XÂY DỤNG MÔ HÌNH
Mô hình sản xuất Job Shop
Nhóm sẽ tiến hành thiết kế một mô hình mô phỏng hệ thống sản xuất Job shop
Trong một ngày, hệ thống làm việc 24 giờ với 4 ca, mỗi ca kéo dài 14 tiếng Hệ thống được tổ chức thành 5 nhóm máy hoạt động liên tục, mỗi nhóm bao gồm các máy giống nhau.
Nói về hệ thống sản xuất và điều độ Job shop, có 4 yếu cố ta cần quan tâm:
- Số lượng máy trong nhóm máy/ trạm
- Thứ tự gia công công việc trên các nhóm máy (work sequence)
- Tiêu chuẩn đánh giá (performance evaluation criterion)
Bảng 1-1 Máy, số lượng máy và chi phí hoạt động cho mỗi máy
Trình tự công việc của từng loại sản phẩm
Theo đề bài, dựa trên kinh nghiệm từ các nhà máy khác, thời gian xử lý công việc được kỳ vọng tuân theo phân bố Normal như thể hiện trong Bảng 1.1 Thêm vào đó, thời gian xử lý thực tế có sự biến đổi trung bình trong khoảng 15% giá trị trung bình Qua đó, chúng ta có thể xác định thời gian gia công của các máy một cách chính xác.
Bảng 1-2 Bảng tính toán thời gian gia công của từng máy
CV tg(p/cv) min max var std Đúc 1 45 41.63 48.38 22.78 4.77 Định hình 1 15 13.88 16.13 2.53 1.59
Sau khi thiết lặp thời gian gia công cho từng máy và quy trình thực hiện đối với các sản phẩm ta thu được bảng sau:
Bảng 1-3 Bảng trình tự công việc của từng loại sản phẩm
Phần trăm công việc Thứ tự xử lý công việc Thời gian gia công (CV/phút)
Lắp ráp 1&3 Tỉ lệ 1:1 NORM(15,1.59,9) Đóng gói 1&3 NORM(7,0.74,8)
Lắp ráp 2&3 với tỷ lệ 1:1 theo tiêu chuẩn NORM(15,1.59,7) và đóng gói 2&3 theo NORM(8,0.85,6) Giá trị thời gian xử lý được xác định ngẫu nhiên, vì vậy chúng tôi sử dụng bộ phát số ngẫu nhiên Time Stream để đảm bảo dữ liệu không bị đồng nhất.
Đặt giả thuyết
Để chạy mô hình ta đưa ra một số giả thuyết như sau:
- Sử dụng 4 xe nâng chuyển trong mô hình với tốc độ di chuyển là 60 đơn vị trên phút
- Vì chưa có mặt bằng bố trí máy nên ta giả định bố trí mặt bằng và khoảng cách cho các máy (Chương 2)
- Sử dụng băng chuyền với tốc độ là 20 đơn vị trên phút
- Năng lực của các máy trong nhóm máy là như nhau
Xây dựng và thiết lập thông số cho các module trong mô hình logic
1.4.1 Arrivals Đầu tiên, ta tiến hành khởi tạo và khai báo cho biến đến:
Hình 1-1 Khởi tạo biến đến
Trong module Create, các thực thể đầu vào được gọi là “Công việc” Phôi được đưa vào với tốc độ tối thiểu là 10 và tối đa là 20 sau mỗi 2 giờ, do đó module được thiết lập tương ứng với các thông số này.
Hình 1-2 Thông số khởi tạo biến đến
Tiếp theo, thực thể sẽ truy cập vào module Assign để nhập các thuộc tính, trình tự di chuyển, hình họa mô tả và xác suất xuất hiện của chúng Do đó, chúng ta thiết lập module Assign theo cách sau:
Hình 1-3 Thiết lập thông số cho module Assign
Sau khi khai báo các thuộc tính Entity Types và Part Pictures trong module Assign ta vào Set Spreadsheet:
- Entity Types khai báo 3 loại entity là Part 1, Part 2, Part 3
- Part Pictures khai báo 3 loại Picture là Picture.Part1, Picture.Part2, Picture.Part3
Hình 1-4 Khai báo set cho Entity Types và Part Picture
1.4.2 Khu vực gia công a Sequence Spreadsheet
Trước khi khai báo các phần công việc ta khai báo các phần này tại Advanced Set Spreadsheet trong Advanced Process panel như sau:
Hình 1-5 Khai báo các phần công việc
Trong bảng Sequence Spreadsheet của Advanced Transfer panel, người dùng có thể khai báo trình tự di chuyển và thời gian gia công cho các thực thể tại các trạm trong khu vực gia công Bài viết chia thành ba phần chính, mỗi phần có tỷ lệ hoàn thành và thứ tự công việc khác nhau Cụ thể, phần 1 (Part 1 Process Plan) được thiết lập với bốn bước thực hiện, trong đó thời gian xử lý cho từng công việc cũng được xác định rõ ràng.
Ví dụ thiết lập thời gian đúc trong bước 1 của phần 1 với tên thuộc tính là TG duc và thời gian xử lý NORM(45,4.77,8)
Hình 1-6 Khai báo cho Sequence
Để tối ưu hóa quy trình làm việc, chúng ta thiết lập thứ tự và phân bổ thời gian cho các công việc con tương tự như trong Bảng 1.2 Đối với mô hình mô phỏng sử dụng xe nâng chuyển, nhóm đã áp dụng cặp module Leave-Enter để khai báo.
Hình 1-7 Khai báo module Leave
Transfer out Request Transporter Transporter Name Cart
Hình 1-8 Thiết lập module Enter
Transfer In Free Transporter Transporter Name Cart
Sau khi thực hiện khai báo cho cặp module Leave-Enter ta vào Transporter spreadsheet trong Advanced Transfer panel để khai báo cho Transporter với:
Number of Units 4 Distance Set Cart.Distance Velocity (tốc độ) 60
Hình 1-9 Khai báo cho Transporter
Để xe nâng hoạt động hiệu quả, cần khai báo khoảng cách di chuyển trong bảng Distance Spreadsheet thuộc Advanced Transfer Nhóm đã xác định tổng cộng 90 khoảng cách cho xe nâng, bao gồm cả chiều đi và chiều về tại tất cả các trạm.
Hình 1-10 Khai báo khoảng cách di chuyển cho xe nâng c Module Process
Module process dùng khai báo thời gian và nguồn lực để thực hiện công việc gia công trên các trạm:
Hình 1-11 Khai báo module process
In the process module, declare the station name (Bao) and select the action as Seize Delay Release Choose the Delay Type as expression to specify the execution time according to the predefined schedule in the Sequence Spreadsheet For Resources, utilize the set declaration.
Hình 1-12 Khai báo resource cho trạm gia công Để khai báo nguồn lực cho các trạm ta vào Set Spreadsheet trong Basic Process
Ví dụ khai báo cho Set duc gồm 3 nguồn lực là Resource duc 1 ,2 ,3 Đồng thời trong Resource Spreadsheet ta khai báo chi phí trả cho mỗi nguồn lực
Hình 1-13 Khai báo nguồn lực cho Set duc
Tại trạm Đúc, công suất xử lý đạt 5-10 tấn, vì vậy trong bảng tài nguyên (Resource Spreadsheet), chúng ta thiết lập Capacity bằng 5 Điều này có nghĩa là trạm có thể xử lý tối đa 5 thực thể cùng một lúc.
Để khai báo công suất máy đúc, nhóm đã sử dụng module Batch nhằm gộp 5 chi tiết đã gia công tại các trạm Việc này cho phép các chi tiết được xem như một thực thể trong quá trình vận chuyển, giúp tối ưu hóa quy trình di chuyển.
Thực hiện khai báo cho module Batch như sau:
Hình 1-15 Khai báo cho module Batch
Loại Batch sử dụng Temporary batch không cố định, cho phép phân rã cỡ lô và tiếp tục gia công trên các chi tiết Cỡ lô được thiết lập là 5, và Batch thuộc tính được phân loại thành các thực thể khác nhau như Part 1, Part 2 và Part 3 Hệ thống này hỗ trợ việc tách biệt các module trong quy trình sản xuất.
Sau khi xe nâng vận chuyển lô chi tiết đến trạm tiếp theo, quá trình gia công sẽ tiếp tục bằng cách sử dụng module separate để phân tách các thực thể ban đầu.
Sử dụng loại Separate là Split Existing Batch để phân rã cỡ lô theo số lượng thực thể ban đầu
Hình 1-16 Khai báo module Separate
Sau khi hoàn tất quá trình gia công, các phần sẽ được tập trung tại khu vực chờ và sau đó được chuyển đến khu vực lắp ráp thông qua băng chuyền.
Sau khi lắp ráp, các sản phẩm hoàn thiện sẽ được chuyển đến kho qua băng chuyền Nhóm đã thiết lập băng chuyền cho mô hình, sử dụng bộ ba module Access-Convey-Exit để khai báo chức năng của băng chuyền Đồng thời, module Station được sử dụng làm điểm kết thúc cho băng chuyền.
Hình 1-17 Mô hình cho băng chuyền
Hình 1-18 Thiết lập Module Access cho băng chuyền
Module Convey: Ở module convey ngoài tên của băng chuyền ta cần phải xác định đích đến của băng chuyền Ở đây băng chuyền dừng tại Station 29
Hình 1-19 Thiết lập Module Convey cho băng chuyền
Để thiết lập mô hình băng chuyền hoạt động, cần truy cập vào Segment Spreadsheet trong Advanced Transfer để khai báo đường đi, bao gồm cả trạm bắt đầu và trạm kết thúc cho Module Exit.
Hình 1-21 Khai báo đường đi của băng chuyền
Sau khi thiết lập các module của băng chuyền ta vào Conveyor spreadsheet trong Advanced Transfer panel để khai báo các thông số của băng chuyền như sau:
Hình 1-22 Khai báo các biến của băng chuyền Ở đây nhóm sử dụng loại băng chuyền tích lũy với tốc độ là 20 đơn vị trên phút
1.4.4 Khu vực gia công, lắp ráp a Module Decide
Cần thiết lập module Decide để xác định lộ trình lắp ráp cho các linh kiện Part 1, 2, 3 Sau khi các linh kiện này đi qua băng chuyền, chúng sẽ được phân loại để lắp ráp cho sản phẩm 1 và 2 Cụ thể, nếu là Part 1, linh kiện sẽ được chuyển đến lắp ráp 1&3, trong khi Part 3 sẽ đi qua Decide 1 Nếu tỷ lệ đạt 40%, Part 3 sẽ được chuyển đến lắp ráp 1&3; nếu đạt 60%, nó sẽ đi đến lắp ráp 2&3 Đối với Decide 3, Part 2 sẽ được chuyển thẳng đến lắp ráp 2&3.
Hình 1-23 Mô hình với 2 Module Decide
Hình 1-24 Thiết lập module Decide 3
Hình 1-25 Thiết lập module Decide 1 b Cặp module Match-Batch
Module Match dùng để phân biệt 2 thực thể đến
Module Batch được sử dụng để kết hợp hai thực thể với tỷ lệ 1:1, chuẩn bị cho quy trình lắp ráp Tại khu vực đóng gói, nhóm sử dụng loại batch là permanent để gộp cố định hai thực thể lại với nhau.
Thiết lập module Process cho công việc Lắp ráp và Đóng gói:
Hình 1-26 Thiết lập module process cho công việc Lắp ráp 1&3
Mô hình Logic
Hình 1-28 Mô hình logic cho hệ thống Job Shop
MÔ HÌNH ANIMATION
Minh họa cho các resource
Chọn nút resource trên thanh công cụ, sau đó xuất hiện tab khai báo
- Indentifier: chọn tên nguồn lực cần thể hiện
- Với mỗi trạng thái Idle hoặc Busy, chọn 1 hình minh họa, sau đó bấm Entity -> Number in Process
Hình 2-6 Khai báo biến của biểu đồ
Mô hình Animation
Hình 2-7 Animation cho khu vực gia công
Hình 2-8 Khu vực lắp ráp, đóng gói
XÁC ĐỊNH THAM SỐ VÀ THIẾT LẬP LẦN CHẠY
Xác định thời gian warm – up
Thời gian Warm-up là khoảng thời gian cần thiết để mô hình mô phỏng ổn định và phản ánh chính xác hệ thống thực Phương pháp xác định thời gian này dựa vào độ dốc của quá trình mô phỏng ban đầu Khi đạt đến điểm tới hạn, các kết quả đầu ra sẽ ổn định Để xác định thời gian Warm-up, cần sử dụng khối Statistics trong Advance Process để ghi lại dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu về Cycle time, sau đó lưu thành file và khai báo địa chỉ tại ô Output File.
Hình 3-1 Khai báo file xuất dữ liệu
Sau khi thực hiện 10 lần lặp mô phỏng, để xác định thời gian Warm up, bạn cần sử dụng chức năng Plot trong Output Analyzer Chức năng này cho phép bạn vẽ biểu đồ từ tập dữ liệu Total WIP đã ghi lại, giúp xác định thời gian Warm up của hệ thống một cách chính xác.
Hình 3-2 Khai báo trong Output Analyze
Hình 3-3 Biểu đồ phân tích Total Wip cho 10 lần lặp
Biểu đồ cho thấy tổng lượng WIP trong 10 lần lặp của mô hình, với sự giảm sút rõ rệt tại khoảng thời gian khoảng 3000 phút Do đó, 3000 phút được xác định là mốc thời gian mà mô hình đạt trạng thái ổn định.
Xác định số lần lặp
Số lần lặp hợp lý trong mô phỏng sẽ nâng cao độ tin cậy và tính chính xác của kết quả Để xác định số lần lặp cần thiết, ta áp dụng công thức tính cụ thể.
Trong đó: + n là số lần lặp cần tìm
+ n0 là số lần lặp ban đầu + h0 là độ rộng một phía của khoảng tin cậy ban đầu + h là độ rộng một phía của khoảng tin cậy mong muốn
Trong trường hợp này, nhóm quyết định chọn số lần lặp ban đầu là 10 lần để xác định halfwidth ban đầu (h0) Từ các giá trị n0 và h0, nhóm sẽ tính toán số lần lặp hợp lý dựa trên halfwidth mục tiêu (h).
Sử dụng công thức để tính số lần lặp dựa trên Cycle Time của từng sản phẩm Dưới đây là bảng Cycle Time và Halfwidth cho mỗi sản phẩm, được tính toán khi chạy mô hình với 10 lần lặp, mỗi lần lặp kéo dài 5 ngày.
STT Sản phẩm 1 Sản phẩm 2
Cycle Time Halfwidth Cycle Time Halfwidth
Ta cho h bằng 10% trung bình Cycle time là mức sai số chấp nhận được:
Khi đó: số lần lặp tính được của sản phẩm 1 là: h1=0.1 ×41.4259=4.14259
Số lần lặp tính được của sản phẩm 2 h2=0.1 ×27.6894=2.76894
Như vậy ta thấy để mô hình có độ chính xác cao và tăng độ tinh cậy thì đối với sản phẩm
Trong nghiên cứu này, sản phẩm 1 cần được lặp ít nhất 9 lần, trong khi sản phẩm 2 yêu cầu ít nhất 6 lần Tuy nhiên, số lần lặp thực tế của cả hai sản phẩm đều thấp hơn giả thuyết ban đầu là 10 lần Do đó, chúng ta có thể tiến hành chạy mô hình với số lần lặp n = 10 lần.
KẾT QUẢ CHẠY MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
Thành phẩm (number out)
Hình 4-1 Kết quả đầu ra của mô hình
Với số lượng sản phẩm 1 và sản phẩm 2 như sau:
Hình 4-2 Kết quả đầu ra của tùng loại sản phẩm
Trung bình thời gian hoàn thành các công việc
Tổng thời gian hoàn thành đối với từng công việc 1 và 2
Hình 4-3 Tổng thời gian hoàn thành của từng loại sản phẩm
WIP
Số lượng Wip đo được trong hệ thống bao gồm Part 1, Part 2, Part 3 như sau
Hình 4-4 Số lượng wip của từng Part
Thời gian chờ trung bình của các công việc tại các trạm
Hình 4-5 Thời gian đợi trong hàng đợi
Số lượng trung bình các công việc phải chờ tại các trạm và trong xưởng
Hình 4-6 Số lượng đợi trong hàng đợi
Nhận xét: Số lượng hàng đợi thấp, chủ yếu hàng đợi tập trung ở khu vực gom lại thành lô để nâng chuyển
Độ hữu dụng (utilization) của máy và công nhân
Để minh họa rõ ràng về độ hiệu dụng của nguồn lực, biểu đồ trong file kết quả của Arena cho thấy sự mất cân bằng nghiêm trọng Một số ít nguồn lực có độ hiệu dụng cao, trong khi phần lớn còn lại lại rất thấp, điều này cho thấy sự phân bổ nguồn lực không hợp lý.
Hình 4-8 Biểu đồ độ hiệu dụng của nguồn lực
Tổng số người-máy cần gia công (total number seized)
Phân tích kết quả sử dụng Pan
Sau khi đã xác định được warm-up period (3000 phút), độ dài lặp (10 ngày), số lần lặp
Nhóm đã sử dụng Process Analyzer (PAN) để phân tích các phương án nhằm tăng sản lượng cho cả hai sản phẩm và giảm lượng WIP Qua mô phỏng, nhóm nhận thấy Part 3 có lượng WIP cao (57) do chỉ có một máy cắt gọt và tỷ lệ đầu vào lớn nhất (50%) Vì vậy, nhóm quyết định tăng cường nguồn lực cho máy này để giảm thời gian gia công, từ đó giảm WIP và cải thiện sản lượng sản phẩm đầu ra.
Nguồn lực tại máy cắt gọt được phân tích theo 5 phương án với số lượng công nhân tăng lần lượt từ 1 đến 5
- Open file kết quả khi chạy Arena
Hình 4-9 Open file chạy PAN
- Vào Insert -> Control -> Chọn nguồn lực cần điều chỉnh (ở đây là Resource cắt gọt)
- Vào Insert -> Response -> Chọn Part 3 có WIP lớn
- Chạy PAN cho nguồn lực từ 1-5
Hình 4-12 Xuất kết quả cần thiêt bằng Process Analyze
➔ Kết quả: Sauk hi chạy PAN cho mô hình và tăng lên 5 nhân công thì WIP trên Part
Hình 4-13 Biểu đồ cho thấy sự thay đổi của wip khi thay đổi nguồn nhân lực tại trạm cắt gọt
Nhóm đã thiết kế hệ thống sản xuất Job Shop bằng cách kết hợp phần mềm Arena, từ đó xây dựng mô hình logic và mô hình animation cho hệ thống Kết quả đạt được là những mô phỏng chi tiết, cung cấp cái nhìn sâu sắc về quy trình sản xuất.
- Trung bình thời gian hoàn thành các công việc
- Số lượng bán thành phẩm WIP
- Số lượng thành phẩm (Number Out)
- Thời gian chờ trung bình của các công việc tại trạm
- Độ hữu dụng (utilization) của máy móc/công nhân
- Tổng số người-máy cần gia công
- Phân tích kết quả sử dụng PAN
Qua bài báo cáo và kiến thức từ môn học, nhóm đã nâng cao hiểu biết về ứng dụng chuyên môn trong tương lai Điều này cho phép nhóm đề xuất các biện pháp cải tiến hệ thống sản xuất, bao gồm việc loại bỏ sự mất cân bằng trên chuyền, nâng cao hiệu suất, giảm chi phí nhân công và vận chuyển, cũng như rút ngắn thời gian chu trình sản xuất.
