GIỚI THIỆU
LÝ DO HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI Đối với bất kỳ doanh nghiệp nào thì các máy móc thiết bị và dây chuyền sản xuất luôn là những tài sản to lớn và có giá trị quan trọng nhất Để duy trì các tài sản này vận hành ổn định và hiệu quả đòi hỏi các doanh nghiệp sản xuất phải bỏ ra rất nhiều chi phí bảo trì định kỳ hằng năm Nếu công tác bảo trì không được thực hiện hiệu quả sẽ gây ra lãng phí vô cùng to lớn cho chi phí vận hành của doanh nghiệp Tạp chí danh tiếng trong ngành sản xuất, Control Magazine, đã thống kê cho thấy trung bình hằng năm các doanh nghiệp toàn cầu phải tiêu tốn 69 tỉ USD cho các hoạt động bảo trì, và khoảng chi này cũng ngày một tăng theo sự phát triển của máy móc thiết bị Từ đó có thể thấy được, nếu được quản lý tốt, bảo trì sẽ góp phần sinh ra lợi nhuận đáng kể và trở thành một con gà đẻ trứng vàng cho bất kỳ doanh nghiệp nào
Bảo trì thiết bị đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với tất cả doanh nghiệp Bảo trì hoàn toàn có thể được coi là “xương sống” của rất nhiều doanh nghiệp trong mọi lĩnh vực: từ sản xuất, chế biến cho đến thiết kế, xây dựng, y tế và giải trí, … Quy trình bảo trì hiệu quả sẽ giúp tăng khả năng sẵn sàng của máy móc, thiết bị, đảm bảo mọi hoạt động trong doanh nghiệp diễn ra bình thường Nếu như máy móc ngừng hoạt động, doanh nghiệp gần như không thể duy trì liên tục quy trình sản xuất, gây ra hàng loạt những hệ luỵ như: sản xuất bị trì trệ, lãng phí thời gian của nhân công, ngừng chuyển giao thành phẩm, giảm uy tín với người mua, thiệt hại lệch giá và doanh thu, …
Trên thực tế, nhiều doanh nghiệp gần như lại ứng dụng phương pháp bảo trì khắc phục cho mọi thiết bị, máy móc của mình, tức là để chạy đến khi xuất hiện sự cố hỏng hóc mới tiến hành sửa chữa Chiến lược bảo trì này mặc dù cũng phù hợp với một số đặc điểm hoạt động máy móc, nhưng thực tế nếu áp dụng đồng loạt có thể gây “đội chi phí” lên rất nhiều
2 Hiện nay có 3 công nghệ sản xuất pin năng lượng mặt trời chủ yếu, đó là Monocrystalline (Mono), Polycrystalline (Poly) và Pin mặt trời dạng phim màng mỏng (Thin Film)
Nhà khoa học Lorelle Mansfield của NREL (U.S National Renewable Energy Laboratory - Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ) cho biết công nghệ màng mỏng có những lợi thế nhất định so với công nghệ silicon tinh thể (Monocrystalline và Polycrystalline) Ví dụ, quy trình màng mỏng yêu cầu ít vật liệu hơn so với 2 phương pháp còn lại Công nghệ màng mỏng cũng rất thích hợp để sử dụng trong các tấm pin cần sự linh hoạt, như những tấm che ba lô hoặc máy bay không người lái hoặc được tích hợp vào mặt tiền và cửa sổ của tòa nhà Quan trọng hơn, các tấm màng mỏng hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cao, trong khi các tấm silicon có thể quá nóng và trở nên kém hiệu quả hơn trong việc tạo ra điện Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu khiến cho pin mặt trời dạng phim mỏng khó cạnh tranh được với pin sản xuất theo công nghệ silicon tinh thể đó là chi phí sản xuất vẫn còn cao Kelsey Goss, nhà phân tích nghiên cứu năng lượng mặt trời tại nhóm tư vấn năng lượng Wood Mackenzie nói: “Tất cả đều do giá thành Thị trường năng lượng mặt trời có xu hướng được thúc đẩy mạnh mẽ bởi công nghệ rẻ nhất.”
Trong thời gian công tác và làm việc tại một Nhà máy Sản Xuất Pin năng lượng Mặt Trời theo công nghệ màng mỏng tại Việt Nam, tác giả nhận thấy có nhiều vấn đề lãng phí do hoạt động bảo trì gây ra mà có thể tiến hành cải tiến để tối ưu chi phí, từ đó góp phần gia tăng năng lực cạnh tranh của nhà máy Bao gồm sự lãng phí trong việc sử dụng nguồn nhân lực cũng như thiết bị cho hoạt động bảo trì
Nhận được sự đồng ý từ Quản lý cấp cao bộ phận bảo trì của nhà máy, tác giả tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu 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
- Giảm tổng số giờ downtime trong năm 2023 so với năm 2022 (Dự kiến: 15%) Từ đó giảm thiểu sự gián đoạn sản xuất và sửa chữa ngoài kế hoạch do hư hỏng của 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 tạo ra một lịch trình PM tối ưu, cũng như tính tần suất PM tối ưu nhằm giảm thiểu chi phí 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 hoạt động chăm sóc kĩ thuật, điều chỉnh, sửa chữa hoặc thay thế một hoặc nhiều chi tiết hay cụm chi tiết máy nhằm duy trì hoặc khôi phục các thông số hoạt động, bảo đảm máy móc thiết bị hoạt động với năng suất, tốc độ, tải trọng đã xác định trước [1]
Khi đề cập đến bảo trì, nhiều doanh nghiệp cho rằng đối tượng bảo trì bao gồm máy móc thiết bị của nhà xưởng Nhưng nếu hiểu một cách toàn diện thì hoạt động bảo trì phải được quan tâm ở tất cả các bộ phận liên quan đến hoạt động sản xuất kinh doanh của một doanh nghiệp Đối tượng của bảo trì bao gồm nhà xưởng, mặt bằng sản xuất, máy móc thiết bị sản xuất, thang máy, hệ thống điều hòa không khí, hệ thống máy phát điện, thậm chí cả căng tin và nhà vệ sinh công cộng
Bảo trì không chỉ đơn thuần là bảo trì phòng ngừa, mặc dù khía cạnh này là một thành phần quan trọng Bảo trì không phải chỉ là bôi trơn, mặc dù bôi trơn là một trong những chức năng chính của nó Bảo trì cũng không chỉ đơn giản là một cuộc chạy đua điên cuồng để sửa chữa một bộ phận máy móc hoặc phân đoạn tòa nhà bị hỏng, mặc dù đây là hoạt động bảo trì chiếm ưu thế
Theo một khía cạnh tích cực hơn, bảo trì là một ngành khoa học vì việc thực hiện nó sớm hay muộn phụ thuộc vào hầu hết hoặc tất cả các hệ thống kiến thức Đó là một nghệ thuật bởi vì các vấn đề thường xuyên xảy ra giống hệt nhau lại nhận được các cách tiếp cận và hành động khác nhau, bởi vì một số nhà quản lý, quản đốc và thợ máy thể hiện năng khiếu, kinh nghiệm về nó hơn những người khác Trên tất cả, nó là một triết lý bởi vì nó là một quy tắc có thể được áp dụng một cách sâu rộng,
6 khiêm tốn, hoặc không, tùy thuộc vào một loạt các biến số thường vượt qua các giải pháp tức thời và rõ ràng Hơn nữa, bảo trì là một triết lý vì nó phải được trang bị cẩn thận cho hoạt động hoặc tổ chức mà nó phục vụ như một bộ quần áo đẹp vừa vặn với người mặc và bởi vì cách những người thực thi nhìn nhận nó sẽ định hình hiệu quả của nó [2]
Quy trình bảo trì thiết bị công nghiệp gồm:
- Lập kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng định kỳ: Lên kế hoạch bảo dưỡng định kỳ cho từng loại máy theo quy định của nhà sản xuất (Thời gian phát hiện hư hỏng, tình trạng thiết bị, vị trí đặt thiết bị, máy móc, nội dung bảo trì, giám sát hoạt động máy móc.)
- Đề xuất xác nhận bảo dưỡng, bảo trì máy móc: Xác nhận hư hỏng của thiết bị, mức độ, tính khẩn cấp và làm đề xuất sớm để đảm bảo máy móc hoạt động ổn định
- Tiến hành lên phương án sửa chữa, thay thế: Liên hệ với đơn vị bảo trì, lập phương án tiến hành bảo trì máy móc hợp lý nhất, đảm bảo đúng tiến độ và kịp thời cho 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
Sau khi tìm hiểu qua khái niệm bảo trì là gì, ta sẽ điểm lại những lý do tại sao công tác bảo trì lại quan trọng đối với doanh nghiệp
2.1.2.1 Tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp:
Nếu như các công ty chờ đợi một bảo trì khắc phục sau khi máy móc, tài sản gặp sự cố thì số tiền để bỏ ra cho công tác sửa chữa này luôn luôn là một khoản xứng đáng để “đau đầu” Chưa kể đến những khoản chi phí thiệt hại khi tài sản gặp sự cố, ngưng hoạt động như: thời gian làm việc của nhân công, hiệu suất công việc, kế hoạch sản xuất, số tiền đền bù thiệt hại, tiền 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” để doanh nghiệp tiết kiệm được khoản chi phí khổng lồ, tối ưu được nguồn lực tổng thể Những kế hoạch bảo trì, đặc biệt là bảo trì phòng ngừa có khả năng tiết kiệm ngân sách cho doanh nghiệp vì các nỗ lực sẽ tập trung vào việc ngăn ngừa sự cố thiết bị thay vì ứng phó với các trường hợp khẩn cấp
2.1.2.2 Cải thiện an toàn trong môi trường làm việc:
Khi tài sản, thiết bị không được hoạt động trong một điều kiện tối ưu, chúng sẽ tạo ra khá nhiều mối nguy hiểm Đặc biệt điều kiện làm việc không an toàn thậm chí là các tình huống khẩn khi công nhân bị tai nạn Bảo trì phòng ngừa sẽ cải thiện sự an toàn của máy móc, do đó sự an toàn của nhân viên nói riêng và môi trường làm việc nói chung sẽ hạn chế được tai nạn ngoài ý muốn
2.1.2.3 Chăm sóc và điều chỉnh hoạt động:
Bảo trì trong doanh nghiệp góp phần cực kỳ quan trọng trong việc chăm sóc và điều chỉnh những vấn đề kỹ thuật, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, góp phần đảm bảo các máy móc hoạt động tốt nhất, đạt tiêu chuẩn về kỹ thuật, chất lượng cũng như hiệu suất làm việc
Có rất nhiều doanh nghiệp đã hiểu một cách hạn hẹp về ý nghĩa của sự bảo trì, khi mà cho rằng nhắc tới bảo trì thì chỉ mang ý nghĩa trong việc chăm sóc, bảo dưỡng, sửa chữa những thiết bị máy móc trong nhà máy, phân xưởng để chúng hoạt động tốt và nâng cao tuổi thọ hơn Thế nhưng, công tác bảo trì trong thực tiễn còn mang nhiều ý nghĩa hơn thế, khi chúng chính là hoạt động có mặt trong tất cả các công việc kinh doanh và sản xuất, ở bất kỳ khâu nào Đối tượng của hoạt động bảo trì là những nhà máy, cơ sở sản xuất kinh doanh, thiết bị máy móc, hệ thống điều hoà thang máy, …
2.1.2.4 Tăng hiệu quả thiết bị:
Qua các kế hoạch bảo trì định kỳ, những hoạt động nhỏ như kiểm tra, thay thế linh kiện, vệ sinh, … đều được thực hiện đồng đều, có kế hoạch chủ động, giúp những thiết bị vận hành hiệu quả hơn Đổi lại, doanh nghiệp cũng sẽ nhận được lợi ích từ việc tiết kiệm năng lượng và nhiên liệu vì thiết bị sẽ hoạt động với hiệu năng cao nhất
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):
Các ngành công nghiệp sản xuất liên tục phải giải quyết hai chủ đề bắt buộc: sản xuất và lập kế hoạch bảo trì Bộ phận Sản xuất tìm cách giảm thiểu chi phí sản xuất thường bao gồm chi phí sản xuất, chi phí giữ hàng, đặt hàng trước và chi phí thiết lập Các nhà quản lý sản xuất mong muốn công suất tối đa của máy móc và thiết bị chủ chốt để đáp ứng nhu cầu của khách hàng với mức chất lượng đã hứa Mặt khác, bộ phận bảo trì phải thực hiện bảo trì phòng ngừa và áp dụng các chiến lược bảo trì và lập lịch bảo trì chủ động để giữ cho máy móc hoạt động tốt và ngăn ngừa sự cố máy do sự cố
Cả hai hoạt động của bộ phận sản xuất và bảo trì đều được thực hiện trên cùng một thiết bị và phải sử dụng năng lực của thiết bị để thúc đẩy năng suất và độ tin cậy của chúng Mặc dù việc thực hiện PM có thể ngăn ngừa thất bại, nhưng do sự khác biệt về mục tiêu của hai bộ phận này nên khó tránh khỏi xung đột Một bên muốn sản xuất không ngừng và bên kia có khả năng đặt nặng hơn vào tuổi thọ, độ tin cậy và mức độ dịch vụ cần thiết của thiết bị
Do đó, cần phải tìm ra sự cân bằng tối ưu giữa các hoạt động lập kế hoạch sản xuất và bảo trì cho thiết bị Vì vậy, đối với các nhà máy công nghiệp, sự phối hợp giữa các bộ phận sản xuất và bảo trì là rất cần thiết để ngăn chặn tình trạng gián đoạn sản xuất và sửa chữa ngoài kế hoạch (bảo trì khắc phục)
Chi phí và thời gian PM phụ thuộc vào tuổi thọ của máy Rõ ràng, khi tuổi thọ của máy tăng lên, chi phí và thời gian cần thiết để thực hiện PM tăng lên, vì cần nhiều phụ tùng thay thế hơn Chi phí bảo trì bao gồm chi phí tổng thể của PM và chi phí hoạch định kế hoạch bảo trì Mục tiêu của bộ phận bảo trì là 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 phù hợp để được giảm thiểu, có thể hình thành một bài toán tối ưu hóa, giải pháp đưa ra chiến lược quản lý tốt nhất Đối với các hệ thống công nghiệp, tất cả các đại lượng trong bài toán trên thường được xây dựng dưới dạng các biến ngẫu nhiên (Wunderlich 1991) và các mô hình kết quả được giải quyết trong khuôn khổ các lý thuyết nghiên cứu hoạt động
Các giải pháp cho bài toán số kết quả không dễ dàng về mặt tính toán đối với các hệ thống phức tạp và đôi khi các phương pháp tiếp cận heuristic hoặc các quy trình giải không có cấu trúc như các mô hình suy luận được sử dụng trong trí tuệ nhân tạo được sử dụng
Thời gian thay thế linh kiện, thời gian kiểm tra và thử nghiệm và mức độ hư hỏng có thể chấp nhận được thường là những biến số cho phép tối ưu hóa chi phí bảo trì trong các hệ thống công nghiệp
Ví dụ, khoảng thời gian tối ưu để kiểm tra có thể được xác định bằng cách xem xét một hàm mục tiêu bao gồm tổng chi phí kiểm tra và chi phí hư hỏng, với điều kiện tỷ lệ hư hỏng có thể được biểu thị 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)
Các sơ đồ ảnh hưởng đã được sử dụng để xây dựng ý tưởng và thể hiện cách trao đổi thông tin giữa những người liên quan, tức là giám đốc nhà máy, kỹ sư bảo trì và kỹ sư độ tin cậy Biểu đồ ảnh hưởng là một đồ thị có hướng, G = (N, E) trong đó
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,
CM chỉ được thực hiện khi cần thiết và chỉ bao gồm công việc cần thiết để khôi phục tình trạng hoạt động của thiết bị Do đó, mô hình giả định rằng PM đưa một thiết bị về tình trạng ban đầu giống như khi nó được đưa vào sử dụng (nghĩa là “tốt như mới”
- “good as new”) và giả định rằng CM khôi phục trạng thái của thiết bị về tình trạng giống như ban đầu ngay trước khi hư hỏng (tức là “tốt như cũ” - “good as old”)
Chi phí C của việc duy trì một thiết bị trong vòng đời của nó là tổng chi phí của CM và chi phí của PM Vì PM được định nghĩa là một điểm đổi mới, nên theo định nghĩa đó, chỉ có một phiên bản PM ở đầu khoảng [0,T], do đó, tổng chi phí là:
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:
Trong đó: λ (scale parameter): đại diện cho đặc trưng tuổi thọ của thiết bị β (shape parameter): đại diện cho tần suất lỗi (failure rate) Tần suất lỗi tăng (β>1) Tần suất lỗi giảm
32 (β