GIỚI THIỆU
Máy móc và thiết bị là tài sản quan trọng nhất của doanh nghiệp, và việc duy trì chúng ổn định đòi hỏi chi phí bảo trì định kỳ cao Nếu không thực hiện bảo trì hiệu quả, doanh nghiệp sẽ phải đối mặt với lãng phí lớn trong chi phí vận hành Theo Control Magazine, các doanh nghiệp toàn cầu tiêu tốn trung bình 69 tỉ USD mỗi năm cho bảo trì, con số này đang gia tăng cùng với sự phát triển của công nghệ Do đó, quản lý bảo trì tốt có thể tạo ra lợi nhuận đáng kể, biến nó thành nguồn thu quan trọng cho doanh nghiệp.
Bảo trì thiết bị là yếu tố thiết yếu cho mọi doanh nghiệp, đóng vai trò như "xương sống" trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, chế biến, thiết kế, xây dựng, y tế và giải trí Quy trình bảo trì hiệu quả không chỉ tăng cường khả năng sẵn sàng của máy móc mà còn đảm bảo hoạt động liên tục của doanh nghiệp Khi máy móc ngừng hoạt động, doanh nghiệp sẽ gặp phải nhiều hệ lụy như trì trệ sản xuất, lãng phí thời gian lao động, ngừng chuyển giao sản phẩm, giảm uy tín với khách hàng, và thiệt hại về doanh thu.
Nhiều doanh nghiệp hiện nay áp dụng phương pháp bảo trì khắc phục cho thiết bị và máy móc của mình, tức là chỉ sửa chữa khi có sự cố hỏng hóc xảy ra Mặc dù chiến lược bảo trì này có thể phù hợp với một số loại máy móc, nhưng nếu áp dụng đồng loạt, nó có thể dẫn đến việc gia tăng chi phí đáng kể.
Hiện nay, có ba công nghệ sản xuất pin năng lượng mặt trời chủ yếu: Pin đơn tinh thể (Monocrystalline), pin đa tinh thể (Polycrystalline) và pin mặt trời dạng phim mỏng (Thin Film).
Nhà khoa học Lorelle Mansfield từ NREL cho biết công nghệ màng mỏng có nhiều lợi thế so với công nghệ silicon tinh thể, bao gồm việc sử dụng ít vật liệu hơn và tính linh hoạt cao cho các ứng dụng như tấm che ba lô hoặc tích hợp vào tòa nhà Các tấm màng mỏng hoạt động hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao, trong khi silicon có thể giảm hiệu suất khi quá nóng Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao vẫn là rào cản chính khiến pin mặt trời dạng phim mỏng khó cạnh tranh với công nghệ silicon tinh thể, như nhận định của Kelsey Goss từ Wood Mackenzie: “Thị trường năng lượng mặt trời thường được thúc đẩy bởi công nghệ rẻ nhất.”
Trong quá trình làm việc tại Nhà máy Sản Xuất Pin năng lượng Mặt Trời công nghệ màng mỏng tại Việt Nam, tác giả nhận thấy nhiều vấn đề lãng phí do hoạt động bảo trì gây ra Những lãng phí này có thể được cải tiến để tối ưu hóa chi phí, từ đó nâng cao năng lực cạnh tranh của nhà máy Cụ thể, sự lãng phí này không chỉ nằm ở nguồn nhân lực mà còn ở thiết bị sử dụng cho hoạt động bảo trì.
Sau khi nhận được sự đồng ý từ Quản lý cấp cao bộ phận bảo trì, tác giả đã tiến hành nghiên cứu về giải pháp tối ưu chi phí bảo trì tại Nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời.
Nghiên cứu ảnh hưởng của hai chiến lược bảo trì tương hỗ lẫn nhau: bảo trì khắc phục (CM) và bảo trì phòng ngừa (PM) nhằm:
- Tiết kiệm được chi phí bảo trì trong năm 2023 so với chi phí năm
Trong năm 2023, mục tiêu là giảm tổng số giờ downtime xuống 15% so với năm 2022, nhằm hạn chế sự gián đoạn sản xuất và giảm thiểu các sửa chữa ngoài kế hoạch do hư hỏng máy móc.
- Nhận diện mô hình bảo trì hiện tại ở Nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời
- Xây dựng mô hình toán để tính toán công việc bảo trì, chi phí thiết bị tối ưu nhằm giảm thiểu chi phí CM và PM kết hợp
- Xây dựng kế hoạch bảo trì tập trung giảm thiểu tần suất xảy ra các lỗi chính, giảm chi phí và nhân lực bảo trì
GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI
- Thời gian thực hiện: Tháng 3/2022 đến tháng 5/2023
- Không gian: Nhà máy Sản Xuất Pin năng lượng Mặt Trời
- Sản phẩm: tấm pin năng lượng Mặt Trời
BỐ CỤC DỰ KIẾN CỦA LUẬN VĂN
Luận văn dự kiến được tổ chức theo 5 chương:
Tổng quan lý do hình thành đề tài; Mục tiêu nghiên cứu và Nội dung luận văn; Giới hạn và phạm vi luận văn
- Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN
Tìm hiểu Các lý thuyết liên quan đến Bảo trì
Quy trình thực hiện nghiên cứu, Các công cụ hỗ trợ
- Chương 3: PHÂN TÍCH ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Giới thiệu đối tượng nghiên cứu; Thực trạng quy trình bảo trì
- Chương 4: THỰC HIỆN CẢI TIẾN
Sử dụng các cơ sở lý thuyết để xây dựng lịch trình bảo trì (PM) tối ưu và xác định tần suất PM hợp lý giúp giảm thiểu chi phí cho công tác bảo trì (CM) và PM.
- Chương 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN
Kết quả thực hiện cải tiến và Kết luận
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bảo trì là quá trình chăm sóc kỹ thuật, bao gồm điều chỉnh, sửa chữa hoặc thay thế các chi tiết máy, nhằm duy trì hoặc khôi phục các thông số hoạt động Hoạt động này giúp đảm bảo máy móc thiết bị vận hành với năng suất, tốc độ và tải trọng đã được xác định trước.
Khi nói đến bảo trì, nhiều doanh nghiệp thường chỉ chú trọng đến máy móc thiết bị của nhà xưởng Tuy nhiên, để đảm bảo hoạt động sản xuất kinh doanh hiệu quả, bảo trì cần được áp dụng cho tất cả các bộ phận liên quan Đối tượng bảo trì không chỉ bao gồm nhà xưởng và máy móc, mà còn mở rộng đến mặt bằng sản xuất, thang máy, hệ thống điều hòa không khí, máy phát điện, cũng như các khu vực như căng tin và nhà vệ sinh công cộng.
Bảo trì không chỉ là bảo trì phòng ngừa, mà còn bao gồm nhiều khía cạnh quan trọng khác Nó không chỉ đơn thuần là bôi trơn, mặc dù đây là một trong những chức năng chính Hơn nữa, bảo trì cũng không chỉ là việc khắc phục nhanh chóng các sự cố hỏng hóc, mặc dù đây là hoạt động phổ biến nhất trong quy trình bảo trì.
Bảo trì không chỉ là một ngành khoa học mà còn là một nghệ thuật và triết lý Sự thực hiện bảo trì phụ thuộc vào hệ thống kiến thức phong phú, trong khi các vấn đề tương tự thường yêu cầu những cách tiếp cận khác nhau, phản ánh kinh nghiệm và năng khiếu của từng nhà quản lý, quản đốc và thợ máy Hơn nữa, bảo trì còn mang tính triết lý, vì nó cung cấp những quy tắc có thể áp dụng rộng rãi trong nhiều tình huống khác nhau.
Bảo trì không chỉ đơn thuần là một giải pháp tức thời, mà còn là một triết lý cần được thực hiện cẩn thận để phù hợp với hoạt động của tổ chức Sự thành công của bảo trì phụ thuộc vào cách mà những người thực thi nhìn nhận và áp dụng nó, tương tự như việc một bộ quần áo đẹp phải vừa vặn với người mặc.
Quy trình bảo trì thiết bị công nghiệp gồm:
Lập kế hoạch bảo trì và bảo dưỡng định kỳ cho từng loại máy theo hướng dẫn của nhà sản xuất là rất quan trọng Điều này bao gồm việc xác định thời gian phát hiện hư hỏng, đánh giá tình trạng thiết bị, xác định vị trí đặt máy móc, nội dung bảo trì và giám sát hoạt động của máy Việc thực hiện kế hoạch này giúp duy trì hiệu suất hoạt động của thiết bị và giảm thiểu rủi ro hư hỏng.
Để đảm bảo máy móc hoạt động ổn định, cần xác nhận tình trạng hư hỏng của thiết bị, đánh giá mức độ và tính khẩn cấp của sự cố, đồng thời sớm đưa ra đề xuất bảo trì, bảo dưỡng.
Tiến hành lập kế hoạch sửa chữa và thay thế bằng cách liên hệ với đơn vị bảo trì, nhằm xây dựng phương án bảo trì máy móc hiệu quả nhất, đảm bảo tiến độ và đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất.
- Kiểm tra và nghiệm thu: Giám sát quá trình bảo trì, nghiệm thu và đảm bảo máy móc hoạt động ổn định
Hình 2.1 Quy trình bảo dưỡng bảo trì thiết bị công nghiệp
Bảo trì là một hoạt động thiết yếu trong doanh nghiệp, giúp duy trì hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị Việc thực hiện bảo trì định kỳ không chỉ giảm thiểu rủi ro hỏng hóc mà còn tiết kiệm chi phí sửa chữa lớn trong tương lai Hơn nữa, bảo trì hiệu quả góp phần nâng cao năng suất lao động và đảm bảo an toàn cho người sử dụng Do đó, việc đầu tư vào công tác bảo trì là cần thiết để doanh nghiệp phát triển bền vững.
2.1.2.1 Tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp:
Nếu các công ty chỉ chờ đợi bảo trì khắc phục sau khi máy móc gặp sự cố, chi phí sửa chữa sẽ trở thành gánh nặng lớn Ngoài khoản tiền sửa chữa, còn có nhiều chi phí khác phát sinh như thời gian ngừng hoạt động của nhân công, giảm hiệu suất công việc, ảnh hưởng đến kế hoạch sản xuất, tiền đền bù thiệt hại và chi phí thuê đội ngũ sửa chữa bên ngoài.
Chính vì lẽ đó, một công việc bảo trì đúng cách, đúng thời điểm có thể coi là
"Công cụ vàng" giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí lớn và tối ưu hóa nguồn lực Kế hoạch bảo trì, đặc biệt là bảo trì phòng ngừa, có khả năng tiết kiệm ngân sách hiệu quả bằng cách tập trung vào ngăn ngừa sự cố thiết bị thay vì chỉ phản ứng với các tình huống khẩn cấp.
2.1.2.2 Cải thiện an toàn trong môi trường làm việc:
Khi tài sản và thiết bị không hoạt động trong điều kiện tối ưu, chúng có thể gây ra nhiều nguy hiểm, bao gồm cả tình huống khẩn cấp khi công nhân gặp tai nạn Việc thực hiện bảo trì phòng ngừa không chỉ nâng cao an toàn cho máy móc mà còn bảo vệ sự an toàn của nhân viên và cải thiện môi trường làm việc, từ đó giảm thiểu tai nạn không mong muốn.
2.1.2.3 Chăm sóc và điều chỉnh hoạt động:
Bảo trì trong doanh nghiệp đóng vai trò thiết yếu trong việc quản lý và khắc phục các vấn đề kỹ thuật, ảnh hưởng đến quy trình sản xuất Hoạt động bảo trì giúp đảm bảo máy móc hoạt động hiệu quả, đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và chất lượng, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc.
Nhiều doanh nghiệp hiểu sai về ý nghĩa của bảo trì, chỉ coi đó là việc chăm sóc, bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị máy móc trong nhà máy để nâng cao hiệu suất và tuổi thọ Tuy nhiên, thực tế cho thấy bảo trì có vai trò quan trọng hơn, hiện diện trong tất cả các hoạt động kinh doanh và sản xuất, ở mọi khâu Đối tượng của bảo trì bao gồm nhà máy, cơ sở sản xuất, thiết bị máy móc, hệ thống điều hòa và thang máy.
2.1.2.4 Tăng hiệu quả thiết bị:
Thông qua các kế hoạch bảo trì định kỳ, doanh nghiệp thực hiện các hoạt động như kiểm tra, thay thế linh kiện và vệ sinh một cách đồng đều và chủ động Điều này giúp thiết bị vận hành hiệu quả hơn, từ đó doanh nghiệp tiết kiệm năng lượng và nhiên liệu nhờ vào hiệu suất hoạt động tối ưu của thiết bị.
2.1.2.5 Cải thiện độ tin cậy:
PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU
Hình 2.6 Quy trình xây dựng mô hình bảo trì mới
Bảng 2.2 Quy trình thực hiện nghiên cứu
Mục đích Phương pháp, công cụ hỗ trợ
- Hiểu được tình trạng hiện tại: Mô hình bảo trì, Quy trình lên kế hoạch bảo trì
- Các vấn đề bộ phận bảo trì đang gặp phải
- Ghi nhận bằng hình ảnh
- Xác định sơ bộ tình trạng hiện tại
- Xác định tác động của mô hình bảo trì hiện tại đến kế hoạch sản xuất
- Xác định các tác nhân có thể đang tác động đến chất lượng, năng suất bảo trì
- Xác định các cơ hội cải tiến
- Xác định mục tiêu cải tiến
- Ghi nhận bằng hình ảnh Đo lường và thu thập dữ liệu
- Xác định năng lực hiện tại so với yêu cầu cần đạt được
- Xác định nguyên nhân vấn đề dựa trên số liệu thực tế
- Đo lường và Thu thập tất cả các số liệu có liên quan đến vấn đề được xác định ở bước “Xác định vấn đề”
Tìm hiểu lý thuyết và nghiên cứu liên quan
Trau dồi các kiến thức về Bảo trì, Các
Phương pháp lên kế hoạch, lập lịch bảo trì cũng như lý thuyết tối ưu bảo trì
- Có được cơ sở lập luận cần thiết cho các vấn đề thực tế
Xây dựng mô hình toán
- Dùng phần mềm Matlab để xây dựng mô hình dựa trên lý thuyết quy hoạch mục tiêu (Goal Programing)
Kiểm định mô hình toán
Mô phỏng để kiểm tra tính khả thi của mô hình được đề xuất ở bước “Xây dựng mô hình toán” Áp dụng mô hình toán
- Triển khai mô hình đã được đề xuất ở bước “Xây dựng mô hình toán”
Ghi nhận kết quả đầu ra, những thành quả sau quá trình cải tiến
- So sánh sự khác biệt (nếu có) giữa tính toán và thực tế thực hiện
- Điều chỉnh các giải pháp để đạt được hiệu quả tốt nhất
- Quản lý bằng công cụ trực quan
Theo dõi đánh giá mô hình
- So sánh trước và sau cải tiến
- Xác định mức độ hài lòng của nhân viên và các stakeholder về mô hình mới
- Các cải tiến tiếp theo có thể được thực hiện để tiếp tục nâng cao hiệu quả hoạt động bảo trì
CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
2.3.1 Optimizing the Total Production and Maintenance Cost of an Integrated MultiProduct Process and Maintenance Planning (IPPMP) Model (2020):
Trong các ngành công nghiệp sản xuất liên tục, hai vấn đề quan trọng cần được giải quyết là sản xuất và lập kế hoạch bảo trì Bộ phận Sản xuất tập trung vào việc giảm thiểu chi phí sản xuất, bao gồm chi phí sản xuất, chi phí lưu kho, chi phí đặt hàng trước và chi phí thiết lập, nhằm tối đa hóa hiệu suất của máy móc và thiết bị Đồng thời, bộ phận bảo trì cần thực hiện bảo trì phòng ngừa và áp dụng các chiến lược bảo trì chủ động để đảm bảo máy móc hoạt động hiệu quả, ngăn ngừa sự cố và đáp ứng nhu cầu khách hàng với chất lượng đã cam kết.
Cả bộ phận sản xuất và bảo trì đều sử dụng cùng một thiết bị, điều này ảnh hưởng đến năng suất và độ tin cậy của chúng Mặc dù việc bảo trì phòng ngừa (PM) có thể giúp ngăn ngừa sự cố, nhưng sự khác biệt trong mục tiêu giữa hai bộ phận dễ dẫn đến xung đột Bộ phận sản xuất thường ưu tiên sự liên tục trong quá trình sản xuất, trong khi bộ phận bảo trì lại chú trọng đến tuổi thọ, độ tin cậy và mức độ dịch vụ của thiết bị.
Cần tìm sự cân bằng tối ưu giữa lập kế hoạch sản xuất và bảo trì thiết bị Đối với các nhà máy công nghiệp, sự phối hợp giữa bộ phận sản xuất và bảo trì là thiết yếu để ngăn chặn gián đoạn sản xuất và tình trạng sửa chữa ngoài kế hoạch.
Chi phí và thời gian bảo trì (PM) của máy móc phụ thuộc vào tuổi thọ của chúng; khi tuổi thọ tăng, chi phí và thời gian PM cũng tăng do nhu cầu về phụ tùng thay thế nhiều hơn Chi phí bảo trì bao gồm tổng chi phí PM và chi phí lập kế hoạch bảo trì Mục tiêu chính của bộ phận bảo trì là tối ưu hóa và giảm thiểu tổng chi phí bảo trì.
2.3.2 Reliability of SHM procedures and Decision Support in
Các chiến lược bảo trì sau đây có thể áp dụng để tiếp cận nghiên cứu bảo trì cơ sở hạ tầng:
- Bảo trì dựa trên thời gian (TBM)
- Bảo trì dựa trên lỗi tìm thấy (FFM)
- Bảo trì dựa trên điều kiện (CBM)
Trong một hệ thống phức tạp, các chiến lược khác nhau có thể được áp dụng cho các thành phần khác nhau và cho toàn bộ hệ thống
Bằng cách áp dụng các hàm chi phí vòng đời để giảm thiểu, chúng ta có thể xây dựng một bài toán tối ưu hóa nhằm phát triển chiến lược quản lý hiệu quả Trong các hệ thống công nghiệp, các đại lượng trong bài toán thường được thể hiện dưới dạng biến ngẫu nhiên và các mô hình kết quả được giải quyết theo lý thuyết nghiên cứu hoạt động.
Các giải pháp cho bài toán số kết quả trong các hệ thống phức tạp thường gặp khó khăn trong việc tính toán Để giải quyết vấn đề này, các phương pháp tiếp cận heuristic và quy trình giải không có cấu trúc, như các mô hình suy luận trong trí tuệ nhân tạo, thường được áp dụng.
Thời gian thay thế linh kiện, thời gian kiểm tra và thử nghiệm, cùng với mức độ hư hỏng chấp nhận được, là những yếu tố quan trọng giúp tối ưu hóa chi phí bảo trì trong các hệ thống công nghiệp.
Khoảng thời gian tối ưu để thực hiện kiểm tra có thể được xác định thông qua một hàm mục tiêu, bao gồm tổng chi phí kiểm tra và chi phí hư hỏng Điều này dựa trên việc tỷ lệ hư hỏng có thể được diễn đạt dưới dạng hàm của độ dài khoảng kiểm tra.
Hình 2.7 Vấn đề tối ưu hóa bảo trì
2.3.3 Maintenance Optimization Approaches for Condition Based Maintenance: a review and analysis (2016)
Sơ đồ ảnh hưởng đã được áp dụng để phát triển ý tưởng và minh họa cách thức trao đổi thông tin giữa các bên liên quan, bao gồm giám đốc nhà máy, kỹ sư bảo trì và kỹ sư độ tin cậy Biểu đồ ảnh hưởng được định nghĩa là một đồ thị có hướng, ký hiệu là G = (N, E).
N là tập hợp các nút (nodes) và E là tập hợp các cung (edges) kết nối các nút
Hình 2.8 Biểu đồ ảnh hưởng cho mô hình tối ưu hóa bảo trì
2.3.4 System Reliability Theory: Models, Statistical Methods, and Applications (2021)
PM được coi là bảo trì theo kế hoạch, cả về lịch trình và phạm vi Ngược lại,
Bảo trì có điều kiện chỉ thực hiện khi thật sự cần thiết và chỉ bao gồm các công việc thiết yếu để khôi phục hoạt động của thiết bị Mô hình này giả định rằng bảo trì định kỳ sẽ đưa thiết bị trở về trạng thái ban đầu, tương tự như khi nó mới được đưa vào sử dụng, tức là đạt tiêu chuẩn “tốt như mới”.
CM khôi phục trạng thái của thiết bị về tình trạng ban đầu ngay trước khi hư hỏng, mang lại cảm giác "tốt như cũ" (good as old) cho người sử dụng.
Chi phí C của việc duy trì một thiết bị trong suốt vòng đời của nó bao gồm tổng chi phí của quản lý bảo trì (CM) và chi phí của điểm đổi mới (PM) Với PM được định nghĩa là một điểm đổi mới duy nhất trong khoảng thời gian [0,T], tổng chi phí sẽ được xác định dựa trên các yếu tố này.
Trong đó: CPM là chi phí PM
CCM là chi phí CM trung bình E[N(T)] là số lần thất bại dự kiến trong thời gian T
Khi ta xét chi phí trong một đơn vị thời gian T, công thức tính tổng chi phí sẽ trở thành:
Số lần hỏng hóc dự kiến chỉ đơn giản là tích phân của tỷ lệ thất bại trong thời gian T:
The scale parameter λ represents the lifespan characteristics of a device, while the shape parameter β indicates the failure rate An increase in the failure rate is indicated by β being greater than 1, whereas a decrease in the failure rate is represented by β being less than 1.
(β