CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ HOẠT ĐỘNG BỐ TRÍ MẶT BẰNG
1.6 Biểu đồ quan hệ công việc (Activity relationship chart)
Biểu đồ quan hệ công việc đƣợc Muler xây dựng dùng để thay thế biểu đồ From – To bằng cách đánh giá định tính mức độ gần kề. Tất cả các cặp quan hệ đƣợc đánh giá và mỗi thang đo gần kề sẽ gán cho mỗi cặp (A, E, I, O, U). Khi đánh giá các mối quan hệ cơng việc cho n hoạt động, thì sẽ có n(n-2)/2 đánh giá.
1.CUA KHOAN MÀI1 MÀI4 MÀI5 MÀI6 MÀI7 PHAY1 PHAY2 PHAY3 PHAY4 PHAY5 PHAY6 PHAY7 PHAY8 PHAY9 TI? N1 TI? N2 CNC1 CNC2 A O X E U U U U U U U U U U U U U U U U O U U U U O U U U U U U U U U U U U U U U U O O U U U U U U U U U U U U U U O O I U U U U U O O U U U U O O O O I U U U U U O O U U U O O O O O U U U O U O U U U O O O O O U U O O U U O U O O O O O U O O O U O U I O O O U U U O U O U O O O O U U O U OO U U U U O U O O U O O O U O O O U U O O O O I O O O U O O O U O O U O O O U U U U U U
Ngoại trừ thang đo U, mỗi thang đo đƣợc ký hiệu bằng một số chữ số để diễn tả thang đo, xem hình bên dƣới
Cụ thể, thang đo A và X đƣợc xem là thang đo quan trọng nhất. vì vậy, bất cứ mặt bằng nào cũng phải thỏa mãn yêu cầu của hai thang đo này. Thang đo E xếp thứ hai, hầu hết các mặt bằng nên đáp ứng thang đo này nhƣng không phải tất cả. Xếp thứ ba là thang đo I, mặt bằng có thể thỏa mãn thang đo I mà không cần đáp ứng yêu cầu của thang đo A, E và X. Tƣơng tự, thang đo O xếp thứ tƣ, mặt bằng nên đáp ứng yêu cầu của thang đo này nếu nhƣ không ảnh hƣởng đến thang đo A, E, I và X. Thang đo U là thang đo trung tính, nên có thể bỏ trong thiết kế mặt bằng. Vì vậy, A và X > E > I > O > U.
Hình 1.5 Biểu đồ quan hệ công việc 1.7 Các loại mặt bằng
Mặt bằng sản phẩm cố định ( Fixed product layout) hay tĩnh đƣợc dùng khi sản phẩm quá lớn hay di chuyển qua từng bƣớc khác nhau. Vì vậy, thay vì di chuyển sản phẩm cho từng quá trình, quy trình đƣợc di chuyển theo sản phẩm. Ví dụ nhƣ ngành đóng tàu, hàng khơng, và xây dựng. Mơ hình này đƣợc xây dựng thành trạm hay trung tâm xung quanh sản phẩm theo một trình tự xử lý. Mặc dù mơ hình này chỉ áp dụng khi sản phẩm lớn, mơ hình này cũng đƣợc áp dụng cho ngành điện tử để hỗ trợ cho ngành tổng hợp và kiểm tra hệ thống máy tính. Nguyên liệu, dây chuyền phụ, thiết bị ngoại vi tập trung vào trạm sản xuất để xây dựng hệ thống máy tính bên trong. Vì sản phẩm cố định nên các thiết bị và công nhân càng di chuyển nhiều hơn so với bất cứ loại mặt bằng nào khác. Thuận lợi của mặt bằng sản xuất cố định:
- Giảm sự di chuyển vật liệu;
- Xúc tiến công nhân nhiều hơn khi cho phép cá nhân hay một nhóm có thể thực thi tồn bộ cơng việc;
- Tạo hiệu quả liên tục và tinh thần trách nhiệm của nhóm; - Tính linh động cao;
- Sự độc lập của “trung tâm sản xuất” cho phép lên kế hoạch để tối thiểu tổng thời gian sản xuất.
Giới hạn của mặt bằng sản phẩm cố định:
- Công nhân và thiết bị phải di chuyển nhiều; - Việc sử dụng gấp đơi dụng cụ có thể sảy ra; - Cơng nhân địi hỏi kỹ thuật cao;
- Đòi hỏi sự giám sát chung;
- Chi phí xếp đặt vật liệu cao, máy móc đắt tiền; - Mức độ sử dụng thiết bị thấp.
Tiện Khoan Phay Bào
Kho cung cấp Sản phẩm Nhà kho
Cƣa Hàn Sơn Lắp ráp
Hình 1.6 Mặt bằng theo sản phẩm cố định 1.7.2 Mặt bằng theo dây chuyển sản xuất
Mặt bằng dây chuyền sản xuất (Production line layout) hay còn gọi là mặt bằng theo sản phẩm (Product layout) dùng khi các quy trình xử lý đƣợc bố trí theo trình tự xử lý sản phẩm. Nguyên vật liệu di chuyển trực tiếp từ trạm làm việc này đến trạm làm việc khác bên cạnh. Mơ hình này dùng khi sản lƣợng sản xuất lớn. Trong mặt bằng sản phẩm, sản phẩm không dùng chung máy, sản lƣợng sản xuất phải đủ lớn để tận dụng máy móc. Mặt bằng sản phẩm bố trí các quy trình sản xuất gần nhau, nên cực tiểu hóa khoảng cách giữa các ngun cơng xử lý.
Thuận lợi của mặt bằng theo sản phẩm:
- Mặt bằng phụ thuộc vào chuỗi nguyên công và di chuyển dây chuyền hợp lý;
- Cơng việc của mỗi q trình đƣợc xử lý xong thì chuyển trực tiếp đến bộ phận kế nên lƣu trữ phơi trong mỗi q trình nhỏ;
Cƣa Tiện Phay Khoan
Cƣa Phay Khoan Sơn
Mài Phay Khoan Sơn
Hàn Mài Tiện Khoan
- Máy móc đƣợc sắp xếp sao cho cực tiểu khoảng cách giữa các ngun cơng liên tiếp;
- Kỹ năng cơng nhân ít, chỉ cần ngƣời chun về một cơng đoạn nào đó nên q trình huấn luyện ngắn, đơn giản, ít tốn kém;
- Kế hoạch sản xuất đơn giản. Giới hạn của mặt bằng theo sản
phẩm:
- Hƣ hỏng một máy thì có thể tạm dừng một dây chuyền sản xuất;
- Vì mặt bằng đƣợc xác định bởi sản phẩm, một sự thay đổi trong thiết kế sản phẩm có thể đem lại sự thay đổi lớn trong bố trí mặt bằng;
- Thời gian sản xuất xác định bởi số máy chậm nhất; - Thời gian giám sát nhiều;
- Địi hỏi đầu tƣ cao.
Hình 1.7 Mặt bằng theo sản phẩm 1.7.3 Mặt bằng nhóm (Group layout)
Mặt bằng nhóm đƣợc dùng khi sản lƣợng sản xuất từng sản phẩm riêng lẽ khơng đủ lớn để bố trí theo mặt bằng sản phẩm, nhƣng bằng cách nhóm các sản K ho cu ng cấ p Lắ p rá N hà kh o
phẩm lại theo họ sản phẩm thì mặt bằng sản phẩm có thể điều chỉnh cho họ sản phẩm. Các nhóm các quy trình đƣợc gọi là Ơ (Cell), bởi vậy mơ hình này cịn đƣợc gọi là mặt bằng theo ơ (Cellular layout). Đây là mơ hình thỏa hiệp giữa mặt bằng sản phẩm và mặt bằng quá trình.
Thuận lợi của mặt bằng nhóm: - Gia tăng việc sử dụng máy;
- Quan điểm: có xu hƣớng xảy ra mở rộng nhóm và cơng việc; - Giảm nhẹ mặt bằng sản phẩm và mặt bằng q trình;
- Nâng cao mục đích sử dụng thiết bị;
- Đƣờng di chuyển ngắn hơn và dây chuyền linh động hơn mặt bằng q trình.
Giới hạn của mặt bằng nhóm: - Giám sát chung;
- Mức độ kỹ thuật công nhân cao hơn là mặt bằng sản phẩm; - Sử dụng máy móc thấp hơn mặt bằng q trình.
Tiện Phay Khoan
Cƣa Nhóm A Sơn
Nhóm B
Mài Phay Khoan
Hàn Tiện Sơn
Hình 1.8 Mặt bằng theo nhóm 1.7.4 Mặt bằng theo quá trình (Process layout)
Mặt bằng theo quá trình gồm tập hợp các bộ phận sử lý. Tất cả các máy để thực hiện quy trình đƣợc nhóm với nhau trong một mặt bằng q trình. Mơ hình này đƣợc dùng khi sản xuất với sản lƣợng nhỏ, sản phẩm không giống nhau. Loại mặt bằng này sử dụng khi họ và sản lƣợng sản phẩm của nó thay đổi nhanh chóng và khơng có điều kiện khả thi để thực hiện các phƣơng pháp bố trí mặt bằng sản phẩm hay mặt bằng nhóm. Thơng thƣờng, các phân xƣởng dùng mặt bằng quá trình là do sản xuất nhiều chủng loại sản phẩm và sản lƣợng thấp. Thuận lợi của mặt bằng theo quá trình:
- Sự tận dụng máy móc hiệu quả hơn, ít địi hỏi máy móc hơn;
- Độ linh động cao, cho phép phân phối công nhân hay thiết bị cho những công việc chi tiết;
- Đầu tƣ thiết bị máy móc thấp; K ho cu ng cấ p Lắ p rá N hà kh o
Cƣa Tiện Phay
Mài Tiện Phay
Hàn Khoan Khoan Sơn
- Yêu cầu nhiệm vụ đa dạng, sẽ thú vị và thỏa mãn cho mỗi công nhân; - Chuyên biệt hóa kiểm tra, giám sát là khả thi.
Giới hạn của mặt bằng theo quá trình:
- Nếu đƣờng đi dây chuyền dài hơn, sự điều khiển dòng vật liệu sẽ tốn kém hơn;
- Kế hoạch sản xuất phức tạp, và điểu kiển hệ thống nhiều; - Tổng thời gian sản xuất thƣờng dài hơn;
- Số phơi trong q trình lớn;
- Khơng gian và tiền vốn ràng buộc chặt bởi công việc trong q trình; - Vì sự đa dạng, cơng việc trong những bộ phận.
Hình 1.9 Mặt bằng theo quá trình 1.8 Các kỹ thuật bố trí mặt bằng
1.8.1 Kỹ thuật CRAFT (Computerized Relative Allocation of Facilities Technique) Technique)
Amour và Buffa đã phát triển kỹ thuật CRAFT năm 1963(Armour, G.C and Buffa, E.S, 1963). Kỹ thuật CRAFT là kỹ thuật đầu tiên ứng dụng bằng máy tính để giải quyết bài toán mặt bằng. Với mặt bằng hiện trạng, kỹ thuật này thay K ho cu ng cấ p Lắ p rá N hà kh o
đổi vị trí của 2 trạm (máy). Giả sử, mặt bằng hiện trạng gồm 5 trạm (1, 2, 3, 4,5) (có nghĩa trạm 1 ở vị trí thứ 1, trạm 2 ở vị trí thứ 2…cho đến trạm 5 ở vị trí thứ 5), kỹ thuật thay đổi một cặp trạm cho nhau (ví dụ thay đổi trạm 1 và trạm 3 cho nhau). Mặt bằng lúc này là (3, 2, 1, 4, 5) (trạm 1 ở vị trí thứ 3, trạm 2 ở vị trí thứ 2, trạm 3 ở vị trí thứ 1…), rồi tính chi phí vận chuyển nguyên vật liệu của mặt bằng vừa thay đổi vị trí của 2 trạm. Kỹ thuật sẽ so sánh chi phí vận chuyển nguyên vật liệu vừa tính đƣợc với chi phí vận chuyển nguyên vật liệu của mặt bằng hiện trạng. Nếu chi phí này thấp hơn thì chấp nhận cặp thay đổi đó và tiếp tục thay đổi các cặp thiết bị cịn lại để tìm ra chi phí thấp nhất. Ngƣợc lại thì khơng chấp nhận cặp thay đổi đó và tiếp tục thay đổi các cặp thiết bị cịn lại để tìm ra chi phí thấp nhất.
Chi phí vận chuyển ngun vật liệu đƣợc tính bởi cơng thức:
Trong đó: Flow_cost= � � �= 1 ���� [�][�] ∗ �[[[[[[[[[[[[[[ [ ��[�]][[[[[[[[[[[[[[ [��[�]] (1.1)
Flow_cost: chi phí vận chuyển ngun vật liệu
Flow[i][j]: số dịng di chuyển nguyên vật liệu giữa các trạm i và j.
�[���[�]][���[�]]: khoảng cách giữa trạm i và j.
Khi thay đổi vị trí 2 trạm cho nhau, chi phí vận chuyển nguyên vật liệu thay đổi đƣợc cho bởi Francis và các đồng sự (1992) bên dƣới:
∆���� = � �= 1 ( ��[�][�] � � � � � � � � � � � � � �� − ����[�][�] ∗ (�[[[[[[[[[[[[[[[ ��[�]][[[[[[[[[[[[[[ [��[�]] − � ��[�]] ��[�]]) [[ [[ [[ [[ [[ [[ [[ [[ [[ [[ [[ [[ [[ [[ [ [ − 2 ∗ ��[�][�] � � � � � � � � � � � � � � � ∗ � ��[�]] ��[�]][[ [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[ [ (1.2)
Dữ liệu đầu vào của kỹ thuật này gồm có: ma trận dịng di chuyển ngun vật liệu, ma trận khoảng cách.
Ví dụ, ma trận dịng di chuyển nguyên vật liệu của mặt bằng gồm 5 trạm đƣợc cho bên dƣới:
Bảng 1.2 Ví dụ ma trận dịng di chuyển
Số lần di chuyển TO 1 2 3 4 5
FROM CƢA KHOAN MÀI1 MÀI4 MÀI5
1 CƢA 0 0 46 12 41
2 KHOAN 30 0 2 5 45
3 MÀI1 45 12 0 85 58
4 MÀI4 62 24 95 0 47
5 MÀI5 34 45 26 14 0
Ví dụ, ma trận khoảng cách của mặt bằng gồm 5 trạm đƣợc cho ở bên dƣới: Bảng 1.3 Ví dụ ma trận khoảng cách
Đơn vị: m TO 1 2 3 4 5
FROM CƢA KHOAN MÀI1 MÀI4 MÀI5
1 CƢA 0 7 9 10 6
2 KHOAN 7 0 8 20 12
3 MÀI1 9 8 0 13 14
4 MÀI4 10 20 13 0 6
5 MÀI5 6 12 14 6 0
Ƣu điểm: sử dụng phần mềm CRAFT dễ dàng đƣợc tích hợp trong excel, chỉ cần nhập các dữ liệu đầu vào nhƣ: mặt bằng ban đầu, ma trận dòng di chuyển, ma trận khoảng cách, tổng số phịng ban…sau đó phần mềm sẽ cho ra các phƣơng án bố trí hiệu quả hơn mặt bằng hiện trạng.
Nhƣợc điểm: kết quả tái bố trí hiệu quả chƣa cao hay kỹ thuật tái bố trí này cho ra lời giải cục bộ (chƣa đạt lời giải toàn cục). Sau khi phần mềm cho ra kết quả, kết quả này sẽ đƣợc chỉnh sửa bằng tay.
SA là một phƣơng pháp xác suất đƣợc đề nghị bởi Kirkpatrick, Gelett và Vecchi (1983) và Cerny (1985) [13] để tìm ra cực tiểu tồn cục của hàm chi phí. Q trình của phƣơng pháp này mơ phỏng theo q trình ủ kim loại, có nghĩa là nhiệt độ kim loại đƣợc tăng lên đến mức nào đó, sau đó điều khiển nhiệt độ giảm từ từ đến một thời điểm nào đó kim loại sẽ ở trạng thái bền vững nhất.
Thủ tục của kỹ thuật ủ kim loại đƣợc Chiang và Chiang (1998) chỉnh sửa ở hình bên dƣới.
1. Lời giải ban đầu (hay mặt bằng ban đầu S). Đặt Min_cost = Cost (S) và
Min_assign = S;
2. Thiết lập các thông số làm nguội gồm: nhiệt độ ban đầu T, hệ số làm
nguội r, chiều dài thời kỳ e, số vòng lặp cực đại max và iter = 1.
3.1 For 1≤ i ≤ e, do 3.1.1 Chọn ngẫu nhiên S’ € N(S); 3.1.2 Đặt Cost (S) = Cost (S’); 3.1.3 If ∆ < 0, Set S = S’; If (Cost (S’) < Min_Cost), Set Min_Cost = Cost (S’);
Min_assign = S’; Go to 3.1.1; Else
If ∆ > 0,
Tính P(∆) = �−∆ ////////////// / (Xác suất dựa trên ∆); Phát sinh số ngẫu nhiên x ~ U(0,1);
If (x < P(∆)) Set S = S’, go to 3.1.1; Else Go to 3.1.1; Else Go to 3.1.1; 3.2 If (iter = = max)
Return Min_Cost và Min_assign; STOP;
Set T = rT; Iter = iter ++; Go to 3.1;
Trong đó:
Hình 1.10 Thủ tục kỹ thuật ủ kim loại
• S: mặt bằng ban đầu;
• S’: mặt bằng sau khi thay đổi ngẫu nhiên 1 cặp trạm;
• Cost (S): tổng chi phí mặt bằng ban đầu (chỉ chi phí vận chuyển nguyên
vật liệu);
• Cost (S’): tổng chi phí mặt bằng sau khi thay đổi ngẫu nhiên 1 cặp trạm
(gồm chi phí vận chuyển nguyên vật liệu và chi phí tái bố trí 1 cặp trạm đó);
• Min_Cost: tổng chi phí tốt nhất hiện thời;
• Min_assign: mặt bằng hiện thời có sự thay đổi (phân công) tốt nhất.
Thông số của kỹ thuật SA và dữ liệu đầu vào đƣợc thiết lập. Chi phí mặt bằng hiện tại đƣợc tính (chỉ có chi phí vận chuyển nguyên vật liệu). Kế tiếp, một cặp trạm đƣợc chọn ngẫu nhiên để thay đổi cho nhau, và chi phí của mặt bằng vừa thay đổi đƣợc tính. Nếu tổng chi phí mặt bằng vừa thay đổi ngẫu nhiên 1 cặp trạm Cost (S’) nhỏ hơn tổng chi phí mặt bằng ban đầu Cost (S) hay ∆ = Cost (S’) - Cost (S) < 0 thì chấp nhận sự thay đổi đó (chấp nhận mặt bằng vừa thay đổi S’). Nếu tổng chi phí mặt bằng vừa thay đổi ngẫu nhiên 1 cặp trạm Cost (S’) bằng tổng chi phí mặt bằng ban đầu Cost (S) hay ∆ = Cost (S’) - Cost (S) = 0, thì khơng chấp nhận sự thay đổi đó và tiếp tục chọn ngẫu nhiên 1 cặp trạm khác và tiếp tục thủ tục trên. Ngƣợc lại, nếu tổng chi phí mặt bằng vừa thay đổi ngẫu nhiên 1 cặp trạm Cost (S’) lớn hơn tổng chi phí mặt bằng ban đầu Cost (S) hay ∆ = Cost (S’) - Cost (S) > 0, thì xác suất P(∆) = �−∆////////////// / (xác suất chấp nhận sự thay
đổi khơng cải thiện) đƣợc tính và một số x đƣợc phát sinh từ phân bố Unifrom U(0,1). Nếu x < P(∆) thì sự thay đổi đó chấp nhận, ngƣợc lại thì khơng chấp nhận. Thủ tục này đƣợc lặp đi lặp lại cho đến khi thỏa mãn điều kiện chiều dài thời kỳ (e). Nhiệt độ ban đầu T thƣờng đƣợc cho ở giá trị cao, vì khi T có giá trị cao có nghĩa xác suất chấp nhận sự thay đổi không cải thiện cao (P(∆) cao. Ngƣợc lại, nhiệt độ ban đầu T có giá trị thấp có nghĩa là xác suất chấp nhận sự thay đổi khơng cải thiện thấp. Vì vậy, kỹ thuật ủ kim loại tránh khỏi lời giải cục bộ và tiến đến lời giải tối ƣu toàn cục.
Burkard và Rendl ứng dụng đầu tiên kỹ thuật ủ kim loại để tái bố trí mặt bằng sản xuất năm 1984 (Burkard, R.E, and Rendl, F., 1984), đó là q trình phỏng theo kỹ thuật ủ kim loại (tơi kim loại) để tái bố trí mặt sản xuất. Q trình tơi kim loại là q trình kim loại đƣợc làm nóng lên đến một nhiệt độ nào đó, rồi giảm nhiệt độ kim loại dần dần cho đến trạng thái cơ bản (kim loại ở trạng thái rất cứng hơn trạng thái bình thƣờng, khi đó kim loại ở mức năng lƣợng thấp nhất). Cịn bài tóan tái bố trí mặt bằng sản xuất là thay đổi vị trí từng cặp cho nhau của các máy (trạm), mỗi lần thay vị trí từng cặp cho nhau, tổng chi phí vận