệu đầu vào: Thiết lập chương trình đánh giá và phân loại nhà cung cấp dựa trên chất lượng dung trọng và tinh dầu, loại bỏ hoặc cải thiện nhà cung cấp không đạt chuẩn. Thời gian thực hiện: quý 2 năm 2023. Chủ thể thực hiện: bộ phận mua hàng và QA.

3. Đào tạo và nâng cao nhận thức nhân viên: Tổ chức các khóa đào tạo về quy trình vận hành chuẩn, kỹ thuật lấy mẫu và kiểm soát chất lượng nhằm giảm sai sót thao tác. Thời gian thực hiện: liên tục hàng quý. Chủ thể thực hiện: phòng nhân sự và QA.

4. Giám sát và kiểm soát năng lượng: Thiết lập hệ thống giám sát tiêu thụ LPG và nước theo tháng, áp dụng các biện pháp tiết kiệm như kiểm tra rò rỉ hơi nước, tối ưu hóa vận hành máy móc. Thời gian thực hiện: bắt đầu từ quý 1 năm 2023 và duy trì liên tục. Chủ thể thực hiện: bộ phận bảo trì và kỹ thuật.

5. Theo dõi và đánh giá hiệu quả cải tiến: Sử dụng biểu đồ kiểm soát và KPI để đánh giá định kỳ hiệu quả các biện pháp cải tiến, điều chỉnh kịp thời khi phát sinh vấn đề mới. Thời gian thực hiện: hàng tháng. Chủ thể thực hiện: bộ phận QA và quản lý sản xuất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý sản xuất trong ngành thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và công cụ cụ thể để giảm lãng phí, nâng cao chất lượng sản phẩm, giúp cải thiện hiệu quả sản xuất và giảm chi phí vận hành.

2. Chuyên gia kỹ thuật và kỹ sư quy trình: Luận văn trình bày chi tiết các bước phân tích, thiết kế thí nghiệm và tiêu chuẩn hóa quy trình, hỗ trợ trong việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật và vận hành dây chuyền.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật công nghiệp: Đây là tài liệu tham khảo thực tiễn về ứng dụng Lean Manufacturing và các công cụ cải tiến chất lượng trong môi trường sản xuất thực phẩm, giúp mở rộng kiến thức và kỹ năng nghiên cứu.

4. Bộ phận kiểm soát chất lượng và mua hàng: Nghiên cứu cung cấp các phương pháp đánh giá rủi ro, kiểm soát chất lượng nguyên liệu đầu vào và quy trình kiểm soát chất lượng sản phẩm, giúp nâng cao hiệu quả công tác kiểm soát.

Câu hỏi thường gặp

1. Lean Manufacturing là gì và tại sao lại quan trọng trong ngành thực phẩm?
   Lean Manufacturing là phương pháp quản lý nhằm loại bỏ lãng phí và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Trong ngành thực phẩm, Lean giúp giảm lỗi sản phẩm, tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng, từ đó tăng sức cạnh tranh trên thị trường.

2. Chu trình DMAIC gồm những bước nào và vai trò của từng bước?
   DMAIC gồm Define (xác định vấn đề), Measure (đo lường), Analyze (phân tích), Improve (cải tiến), Control (kiểm soát). Mỗi bước giúp xác định nguyên nhân gốc rễ, thực hiện cải tiến và duy trì hiệu quả lâu dài.

3. Phương pháp Taguchi được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   Taguchi được sử dụng để thiết kế thí nghiệm nhằm xác định mức tối ưu của các thông số đầu vào như nhiệt độ tiệt trùng, nhiệt độ sấy và năng suất máy, từ đó tối ưu hóa chất lượng sản phẩm và điều kiện vận hành.

4. Làm thế nào để đánh giá và kiểm soát chất lượng nguyên liệu đầu vào?
   Bằng cách thiết lập chương trình đánh giá nhà cung cấp định kỳ dựa trên các chỉ tiêu dung trọng và tinh dầu, phân loại và loại bỏ nhà cung cấp không đạt chuẩn, đảm bảo nguyên liệu đầu vào ổn định và chất lượng.

5. Các biện pháp nào giúp giảm tiêu thụ năng lượng LPG và nước trong dây chuyền tiệt trùng?
   Kiểm tra và khắc phục rò rỉ hơi nước, hiệu chuẩn thiết bị đo lường, tối ưu hóa nhiệt độ tiệt trùng và sấy, đào tạo nhân viên vận hành đúng quy trình, giám sát tiêu thụ năng lượng định kỳ để phát hiện và xử lý kịp thời.

Kết luận

• Ứng dụng Lean Manufacturing và chu trình DMAIC giúp nhận diện và loại bỏ các lãng phí tại dây chuyền tiệt trùng, nâng cao tỉ lệ RFT từ 95% lên 97.1%.
• Giảm tiêu thụ năng lượng LPG từ 22.99 kg/tấn xuống 19.66 kg/tấn và giảm lượng nước sử dụng từ 0.63 m³/tấn xuống 0.
• Thiết kế thí nghiệm Taguchi xác định nhiệt độ tiệt trùng tối ưu 110oC, cân bằng giữa chất lượng sản phẩm và tiêu thụ năng lượng.
• Tiêu chuẩn hóa quy trình và kiểm soát chất lượng nguyên liệu đầu vào góp phần duy trì hiệu quả cải tiến bền vững.
• Đề xuất các giải pháp cụ thể về đào tạo, giám sát và kiểm soát năng lượng nhằm tiếp tục nâng cao hiệu quả sản xuất trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Triển khai áp dụng các giải pháp cải tiến đã đề xuất, theo dõi và đánh giá hiệu quả định kỳ, mở rộng nghiên cứu áp dụng Lean cho các dây chuyền sản xuất khác trong nhà máy. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ triển khai, liên hệ bộ phận nghiên cứu và phát triển của nhà máy OL.