Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết các phương pháp cân bằng chuyền và các chỉ tiêu đánh giá

Các phương pháp cân bằng dây chuyền

Dây chuyền sản xuất (AL) lần đầu tiên được Henry Ford giới thiệu vào đầu những năm 1900. Nó được thiết kế để trở thành một cách sản xuất hiệu quả và năng suất cao. Dây chuyền lắp ráp cơ bản bao gồm một bộ NCSX được sắp xếp theo kiểu tuyến tính, với mỗi nguyên công kết nối với một thiết bị xử lý vật liệu. Sự chuyển động cơ bản của vật liệu thông qua một dây chuyền lắp ráp bắt đầu với một phần được đưa vào nguyên công đầu tiên với tốc độ đã xác định trước. Một nguyên công được coi là bất kỳ điểm nào trên dây chuyền lắp ráp, trong đó một nhiệm vụ được thực hiện trên một phần. Những nhiệm vụ này có thể được thực hiện bằng máy móc, robot, hoặc người công nhân [15].

Thời gian để hoàn thành một nhiệm vụ tại mỗi hoạt động được gọi là thời gian định mức. Thời gian chu kỳ của dây chuyền lắp ráp được xác định trước bởi một tỷ lệ sản xuất mong muốn. Tỷ lệ sản xuất này được thiết lập sao cho số lượng sản phẩm cuối cùng mong muốn được sản xuất trong một khoảng thời gian nhất định.

Khi thiết kế dây chuyền lắp ráp, các quy tắc sau đây phải được áp dụng đối với nhóm các yếu tố công việc [15]:

1. Mối quan hệ ưu tiên.

2. Số lượng các NCSX không được lớn hơn số lượng chỗ làm việc. Số lượng NCSX tối thiểu là một.

3. Thời gian chu kỳ lớn hơn hoặc bằng với thời gian tối đa của bất kỳ chỗ làm việc nào và thời gian của bất kỳ yếu tố công việc nào. Thời gian của chỗ làm việc không nên quá thời gian chu kỳ.

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một số các phương pháp cân bằng chuyền may tiêu biểu.

 Phương pháp xếp hạng theo trọng số vị trí (Ranked Position Weight) [6], [14], [15]

39 Trong phương pháp này, “Giá trị trọng số vị trí xếp hạng” được xác định. Nó là tổng thời gian của nguyên công xác định và thời gian làm việc của các nguyên công khác mà không thể được lắp ráp mà không xem xét nguyên công đã hoàn thành. Trong khi xem xét thời gian chu kỳ và sơ đồ công nghệ ưu tiên, nguyên công có trọng số dao động lớn nhất được gán cho chỗ làm việc đầu tiên và các nguyên công khác được gán cho chỗ làm việc khác theo giá trị trọng số vị trí xếp hạng của chúng [14].

Trong phương pháp RPW, người ta có thể chỉ định chu kỳ thời gian và sau đó tính toán các nguyên công làm việc cần thiết cho dây chuyền sản xuất hoặc ngược lại. Điều này không thể được thực hiện bằng bất kỳ phương pháp cân bằng chuyền nào khác [15].

Các bước thực hiện của phương pháp RPW [6], [15]:

- Bước 1: Xây dựng sơ đồ hành trình công nghệ.

- Bước 2: Đối với mỗi nguyên công, xác định trọng số vị trí của nguyên công đó. Đó chính là tổng thời gian của hành trình dài nhất từ nguyên công đó đến nguyên công cuối cùng.

- Bước 3: Đánh giá trọng số vị trí của các nguyên công theo thứ tự giảm dần của chỉ số RPW.

- Bước 4: Sắp xếp các nguyên công vào chỗ làm việc. Chọn nguyên công có RPW lớn nhất trước và tiếp tục chọn đến các nguyên công tiếp theo sao cho tuân theo nguyên tắc của phương pháp cân bằng chuyền theo trọng số vị trí và không vi phạm hành trình công nghệ.

- Bước 5: Lặp lại bước 4 cho đến khi tất cả các nguyên công được sắp xếp vào các chỗ làm việc.

 Phương pháp cân bằng xác suất (Probabilistics Line Balancing Technique) [6]

Dựa vào sơ đồ phân tích quy trình sản phẩm, phương pháp cân bằng xác suất sử dụng hai ma trận là P và F cho từng NCCN. Trong đó P là ma trận các NCCN ưu tiên trước còn F là ma trận các NCCN theo sau. Tiến hành tổ chức phối hợp các NCCN thành các NCSX theo nguyên tắc: NCCN có ma trận P bằng 0 thì phân bổ trước, nếu nhiều hơn một nguyên công có giá trị P bằng 0, ưu tiên nguyên công có thời gian gia công lớn hơn trước, đồng thời đảm bảo các điều

40

kiện cơ bản của tổ chức phối hợp nguyên công. Tiếp tục tiến trình tổ chức NCSX cho đến khi tất cả các nguyên công đều đã được phân bổ thỏa mãn điều kiện nhịp dây chuyền. Ma trận P và ma trận F gồm 3 số trong dấu ngoặc đơn, ký hiệu: P (x y z); F (m n k). Trong đó: x, y, z là số thứ tự của NCCN phụ thuộc trước NCCN cần xây dựng ma trận; m, n, k là số thứ tự của NCCN phụ thuộc sau NCCN cần xây dựng ma trận. Ký hiệu ma trận P và F có thể là một trong các trường hợp sau:

- Đối với ma trận P :

+ Nguyên công Ai không có NCCN đứng trước. Ma trận P của Ai có ký hiệu : P (0 0 0).

+ Nguyên công Ai có 1 NCCN đứng trước là Ai-1. Ma trận P của Ai có ký hiệu : P (Ai-1 0 0).

+ Nguyên công Ai có 2 NCCN đứng trước là Ai-1, Ai-2. Ma trận P của Ai có ký hiệu : P (Ai-1 Ai-2 0).

+ Nguyên công Ai có 3 NCCN đứng trước là Ai-1, Ai-2, Bj. Ma trận P của Ai có ký hiệu : P (Ai-1 Ai-2 Bj).

- Đối với ma trận F :

+ Nguyên công Ai không có NCCN đứng sau. Ma trận F của Ai có ký hiệu : F (0 0 0).

+ Nguyên công Ai có 1 NCCN đứng sau là Ai+1. Ma trận F của Ai có ký hiệu : F (Ai+1 0 0)

+ Nguyên công Ai có 2 NCCN đứng sau là Ai+1, Ai+2. Ma trận F của Ai có ký hiệu : F (Ai+1 Ai+2 0).

+ Nguyên công Ai có 3 NCCN đứng sau là Ai+1, Ai+2, Bk. Ma trận F của Ai có ký hiệu : F (Ai+1 Ai+2 Bk).

Từ đó chúng ta có được các bước thực hiện của phương pháp cân bằng xác suất như sau :

- Bước 1 : Xây dựng sơ đồ phân tích quy trình công nghệ.

- Bước 2 : Lập ma trận P và ma trận F cho từng nguyên công công nghệ.

- Bước 3 : Tiến hành tổ chức phối hợp các NCCN thành các NCSX theo nguyên tắc : NCCN có ma trận P bằng 0 thì phân bổ trước, nếu nhiều

41 hơn một nguyên công có giá trị P bằng 0, ưu tiên nguyên công có thời gian gia công lớn hơn trước, đồng thời đảm bảo các điều kiện cơ bản của tổ chức phối hợp nguyên công

- Bước 4 : Tiếp tục tiến trình tổ chức NCSX cho đến khi tất cả các nguyên công đều đã được phân bổ thỏa mãn điều kiện nhịp dây chuyền

 Phương pháp cân bằng theo nguyên tắc thời gian gia công dài nhất (Longest Task Time) [6], [10]

Phương pháp này được phát triển bới Moodie – Young bao gồm hai giai đoạn, cụ thể giai đoạn đầu tiên là thực hiện nhóm các chỗ làm việc mà các nguyên công tại chỗ làm việc đó tuân theo quy tắc dưới dạng hai nguyên công có thể được chọn thì chọn nguyên công có thời gian lớn hơn. Các yếu tố làm việc được đặt lên hàng đầu. Trong giai đoạn này, một sơ đồ ưu tiên dựa trên ma trận các nguyên công trước đó được lập ra và nghiên cứu các yếu tố công việc. Sau đó thực hiện giai đoạn hai là phân bổ đều thời gian nhàn rỗi cho từng chỗ làm việc. Hoạt động này nhằm xác định thời gian lớn nhất và nhỏ nhất, xác định mục tiêu, xác định thời gian của các nguyên công có thời gian nhỏ hơn mục tiêu tại chỗ làm việc có thời gian cao nhất, di chuyển các nguyên công với điều kiện không vi phạm quy tắc sơ đồ ưu tiên, và đánh giá cho đến khi không còn các nguyên công cần di chuyển.

=> Từ đây ta có thể thấy được các bước thực hiện của phương pháp cân bằng chuyền theo nguyên tắc thời gian gia công dài nhất như sau :

Bước 1 : Lập sơ đồ hành trình công nghệ may sản phẩm

Bước 2 : Lập bảng sao cho các NCCN được sắp xếp theo thứ tự giảm dần thời gian định mức.

Bước 3 : Sắp xếp phối hợp các nguyên công vào các chỗ làm việc sao cho tuân thủ nguyên tắc nguyên công nào có thời gian định mức lớn hơn được sắp xếp trước, đồng thời đảm bảo tuân theo hành trình công nghệ và nguyên tắc phối hợp các nguyên công về thời gian.

Bước 4 : Tiến hành phối hợp cho đến khi tất cả các nguyên công đều được phân bổ tại các chỗ làm việc.

42

(Most Following Tasks) [6], [11]

- Các NCCN được xếp hạng theo số lượng nguyên công theo sau từ cao nhất đến thấp nhất [10].

- Các nguyên công được phối hợp dựa trên hai tiêu chí [11] : +) Thứ nhất, nguyên công đó có ít nguyên công phía trước nhất.

+) Thứ hai, ưu tiên nguyên công nào có nhiều nguyên công theo sau hơn thì được phối hợp trước.

-Nguyên công đã được phối hợp sẽ bị xóa khỏi danh sách phối hợp các nguyên công. Các nguyên công được phối hợp với nhau sao cho không vi phạm các nguyên tắc phối hợp nguyên công về mặt thời gian [11].

Từ đây, ta đưa ra các bước của phương pháp công việc theo sau nhiều nhất như sau [6] :

- Bước 1 : Xây dựng sơ đồ phân tích quy trình công nghệ.

- Bước 2 : Lập bảng thống kê số nguyên công theo sau của từng nguyên công công nghệ.

- Bước 3 : Sắp xếp các NCCN theo thứ tự giảm dần các nguyên công theo sau chính nó.

- Bước 4 : Phối hợp các NCCN thành NCSX dựa trên hai tiêu chí ưu tiên như sau :

+ Nguyên công đó có ít nguyên công phía trước nhất.

+ Ưu tiên nguyên công nào có nhiều nguyên công theo sau hơn thì được phối hợp trước.

- Bước 5 : Tiến hành phối hợp các nguyên công cho đến khi tất cả các nguyên công đều được phân bổ vào chỗ làm việc.

 Phương pháp cân bằng chuyền may của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (HUST)

Đối với phương pháp này, sau khi lập được bảng quy trình công nghệ và sơ đồ quy trình gia công sản phẩm, chúng ta tiến hành các bước như sau :

-Bước 1 : Phối hợp các NCCN nhóm lắp ráp thành các NCSX dựa trên thời gian định mức và nhịp R sao cho không vi phạm các nguyên tắc phối hợp các nguyên công về mặt thời gian và tuân thủ hành trình công nghệ.

43 Nguyên tắc phối hợp các NCCN thành NCSX của dây chuyền [7]

 Nguyên tắc 1 : Nội dung các nguyên công sản xuất được thực hiện trên cùng một thiết bị và được thực hiện bởi công nhân có cùng cấp bậc tương ứng với yêu cầu công nghệ (yêu cầu chất lượng).

 Nguyên tắc 2 : Khi tổ chức phối hợp các nguyên công công nghệ thành nguyên công sản xuất thì phải tuân thủ tối đa tuần tự công nghệ để thỏa mãn sự dịch chuyển bán thành phẩm xuôi dòng, đường đi ngắn nhất, tiết kiệm thời gian và công sức.

 Nguyên tắc 3 : Để đảm bảo chất lượng gia công đối với các cụm chi tiết quan trọng của sản phẩm, các nguyên công sản xuất được xây dựng có thể không cùng tính chất công việc hoặc cấp bậc kỹ thuật nhưng thích hợp về mặt công nghệ.

 Nguyên tắc 4 : Đảm bảo điều kiện thời gian của các nguyên công sản xuất dựa trên cơ sở nhịp trung bình của chuyền để phân công lao động được đều nhau, cân đối được chuyền và sử dụng được tối đa nhất thời gian lao động của công nhân.

 Nguyên tắc 5 : Hạn chế việc hình thành các nguyên công bội do tổ chức phối hợp có nhiều nguyên công sản xuất hình thành từ nhiều nguyên công công nghệ để thuận tiện cho việc phân phát bán thành phẩm đơn giản, thêm nhiều nguyên công sản xuất, bội số càng lớn thì giảm tính chuyên môn hóa, phân phát bán thành phẩm phức tạp và bố trí mặt bằng chuyền phức tạp.

-Bước 2: Vẽ biểu đồ phụ tải các NCSX nhóm lắp ráp, nếu các NCSX nhóm lắp ráp đạt trên 60% các nguyên công có nhịp riêng nằm trong khoảng nhịp

△R= ±10% R thì chuyển sang phối hợp các nguyên công của nhóm gia công ở bước 3. Nếu các NCSX nhóm lắp ráp không đạt 60% các nguyên công có nhịp riêng nằm trong khoảng nhịp △R= ±10% R thì tiến hành tính toán lại nhịp trung bình R.

-Bước 3: Phối hợp các NCCN nhóm gia công thành các NCSX dựa trên thời gian định mức và nhịp R sao cho không vi phạm các nguyên tắc phối hợp các

44

nguyên công về mặt thời gian và tuân thủ hành trình công nghệ.

-Bước 4: Vẽ biểu đồ phụ tải các NCSX nhóm gia công và tính toán tỷ lệ số NCSX nhóm gia công nhịp riêng nằm trong khoảng nhịp △R= ±10% R.

-Bước 5: Nếu nhóm gia công có số NCSX đạt trên 60% các nguyên công có nhịp riêng nằm trong khoảng nhịp △R= ±10% R thì vẽ biểu đồ phụ tải toàn chuyền và kết luận về hiệu quả cân bằng chuyền dựa trên cơ sở chỉ tiêu hiệu suất cân bằng chuyền LE. Nếu nhóm gia công có số NCSX không đạt trên 60% các nguyên công có nhịp riêng nằm trong khoảng nhịp △R= ±10% R thì tiến hành tính toán lại nhịp riêng R và tiến hành lại từ bước 1.

Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả cân bằng dây chuyền may.

 Hiệu suất cân bằng chuyền [14]

Hiệu suất cân bằng chuyền LE € [98%; 102%] là hiệu suất tối ưu của dây chuyền may.

LE = ∑ti / (N x R) x100% (2.1) Trong đó:

LE – hiệu suất cân bằng chuyền

∑ti = Tsp: tổng thời gian các NCCN (s) N – số NCSX của chuyền sau cân bằng R – nhịp của dây chuyền (s).

 Giá trị mất cân bằng [6]

BL = (N x R - ∑ti)/ (N x R) x100% (2.2) Trong đó:

BL – hệ số mất cân bằng chuyền

∑ti = Tsp: tổng thời gian các NCCN (s) N – số NCSX của chuyền sau cân bằng R – nhịp của dây chuyền (s)

45

Giá trị mất cân bằng Kết quả đánh giá chuyền may

BL ≤ 10% Xuất sắc 10% ≤ BL ≤ 20% Tốt BL ≥ 20% Không tốt  Chỉ số trơn SI [6] 𝑆𝐼 = √∑ (𝑅𝑗 − 𝑅)𝑛 2 1 2 (2.3) Trong đó : SI : Chỉ số trơn

Rj : Nhịp riêng của mỗi NCSX thứ j (s)

Chỉ số trơn SI được sử dụng để biểu thị sự phân bổ thời gian làm việc giữa các NCSX trong dây chuyền may, nếu chỉ số SI càng nhỏ thì sự dao động giữa các NCSX càng nhỏ khi đó cân bằng chuyền càng tốt.

 Tỷ lệ số nguyên công sản xuất có nhịp riêng nằm trong khoảng nhịp cho phép [6]

Gọi số NCSX có nhịp riêng thuộc khoảng giới hạn nhịp [Rmin ; Rmax] là k1, tổng số NCSX tạo thành là k, tỷ lệ số nguyên công sản xuất có nhịp riêng nằm trong khoảng nhịp cho phép H tính theo công thức sau :

𝐻 = 𝑘1

𝑘 100 (%) (2.4)

Tỷ lệ số nguyên công sản xuất có nhịp riêng nằm trong khoảng nhịp cho phép H ≥ 60% thì mới đạt được hiệu suất cân bằng chuyền. Nếu H<60% thì cân bằng chuyền chưa đạt và cần tiến hành cân bằng chuyền lại.

 Hệ số đường thẳng đánh giá độ dài đường đi của bán thành phẩm (BTP)

Khi bố trí nơi làm việc phải chú ý đến dòng di chuyển của nguyên vật liệu bán thành phẩm, đường đi của công nhân trong quá trình lao động. Yêu cầu đối với các dòng di chuyển này phải ngắn nhất, khắc phục những vận động trùng lặp các đường cắt chéo nhau để giảm hao phí thời gian vào việc vận chuyển nguyên vật liệu, bán thành phẩm và tiết kiệm sức lực của công nhân. Để lượng hóa, đánh giá chỉ tiêu này người ta dùng hệ số đường thẳng.

46    m n n dc dt L L K 1 (2.5)   m n n L 1 = F =     m j m i 1 1 QijDij [17] (2.6) Trong đó: Kdt – hệ số đường thẳng vận chuyển

Ldc – Chiều dài của các hành trình vận chuyển không bị cắt (m) = F- chiều dài của tất cả các hành trình vận chuyển trong bộ phận. (m)

n– loại hành trình vận chuyển