Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hệ thống công nghiệp: Nghiên cứu giải thuật bố trí mặt bằng tế bào lai và mô-đun trong Jobshop

Mặc dù bốtrí tế bào đơn giản hóa quy trình làm việc và giảm vận chuyển vật tư nhưng hoạtđộng hiệu quả khi nhu cau là 6n định và số lượng sản xuất phải tương đối lớn.Nghiên cứu này phát t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỖ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYEN VAN CAN

NGHIEN CUU GIAI THUAT BO TRI MAT BANGTE BAO LAI VA MO-DUN TRONG JOBSHOP

Chuyên ngành: Kỹ thuật hệ thống Công nghiệpMã số: 605206

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 12/2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRUONG ĐẠI HỌC BACH KHOA -DHOQG HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa hOC : - <6 3k9 S3 958 1E vs ra

(Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi va chữ ký)

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đông cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lýchuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HOC QUOC GIA TP.HCM CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET

` ; NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúcTRƯƠNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYEN VAN CAN MSHV: 12270701

Ngày, tháng, năm sinh: 1984 Nơi sinh: Bạc Liêu

Chuyên ngành: KỸ THUAT HE THONG CÔNG NGHIỆP_ Khóa : 2012I TÊN DE TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI THUAT BO TRÍ MAT BẰNG TE BAO LAI

VÀ MÔ-ĐUN TRONG JOBSHOP

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:Nghiên cứu trong quan về phương pháp bố trí mặt bang trong môi trường sản xuất

Ill NGAY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 22/11/2013IV CÁN BO HUONG DAN: TIEN SI NGUYEN TUAN ANH

Tp HCM, ngay thang năm 20

CÁN BỘ HƯỚNG DÂN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

LOI CAM ON

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của tôi đến cố van của tôi, Tiến sĩ NguyễnTuan Anh đã hướng dẫn cho tôi, khuyến khích và nhiệt tình trong suốt quá trìnhnghiên cứu Nếu không có sự hướng dẫn luận án này sẽ không được thực hiện và

hoàn thành.

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến các Thay Cô trong Dai học Bách Khoa TP HCM,đặc biệt là các Thầy Cô trong Bộ môn Kỹ thuật hệ thống công nghệp đã tận tâmgiảng dạy và truyền đạt các kiến thức trong suốt quá trình học tập vừa qua

Tôi cũng muốn cảm ơn Công ty Cơ khí Nhật Long cho phép tôi thu thập dữ liệu bímật va tin tưởng tôi dé thực tập tại Xưởng của họ Nếu không luận án này sẽ khôngcó kết quả cho ứng dụng

Ngoài ra, tôi muốn cảm ơn Kỹ sư Nghê Quốc Khải, Bộ môn Quản lý Công Dai học Cần Thơ đã thảo luận và giúp đỡ tôi dé xử lý một số van đề khác về chương

nghiệp-trình máy tính.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn những người bạn thân thiết đã hỗ trợ và động viêntôi trong suốt quá trình thực hiện

Thực hiện:

TÓM TẮT

Bồ trí mặt bằng là một công việc quan trọng trong sản xuất công nghiệp Một bố tríthích hợp sẽ tạo điều kiện cho quá trình sản xuất đơn giản, giảm vận chuyền vật tư

va đảm bảo linh hoạt Đó là những yếu t6 góp phần quan trọng dé sản xuất hiệu quả.

Việc lựa chọn một bố trí phù hợp nhất là không dễ dàng và thường phụ thuộc vào

loại sản phâm và sô lượng sản xuất.

Jobshop là một hệ thống sản xuất có các hoạt động phức tạp do những điều kiện màJobshop hoạt động, chang hạn như hỗn hợp sản phẩm có nhiễu loại, lô nhỏ và sựbiến động trong nhu cầu sản phẩm Các loại bố trí truyền thống như: bố trí sảnphẩm, chức năng và bố trí tế bào là không thé đáp ứng một cách hiệu quả trong môitrường này Bồ trí sản phẩm sẽ không là lựa chọn phù hợp do sự đa dạng của sảnphẩm Khi sản phẩm da dạng, số lượng sản xuất nhỏ bố trí chức năng cho các máy

cùng loại tại một khu vực, thường được cho là linh hoạt nhất Tuy nhiên, một bồ trí

chức năng là kém hiệu quả cho vận chuyền vật tư và lập lịch trình phức tạp, có thédẫn đến thời gian sản xuất dài, hàng tồn kho lớn Một thay thế cho một bố trí chứcnăng là bồ trí tế bào, trong đó Jobshop được phân chia thành các tế bao Mặc dù bốtrí tế bào đơn giản hóa quy trình làm việc và giảm vận chuyển vật tư nhưng hoạtđộng hiệu quả khi nhu cau là 6n định và số lượng sản xuất phải tương đối lớn.Nghiên cứu này phát triển một giải thuật bồ trí tế bào lai kết hợp cả hai loại bố trí tếbào và chức năng, giải thuật này sử dụng phương pháp kết hợp hoạch định mặt băn ghệ thống va phân tích dòng vật tu dé tao bố trí phù hop trong môi trường sản xuấtJobshop Hơn nửa, trong nghiên cứu này một giải thuật bố trí mô-đun linh hoạt vàhiệu quả cho mặt bằng có dòng vật tư phức tạp với nhiều máy không thể di dời vàotế bào được giới thiệu Sau đó, ứng dụng giải thuật bố trí tế bào lai vào thực tế ở

một xưởng cơ khí và kêt quả và đê xuât được trình bày trong luận án này.

Facility layout is an important work in the manufacturing industry A appropriatelayout will facilitate and simplify the production flow, handling of materials, andensure layout flexibility Those elements contribute significantly towardsproduction efficiency The selection of a suitable layout is not easy and oftendepends on the products variety and the production volumes.

A Jobshop is a manufacturing system well-known for its operational complexity dueto the conditions under which it operates, such as high product mix, small batch andinstability of product demand and etc The traditional type of layout such asproduct, fuctional and cellular layouts are not able to respond effectively in thisenvironment Product layout will not be selected to suit due to product variety.When product variety is high or production volumes are small, a functional layout,with all machines of the same type in one location, is often thought to provide thegreatest flexibility However, a functional layout is notorious for its material-handling inefficiency and scheduling complexity, large work-in-process inventories.An alternative to a functional layout is a cellular layout, in which Jobshop ispartitioned into cells Although cellular layout can simplify work flow and reducematerial handling, it operates efficiently when demand levels are assumed to bestable and production must be relatively large.

This study developed a hybrid cellular layout algorithm that is a combination ofboth cellular and functional layouts This algorithm uses an integrated approach ofsystematic layout planning with production flow analysis, which is suitable in aJobshop environment Therefore, in this study, a modular layout derives itsflexibility and efficiency for a complex material flow network is introduced Afterthat, hybrid cellular layout is applied into the practice in a mechanical workshopand the results and recommendations presented in this thesis.

MỤC LỤC

Trang

e:i/9)/°0520 |

6900-7202 |1.1) ĐẶT VAN ĐỀ SG HnnHH TH TH HT TT TH TT TH ru nhọ |1.2 MỤC TIỂU SG G2191 ST HH TH TH HT TH HH ng nhọ 31.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU -¿ 2 22222 2 £+E+E+E£££z£zEzererzcee 314 PHẠM VI NGHIÊN CỨU (k2 E23 E939 2E 8E ky svchọ 4

1.5 NỘI DUNG Ăn Sà S11 TT 11101011 1H 010101 1111010112 0 HH 4CHƯNG 2 - SE CS 1 1 1E 5151111511 111010101 1111010111011 11101010111 110101 7111 T1HHe 5

LƯỢC KHẢO TAI LLIỆU ó- G613 E298 5895 51 9193153 E1 vs ng rcrkp 52.1 BO TRÍ MAT BẰNG G- s13 95153 S1 5193191 kg Hưng rệt 52.2 NGUYÊN TAC DONG VAT TƯ CAN THIẾT TRONG MAT BANG 62.3 CÁC LOẠI BO TRÍ TRUYEN THÔNG c - Sex Eseseseesee 72.3.1 Bồ trí sản phẩm - c2 12121 1 121 1 5211511111111 tk 72.3.2 Bồ trí chức năng - - -cS C1 1 1E 515111111101 1101 0101 1 1y 82.3.3 BG trí tẾ bào L.L cà nà S 1T HH TH H11 T101 101010101 1111010102 1 g0 924 BÓ TRÍ KHÔNG TRUYEN THONG 5-5 S222 2c Ersrseecee 11

"`": an ẽ.ẽ.ằ.ằẰằ; ni da 112442 BG trí MO-AUN ooeeeeccccccccccccccccccccccscsccessecessessscessecssssessssessssessssessssessees 142.5 PHƯƠNG PHAP HOẠCH ĐỊNH MAT BẰNG HE THONG VA PHANTICH DONG VAT TỪ G111 1195 1191118 1k1 S191 111 1113 1111 kg reg 17

2.5.1 Hoạch định mat bang hệ thống " eeeaeeccaeeecaueceaesceaeeeeaeeccseceeeeceaeeeeaees 17

2.5.2 Giới hạn của SLP - Le S S11 1 1 1 111 111 1111111511111 ekrkg 18

2.5.3 Phân tích dòng vật tur Ăn ng he 18

2.6 PHƯƠNG PHÁP TIM KIỂM ©5252 2 S222 2 E321 EEEErkrkrerred 192.77 HỆ SỐ TƯƠNG DONG CHO MAY VA SAN PHẢM ¿ 202.8 HÌNH THÀNH TE BÀO - L5 E22 S 1 1212111 5111011112115 1111 re 212.9 PHAN MEM JSLATT, c5 2 212323 111121 1511111 1 11011101 1 kg 24

CHƯNG 3 G11 121 121232511 1511111110 01111101010111110101001 1 1011101111111 y0 25

GIẢI THUẬT BO TRÍ TE BAO LAI VÀ MÔ-ĐƯN -.- Sex scseserskd 253.1 BÓ TRÍ TẾ BAO LLAI - E222 2 2121252515 5111 0111 51511111010 11g 253.2 BO TRÍ MÔ-ĐUN - C1 1 1 1 1 1S 11115121 111111111 11010111 01c 473.3 SƠ ĐÔ TÓM TAT CÁC BƯỚC CHỌN BO TRÍ THÍCH HỢP TRONG

JOBSHOP c1 1 111 511111111311 1511105010 11111010111 110101 1 T111 01 0100 111010 58

CHUONG 4 BÓ TRÍ TẾ BAO LAI Ở XƯỞNG CƠ KHÍ NHẬT LONG 594.1 GIỚI THIỆU TONG QUAN CÔNG TY ¿+ +s ke E+E+e sex xe 594.1.1 Chiến lược và kế hoạch mặt bang của công ty trong tương lai 60PT 6 (‹-“(. ŸU.A 6142 SƠ LƯỢC VE MAT BANG XƯỞNG - - s25 xxx se se ssesee 62

43 QUAN SÁT THUC TE MAT BANG CÓ NHUNG HAN CHẼ 65AA BO TRÍ MỚII E52 2 S123 3 5 111 12111 111101111 1011101010 11111111 ce 654.4.1 Thu thập số liệu - +: S2 212321 11112111 51511111 111111111 errkg 65

4.4.2 Phân tích mẫu - ¿2 2+ + SẺ SE E262 E21 1 E121 1E crererred 69

44.3 Đánh giá mặt băng bố trí hiện tai cece ccc ce S2 S2 c2 Ececzzreesered 75AAA Xác định họ sản phẩm - ¿c2 St E1 1 1 5 515111 1 111111111 1 Erkg 764.4.5 Bồ trí máy trong té bàO - c tt 1212321212121 111111811111 834.4.6 _ Bồ trí các tế bào và nhóm máy còn lại - +2 2 2 £+s+s+s£z£+ezs¿ 84

PHU LUC A L: - E121 5 5111212115 511111111 151111101010 111010101 111101010011 11H 103

PHU LUC L- - E212 121212115 515111111 151111111010 111010101 1111010100 11 11H 115PHU LUC C eeceeccccccccccscscscscsssscssscscsesscscscsesssscscsesesssssssscsesssssscsesesssscscsesessssssssesesass 125PHU LUC Deeeeeccccccccccsecccsssssscscscscsesscscscsesssscscsesessssssescsesesssecsesesssscscsesesesssssseseeass 127PHU LUC E ceceeccccccccccscscscscsssscscscsesscscscscsesssscscsesesssssssscsesesssscsesesusscscsesesssssssseseeass 130PHU LUC F ceceeccccccccccscscscscsssscscscscsscscscscsesssscscsesesssesscscsesessecsesesssscscsesesssssssscsesass 134

DANH MỤC BANG

Trang

Bảng 3.1 Trình tự xử lý va dữ liệu sản xuất cho mẫu sản phẩm 26Bang 3.2 Thông tin VỀ máấyy -. ¿-¿- ¿c5 9E12121E1 212128 1 1211111111111 0101 cx 26Bang 3.3 Ma trận máy- sản phẩm ban dau - ¿5-22 2 +5 E2 +x+x+e e2 29Bang 3.4 Ma trận hệ số SC máy 2 5S 212123 5 5 111121 1 5111111111 E111 ce 30Bảng 3.5 Ma trận hệ số SC sản phẩm : ¿+ 2622222 2E 121 3 E121 1 2E re 31Bang 3.6 Ma trận đầu vào cho G2OPPTL ¿+ + 122 1 1 1112111 51111111 2E xe 32

Bang 3.7 Các hoán Vi May - cv v0 0 re 33

Bang 3.8 Ma trận máy- sản phẩm cuối cùng -¿ + 5+ 2 22x22 2e2eczczcee 36Bảng 3.9 So sánh kết quả phương pháp SC-2GOPT với các phương pháp khác 38Bang 3.10 Ma trận biểu đỗ Form-to cho Cell Ì 5-5 2 5+ *+s 2£ z£zezszs£zcsz AlBang 3.11 Trình tự xử lý sản xuất sản Pham c.ccccccccccsececeseseeesescseseseseseseseseeeeen 47

Bang 3.12 Ma trận các chuỗi con chung trong các trình tự xử lý 49

Bảng 3.13 Chuỗi con chung đơn nhất trong các trình tự xử lý - 50Bang 3.14 Ma trận hệ số kết hợp của các chuỗi con chung - 5-5- 53

Bang 3.15 Trinh tự xu lý qua các mỗ-đun eeeeeeeeeeneeeneeaenaneaeeeeeeeeeeeeeees 57

Bang 4.1 Danh sách máy trong XUON HH 67

Bảng 4.2 Mẫu sản phẩm phân tích c.cccccccccscccscssssscsessssesesescsesescssseseseseseseeseeeeeen 72Bảng 4.3 Tổng lượng và doanh thu theo ho sản phẩm 25555555255: 80Bang B Mau sản phẩm thu thập ban đâu :-5-2 2 2 2 +S+EE+E+x+xzezszszscee: 115Bang C Biểu đồ From-O c5 5c 2 112121232121 21 2111 1211111111111 1 110 e 125Bảng D Họ sản phẩm 5-5 5S S2 E9E9191212321 21212111 1111211111111 ce 127Bảng F.1 Khoảng cách bố trí hiện tại 5252525252222 EvEvEeEeErtexrkrsrersrees 134Bang F.2 Khoảng cách bố trí mới - +22 +2+2+E S2 £EvEvEeEerrxekrrrererees 146

DANH MỤC HÌNH

TrangHình 2.1 Các loại dòng vật ẦƯ - vớ 7

Hình 2.2 Các loại bồ trí truyền thong của mặt băng - 25555555555 10

Hình 2.3 Các mô-đun căn bản - - - - << << << < c9 91 11 1 1 vn nh ng 16

80002 968 980)0 00011 24Hình 3.1 Biểu đồ Pareto cho 19 sản phẩm ¿5225255 2E +xxcE sec 27Hình 3.2 Mô tả tóm tắt giải thuật 2-OpL ¿c5 2 2222 SE 12121 1 51111111 2 xe 33Hình 3.3 Giải thuật xây dựng biểu đồ Dendrogram - + - 5+2 5s2s2s222s 35Hình 3.4 Biểu đồ Dendrogram cho họ sản phẩm - ¿+ + 25s 222225222225 35

Hình 3.5 (King và Nakornchai, 1982), kích CO 5X -c cv kg 37

Hình 3.6 Hình thành họ sản phẩm cho bồ trí tế bào độc lập - 40Hình 3.7 Máy được bồ trí hình dạng chữ U cho Cell Ï -«« «<< <<<<+<«+ 42Hình 3.8 Bồ trí hai tế bào độc lập +: ¿+ 2 222222 E2 111321 1 5 5111111 1511111 re 43Hình 3.9 Hình thành họ sản phẩm cho bồ trí tế bào lai - +5 2 2 +s+s+s<sc+2 45Hinh 3.10 Bo tri té ba0 0n 46Hình 3.11 Sơ đồ giải thuật tìm chuỗi con chung (Irani va Huang, 2003) 46

Hình 3.12 Dendrogram cho các chuỗi con chung +22 s55 c+x+s+s<zx+e+ecss2 34

Hình 3.13 Các môỗ-đun E1 11010030309 9393 31111 11 1 ng ng nh 55

Hình 3.14 Mặt băng hiện tại cho nghiên CỨU Ă 5-5 {Y3 và 55Hình 3.15 Nhóm các máy thành các bố trí mô-đun - ¿+ +2 +s+s+s+22se: 56Hình 3.16 Mặt băng bố trí mô-đun ¿+ + + 5222 SE E233 EEE2ESEEEEE 2E EEcEcErrcee 57Hình 3.17 So đồ tóm tắt các bước chọn bồ trí thích hợp trong Jobshop 58Hình 4.1 Xưởng sản xuất sản pham o cccccccccccccscsesesescscscscsescscsessssesesessscsescsesesesees 59Hình 4.2 Một số sản phẩm sản xuất ở Xưởng - ¿+ 2 +52 222222 2e2e sec 61Hình 4.3 Một số khu vực sản Xuất wo eeccceccescecsecescecvscescecceecseseceeceessceaceaveeaceaes 62

Hình 4.4 Khu vực vat tư nguyên lIỆU Ă S5 S33 3111 1 9 1131311111115 sp 63

Hình 4.5 Vị trí để sản phẩm lớn + 2 + 2 2+5 E2 E321 EE E31 E2 cxrxrrre 63Hình 4.6 Vị trí để sản phẩm nhỏ +: ¿+ 2 2222222 E321 EEESEEEEE E2 ErErxrxrrre 64Hình 4.7 Kiểm tra sản phẩm ¿ ¿5+ 1222321212121 1 E111 5211111111 cxe 64Hình 4.8 Bản vẽ chi tiết sản phẩm trục giải nhiỆt ¿5-5 55252 2£ +szsczce2 66Hình 4.9 Bó trí hiện tại (đơn vị mm) ¿56s SE SSE kề SE xnxx ret 68

Hình 4.15 Bố trí Cell Ì - + tt ca s1 23881938 58 8255881551158 1 1155 E153 E 1558k key 83

Hình 4.16 Ban vẻ cho các ràng DuỘC ng nghe 84

Hinh 4.17 B6 80 -:‹-+1 85Hình 4.18 Mặt băng hién thi đầu vào và đầu ra mỗi tế bào - 55c: 86Hình 4.19 Mặt bằng hiền thị kích thước mỗi máy và lối đi (đơn vị là mm) 87Hình 4.20 Bản vẽ mặt băng 3D của bố trí mới sử dụng CAD gốc nhìn 1 88Hình 4.21 Bản vẽ mặt băng 3D của bố trí mới sử dụng CAD gốc nhìn 2 89

Hình 4.22 Ban vẽ 3D cua Cell 2 va Cell 3 oo cc cecccccesccecceecescesccescescesceeseees 90

Hình 4.23 Biéu đồ Diagram cho bồ trí mới có hiển thị dòng vat tư đến Outside sử

dụng Flow PÏanner - - - + v9 ngọn nh 91

Hình 4.24 Biéu đồ Diagram cho bố trí mới có hiển thi dòng vật tư không Outside

sử dụng FIOW PÏannerr - c1 ng ng nh 91

Hình A.I (King va Nakornchai, 1982), kích CO 5X7 - <1 3x34 103

Hình A.2 (Kusiak, 1992), kích CO ỐX& LG che 103

Hình A.3 (Kusiak va Chow, 1987), kích CO 7X1 Í - «<< << sessssesss 103

Hình A.4 (Boctor, 1991), Kích CO 7X Í Ï -c c 11211111 1113111151111 x2 103

Hình A.5 (Chandrasekharan và Rajagopalon, 1986), kích cở 8x20 104

Hình A.6 (Srinivasan et al., 1990), kích CO I6x3Ö . - nề xa 105

Hình A.7 (King, 1980), kích cở IỐX4Ö ch 106

Hình A.S (Carrie, 1973), kích CO 18X24 eccccsccceseceeeeceeeeceseecceeceeeceeeeeees 107

Hình A.9 (Kumar et al., 1986), kích CO 29X23 -cc S313 13 x2 108

Hình A.10 (Carrie, 1973), kích CO 2ÚX3Š5 ng nh 109

Hình A.II (Chandrasekharan và Rajagopalon, 1989), kích co 24x40 110

Hình A.12 (Chandrasekharan và Rajagopalon,1989), kích co 24x40 111

Hình A.13 (Chandrasekharan và Rajagopalon,1989), kích co 24x40 112

Hình A.14 (McCormick, 1973), kích CO 27X27 « << css +31 1x3 114Hình A.15 (Chandrasekharan và Rajagopalon, 1987), kích co 40xL00 114

Hình E.1 Tế bào sản xuất cho ho sản phẩm | sử dụng Flow Planner 130

Hình E.2 Tế bào sản xuất cho ho sản phẩm 2 sử dụng Flow Planner 130

Hình E.3 Tế bào sản xuất cho ho sản phẩm 3 sử dụng Flow Planner 131

Hình E.4 Tế bào sản xuất cho ho sản phẩm 4 sử dụng Flow Planner 131

Hình E.5 Tế bào sản xuất cho ho sản phẩm 5 sử dụng Flow Planner 132

Hình E.6 Tế bào sản xuất cho ho sản phẩm 6 sử dung Flow Planner 132

Hình E.7 Tế bào sản xuất cho nhóm san phẩm còn lai sử dụng Flow Planner 133

TỪ VIET TAT

GA: Genetic algorithmGATSP: Genetic algorithm solving a traveling salesman formulationGP-GA: Genetic algorithm

GRAPHICS: Clustering method

JSLAT: Jobshop Layout and Analysis Tookit

MST: Clustering algorithm

PFA: Production Flow AnalysisSC: Similarity coefficient

SC-G2OPT: Similarity coefficient and Greedy with 2-Opt

SLP: Systematic Layout PlanningZODIAC: Zero-One Data-Ideal seed Algorithm for Clustering

Theo truyền thống, có ba loại bố trí mặt băng đã được sử dụng để bồ trí là: bố trí sản

phẩm, chức năng và tế bào Trên thực tế, mỗi loại có đặc trưng riêng Vì vậy, việclựa chọn một bồ trí phù hợp nhất là không dễ dàng và thường phụ thuộc vào loại sản

phầm và sô lượng san xuât.

Bồ trí tế bào là một ứng dụng của kỹ thuật nhóm được xem như là một triết lý sảnxuất hiệu quả cho bố trí mặt bang (Sarker và Xu, 2000) Mỗi một tế bào như một

nhóm độc lập của các máy có chức năng khác nhau dành riêng cho một họ sản

phẩm tương tự Bồ trí này có lợi thế như giảm thời gian vận chuyển, thiết lập vàthời gian giao hàng, lượng tồn kho WIP thấp hơn, thời gian sản xuất ngăn hơn, chất

lượng sản phâm tot hơn, điêu độ sản xuât và kiêm soát đơn giản (Wemmerlov and

Hyer, 1989) Tuy nhiên, bố trí tế bào chỉ thích hợp khi sản phẩm là 6n định và số

lượng sản xuât tương đôi lớn.

Một Jobshop là một hệ thống sản xuất có các hoạt động phức tạp do những điềukiện mà Jobshop hoạt động, chăng hạn như hỗn hợp sản phẩm có nhiều loại, lô nhỏvà sự biến động trong nhu câu sản phẩm Chăng hạn, một số quy trình sản xuất sảnphẩm như: cơ khí chính xác, khuôn mẫu, gia công tam kim loại, công nghệ bánhrăng, đồ 26 nội that, điện tử, sản xuất bán dẫn trong môi trường này bồ trí tế bàolà không hiệu quả và thiếu linh hoạt Do đặc điểm của các Jobshop này một số máysử dụng bồ trí tế bào sẽ mang lại hiệu quả, trong khi một số máy khác sử dụng hiệuquả hơn bởi bố trí chức năng Trong trường hop này một bồ trí tế bào lai bao gồmbố trí tế bào và chức năng là thích hợp nhất Thay vì, bố trí tế bào hoặc chức năngthì bố trí tế bào lai sẽ kết hợp cả hai bố trí tế bào và chức năng cho mặt bằng hiệuquả và linh hoạt Hơn nữa, khi Jobshop với các nguồn lực hiện là bố trí chức năngthì thực hiện bồ trí tế bào lai sẽ thích hợp hơn so với tô chức lại thành các tế bào sảnxuất là không khả thi về kinh tế

Trong các tài liệu nghiên cứu, phương pháp bố trí tế bào lai được dé cập đến cònhạn chế, một vài phương pháp được nói đến như ở Chương 2 Hau hết các phươngpháp trong tài liệu chỉ đưa ra mô hình toán học hoặc một giải thuật tìm kiếm với cácràng buộc khác nhau để hình thành tế bào và nhóm máy còn lại là chức năng Điềunày dẫn đến khó có thể ứng dụng được cho các Jobshop do điều kiện ràng buộc thựctế khác nhau không thể giải quyết cùng lúc cho các ràng buộc Nghiên cứu này pháttriển giải thuật bồ trí tế bao lai sử dụng kết hợp phương pháp hoạch định mặt banghệ thống (Systematic layout planning) và phân tích dòng vật tư (Production flowanalysis) để đưa ra các bước thực hiện bố trí thích hợp Bao gồm bốn bước quantrọng: (1) phân tích mẫu (2) xác định họ sản phẩm, (3) bố trí máy trong tế bào, (4)bồ trí tế bào và nhóm máy còn lại để tạo ra một bố trí linh hoạt và tối thiểu khoảngcách vận chuyển vật tư Hơn nửa, một giải thuật bố trí mô-đun linh hoạt cho liênquan trong môi trường Jobshop sản xuất có dòng vật tư phức tạp với nhiều máy

không thé di dời vào tế bào được đưa ra dé xem xét Sau đó, ứng dụng giải thuật bố

trí té bào lai đề cải tiên thực tê ở một xưởng cơ khí.

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

e Tìm hiểu tổng quan về các phương pháp nghiên cứu liên quan đến bồ trí mặtbang, bồ trí tế bào lai và mô-đun

e Phát triển giải thuật bố trí thông qua một ví dụ nghiên cứu cho kết quả từng

1.4 PHAM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu này tập trung vào phát triển giải thuật bố trí tế bào lai và giới thiệu giảithuật bố trí mô-đun trong Jobshop Sau đó, ứng dụng giải thuật bồ trí tế bào lai đểcải tiến Xưởng Cơ khí- Công ty Nhật Long, các dữ liệu thu thập thực tế là cần thiết.Cải tiến này sẽ tập trung vào tiêu chí hiệu quả duy nhất đó khoảng cách là quantrọng cho bồ trí mặt bằng Do đó, năng suất, chất lượng sẽ không được xem xét

1.5 NỘI DUNG

Luan an nay duoc tô chức như sau:Sau khi giới thiệu chung về van dé nghiên cứu trong Chương 1.Chương 2 Nghiên cứu lược khảo tài liệu ngắn gọn về các phương pháp.Chương 3 Dua ra một giải thuật mới bồ trí tế bào lai và giới thiệu giải thuật bố trí

mồ-đun.

Chương 4 Cho thấy một ứng dụng của giải thuật bố trí tế bào lai trong một Xưởng

Cơ khí- Công ty Nhật Long được thảo luận.

Chương 5 Kết luận và kiến nghị được dé xuất

CHƯƠNG 2LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Trong chương này khái niệm lại bố trí mặt bằng, nguyên tac dòng vật tư cần thiếttrong mặt bằng, hiểu về phương pháp bố trí truyền thống và phương pháp khôngtruyền thống đã được phát triển Tiếp theo, các nghiên cứu về bố trí tế bào lai, bố trímô-đun va các loại mô-đun cơ ban Trình bày phương pháp SLP, những hạn chếcủa SLP và phương pháp PFA Kế tiếp, sơ lược về phương pháp tìm kiếm Cácnghiên cứu về phương pháp hình thành tế bào là một bước quan trọng của giải thuậtbáo trí tế bào lai, nghiên cứu này làm cơ sở để so sánh với giải thuật mới được pháttriển Sau đó, sơ lược về hệ số SC sử dụng để hình thành tế bào Cuối cùng, phầnmềm JSLAT được giới thiệu để hỗ trợ xuất kết quả dau ra giải thuật ở Chương 3 và

Chương 4.

2.1 BO TRÍ MAT BANG

B6 tri mat bang dé cap dén su sap xép máy, trạm may, khu vực lưu trữ, lỗi đi, vàcác khu vực trong một nhà máy hiện có hoặc mặt băng mới được đề xuất (Irani vàHuang, 2000) Bồ trí mặt bằng có ý nghĩa sâu rộng vé chất lượng, năng suất và nănglực cạnh tranh của một Jobshop Một quyết định bồ trí ảnh hưởng đáng kế đến hiệu

quả của công nhân, công việc, sản phẩm sản xuất, tự động hóa hệ thống, sự thay đôi

hỗn hợp sản phẩm, và nhu cầu (Abha Kumar, 2003) Do đó, mặt băng can thiết phảicó bồ trí tốt nhất dé J obshop hoạt động hiệu quả

Một Jobshop bồ trí hiệu quả sẽ đạt được những điều sau đây (Irani va Huang, 2000):

Tăng năng suất

Giảm thiểu thời gian sản xuất tong thé và chi phí vận chuyén vật tư.Cung cấp đủ năng lực sản xuất

Tạo điều kiện cho quá trình sản xuất.Hiệu quả sử dụng của con người, thiết bị và không gian

Nhân viên làm việc thuận tiện, an toàn và thoải mái.

Duy trì tính linh hoạt sắp xếp và hoạt động

2.2 NGUYÊN TAC D NG VAT TU CAN THIẾT TRONG MAT BANG

Dong vat tu trong mat bang được định nghĩa là "tiến trình vận chuyển của một sảnphẩm thông qua một Jobshop từ việc tiếp nhận vật tư đến kho thành phẩm" (Suzaki,1987) (Tompkins et al., 1996) dé ra ba nguyén tac ké hoach dong vat tư hiệu qua dédam bao quá trình vận chuyền vật tư, thông tin, sản phẩm và con người ở bat kỳ

Jobshop như sau:

Dong vat tu giữa các cặp máy liên tiếp có khoảng cách ngăn: Điêu này sẽgiảm thiêu khoảng cách vận chuyên vật tư và cho phép một người vận hànhđi lại ít hơn qua các trình tự xử lý khác nhau.

Dong vật tr phải là một chiều toi thiểu Backtrack hay Cross: Dong vat tưtrong một Jobshop có thể được phân loại là Forward (tiễn tới) hay Bypass (điqua), Backtrack (lùi lại) giữa may liền kề hoặc không liên ké và Cross (giữacác máy cách nhau bằng một lối đi chung hoặc máy ngăn cách bởi nhiều hơnmột lối di), như theo các định nghĩa này thì bố trí mặt bang cần phải giảm

thiêu hoặc loại bỏ lùi lại và 161 đi.

e Dòng vat tư trong tế bào phải trơn tru: Điều này sẽ cho phép một người vận

hành đa chức năng đê có xu hướng làm việc được nhiêu máy và có thê đạt

được băng cách (1) uốn một cách bố trí tuyến tính vào L, U, S, W hoặc (2)

phân hủy và tổng hợp các trình tự xử ly của các sản phẩm thành một mạnglưới nối tiếp hoặc song song theo các phân đoạn tuyến tính.

i Ly CLR LY LÍ Bypass ngay lập tức trước một may

dong cháy qua một lỗi di bi tot nhấtw

Forward giữa các may song song va hen kẻ

cach nhaw bing mot tỏi di ta ok

Hình 2.1 Các loại dòng vat tư

2.3 CÁC LOẠI BO TRÍ TRUYEN THONG

Trong môi trường sản xuất một vài sản phẩm cụ thé hay nhiều sản phẩm với trình tựxử lý không tương tự được sản xuất sẽ có những loại bố trí khác nhau để đáp ứngcho phù hợp Theo truyền thống, có 3 loại chuẩn cho mặt băng là bố trí sản phẩm(Product), chức năng (Functional) và tế bào (Cellular) (Tompkins, 1996) cho thay 0

Hinh 2.2.

2.3.1 Bồ trí san phẩmMáy và thiết bị được sắp xếp trong một dòng phụ thuộc vào trình tự xử lý của sảnphẩm Các vật tư vận chuyển từ một máy này đến máy khác liên tục mà không bị lùi

lại hoặc gián đoạn Do đó vật tư được đưa vào máy đầu tiên và thành phẩm, đầu ra

của một máy này trở thành đầu vào của máy kia Vật tư di chuyển rất nhanh, tôithiểu kho bán thành phẩm và xử lý vật tư

Một bố trí sản phẩm được tìm thấy trong Flowshop Flowshop sản xuất số lượng

cao, sản phâm tiêu chuân cao và lặp đi lặp lại.

Uu điểm: Bồ trí sản phầm cung cap các lợi ich sau:

e_ Chỉ phí xử lý vật tư thấp, do trình tự xử lý là theo các máy thang hàng, ngắn

và không có lùi lại.e Xu lý trơn tru, không bị gián đoạn.e Quy trình xử lý công việc liên tục.

e Sử dụng tối ưu không gian sản.e Thời gian xử lý ngăn hoặc đầu ra nhanh.e Ít ùn tắc công việc trong quá trình.e Kiểm tra đơn giản, hiệu quả công việc và kiểm soát sản xuất đơn giản hóa.e_ Chi phí sản xuất trên một đơn vị thấp

Nhược điểm: Bỗ trí sản phẩm bị hạn chế sau đây:

e Vôn dau tư máy ban dau cao cho mục đích đặc biệt sản xuât sản pham cụ thê.e Su cô của một máy sẽ cản trở qua trình sản xuât toàn bộ.

e Linh hoạt thấp, đặc biệt chỉ cho sản phẩm cụ thể

2.3.2 Bồ trí chức năngBồ trí các máy cùng loại được sắp xếp vào cùng nhau tại một khu vực Ví dụ: Máythực hiện khoan được bố tri trong khu vực khoan, máy móc thực hiện đúc đượcnhóm lại trong khu vực đúc Do đó, máy được bồ trí trong Jobshop theo chức năng.Do, bố cục như vậy thường có khu vực khoan, khu vực phay, khu vực hàn, khu vựcnhiệt luyệt, Công việc phải được phân bố cho từng khu vực mà không máy nàođược lựa chọn để làm nhiều công việc khác nhau như có thé, có nghĩa là máy sẽ cómục đích chung Công việc thực hiện được phân bồ cho các máy theo tiễn độ tải

đảm bảo răng mỗi máy đây tải.

Bồ trí chức năng là chủ yếu cho Jobshop Jobshop sản xuất tùy chỉnh, lượng thấp cóthể đòi hỏi trình tự hoạt động khác nhau.

Uu điểm: Bồ trí chức năng cung cap các lợi ích sau:

e Vốn dau tư ban dau thấp hơn

e Muc độ sử dung may cao.e Dễ dàng thích nghi hơn với nhiều loại sản phẩm, lượng sản xuất thay đối

e Có một sự linh hoạt cao hơn khi mở rộng sản xuất.Nhược điểm: Bé trí chức năng bị hạn chế sau đây:

e Chi phí vận chuyền vật tư là cao.e Nhân viên có tay nghề cao là cần thiết dẫn đến chi phí cao hơn.e Thời gian sản xuất cao

e Tôn kho bán thành phẩm lớn, cần không gian lưu trữ lớn hơn.e Kiếm tra thường xuyên hơn là cần thiết

2.3.3 Bồ trí tế bàoMột tế bào sản xuất là một nhóm của tất cả các nguồn lực (nhân lực, vật tư, máy,dụng cụ) cần thiết để sản xuất sản phẩm Các nguồn tai nguyên trong tế bào đượcbó trí ở gần để tăng cường thông tin liên lạc và cho phép tat cả mọi người để xemnhững gì đang xảy ra trên khắp tế bảo Việc bố trí tế bào cần phải đủ linh hoạt để xử

lý các nhu câu sản xuât thay đôi có hiệu quả.

Vậy, bồ trí tế bào là một bồ trí có sự sắp xếp của máy, thiết bị, dụng cụ được dựa

trên họ sản phẩm Ngược lại với một bồ trí chức năng, máy, thiết bị và các dịch vụ

hỗ trợ trong tế bào được tách ra thành các nhóm khác nhau, gọi là các tế bào sảnxuất Mỗi tế bào sản xuất chịu trách nhiệm sản xuất một nhóm sản phẩm tương tự,được gọi là một họ sản phẩm Nói chung, là mỗi tế bào sản xuất có thể xử lý các

trình tự xử lý khác nhau can thiệt đề sản xuât các sản phầm trong họ sản phâm.

Uu diém: Quá trình tê bào cung cap các lợi ích sau:

e Giảm chi phí vận chuyên.

e Giảm thời gian thiết lập.e Tôn kho bán thành phẩm thấp.e Cải tiễn quan hệ thông tin giữa các nhân viên.e Điều độ sản xuất và kiểm soát đơn giản hơn.Nhược điểm: Bỗ trí tế bào bị hạn chế sau đây:

e Hiệu suất sử dụng thấp: Nguyên nhân chính là các máy dành riêng để sản

xuât một họ sản phầm nhỏ Vì vậy, máy cân phải được mua thêm đê sản xuâttrơn tru giữa các tê bào.

e Tính linh hoạt thấp: Một vẫn dé về bồ trí tế bao là tính linh hoạt thấp khi cósự biến động trong hỗn hợp sản phẩm Một nhóm máy sản xuất một họ sảnphẩm, tải không cân bằng có thé xảy ra khi hỗn hợp sản phẩm thay đổi mộtthời điểm Hơn nửa một sản phẩm với vải tính tăng mới sẽ không có thể sản

xuất trong tế bào hiện tại, do đó cần phải điều chỉnh lại cách bố trí Và điều

này có thể là không thể vì nhiều lý do như: chỉ phí, thời gian Một vẫn đềkhác khi hình thành các tế bào là cần thiết để mua máy Và tăng loại máy nàycó thé là không thé do chi phí mua

~

(a) Bồ trí san pham

(c) Bồ trí tế bàoHình 2.2 Các loại bố trí truyền thong của mặt bang

2.4 BO TRÍ KHÔNG TRUYEN THONG

Đặc điểm của một Jobshop là trong hỗn hợp sản phẩm có nhiều loại, lô nhỏ và sựbiến động trong nhu cầu sản phẩm Một Jobshop phải có tính linh hoạt cao và hiệuqua trong dòng vận chuyên vật tư các loại bố trí truyền thống không thé đáp ứngmột cách hiệu quả (1) bố trí sản phẩm sẽ không là lựa chọn phù hợp do sự đa dạngcủa trình tự xử lý sản phẩm thường xuyên khác (2) khi sản phẩm đa dạng, SỐ lượngsản xuất nhỏ, bố trí chức năng với tất cả các máy cùng loại tại một khu vực, thườngđược cho là linh hoạt nhất Tuy nhiên, một bồ trí chức năng là kém hiệu quả chovận chuyển vật tư và lập lịch trình phức tạp, có thé dẫn đến thời gian sản xuất dài,

hàng tồn kho lớn và vật tư không xử lý hiệu quả (Benjafaar et.al., 2000) (3) cudi

cùng, một thay thé cho một bố trí chức năng là bố trí tế bào, trong đó Jobshop đượcphân chia thành các tế bào, mỗi tế bào dành riêng cho một họ sản phẩm với yêu cauxử lý tương tự (Heragu, 1997) Mặc dù, bồ trí tế bào có thể đơn giản hóa quy trìnhlàm việc và làm giảm vận chuyển vật tư, nhưng thường được thiết kế dé tạo ra mộttập hợp cụ thể của sản phẩm có mức độ nhu cầu được giả định là ôn định va vòngđời sản phẩm đủ dài Trong thực tế, các tế bảo thường được dành riêng cho các họsản phâm duy nhất với ít xử ly cho trường hợp đối với các sản phẩm xử lý ngoài tếbào Bồ trí tế bào không hiệu quả khi nhu cầu về các sản phẩm hiện tại thay đổihoặc có sản phẩm mới thường xuyên

Do đó, nghiên cứu này là tìm hiểu loại bố trí mới phù hợp hơn khi sản xuất trongmôi trường Jobshop là bố trí tế bào lai và mô-đun, sau đây trình bày cụ thể về hai

loại này.

2.4.1 Bồ trí tế bào laiBồ trí tế bào lai (Hybrid Cellular Layout) là phương pháp mới, các nghiên cứu trongtài liệu đề cập đến còn hạn chế (Feyzioglu và Pierreval, 2009; Satoglu và Suresh ,

2009).

Shukla (1995) tập hợp của nhiều ý tưởng từ nhiễu nguyên cứu trong tài liệu về bốtrí tế bào lai, phương pháp bồ trí này bằng việc chuyển đổi một phan bồ trí tế bào va

nhóm chức năng của một sô loại may chia sẻ đề hạn chê tăng các máy chia sẻ và sảnphầm xử lý ngoài Bao gồm các ý tưởng sau: Một bồ trí tê bào lai là sự kêt hợp củacả tê bào sản xuât và các máy khác (Harhalakis et al, 1996) Các tê bào phân tang

(Tilsley et al, 1977) và tế bào và nhóm chức năng con lại (Shunk va Reed, 1975).Delaney et al (1995) dé xuất một phương pháp dé bó trí tế bào lai Mục tiêu của

phương pháp là để giảm thiêu chi phí vận chuyển vật tư ngoài và dé tối đa hóadòng vật tư trong tế bào

Harhalakis et al (1996) trình bày một phương pháp bồ trí tế bào lai bao gồm các tếbào máy và nhóm chức năng đề cập đến năng lực máy, thời gian thiết lập và chuỗi

xử lý sản phầm.

Shambu & Suresh (2000) đề xuất một hệ thống sản xuất tế bào lai trong đó bồ tríchức năng và tế bào cùng tôn tại Hệ thống này bao gồm cả các tế bào sản xuất đượcdành riêng cho họ sản phẩm cụ thể, đặc biệt là những sản phẩm có nhu cầu cao và6n định, và máy khác được bố trí chức năng, nói chung để sản xuất các sản phẩmvới nhu cau thấp và thất thường Có rất nhiều lợi ích tiém năng của hệ thống tế bàolai Cách bố trí chức năng trong tế bào lai là linh hoạt hơn với những thay đổi tronghỗn hợp sản phẩm và nhu cầu Do đó, mặt băng sẽ có khả năng đáp ứng nhu cầuthay đổi một cách nhanh chóng và hiệu quả, ngoài việc cung cấp những lợi ích của

các tê bào sản xuat.

Venkataramanaiah và Krishnaiah (2002) đã phát triển một phương pháp tìm kiếmcho sự hình thành tế bào, thiết kế các tế bào hoàn chỉnh nếu có thể, sau đó tính đến

sản phâm xử lý ngoài và các máy còn lại.

Viguier và Pierreval (2004) dé xuất một phương pháp đa tiêu chí ràng buộc để thiếtkế một bố trí tế bào lai loannou (2006) đã đề xuất một phương pháp dé chuyền đổiJobshop sản xuất chức năng thành sản xuất tế bào lai, bao gồm cả bố trí tế bào vàchức năng Feyzioglu và Pierreval (2009) giải quyết vẫn đề là làm thế nào để phân

bố máy và các sản phâm để thuận lợi cho bố trí tế bào lai Satoglu và Suresh (2009)đã đề xuất một mô hình lập trình mục tiêu để thiết kế bố trí tế bào lai trong điều

kiện ràng buộc về năng lực.

Bồ trí tế bào lai là nơi các tế bào sản xuất và bố trí chức năng cùng tồn tại (Shambu& Suresh, 2000) va cũng có một lợi thế của nhiều sản phẩm linh hoạt, vốn dau tư íthơn cho máy do đó nó có lợi (Satoglu et al., 2009) Bằng chứng thực nghiệm cũngcho thay bố trí tế bào lai được thực hành pho biến ở (Marsh et al., 1999)

Minjie Chen và Tomohiro Murata (2010) đề xuất một phương pháp cau hình của hệthống sản xuất tế bào lai qua nhiễu bước Bước dau tiên, nhằm mục dich phân loại

được sản xuất trên tế bào hoặc chức năng của hệ thống Bước thứ hai và thứ ba cho

thay một phương pháp toán học với hai mô hình liên quan với nhau, mô hình đầutiên là hình thành các tế bào và thứ hai là dé loại bỏ các sản phẩm xử lý ngoài.Sh Ariafar, et al (2010) thực hiện một mô hình toán học cho bố trí tế bào lai đượcdé xuất nhằm giảm thiêu tong chi phí vận chuyền vật tư Dé giải quyết mô hình nàymột giải thuật mô phỏng luyện kim được phát triển để giải quyết nhanh hơn

Sule (2010) đề xuất một mô hình toán học cho bố trí tế bào lai tạo thuận lợi cho

dòng vật tư một mãnh Mô hình toán học được sử dụng trong các trường hợp của

các bài toán vừa và nhỏ, và nó cố gắng để giảm thiểu các sản phẩm xử lý ngoài,trong khi xem xét năng lực máy và thay thế máy Ma trận máy- sản phẩm từ môhình toán học này là đầu vào cho giai đoạn xác định dòng vận chuyển vật tư băngphương pháp tìm kiếm để loại bỏ dòng vật tư lùi lại trong các tế bào

Iram (2013) căn cứ vào đặc tính dòng vật tư của bồ trí chức năng và tế bào đã đượcbiết đến Đưa ra giải pháp bố trí tế bào lai để tránh chia sẻ máy ở các tế bào màkhông phá hủy các tế bào gốc

2.4.2 Bồ trí mô-đunIrani va Huang (2000) va Benjaafar et al (2002) thảo luận về bố trí mô-đun(modular layout) Bồ trí mô-đun được định nghĩa là "một mạng lưới các mô-đun,

mỗi mô-đun đại diện một cho nhóm nhỏ các máy và dòng vật tư tương ứng với một

loại bố trí cụ thể, như một bố trí sản phẩm, tế bao, Một sản phẩm sẽ phải vậnchuyển qua một hoặc nhiều của các mô-đun để được xử lý" Mỗi mô-đun có thểđược bồ trí xử lý sản phẩm và lịch trình như một máy đơn hoặc khu vực

Bồ trí mô-đun phát sinh từ thực tế là lý tưởng mỗi sản phẩm phải được sản xuấttrong dòng vật tư để có thời gian chu kỳ thấp nhất Bồ trí mô-đun được thực hiệnbang cách xác định các chuỗi con chung trong trình tự xử lý trong các sản phẩmkhác nhau mà có xử lý giống nhau Điều này có thé tạo thành một mô-đun sản phẩmnếu dòng sản phẩm là lớn hay máy giống nhau Các xử lý không giống nhau nhưngcó những yêu cau máy tương tự, mô-đun tế bào có thé được tạo ra Đây có thé làgiống với một bồ trí tế bào với lợi thế của tế bào Tuy nhiên không giống như mộtbố trí tế bào truyền thống, lưu ý răng chỉ một phan của sản phẩm có thể được xử lýtrong một tế bào Các mô-đun chức năng tương tự như một bồ trí chức năng và cóthé bao gồm các máy không thé được mua thêm nhưng là chung cho một phan hosản phẩm Như trong cách bồ trí chức năng trình tự xử lý của các sản phẩm trongmô-đun chức năng sẽ là ngẫu nhiên Từ kinh nghiệm Benjaafar et al đề nghị rằngtrình tự xử lý sản phẩm thường có chuỗi con chung của các hoạt động mà có thểđược tổng hợp thành mô-đun sản phẩm hoặc tế bào

Bồ trí mặt băng có thể được thiết kế sao cho các sản phẩm di chuyển giữa các đun bên cạnh dé tránh vận chuyền không cần thiết Nếu hỗn hợp sản phẩm thay doi,trình tự xử lý của một sản phẩm giữa các mô-đun khác nhau sẽ thay đối Điều nàycó thé đòi hỏi phải bố sung hoặc thay doi các mô-đun cũng như sắp xếp lại mặtbằng

mô-Irani và Huang (2003) hiện xây dựng chương trình toán học để giảm thiểu tổng vận

chuyên vật tư ngoài giữa các mô-đun và mua thêm máy Tuy nhiên, vì mô hình là

NP-khó, nên cung cấp một phương pháp tìm kiếm dựa trên kết hợp chuỗi và phânnhóm sử dụng hệ số kết hợp Irani va Huang đã sử dụng các phương pháp dé thiếtkế bồ trí mô-đun cho Motorola Lợi thé của việc bố trí mô-đun là họ sử dụng nhữnglợi thế của bố trí sản phẩm và tế bào càng nhiều càng tốt trong khi vẫn giữ sự linhhoạt dé sản xuất loại sản phẩm và sỐ lượng khác nhau một cách hiệu quả.

(Irani va Huang, 2003) cho thay các mô-đun có thé có một số dạng:e M6-dun đường thăng (Hình 2.3a): Một mô-đun đường thăng (Flowline) là

một sự sắp xếp tuyến tính của máy, bất kỳ sản phẩm sẽ di chuyển qua dòngvật tư thăng sẽ được chuyển tiếp, hoặc trong trình tự hoặc đi qua

e Mô-đun đường thắng có nhánh (Hình 2.3b): Một mô-đun đường thăng cónhánh (Branched flowline) là kết quả khi một tập sản phẩm có chuỗi xử lývới một hoặc nhiều các chuỗi xử lý phụ cho trong số chuỗi Tại một số điểm,đường thăng sẽ chia thành các nhánh song song, mỗi nhánh máy duy nhấtchứa cho một chuỗi cụ thể Các nhánh sẽ hợp nhất sau vào một dong duynhất bất cứ nơi nào tất cả các sản phẩm yêu cầu các chuỗi phụ cùng xử lý

trong chuỗi xử lý chung

e Mô-đun tế bào (Hình 2.3): một mô-đun tế bào (Cellular) là một tập các máykhông giống nhau được đặt lại với nhau, có thể tạo ra một họ sản phẩm màkhông có sản phẩm đòi hỏi xử lý bất kỳ đến các mô-đun khác Mặc dù cácsản phẩm trong một họ có thể không sử dụng tất cả các máy hoặc có cùng

một chuỗi xử lý, trình tự xử lý có sự tương đồng cao của máy.

e Mô-đun bố trí chức năng (Hình 2.3d): Một mô-đun bố trí chức năng(Functional) tương tự như tập trung vào quá trình trong một bồ trí chức năngtruyền thống ma các máy có chức năng tương tự được nhóm lại với nhau,trong đó các dòng vật tư là ngẫu nhiên

e M6-dun dòng vat tư (Hình 2.3e): Mang mô-đun dòng vật tư (Patterned flow)

thể hiện đặc trưng của một đồ thị xoay vòng có hướng Mô-đun này có thểđược phân tách ra thành một mạng gồm Mô-đun đường thăng và Mô-đunđường thăng có nhánh

[sidsldcldsld=e]

(a) Mô-đun bé trí sản phẩm

(c) Mô-đun bé trí tế bào (d) Mô-đun bố trí chức năng

(e) Mô-đun bé trí dòng vật tư

Hình 2.3 Các môö-đun căn bản

2.5 PHƯƠNG PHAP HOẠCH ĐỊNH MAT BANG HỆ THONG VÀPHAN TÍCH DONG VAT TƯ

2.5.1 Hoach dinh mat bang hé thongHoach dinh mat bang hệ thống (Systematic Layout Planning -SLP) (Muther, 1973)là một phương pháp có hệ thống cung cấp một quy trình thiết kế bố trí dé hướng dẫnlập kế hoạch bố trí thông qua một chuỗi các bước như sau: SLP dựa trên sự kết hợpcủa một biểu đỗ mối quan hệ hoặc biéu đồ Form-to vào một biểu dé Diagram Tiếptheo là việc xác định không gian được giao cho từng hoạt động Dựa trên sửa đổicân nhắc và hạn chế thực tế, một số lựa chọn thay thế bố trí được phát triển và đánhgiá Sau đó, chọn một thay thé bó trí để thực hiện Các thủ tục SLP có thé được sửdụng dé phát triển đầu tiên mặt bang dạng bố trí khối (Bock layout) và sau đó bồ tríchỉ tiết cho từng khu vực

Muther (1973) đưa ra một loạt các biểu đồ đã được sử dụng từ những năm 1950 để

mồ tả mồ hình dòng vật tư trong một mặt băng

e Biểu đồ Pareto: Là dé lay mẫu sử dụng tiêu chuẩn theo số lượng sản xuất désắp xếp và chọn các mẫu sản phẩm để thiết kế bố trí một Jobshop chọn mộtmẫu sản phẩm cho phân tích để bồ trí Phân tích Pareto được dựa trên mộtquy tắc để lựa chọn những sản phẩm có tỷ lệ tích lũy số lượng là 80% của

tông sô lượng sản xuât.

e Biểu đồ Form-to: Là công cụ cơ bản được sử dụng dé bồ trí, biểu đồ nàytong hợp dòng vật tư qua các cặp máy, biéu đồ là dữ liệu đầu vào định lượng

được sử dụng để bố trí mặt bằng

e Biéu đồ Diagram: Biểu đồ này xếp các dòng vật tư của mỗi sản phẩm vàomột mặt bằng để có được một đánh giá trực quan và không gian của sự phứctạp của dòng vật tư trong mặt bằng

Dựa trên kỹ thuật SLP, biểu đỗ Diagarm được phát triển trong Flow planner là mộtphần mềm thương mại, phần mềm giúp hình dung dòng vật tư Phần mềm làm việctrong AutoCAD, dòng vật tư tự động tạo ra trên biéu đồ Diagram và tính toán thống

kê như khoảng cách vận chuyền, thời gian và chi phí trong thời gian đáng kế ít hơnphương pháp thủ công truyền thong.

2.5.2 Giới hạn của SLP

Là không đủ dé thiết kế bố trí Jobshop theo dạng tế bao lai do không có khả năngphân tích trình tự xử lý sản phẩm thay vào đó biểu đỗ Form-to làm dữ liệu dau vảo.Đặc biệt, là không thé kết hợp được bồ trí tế bao và bố trí chức năng Các biểu đồPareto, biểu đỗ Form-to, biểu đỗ Diagarm là thích hop cho việc thiết kế của một loạicô điển duy nhất của bố trí cho một mặt bằng chức năng không có khả năng phântích nhóm để hình thành tế bào Áp dụng các giải thuật và các nguyên tắc của phântích dòng vật tư trong giai đoạn này có thé loại bỏ những hạn chế này

2.5.3 Phân tích dòng vật tưPhân tích dòng vật tư (Production Flow Analysis -PFA) là một tập hợp các phương

pháp giúp các nhà sản xuất phân tích dòng vật tư dựa trên trình tự xử lý sản phẩm,sự đa dạng của các các sản phẩm, nhiều loại máy, bố trí mặt bang và các máy trongnhà máy Kỹ thuật nay lần đầu tiên được giới thiệu bởi (Burbidge, 1963, 1975) chođến nay nhiều nghiên cứu đã được ứng dụng, đặc biệt điểm mạnh của PFA là để

thực hiện tê bào sản xuât trong các nhà máy.

Khi áp dụng cho một nha máy, khuôn khổ để thực hiện thủ công PFA bao gồm bốngiai đoạn, mỗi giai đoạn đạt được sẽ giảm dòng vật tư một phan, giảm dan trong nhà

máy: Phân tích dòng vật tư nhà máy (Factory Flow Analysis), Phân tích nhóm

(Group Analysis), Phân tích bồ trí (Line Analysis) và Phân tích công việc (Tooling

Analysis).

e Phan tích dong vật tư nhà máy: Dong vật tư giữa các Shop (khuôn, han, xửlý) được giảm bởi sự sắp xếp lại các máy Phân tích này thường có thé làkhông cân thiết cho một nhà máy sản xuất có có một Shop

e Phân tích nhóm: Cho trình tự xử lý của các sản phầm được sản xuât qua cácmáy tại một Shop cụ thê đề xác định các tê bào sản xuât Môi tê bào thườngchứa các máy cân thiệt dé đáp ứng yêu câu sản xuât hoàn toàn một họ Dochia sẻ và không có đủ máy, một sô dòng vật tư di chuyên ngoài tê bào.

e Phân tích bố trí: Cách bố trí của các máy đến mỗi tế bào được xem xét, mộtbố trí chữ L hay U được bố trí cho các máy và được gan cho mỗi tế bào Cácđường đi của mỗi sản phẩm được gán đến các tế bào và tần suất sử dụng củamỗi đường đi được sử dụng để phát triển một tế bào dé việc vận chuyển hiệu

quả cũng như xử lý vật tư tôi thiêu và đi lại của người vận hành.

e Phan tích công việc: Phân tích van dé lập lịch trình cho các tê bào đê tôi ưuhóa năng suat của pham trong tê bao, phân tích làm giảm sự vận chuyên và

thay đổi sự thiết lập của các sản phâm bên trong tế bào

2.6 PHƯƠNG PHAP TÌM KIEM

Phương pháp tìm kiếm (Heuristic) giải quyết bài toán bang cách đánh giá kinhnghiệm, và tìm giải pháp qua thử nghiệm và rút tỉa khuyết điểm

Từ Heuristic sử dụng trong giải thuật dùng để tìm giải pháp trong số những cái cóthể, nhưng không đảm bảo răng cái tốt nhất sẽ được tìm thấy, do đó phương pháp cóthể giả định đó là giải thuật xấp xỉ và không chính xác Các giải thuật này thườngtìm ra một giải pháp gần như tốt nhất và thường chúng tìm thấy nhanh chóng và dễdàng Trong một số trường hợp giải thuật này có thé chính xác va thực sự tìm ra giảipháp tốt nhất

Rất nhiều giải thuật tìm kiếm có thé đưa ra nhanh chóng lời giải tốt đã được dé xuất.Các phương thức hiện đại có thể tìm lời giải cho bài toán cực lớn trong khoảng thời

gian chap nhận được với lời giải xâp xi chỉ khác 2-3% so với lời giải tôi ưu.

Giải thuật tìm kiếm Greedy để tìm các nút áp dụng vào cho bài toán bồ trí mặt bằng,mỗi nút là một máy, máy gần nhất chưa đi trong lần di chuyền tiếp theo Giải thuậtnay nhanh chóng đưa ra một đường vận chuyển qua các máy và hiệu quả Chokhoảng N máy phân bố ngẫu nhiêu, trung bình giải thuật này đưa ra lời giải có chiều

dai xâp xi 1.25 * lan chiêu dài của đường di tôi ưu.

Giải thuật tìm kiếm chuyển cặp hay 2-Opt (Croes, 1958) bao gồm việc lặp lại việcxóa 2 cạnh và thay chúng băng hai cạnh khác nói đoạn tạo bởi cạnh bị xóa tạo thànhđường đi ngắn hơn qua các máy Một giải thuật tìm kiếm 2-Opt thường tim một số

lượng lớn hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn máy Đây là trường hợp đặc biệt củaphương thức k-Opt.

2.7 HE SO TƯƠNG DONG CHO MAY VÀ SAN PHAM

Hệ số tương đồng (Similarity coefficient-SC) đã được sử dung trong nhiều phươngpháp hình thành tế bào, là cơ sở để xác định các họ sản phẩm và nhóm máy Hệ số

SC đơn giản và linh hoạt hơn so với các phương pháp khác như phân nhóm theomang (array-based clustering), mô hình toán hoc (mathematical programming),

mang noron (neural networks) va tim kiếm (heuristics/meta-heuristic) (Arora et al.,2011) Mục đích sử dung phương pháp SC là dé tính toán cho mỗi cặp máy và cặp

sản phâm.

Ba phương pháp phân nhóm, phân cấp noi tiếng sử dụng hệ số SC là phân tíchnhóm liên kết đơn, nhóm liên kết trung bình và nhóm hoàn chỉnh Nhóm liên kếtđơn bởi (McAuley, 1972), nhóm liên kết trung bình bởi (Seifoddini va Wolfe,1987), và nhóm liên kết hoàn chỉnh (Gupta và Seifoddini, 1990) Trong đó, nhómliên kết đơn được xem xét khoảng cách giữa một nhóm và nhóm khác là bangkhoảng cách ngăn nhất từ bất kỳ thành viên của một nhóm đến các thành viên củanhóm khác Nếu dữ liệu bao gồm các điểm tương đồng, thì xem xét sự giống nhaugiữa một nhóm và một nhóm băng sự tương đồng lớn nhất từ bất kỳ thành viên của

một nhóm đến thành viên của nhóm khác Nhóm liên kết trung bình, xem xétkhoảng cách giữa một nhóm và một nhóm khác băng khoảng cách trung bình từ bấtkỳ thành viên của bất kỳ thành viên của một nhóm đến bat kỳ thành viên của nhómkhác Nhóm liên kết hoàn chỉnh xem xét khoảng cách giữa một nhóm và một nhómkhác bằng khoảng cách xa nhất từ bất kỳ thành viên của một nhóm đến các thành

viên của nhóm khác.

Trong các tài liệu phân tích nhóm (Shafer va Rogers, 1993) và (Vakharia và

Wemmerlöv, 1995), nhóm liên kết trung bình được cho là đứng dau hiệu quả trongnhững tình huéng khác nhau Các phân nhóm cùng kết quả phân tích được biéu diễnbởi một biểu đồ Dendrogram- là cây ngược minh họa sự kết hợp của các đối tượngvà các cụm tại ở bước phân nhóm kế tiếp Việc sử dụng các phân nhóm theo cấp,các phương pháp thường được kết hợp với khoảng cách tương đồng

2.8 HÌNH THÀNH TE BAOCông việc đầu tiên và quan trong nhất cho bố trí tế bao lai là xác định họ san phẩmvà nhóm máy với các tính năng tương đồng vào họ, quá trình này được gọi là hìnhthành tế bào (Soleymanpour, Vrat, và Shanker, 2002) Bài toán hình thành tế bào làmột van dé tối ưu hóa tổ hợp đó là NP-khó Trong những năm qua, nhiều phươngpháp giải quyết hình thành tế bảo đã được phát triển và xuất bản (một số tài liệu vềđều nay cho thấy ở (Wemmerlov va Hyer, 1986))

Bang cách xây dựng ma trận là một trong những phương pháp phô biến mà đã đượcthấy ở (Chan và Milner, 1982), (King, 1980), (King và Nakornchai, 1982) và

(McCormick et al.,1972), tuy nhiên các phương pháp này bỏ qua các bài toán lớn.

Mô hình toán học đã được phát triển cho sự hình thành tế bào từ (Askin vàSubramaniam, 1987) và (Shafer va Rogers, 1991) Hau hết các mô hình này có thểkết hợp các tính năng phức tạp hơn của bài toán và cho giải pháp tốt nhưng thường

trở nên tính toán không đáp ứng được do thời gian và cho các bài toán lớn Tất cảnhững phương pháp nảy không phù hợp bởi vì không thể giải quyết cho các bài toánthực tế mà có số lượng lớn của các sản phẩm cần được nhóm vào ho, và yêu cầu chỉđịnh số lượng tế bào và hạn chế kích thước tế bào (Hindi và Hamam, 1994) Mặc dùcó những hạn chế nhưng mô hình toán học cho phép các nhà nghiên cứu so sánh vớicác phương pháp tìm kiếm khác có chất lượng, ví dụ (Wei và Gaither, 1990).

Kumar et al., (1986); Rajagopalan và Betra (1975) ; Vannelli và Kumar (1986) đã

sử dung giải thuật đồ thị phân hủy cho bài toán hình thành tế bao, họ san phẩm va

nhóm máy.

Gan đây các phương pháp được trình bay trong các tài liệu sử dụng phương pháptìm kiếm để giải quyết hình thành tế bao Phương pháp tìm kiếm đã nổi lên để giảiquyết bai toán hình thành tế bào giải pháp tối ưu trong một thời gian tính toán hợplý Các phương pháp tìm kiếm gần đây, có khả năng giải quyết các bài toán thực tếđã được phát triển như mô phỏng luyện kim (Boctor, 1991; Harhalakis et al., 1990),

va mang noron (Kaparthi & Suresh, 1992; Moon, 1990) Venugopal va Narendran

(1992) đưa ra giải thuật di truyền Cheng et al., (1998) hình thành tế bao dựa trên

bài toán người bán hàng.

Để so sánh các giải pháp, các tác giả thường sử dụng các bài toán chuẩn trong cáctài liệu đã có từ các nghiên cứu Và để xác định các giải pháp nỗi tiếng nhất trongcác bài toán chuẩn, trong nghiên cứu này xem xét các kết quả báo cáo của

(Goncalves va Resende, 2004), James et al., 2007), (Tunnukij va Hicks, 2009),(Mahdavi et al, 2009), (Nokhtehdan et al., 2010), (Xiangyong et al., 2010) ma 6 day

các tác giả đã so sánh kết quả với các bài viết khác đã được công bố trong các tàiliệu Do đó đối với mỗi bài toán trong nghiên cứu này xem xét các giải pháp tốtnhất trong số những tác giả tạo ra bởi các phương pháp sau:

e ZODIAC (Chandrasekharan va Rajagopalan, 1987)e GRAPHICS (Srinivasan va Narendran, 1991)e MST (Srinivasan, 1994)

e GATSP (Cheng et al., 1998)e GP-GA (Dimopoulos va Mort, 2001)e GA (Zolfaghari va Liang, 2002)

Sáu phương pháp cung cấp kết quả tốt nhất, được tim thay trong các tài liệu, trongđó 15 bài toán chuẩn được sử dụng để so sánh kết quả báo cáo trong Chương 3,băng tiêu chỉ là hiệu quả nhóm

Hiệu quả nhóm được dé xuất bởi (Kumar và Chandrasekharan, 1990)

n, SỐ lượng sô | trong ma trận máy-sản phầm cuôi cùng

m/” sô lượng sô "1" ngoài tê bào

n;" sô lượng sô "1" bên trong tê bào

nạ SỐ lượng sô "0" bên trong tê bào

Công thức này đã được chứng minh đã phản ánh tốt hơn chất lượng của một giảipháp hình thành tế bào

% Cải tiến được tính như sau:[(Giá trị tốt nhất phương pháp mới - Giá trị tốt nhất phương pháp khác)/ Giá trị tốtnhất phương pháp khác] x 100% (22)

2.9 PHAN MEM JSLATJSLAT (Jobshop Layout and Analysis Tookit) là chương trình máy tinh được tác

giả phát triển từ các giải thuật trong nghiên cứu này Trong quá trình diễn tả cácbước, JSLAT sẽ hỗ trợ xuất ra kết quả cho các bước của giải thuật được đưa ra Cáctính năng của phần mềm tương ứng để giải quyết với các bước trong giải thuậtnhanh chóng như: Biéu đồ Pareto, ma trận máy — sản phẩm cuối cùng Hình 2.4cho thấy các giao diện báo cáo kết quả của chương trình

Biểu đồ From-To _— —_ Phân tích Pareto

Dữ liệu dau vào |

Dendrogram

Jobshop Layout and Analysis Tookit (JSLAT)

Bố trí máy trong tế bào

Ma trận máy - sản phẩmPhân tích mô-đun cơ bản

Hình 2.4 Phần mềm JSLAT