Bố trí mặt bằng sản xuất

Trong nhiều mục tiêu của bố trí mặt bằng, mục tiêu chính cần quan tâm là tối thiểu hóa chi phí vận chuyển, chi phí sản xuất và tồn trữ nguyên vật liệu trong hệ thống sản xuất.

Có nhiều loại nguyên vật liệu được dùng trong quá trình sản xuất như: nguyên liệu thô, các chi tiết mua ngoài, nguyên liệu đóng gói, cung cấp bảo trì sửa chữa, phế liệu và chất thải. Ngoài ra, còn sự đa dạng về hình dáng, màu sắc, kích thước, đặc tính hóa học. Sự đa dạng và đặc tính của nguyên vật liệu đã được xác định bởi các quyết định trong thiết kế sản phẩm.

Việc bố trí mặt bằng chịu ảnh hưởng trực tiếp các đặc tính tự nhiên của nguyên liệu, như loại nguyên liệu to lớn, cồng kềnh, chất lỏng, chất rắn, nguyên liệu linh hoạt hay không linh hoạt trong điều kiện nóng, lạnh, ẩm ướt, ánh sáng, bụi, lửa, sự chấn động.

Một hệ thống vận chuyển nguyên vật liệu là toàn bộ mạng lưới vận chuyển từ khâu tiếp nhận nguyên vật liệu, tồn trữ trong kho, vận chuyển chúng giữa các bộ phận sản xuất và cuối cùng là gửi thành phẩm lên xe để phân phối. Do đó thiết kế và bố trí nhà xưởng phải phù hợp với thiết kế hệ thống vận chuyển. Ví dụ: nếu muốn sử dụng băng tải trên cao thì nhà xưởng phải đủ vững chắc hoặc nếu dùng xe nâng hàng thì lối đi phải đủ rộng, mức chịu tải của sàn nhà thích hợp…

Các nguyên tắc vận chuyển nguyên vật liệu.

− Tối thiểu hóa việc vận chuyển nguyên vật liệu đến bộ phận sản xuất.

− Các qui trình sản xuất liên quan được sắp xếp sao cho thuận lợi dòng cung cấp nguyên liệu.

− Nên thiết kế và định vị các thiết bị vận chuyển, lựa chọn nơi tồn trữ nguyên liệu sao cho giảm tối đa sự nổ lực của công nhân: cúi xuống, với tay, đi lại…

− Tối thiểu hóa số lần vận chuyển của từng loại nguyên liệu

− Sự linh hoạt của hệ thống cho phép các tình huống bất thường: thiết bị vận chuyển nguyên liệu hỏng, thay đổi công nghệ sản xuất, mở rộng năng lực sản xuất.

− Các thiết bị vận chuyển phải sử dụng hết trọng tải của nó

1. Các kiểu bố trí mặt bằng sản xuất:

Có nhiều kiểu bố trí mặt bằng sản xuất khác nhau, dưới đây chúng sẽ lần lượt khảo sát từng kiểu bố trí: theo quá trình, theo sản phẩm, theo khu vực sản xuất và kiểu bố trí cố định.

1.1 Bố trí theo quá trình:

Hay còn gọi là bố trí chức năng theo sự đa dạng của thiết kế sản phẩm và các bước chế tạo. Kiểu bố trí này thường sử dụng nếu xí nghiệp sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau với những đơn hàng nhỏ. Máy móc, thiết bị được trang bị mang tính chất đa năng để có thể dễ dàng chuyển đổi việc sản xuất từ loại sản phẩm này sang loại sản phẩm khác một cách nhanh chóng.

Công nhân trong kiểu bố trí này phải thay đổi và thích nghi nhanh chóng với nhiều nhiệm vụ khác nhau được hình thành từ những lô sản xuất riêng biệt. Các công nhân này phải có kỹ năng cao đòi hỏi sự đào tạo chuyên môn sâu và sự giám sát công nghệ. Chức năng hoạch định của nhà quản lý được thực hiện liên tục, lập lịch trình và kiểm soát để bảo đảm khối lượng công việc tối ưu trong từng bộ phận, từng khu vực sản xuất. Các sản phẩm trong hệ thống sản xuất có thời gian tương đối dài và lượng tồn kho bán thành phầm lớn.

Ưu điểm:

− Hệ thống sản xuất có tính linh hoạt cao;

− Công nhân có trình độ chuyên môn và kỹ năng cao;

− Hệ thống sản xuất ít bị gián đoạn vì bị những lý do trục trặc của thiết bị, con người;

− Tính độc lập trong chế tạo các chi tiết của bộ phận cao;

− Chi phí bảo dưỡng thấp, có thể sửa chữa cheo thời gian, lượng dự trữ phụ tùng thay thế không cần nhiều;

− Có thể áp dụng và phát huy được chế độ khuyến khích nâng cao năng suất lao động cá biệt.

Hạn chế:

− Chi phí sản xuất trên một đơn vị sản phẩm cao;

− Lịch sản xuất và các hoạt động không ổn định;

− Sử dụng nguyên liệu kém hiệu quả;

− Mức độ sử dụng máy móc thiết bị thấp;

− Khó kiểm soát hoạt động và chi phí kiểm soát phát sinh cao;

− Đòi hòi phải chú ý tới từng công việc cụ thể.

1.2 Bố trí theo sản phẩm:

Bố trí theo hướng sản phẩm được thiết kế để thích ứng cho một vài loại sản phẩm, và dòng nguyên vật liệu được bố trí đi qua xưởng sản xuất. Kiểu bố trí này dùng các máy móc thiết bị chuyên dùng để thực hiện những thao tác đặc biệt trong thời gian dài cho một sản phẩm, việc thay đổi những máy móc này cho thiết kế sản phẩm mới đòi hỏi chi phí và thời gian sắp xếp lớn. Máy móc thiết bị thường được sắp xếp thành bộ phận sản xuất, trong từng bộ phận sản xuất gồm nhiều dây chuyền sản xuất. Công nhân trong kiểu bố trí theo hướng sản phẩm thực hiện một dãy hẹp các động tác trên một vài thiết kế sản phẩm lặp đi lặp lại. Do đó không đòi hỏi kỹ năng, huấn luyện và giám sát hoạt động. Việc phối hợp các hoạt động lập lịch trình sản xuất và hoạch định theo kiểu bố trí này thì rất phức tạp nhưng thực hiện không thường xuyên và ít khi có sự thay đổi.

Dây chuyền sản xuất có thể được bố trí theo đường thẳng hoặc đường chữ U như sau:

Ưu điểm:

− Tốc độ sản xuất sản phẩm nhanh;

− Chi phí đơn vị sản phẩm thấp;

− Chuyên môn hoá lao động, giảm chi phí, thời gian đào tạo và tăng năng suất;

− Việc di chuyển của nguyên liệu và sản phẩm được dễ dàng;

− Mức độ sử dụng thiết bị và lao động cao;

− Hình thành thói quen, kinh nghiệm và có lịch trình sản xuất ổn định;

− Dễ dàng trong hạch toán, kiểm tra chất lượng, dự trữ và khả năng kiểm soát hoạt động sản xuất cao.

Hạn chế:

− Hệ thống sản xuất không linh hoạt với những thay đổi về khối lượng, chủng loại sản phẩm, thiết kế sản phẩm;

− Hệ thống sản xuất có thể bị gián đoạn (ngừng) khi có một công đoạn bị trục trặc;

− Chi phí bảo dưỡng, duy trì máy móc thiết bị lớn;

− Không áp dụng được chế độ khuyến khích tăng năng suất lao động cá nhân.

1.3 Bố trí theo khu vực sản xuất:

Kiểu bố trí theo khu vực, máy móc được tập hợp vào khu vực sản xuất, chức năng của các khu vực đôi khi cũng giống như kiểu bố trí theo hướng sản phẩm trong một xưởng sản xuất hay qui trình sản xuất lớn, mỗi khu vực được thành lập để sản xuất một nhóm chi tiết có đặc tính chung. Điều này có nghĩa là chúng cần những máy móc giống nhau về tính năng cũng như kiểu lắp đặt.

Bố trí theo khu vực được thực hiện bởi các lý do sau đây:

− Việc thay đổi thiết bị được đơn giản hóa.

− Thời gian huấn luyện công nhân ngắn.

− Giảm chi phí vận chuyển nguyên vật liệu.

− Các chi tiết sản xuất và vận chuyển nhanh hơn.

− Nhu cầu về tồn kho bán thành phẩm thấp.

− Dễ tự động hóa.

Bố trí theo kiểu định vị cố định:

Một vài xí nghiệp chế tạo và xây dựng kiểu bố trí này, bằng cách sắp xếp các công việc để định vị sản phẩm ở vị trí cố định và vận chuyển công nhân, vật liệu, máy móc, các vật dụng khác đi đến khu vực sản xuất sản phẩm. Ví dụ: Hãng máy bay, tên lửa, tàu thủy, xây dựng cầu đường… Kiểu bố trí này được ứng dụng khi sản phẩm rất cồng kềnh, nặng nề và dễ hư hỏng. Mục tiêu của các nhà sản xuất là tối thiểu hóa khối lượng vận chuyển.

Ưu điểm:

− Giảm sự vận chuyển để hạn hư hỏng và chi phí vận chuyển;

− Sản phẩm không di chuyển nên có sự liên tục hơn trong lực lượng lao động được phân công không phải lập kế hoạch, bố trí nhân sự lại mỗi khi một hoạt động mới bắt đầu;

Hạn chế:

− Yêu cần công nhân có kỹ năng cao;

− Vận chuyển công nhân, máy móc thiết bị đến nơi làm việc có thể tốn kém nhiều chi phí;

− Mức sử dụng máy móc thiết bị thấp.

2. Phương pháp phân tích bố trí mặt bằng sản xuất.

Có lẽ hầu hết các kỹ thuật bố trí mặt bằng đều sử dụng mô hình 2−3 chiều của tòa nhà, qua đó, người ta lần lượt sắp xếp thử máy móc, bàn ghế và các thiết bị khác trên nhiều vị trí khác nhau để chọn phương án tốt nhất. Người ta hoàn tất mặt bằng chi tiết dự kiến, trong đó dòng di chuyển vật liệu và công nhân từ nơi này qua nơi khác là nhỏ nhất. Phương pháp này thường hữu dụng khi ta bố trí máy móc và phương tiện sản xuất vào một phòng, tòa nhà có sẵn và ta biết được rõ ràng hình ảnh mặt bằng đó.

2.1 Phân tích bố trí mặt bằng theo hướng qui trình.

Người ta thường sử dụng các phương pháp phân tích chuỗi tác nghiệp, sơ đồ khối và khoảng cách vận chuyển để bố trí mặt bằng này.

a. Phân tích chuỗi tác nghiệp.

Là xây dựng sơ đồ hệ thống cho việc lắp đặt các bộ phận thiết bị sản xuất bằng cách phân tích đồ thị, giúp cho chúng ta xác định vị trí của từng bộ phận tác nghiệp liên quan tới các bộ phận khác khi diện tích mặt bằng không là yếu tố giới hạn.

Ví dụ 5.1: Công ty C dự định xây dựng thêm một phân xưởng sản xuất chế biến 6 loại thức ăn cho gia súc và nuôi trồng thuỷ sản với hy vọng sẽ bố trí hợp lý hơn, giảm được khối lượng vận chuyển giữa các bộ phận so với phân xưởng sản xuất hiện tại. Đơn vị này dựa trên nhu cầu tiêu thụ (số lượng) và qui trình chế biến các loại sản phẩm; qua tính toán người ta xác định được lượng vận chuyển qua lại giữa các bộ phận trong xưởng sản xuất như sau.

Trước tiên, ta thực hiện tạm định dạng sơ đồ vị trí của các bộ phận ban đầu và biểu hiện mối quan hệ qua lại giữa các bộ phận đó như sau:

b. Phân tích sơ đồ khối:

Trong ví dụ 5.2 dưới đây ta sử dụng sơ đồ cuối cùng của ví dụ 5.1 và thực hiện phân tích sơ đồ khối để tạo dạng tổng quát các dòng vận chuyển và ranh giới của của các bộ phận bên trong phân xưởng sản xuất. Yếu tố giới hạn của phân tích này là diện tích cần thiết cho từng bộ phận.

c. Phân tích tải trọng – khoảng cách.

Phân tích chuỗi tác nghiệp và phân tích sơ đồ khối không chọn được kiểu bố trí tối ưu, nó chỉ cho ta một kiểu bố trí tốt mà thôi. Trong trường hợp có nhiều phương án mặt bằng để lựa chọn thì phương pháp trên không hiệu quả, khi đó người ta sử dụng phân tích tải trọng – khoảng cách.

Đây là phương pháp rất hữu ích trong việc so sánh nhiều cách bố trí đạt yêu cầu, để chọn ra một bố trí tối ưu dựa trên sự vận chuyển nguyên vật liệu hay sản phẩm trong một thời kỳ là thấp nhất.

Ví dụ 5.3: Giả sử bộ phận bố trí mặt bằng sản xuất đang phân vân lựa chọn một trong hai phương án bố trí tốt dưới đây. Không biết phương án nào tốt hơn, nên họ thực hiện phương pháp tính tải trọng−khoảng cách của hai phương án bố trí trên cơ sở biết số lượng sản xuất trung bình từng loại sản phẩm trong kỳ (tháng) và khoảng cách vận chuyển giữa các bộ phận sản xuất được cho như sau.

Bộ phận bố trí mặt bằng biết hai phương án bố trí tốt:

Qua bảng tính toán ta thấy bố trí B cho kết quả tốt, với tổng khoảng cách dịch chuyển sản phẩm trong tháng qua các máy móc thiết bị là nhỏ nhất.

Trong những năm gần đây, nhiều chương trình máy tính được xây dựng để phát triển và phân tích bố trí mặt bằng theo hướng qui trình. Một số chương trình sử dụng tỷ lệ gần gũi nhằm tối đa hóa tổng quan hệ đối với các bộ phận khác nhau phù hợp với mặt bằng nhà xưởng. Một số khác, được viết nhằm thiết lập sự tối thiểu hóa chi phí vận chuyển trong từng thời kỳ.

Nhìn chung, các chương trình này giúp chúng ta tiết kiệm được thời gian và công sức giải quyết những vấn đề lớn và phức tạp. Tuy nhiên các kết quả chỉ là bố trí ban đầu, nhiều khi ta cần phải chỉnh lý lại, kiểm tra sự logic cũng như máy móc thiết bị phải được điều chỉnh cho vừa vặn bằng tay.

2.2 Phân tích mặt bằng theo hướng sản phẩm:

Phân tích dây chuyền là mục tiêu trung tâm của bố trí mặt bằng theo hướng sản phẩm. Các yếu tố như thiết kế sản phẩm, nhu cầu thị trường đối với sản phẩm ảnh hưởng quyết định cuối cùng đến qui trình công nghệ và năng lực sản xuất. Ngoài ra, người ta cũng xác định số lượng công nhân, máy móc vận hành bằng tay hay tự động và các công cụ khác cần thiết để sản xuất.

Cân bằng dây chuyền sản xuất: Là phân tích dây chuyền sản xuất, phân chia những công việc được thực hiện theo từng khu vực sản xuất, mỗi khu vực sản xuất đảm nhiệm một nhiệm vụ giống nhau, tập hợp nhóm khu vực sản xuất đồng nhất này thành trung tâm sản xuất. Mục tiêu của phân tích dây chuyền sản xuất là xác định bao nhiêu khu vực sản xuất cần phải có và những nhiệm vụ nào được giao cho từng khu vực. Vì thế, số lượng công nhân và máy móc thiết bị được giảm thiểu nhưng vẫn đảm bảo khối lượng sản phẩm sản xuất theo yêu cầu.

Trong cân bằng dây chuyền sản xuất, người ta cố gắng phân công công việc cho các khu vực sản xuất sao cho ít có thời gian rỗi nhất. Điều này có nghĩa là công việc tại mỗi khu vực sản xuất càng gần với chu kỳ càng tốt nhưng không được vượt quá thời gian đó.

Sơ đồ 5.3: Qui trình thực hiện phương pháp mức sử dụng tăng thêm

Các bước cân bằng dây chuyền:

− Xác định các nhiệm vụ phải thực hiện để hoàn thành một sản phẩm riêng biệt.

− Xác định trình tự công việc phải thực hiện.

− Vẽ sơ đồ trình tự công việc (vòng tròn tượng trưng cho công việc, các mũi tên cho biết trình tự trước sau của công việc).

− Ước lượng thời gian công việc.

− Tính toán thời gian chu kỳ (Tck).

− Tính hiệu quả sử dụng (máy móc thiết bị hoặc công lao động)

Các nhà nghiên cứu thường sử dụng phương pháp tuyến tính hay những mô hình toán khác nhau để giải quyết vấn đề cân bằng dây chuyền sản xuất. Tuy nhiên chúng lại không hữu dụng khi cần giải quyết một vấn đề lớn. Các phương pháp khác dựa vào những nguyên tắc đơn giản được dùng để tìm ra những giải pháp rất tốt tuy không phải tối ưu. Đó là những phương pháp mức hữu dụng tăng thêm và phương pháp thời gian công tác dài nhất.

a. Phương pháp mức sử dụng tăng thêm:

Sơ đồ 5.3 thể hiện trình tự để thực hiện phân công công việc bằng phương pháp mức sử dụng tăng thêm được biểu diễn bằng sơ đồ khối tổng quát như trang trước.

Phương pháp này chỉ đơn giản là giao thêm nhiệm vụ cho các khu vực sản xuất, theo trình tự công việc qui định cho đến khi mức sử dụng đạt 100% hay bắt đầu giảm xuống. Qui trình này được lặp lại cho đến khi ta phân hết các công việc vào các khu vực sản xuất.

Ví dụ 5.4: Một phân xưởng sản xuất thuốc bảo vệ thực vật xác định nhu cầu tiêu thụ trên thị trường là 4.160 chai thuốc/ngày. Biết thời gian chuẩn bị máy móc thiết bị, vật tư nguyên liệu, công cụ sản xuất,… mất trung bình 64 phút/ngày. Để hoàn tất một chai thuốc, phân xưởng cần phải thực hiện qua 15 công đoạn sản xuất như trang sau.

− Tính thời gian chu kỳ và số khu vực sản xuất tối thiểuYêu cầu:

− Xây dựng qui trình gia công đóng gói thuốc bảo vệ thực vật.

− Cân bằng dây chuyền sản xuất bằng phương pháp mức sử dụng tăng thêm

− Tính hiệu quả sử dụng máy móc thiết bị.

Bài giải:

Trước tiên, chúng ta dựa trên trình tự thực hiện các công việc để hoàn thành các công đoạn gia công, ta xây dựng sơ đồ như sau.

Đầu tiên, chúng ta phân công công việc cho từng trung tâm sản xuất (trạm sản xuất), việc này cần phải tuân theo thứ tự trước sau của các công việc một cách chặt chẽ (C phải sau A, sau B; E phải sau C, sau D;…). Các nhiệm vụ được kết hợp theo thứ tự cho đến khi mức sử dụng của trung tâm sản xuất là 100%, hay khi quan sát thấy sự giảm xuống của nó so với phân công trước đó. Lúc này ta mở trung tâm sản xuất mới và bắt đầu lại trình tự.

Tóm tắt phân công công việc vào khu vực sản xuất trên dây chuyền như sau:

b. Phương pháp thời gian công tác dài nhất.

Trong phương pháp này ta lần lượt thêm công việc cho một khu vực sản xuất theo thứ tự bước sau. Nếu có sự lựa chọn giữa 2 hay nhiều công việc thì công việc có thời gian công tác dài nhất được chọn phân công trước. Điều này có hiệu quả cho việc phân công nhanh chóng những công việc khó phân công vào khu vực sản xuất.

Ví dụ 5.5: .Sử dụng tiếp ví dụ 5.4, giả sử đơn vị xác định lại nhu cầu sản xuất của phân xưởng này là 832 chai thuốc/ngày (thay vì 4.160 chai). Hãy cân bằng dây chuyền sản xuất trong trường hợp này.

− Trước tiên, ta tính thời gian chu kỳ.