Phân tích hiệu quả của lắp ráp mô-đun trong sản xuất ô tô

Bài viết tiến hành phân tích các yếu tố chính của việc áp dụng lắp ráp mô-đun thùng xe tải, thực hiện tại Công ty Cơ khí Chu Lai Trường Hải. Kết quả cho thấy hiệu quả cao của việc áp dụng mô-đun hóa trong lắp ráp ô tô, phụ thuộc vào hai yếu tố là mức độ mô-đun hóa các cụm chi tiết và sử dụng tiêu chuẩn trong lắp ráp. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.

KHOA HỌC CƠNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA LẮP RÁP MÔ-ĐUN TRONG SẢN XUẤT Ô TÔ ANALYSIS OF EFFECTIVE OF ASSEMBLY MODULE IN AUTOMOTIVE PRODUCTION Nguyễn Thanh Quang*, Nguyễn Thế Anh, Phạm Việt Thành TÓM TẮT Phần lớn thay đổi phát triển ngành cơng nghiệp tơ có liên quan đến cải tiến sản phẩm công nghệ sản xuất Trong năm gần đây, mơ hình tích hợp sử dụng mô-đun thiết kế sản xuất sở tiêu chuẩn áp dụng vào sản xuất xe tơ phận gọi lắp ráp mơ-đun Bài báo phân tích yếu tố việc áp dụng lắp ráp mơ-đun thùng xe tải, thực Cơng ty Cơ khí Chu Lai Trường Hải Kết cho thấy hiệu cao việc áp dụng mơ-đun hóa lắp ráp ô tô, phụ thuộc vào hai yếu tố mức độ mơ-đun hóa cụm chi tiết sử dụng tiêu chuẩn lắp ráp Từ khóa: Mơ đun thùng xe tải nhẹ; Mơ đun hóa; Hiệu suất dây chuyền lắp ráp ABSTRACT The majority of the automotive industry’s progress is related to product and technology improvement In recent years, the integrated model uses standardized modules applied to the production of vehicles and its parts are called modular assembly The paper analyzes the key elements of the application of the truck roof modular assembly implemented at Chu Lai Truong Hai Mechanical Company The results show the high efficiency of applying modularization principles into automobile assembly The two key factors are the level of modularization of the assemblies and the use of standards in assembly Keywords: Modular Platforms of Light Truck; Modularity; Efficinency of Assembling Line Khoa Cơng nghệ Ơ tơ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội * Email: nguyenthanhquang@haui.edu.vn Ngày nhận bài: 20/01/2020 Ngày nhận sửa sau phản biện: 02/6/2020 Ngày chấp nhận đăng: 18/8/2020 GIỚI THIỆU Modularity (mơ-đun hóa) chiến lược áp dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp, phát triển sản phẩm cấu hình sản xuất Các yếu tố mơ-đun thiết kế sản xuất, tìm cách đưa đề xuất nhằm đánh giá so sánh mức độ mô-đun cụ thể bối cảnh ngành cơng nghiệp tơ nói chung Lắp ráp mơ-đun giảm chi phí sản xuất giảm thời gian lắp ráp, giảm nhân công tiết kiệm 78 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (8/2020) nguyên vật liệu Thống kê hệ thống lái lắp ráp thông thường lắp ráp mô-đun bảng [1] Bảng So sánh giá thành lắp ráp hệ thống lái lắp ráp thông thường với lắp ráp mô-đun Số lượng chi tiết Thời gian lắp ráp (phút) Khối lượng (Kg) Chi phí vật liệu (%) Giá thành hệ thống lái (%) Lắp ráp thông thường 104 22,4 63 100 100 Lắp ráp mô-đun 3,3 56 66 81 Ghi Giảm 34 % Giảm 19 % Một sản phẩm coi lắp ráp mô-đun lắp ráp từ hai kết cấu (hoặc cụm tổng thành) trở lên Việc xác định tương tác kết cấu chưa cần xác định rõ ràng trước khó xác định cịn có việc thay đổi thành phần theo yêu cầu thiết kế sản phẩm ĐỊNH NGHĨA MƠ-ĐUN Để xác định mơ-đun xuất phát từ quan điểm thiết kế, cần phải phân tách sản phẩm thành chi tiết (CKD)/cụm chi tiết (SKD) Do cấu trúc sản phẩm (xe) cố định (ngoại trừ yêu cầu khác biệt thiết kế cơng ty) nên đặc điểm sản phẩm thay đổi giới hạn chức yếu tố cấu thành mơ-đun Vì vậy, việc thay mơ-đun cần xác định trước địi hỏi mơ-đun sau có chức với mơ-đun trước đảm bảo tính thay lẫn mơ-dun Các mơ-đun tài liệu liên quan đến ngành công nghiệp ô tônhư bảng [2] Bảng Các kiểu mơ-đun điển hình tô TT Tên mô-dun Brake systems/ Hệ thống phanh Bumpers/ Bộ cản trước sau Car body/ Thân xe Car carpet/ Bộ thảm TT Tên Mô-dun TT Tên Mô-dun 11 Door panel/ Ốp cánh 21 Rear suspension/ cửa Hệ thống treo sau 12 Front axle/ Cầu trước 22 Road wheels/ Bánh xe 13 Front end/ Các đăng 23 Roof/ Trần trước 14 Front suspension/ 24 Seats/ Ghế Hệ thống treo trước Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Cooling system/ Hệ 15 Fuel tank/ Thùng thống làm mát nhiên liệu Engines/ Động 16 Internal finishing/ Nội thất Electrical wires/ 17 Lightning system/ Dây điện Hệ thống chiếu sáng Exhausting/ Hệ 18 Pedals/ Cụm bàn thống ống xả đạp Dashboard/ Bảng 19 Rear axle/ Cầu sau táp lô 10 Doors/ Cánh cửa 20 Rear end/ Các đăng sau 25 Steering system/ Hệ thống lái 26 Sun roof/ Cửa trời 27 Transmission/ Hộp số 28 Tires/ Lốp 29 Window glasses/ Kính cửa 30 Wheel column/ Cột lái Căn vào mức độ sản xuất đơn vị, từ người ta phân loại tất yếu tố thiết kế mơ-đun sản xuất mơ-đun theo mơ hình gọi “Ma trận phân loại mức độ mô đun” Năm yếu tố khái niệm mơ-đun hóa thiết kế bốn yếu tố sản xuất mô-đun đưa lựa chọn áp dụng đơn vị sản xuất Kết đưa ma trận phân loại để phân tích mức độ mơ-đun hóa sản xuất (với cụm chi tiết cụ thể thùng xe tải) Bốn yếu tố sản xuất mô-đun gồm: Sản xuất mơ-đun thiết kế tích hợp; Sản xuất thơng thường thiết kế tích hợp; Sản xuất mơ-đun thiết kế mô-đun; Sản xuất thông thường thiết kế mơ-đun MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC MƠ-ĐUN Mối quan hệ mơ-đun tương tác khó xác định, phụ thuộc vào yêu cầu sản phẩm, ví dụ đặc điểm khai thác sử dụng, trình độ công nghệ sở lắp ráp, giá thành sản phẩm,… Vì vậy, yếu tố phụ thuộc vào điều kiện chiến lược phát triển sản phẩm đơn vị xem xét độc lập dự án cụ thể Thơng thường có hai phương thức phát triển sản phẩm dự án: Phương thức thứ tập trung trách nhiệm người quản lý, việc phối hợp thực cách tuân theo hệ thống phân cấp nội bộ; Phương thức thứ hai hoạt động phụ thuộc vào tổ chức chuỗi nhà cung cấp Phương thức thứ giữ bí cơng nghệ, cịn phương thức thứ hai dễ bị lộ bí mật cơng nghệ Xuất phát từ phương thức này, tiêu chuẩn mơ-đun hình thành, tiêu chuẩn chi tiết, cụm chi tiết, tiêu chuẩn mối quan hệ mơ-đun Có tiêu chuẩn thực nội đơn vị, có tiêu chuẩn gửi nhà cung cấp bên ngồi để hình thành phát triển chuỗi nhà cung cấp HIỆU SUẤT CỦA DÂY CHUYỀN LẮP RÁP MÔ-ĐUN Một số dây chuyền lắp ráp gồm: Dây chuyền lắp ráp kiểu thô sơ, dây chuyền lắp ráp kiểu dòng chảy (lắp ráp truyền thống) dây chuyền lắp ráp tự động (trên có băng tải Conveyor) Hiệu suất dây chuyền lắp ráp tính thơng qua tiêu OEE (Overall Equipment Effectiveness) xác định công thức (1) [3,4] (1) OEE  (A)  (P)  (Q) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Trong đó: (A) tỷ số thời gian chạy dây chuyền tổng thời gian vận hành dây chuyền, (P) tổng thời gian tính tốn thời gian mục tiêu đưa ra, (Q) số chất lượng (Q) Trong dây chuyền lắp ráp mô-đun thực số lượng cơng nhân chun nghiệp Các mô-đun chuẩn bị sẵn cung cấp cho dây chuyền theo kế hoạch Khi lắp ráp hồn thành có cơng việc cần thực để điều chỉnh thứ tự mô-đun Các số dây chuyền lắp ráp mô-đun giới thiệu tính tốn Hiệu suất dây chuyền lắp ráp mơ-đun tính cơng thức (2) [5] k LE   TWi i1 K  TC  100 % (2) Trong đó: LE hiệu suất dây chuyền, TWi tổng thời gian làm việc vị trí thứ i, K số vị trí làm việc dây chuyền, TC chu kỳ thời gian hoạt động dây chuyền Như vậy, giảm thời gian chu kỳ có giá trị lớn hiệu dây chuyền, có nghĩa dây chuyền lắp ráp tạo nhiều sản phẩm Tại vị trí thứ i dây chuyền, tồng thời gian làm việc dài xác định công thức (3) (3) TWim  TA im  TPim  THim Các thơng số vế phải phương trình (3) tùy thuộc vào kiểu dây chuyền Lắp ráp dây chuyền tự động: TAim thời gian dừng mơ-đun m vị trí thứ i dây chuyền, TPim thời gian lựa chọn mô-đun, THim thời gian cần cho hoạt động cánh tay tính cơng thức (4), (5) (6) k TA im    w ij uij  (4) j1 k TPim    p ij uij  (5) j1 THim  L n  vc (6) Trong đó: i: Số vị trí làm việc dây chuyền (i = 1,2,…,n) m: Số mô-đun (m = 1,2,…,s) j: Số tổng thành lại (thành phần) (j = 1,2,…,k) wij: Thời gian lắp ráp thành phần j vị trí i (phút) pij: Thời gian tay vận hành để lắp thành phần thứ j vị trí i (phút) uij: Hệ số sử dụng thành phần j (cho mô-đun m) rij: Tỷ số số lượng mô-đun số lượng thành phần L: Chiều dài dây chuyền (mét) vc: Tốc độ trung bình dây chuyền (m/phút) Thay vào công thức (3) ta công thức (7) chu kỳ thời gian hồn thành mơ-đun m vị trí i dây chuyền lắp ráp tự động Vol 56 - No (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 79 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ k TW  TWim    w ij  p ij  uij  j 1 P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 L n vc (7) Lắp ráp truyền thống: Vị trí i không xác định rõ nên giá trị tính cơng thức (8), (9) (10) k TA m   w ju j (8) TT Tên cụm chi tiết (9) 10 Khung chắn trước Tấm thành trước trái Tấm thành trước phải Cột thành phải, trái Tấm thành sau phải Tấm thành sau trái Tấm sàn Tấm thành sau Cột góc sau phải, trái Các chi tiết khác Tổng cộng j1 k TPm   p j u j  j1 2d vw (10) THm  t s Trong đó: d: Khoảng cách trung bình từ điểm lấy chi tiết đến vị trí lắp ráp (mét) vw: Tốc độ di chuyển người công nhân (m/phút) ts: Thời gian cho mô-đun Thay vào công thức (3) ta công thức (11) chu kỳ thời gian hồn thành mơ-đun m vị trí i k TW  TWm    w j  p j  u j  j1 2d vw (11) Như tổng thời gian làm việc trung bình để sản xuất mơ-đun ta có cơng thức (12) dây chuyền tự động công thức (13) dây chuyền truyền thống s n k TW( TD)     w ij  pij  uijrij  m1 i1 j1 s TW( TC ) Tính hiệu suất dây chuyền lắp ráp thùng xe mẫu trường hợp lắp ráp mô-đun dây chuyền tự động dây chuyền truyền thống Các nhóm chi tiết thùng nêu bảng Bảng Phân chia nhóm chi tiết thùng chở hàng xe tải L vc k d     w j  p j u jrj  vw m1 j1 KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ BÀN LUẬN Giá trị Dây chuyền Dây Dây truyền chuyền thô chuyền tự động (TĐ) thống (TT) sơ (TS) Ký hiệu Tên thông số i Số vị trí làm việc dây chuyền (i = 1,2,…,n) m Số mô-đun (m = 1,2,…,s) j wij pij uij rij L Hình Thùng chở hàng xe tải Thùng chở hàng lắp xe tải tổng số có 463 chi tiết phân thành 10 nhóm cụm khác Về bản, thùng chở hàng lắp loại xe tải có cấu tạo giống nhau, bao gồm cụm thành trước, thành sau, hai thành bên, cụm sàn chi tiết phụ khác có cụm bạt che khung xương đỡ bạt Hình vẽ thùng chở hàng nêu hình [6] 80 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (8/2020) Số lượng chi tiết cụm 27 32 32 16*2 39 39 22 28 19*2 174 463 Các thơng số tính tốn lựa chọn cho sản lượng lắp ráp thùng xe 70 thùng/ngày nêu bảng Bảng Các thơng số tính toán dây chuyền lắp ráp thùng chở hàng xe tải (12) (13) Số lượng cụm chi tiết 1 1 1 54 vc d vw ts Số tổng thành lại (thành phần) (j = 1,2,…,k) Thời gian lắp ráp thành phần j vị trí i (phút) Thời gian tay vận hành để lắp thành phần thứ j vị trí i (phút) Hệ số sử dụng thành phần j (cho mô-đun m) Tỷ số số lượng mô-đun số lượng thành phần Chiều dài dây chuyền (mét) - (giả thiết) Tốc độ trung bình dây chuyền (m/phút) Khoảng cách trung bình từ điểm lấy chi tiết đến vị trí lắp ráp (mét) Tốc độ di chuyển người công nhân (m/phút) Thời gian cho mô-đun 36 12 16 289 11 21 174 10 35 10 16 N/A 0,18 0,48 N/A 11 21 100 45 60 N/A 30 N/A N/A N/A N/A 50 N/A 0,2 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Kết tính tốn hiệu suất dây chuyền phụ thuộc vào kiểu cung cấp chi tiết phụ tùng, số mơ-đun thùng xe Kết tính tốn nêu bảng Bảng Kết tính tốn hiệu suất dây chuyền lắp ráp mô-đun thùng xe STT Tên mô-đun Hiệu suất dây chuyền (%) Dây chuyền tự động Dây chuyền truyền thống Khung chắn trước 32,31 21,1 Tấm thành trước trái 32,32 21,2 Tấm thành trước phải 32,36 21,1 Cột thành phải 32,38 21,2 Cột thành trái 32,4 21,2 Tấm thành sau phải 32,45 21,23 Tấm thành sau trái 32,45 21,23 Tấm sàn 32,48 21,27 Tấm thành sau 32,48 21,29 10 Cột góc sau phải 32,49 21,3 11 Cột góc sau trái 32,49 21,3 12 Các chi tiết rời 31,3 19,7 Hình Kết so sánh hiệu dây chuyền lắp thùng xe tải Hình Kết so sánh hiệu suất (Effciency) hai dây chuyền lắp ráp mô-đun thùng xe tải Trên dây chuyền lắp ráp thô sơ, hiệu suất tính theo cơng thức (1) So sánh hai dây chuyền lắp ráp mơ-đun đồ thị hình ta nhận kết lắp ráp mô-đun, sử dụng dây chuyền tự động có hiệu suất cao đến 35% so với lắp ráp mô-đun dây chuyền truyền thống Lý có chênh lệch dây chuyền truyền thống có nhiều quy trình hơn, phí thêm thời gian (ts) có lại người công nhân (vw) để nhận mơ-đun linh kiện vị trí lắp ráp Trong dây chuyền lắp ráp truyền thống cần bố trí nhiều trạm để mơ-đun, linh kiện trang bị dụng cụ nên ảnh hưởng đến “độ mịn” dây chuyền Lý thứ ba mô-đun thùng xe cung cấp tiếp nhận hai cách khác Hiệu (Effectivenes) lắp ráp (HE%) dây chuyền sử dụng phép so sánh kết đạt Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn với mục tiêu đặt (có thể số lượng, tiêu thời gian hay chi phí tài chính) ta thấy lắp ráp mơ-đun hiệu tăng lên Trên hình trình bày kết tính tốn cụ thể dây chuyền lắp ráp truyền thống hiệu tăng lên 20% dây chuyền lắp ráp tự động hiệu tăng lên 30% so với lắp ráp thông thường, mức tăng tối thiểu tính tốn có số thơng số lấy chung cho ba loại dây chuyền lắp ráp Thực tế lắp ráp mô-đun dây chuyền tự động tăng hiệu lên đến 100% sử dụng mô-đun tiêu chuẩn hóa KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Thị trường tô chuyển từ thị trường người bán sang thị trường người mua, nhà sản xuất ô tô tồn cầu Các sản phẩm cần có tùy biến cao Sản xuất dây chuyền lắp ráp thô sơ truyền thống khơng cịn phù hợp đòi hỏi thay dây chuyền lắp ráp sản phẩm hỗn hợp, lắp ráp mơ-đun phát triển để thay phù hợp Lắp ráp mô-đun phát triển thay cho dây chuyền lắp ráp thơng thường có đặc điểm bật là: (1) Có thể bố trí thành trạm lắp ráp mô-đun độc lập Các trạm độc lập bị ảnh hưởng sản phẩm lắp ráp, không phụ thuộc vào hệ thống vận chuyển cố định thời gian chung cho dây chuyền (2) Sử dụng phương tiện tự động có địều khiển (AGV - Automated Guided Vehicles ) vận chuyển mô-đun Giảm nhân công vận chuyển tăng suất lắp ráp (3) Dây chuyền lắp ráp mơ-đun di chuyển nhờ trạm lắp ráp Một nghiên cứu công bố lựa chọn thay cho dây chuyền sản xuất lắp ráp ngành công nghiệp ô tô “Alternatives to assembly line production in the automotive industry” [6], đề xuất chín nguyên tắc sau đây: (1) Xác định thứ tự lắp ráp, (2) Phân công thông minh trạm lắp ráp, (3) Xác định thời gian lắp ráp chu kỳ lắp ráp, (4) Phản ứng linh hoạt trước đột biến từ nhà cung cấp, (5) Phản ứng linh hoạt với đột biến từ sản phẩm, (6) Thích nghi với thay đổi, (7) Vận chuyển tích hợp tơ linh kiện AGV, (8) Tích hợp linh hoạt vịng kiểm sốt chất lượng, (9) Thích nghi với nhiều cơng nhân lắp ráp Vì cần vận dụng linh hoạt chín nguyên tắc áp dụng thực tiễn Vol 56 - No (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 81 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 LỜI CÁM ƠN Nhóm nghiên cứu cám ơn Cơng ty Cơ khí Chu Lai Trường Hải tạo điều kiện giúp đỡ tác giả thực hoàn thành báo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sean P McAlinden, Brett C Smith, Bernard F Swiecki, 1999 The Future of Modular Automotive Systems: Where are the Economic Efficiencies in the Modular-Assembly Concept UMTRI Report No 2000-24-1, Michigan Automotive Partnership Research Memorandum No [2] Fabrício Eduardo Henriques, Paulo Augusto Cauchick Migue, 2017 Use of product and production modularity in the automotive industry: a comparative analysis of vehicles developed with the involvement of Brazilian engineering centers Gest Prod., São Carlos, v.24, n.1, p.161-177, 2017 http://dx.doi.org/10.1590/0104-530X341-15 [3] Zineb Aman, Latifa Ezzine, Jamal Fattah, Abdeslam Lachhab, 2017 Improving efficiency of a production line by Using Overall Equipment Effectiveness: A case study Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Operations Management Rabat, Morocco, April 11-13, 2017 [4] S.K Subramaniam, S.H Husin, Y Yusop, A.H Hamidon, H.E Moussami, 2009 Machine efficiency and man power utilization on production lines Proceedings of the 8th WSEAS Int Conf on Electronics, hardware, wireless and optical communications [5] Kezia Amanda Kurniadi, Emre Islamoglu, Kwangyeol Ryu, 2012 Performance Comparison of Two Assembly Line Concepts: Conveyor Line and Box Assembly Line World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Industrial and Manufacturing Engineering Vol:6, No:2 [6] Nguyễn Thanh Quang tác giả, 2009 Sổ tay linh kiện phụ tùng xe ôtô tải thông dụng NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, ISBN: 978-604-67-0915-2 AUTHORS INFORMATION Nguyen Thanh Quang, Nguyen The Anh, Pham Viet Thanh Falcuty of Automobile Technology, Hanoi University of Industry 82 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (8/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn ... mô-đun đưa lựa chọn áp dụng đơn vị sản xuất Kết đưa ma trận phân loại để phân tích mức độ mơ-đun hóa sản xuất (với cụm chi tiết cụ thể thùng xe tải) Bốn yếu tố sản xuất mô-đun gồm: Sản xuất mô-đun. .. sản xuất mô-đun gồm: Sản xuất mô-đun thiết kế tích hợp; Sản xuất thơng thường thiết kế tích hợp; Sản xuất mô-đun thiết kế mô-đun; Sản xuất thông thường thiết kế mô-đun MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC MƠ-ĐUN... cung cấp HIỆU SUẤT CỦA DÂY CHUYỀN LẮP RÁP MÔ-ĐUN Một số dây chuyền lắp ráp gồm: Dây chuyền lắp ráp kiểu thơ sơ, dây chuyền lắp ráp kiểu dịng chảy (lắp ráp truyền thống) dây chuyền lắp ráp tự động