thiết kế mô phỏng hệ thống sản xuất linh hoạt fms (flexible manufacturing system)

Một hệ thống sản xuất đa dạng được các loại sản phẩm thì đòi hỏi quá trình sản xuất phải linh hoạt nên việc thiết kế một hệ thống sản xuất linh hoạt FMS- Flexible Manufacturing System là

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS

(FLEXIBLE MANUFACTURING

SYSTEM)

MSSV: 1110448

Cần Thơ, 11/2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS (FLEXIBLE MANUFACTURING SYSTEM)

Huỳnh Thanh Vũ Th.S Mai Vĩnh Phúc MSSV: 1110448

Ngành: Cơ khí chế tạo máy

Thành viên Hội đồng:

Th.S Võ Thành Bắc

Th.S Phạm Ngọc Long ThS Phạm Quốc Liệt

Luận văn được bảo vệ tại:

Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ mô Kỹ thuật cơ khí, Khoa Công Nghệ,

Trường Đại học Cần Thơ vào ngày: 19/05/2015

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

1 Thư viện Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ

2 Website: http://www.ctu.edu.vn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN v

TÓM TẮT ĐỀ TÀI iv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) 1

1.2 Thực trạng trong và ngoài nước 2

1.2.1 Nước ngoài 2

1.2.2 Trong nước 3

1.3 Mục tiêu 4

1.4 Phạm vi đề tài 5

1.5 Phương pháp nghiên cứu 5

1.6 Các nội dung chính 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Giới thiệu hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) 6

2.1.1 Bố trí trong hệ thống sản xuất linh hoạt 6

2.1.2 Các dạng bố trí 7

2.1.3 Hệ thống vận chuyển trong FMS 8

2.2 Mô phỏng 10

2.2.1 Định nghĩa mô phỏng 10

2.2.2 Xây dựng mô hình hệ thống với Arena 10

2.2.3 Tổng quan về Arena Master Development (Arena) 11

2.2.3.1 Sơ lược các thao tác với Arena 13

2.2.3.2 Thanh công cụ Animate 14

2.2.3.3 Thanh công cụ Animate Transfer 15

2.2.4 Phương pháp nhóm máy 15

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG 18

3.1 Xác định vấn đề 18

3.2 Mô hình bài toán 18

3.3 Thiết kế hệ thống FMS 21

3.3.1 Bố trí hệ thống ban đầu 21

3.3.2 Bố trí các nhóm máy cho hệ thống 26

3.3.2.1 Sơ đồ bố trí dạng đường thẳng (Line) 26

3.3.2.2 Sơ đồ bố trí dạng chữ U (U – Shape) 28

3.3.2.3 Sơ đồ bố trí dạng vòng (Loop) 30

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 32

4.1 Giới thiệu về mô phỏng hệ thống FMS 32

4.2 Mô phỏng hệ thống FMS 32

4.2.1 Tỉ lệ sản phẩm 32

4.2.2 Các bước gia công sản phẩm 33

4.2.3 Nguồn lực ở mỗi nhóm máy 34

4.2.4 Nhập ma trận chi phí vận chuyển đơn vị cho mỗi dạng bố trí 37

4.2.4.3 Dạng Loop 39

4.2.5 Nhập công thức tính tổng chi phí 39

4.3 Kiểm tra quy trình sản xuất của sản phẩm 40

4.4 Kết quả mô phỏng và phân tích 41

4.3.1 Dạng đường thẳng (Line) 42

4.3.2 Dạng chữ U (U - Shape) 44

4.3.3 Dạng vòng (Loop) 45

4.4 Phân tích và so sánh kết quả 46

4.4.1 Phân tích kết quả 46

4.4.2 So sánh kết quả 47

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

5.1 Kết luận 48

5.2 Kiến nghị 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Hệ thống FMS 6

Hình 2.2 Bố trí dạng đường thẳng 7

Hình 2.3 Bố trí dạng vòng 8

Hình 2.4 Bố trí dạng chữ U 8

Hình 2.5 Thiết bị vận chuyển AGVs 9

Hình 2.6 Băng tải 9

Hình 2.7 Hệ thống lưu trữ và thu hồi tự động AS/RS 10

Hình 2.8 Cửa sổ chương trình Arena 13

Hình 2.9 Biểu đồ gia công sản phẩm 16

Hình 2.10 Khởi động phần mềm PFAST 17

Hình 2.11 Cửa sổ dữ liệu đầu vào của PFAST 17

Hình 3.1 Dữ liệu đầu vào 23

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí dạng đường thẳng (line) 26

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí dạng chữ U 28

Hình 3.4 Sơ đồ bố trí dạng vòng (loop) 30

Hình 4.1 Cửa sổ khai báo tỷ lệ sản phẩm 33

Hình 4.2 Cửa sổ nhập dữ liệu quy trình sản xuất của từng sản phẩm 34

Hình 4.3 Cửa sổ khai báo nguồn lực của từng nhóm máy 35

Hình 4.4 Cửa sổ khai báo số lượng nguồn lực ở mỗi nhóm máy 36

Hình 4.5 Sơ đồ mô phỏng của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 37

Hình 4.6 Ma trận chi phí vận chuyển trong mô hình mô phỏng dạng Line 38

Hình 4.7 Ma trận chi phí vận chuyển trong mô hình mô phỏng dạng chữ U 38

Hình 4.8 Ma trận chi phí vận chuyển trong mô hình mô phỏng dạng Loop 39

Hình 4.9 Cửa sổ khai báo công thức tổng chi phí 40

Hình 4.10 Cửa sổ thiết lập mô phỏng chạy một sản phẩm 40

Hình 4.11 Thanh công cụ điểu khiển mô phỏng 41

Hình 4.12 Mô phỏng chạy một sản phẩm 41

Hình 4.13 Cửa sổ thiết lập thời gian chạy mô phỏng 42

Hình 4.14 Mô hình mô phỏng thực thể và kết quả dạng Line 42

Hình 4.15 Biểu đồ và số liệu thể hiện hiệu suất làm việc của từng máy gia công 43

Hình 4.16 Mô hình mô phỏng thực thể và kết quả dạng chữ U 44

Hình 4.17 Biểu đồ và số liệu thể hiện hiệu suất làm việc của từng máy gia công 45

Hình 4.18 Mô hình mô phỏng thực thể và kết quả dạng vòng (Loop) 45

Hình 4.19 Biểu đồ và số liệu thể hiện hiệu suất làm việc của từng máy gia công 46

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Số lượng các máy gia công được dùng trong hệ thống sản xuất 19

Bảng 3.2 Kích thước và số lượng của từng loại sản phẩm 19

Bảng 3.3 Quy trình sản xuất từng sản phẩm 20

Bảng 3.4 Kế hoạch thời gian gia công của sản phẩm [1] 21

Bảng 3.5 Bố trí hệ thống ban đầu bằng phương pháp thủ công 22

Bảng 3.6 Quy trình gia công sản phẩm trong PFAST 24

Bảng 3.7 Nhóm máy và tối ưu sắp xếp 25

Bảng 4.1 Kết quả mô hình mô phỏng của ba dạng bố trí 46

Bảng 4.2 Chi phí thời gian sản xuất trung bình của một sản phẩm 47

Bảng 3.8 Ma trận khoảng cách giữa các máy của bố trí dạng Line (m)………… 27

Bảng 3.9 Ma trận khoảng cách giữa các máy của bố trí dạng chữ U(m)……… 28

Bảng 3.10 Ma trận khoảng cách giữa các máy của bố trí dạng Loop (m) ….29

LỜI CẢM ƠN

Trải qua 4 tháng thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp “Sử dụng mô phỏng để

thiết kế mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt FMS”, đến nay đề tài cũng đã hoàn thành Để có được kết quả này, đó không phải là công sức của một mình em, mà còn có sự hỗ trợ hết mình từ thầy cô, gia đình và bạn bè Do đó không thể thiếu

những lời cảm ơn chân thành gửi đến những người “bạn đồng hành” đáng qu‎ý này

Trước hết, xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy Mai Vĩnh Phúc và thầy Nguyễn Văn Cần đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Em xin được gửi lời lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô của bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, quý Thầy cô trong khoa Công nghệ cùng các cán bộ, giảng viên của trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức quí báu trong suốt khóa học

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình cùng các bạn sinh viên đã tận tình giúp đỡ và động viên trong suốt khóa học cũng như trong quá trình thực hiện đề tài

Do kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn đề tài còn nhiều sai sót Em rất mong nhận được sự góp ý từ quý thầy cô và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày 7 tháng 5 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thanh Vũ

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Từ sau thời kỳ hội nhập nền kinh tế của nước ta phát triển vượt bậc, song song đó Công Nghiệp Hoá - Hiện Đại Hoá cũng được đẩy mạnh Chính vì thế thu hút nhiều nhà đầu tư nước ngoài vào Việt Nam và rất nhiều công ty, nhà máy, xí nghiệp có vốn đầu từ ở nước ngoài được thành lập Để đáp ứng nhu cầu thị hiếu của con người với các sản phẩm đa dạng, chất lượng và không ngừng cải thiện Một hệ thống sản xuất đa dạng được các loại sản phẩm thì đòi hỏi quá trình sản xuất phải linh hoạt nên việc thiết kế một hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS- Flexible Manufacturing System) là rất quan trọng Một hệ thống FMS sản xuất được rất nhiều loại sản phẩm khác nhau và cho phép thay đổi trình tự xử lý sản phẩm và thay đổi số lượng sản xuất Kết quả mang lại thành công trong việc nâng cao sử dụng vốn, lợi nhuận cao hơn, và tăng khả năng cạnh tranh.Tuy nhiên, thiết kế FMS là phức tạp, do máy móc cần bố trí khác nhau, hệ thống xử lý vật liệu và thời gian sản xuất của từng sản phẩm

Mặc dù xuất hiện từ rất lâu đối với các nước phát triển, song với Việt Nam

hệ thống sản xuất linh hoạt FMS còn khá mới mẻ Chính vì thế tôi thực hiện đề tài:

“Thiết kế mô phỏng hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System)” nhằm để cho mọi người có cái nhìn khách quan hơn với hệ thống sản xuất linh hoạt

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)

Vào giữa những năm 1960, thị trường kinh tế nói chung và công nghệ nói riêng cạnh tranh trở nên khốc liệt hơn

Trong suốt những năm 1960 – 1970 chi phí sản xuất là mối quan tâm chính

Về sau này chất lượng mới là thước đo ưu tiên của sản phẩm Khi thị trường ngày càng trở nên phức tạp hơn và tốc độ sản xuất sản phẩm đã trở thành mối lo ngại đối với nhà sản xuất và riêng đối với khách hàng thì đó là vấn đề hết sức cần thiết Một chiến trược mới đã được xây dựng, các công ty phải thích ứng với điều kiện môi trường mà họ đang hoạt động sản xuất Họ cần linh hoạt hơn trong các hoạt động sản xuất của mình và để đáp ứng được nhu cầu của thị trường đang thay đổi liên tục

Do đó sự đổi mới của hệ thống sản xuất đã trở thành vấn đề quan trọng, nó giúp cho các nhà kinh doanh sản xuất chiếm được lợi thế cạnh tranh Peter Drucker

đã nói: “Khi nghiên cứu FMS, chúng ta phải trở thành nhà quản lý của công nghệ không chỉ đơn thuần là sử dụng công nghệ” Từ đó hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) được đổi mới liên tục để nó có thể hoạt động với chi phí thấp nhất và có năng xuất lớn nhất nhằm thỏa mãn điều kiện của khách hàng

Một nghiên cứu của MIT về năng lực cạnh tranh đã chỉ ra rằng các công ty

Mỹ đã tăng trưởng gấp hai lần từ việc đổi mới hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) là một hệ thống sản xuất được điều khiển tự động bằng máy tính, có khả năng thay đổi chương trình điều khiển và sản phẩm một cách linh hoạt trong quá trình sản xuất

Thông thường, một FMS có thể sản xuất một loạt các sản phẩm khác nhau, các dây chuyền lắp ráp sản phẩm truyền thống thường sản xuất một số lượng lớn sản phẩm nhưng bị hạn chế về sự linh hoạt trong sản xuất các sản phẩm mới Hệ

Một hệ thống FMS tốt sẽ cho phép đáp ứng được sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau khi nhu cầu thay đổi Kết quả giúp rút ngắn thời gian sản xuất sản phẩm dẫn đến tăng năng suất , lợi nhuận cao hơn và tăng khả năng cạnh tranh Tuy nhiên, vấn đề thiết kế một hệ thống FMS là phức tạp, điều quan trọng và gặp khó khăn lớn là chọn loại bố trí hiệu quả vì hiện nay có nhiều loại bố trí khác nhau

Luận văn này sử dụng mô phỏng để chọn một dạng bố trí cho một FMS là tốt với các yếu tố đầu vào được giả định ban đàu cho hệ thống, thiết kế một mô hình FMS như thế nào là tốt Các dạng bố trí tập trụng vào 3 dạng cơ bản nhất mà các nghiên cứu trước đó đả đưa ra bao gồm: dạng đường thẳng (line), chữ U và dạng vòng (loop) Từ kết quả đầu ra của mô phỏng, dựa trên các thông số hiệu suất, tổng chi phí sản xuất, tổng thời gian sản xuất sản phẩm để đánh giá sau đó chọn ra dạng

kỷ 80, cùng với sự phát triển nhảy vọt của công nghệ thông tin và ứng dụng của công nghệ thông tin trong sản xuất mà sản xuất linh hoạt đã phát triển trở lại với tốc

độ đáng kinh ngạc Hệ thống sản xuất linh hoạt một lần nữa được nhấc đến và được

sử dụng lần đầu tiên ở Mỹ để sản xuất ra ô-tô, máy kéo

Hiện nay, ứng dụng FMS trong các nhà máy, xí nghiệp và công nghiệp cho phép nâng cao hiệu quả kinh tế, mà trực tiếp là giải phóng sức lao động của con người và tăng khả năng thay đổi công việc của các thiết bị công nghệ

Không chỉ thế, ở các nước có nền công nghiệp hiện đại thì việc cạnh tranh với nhau là khá gay gắt và chặt chẽ, hiệu quả và hiệu suất sản xuất là những yếu tố giúp các công ty nước ngoài đứng vững Để tiếp cận và giải quyết vấn đề nan giải của việc cạnh tranh các công ty nước ngoài đã mạnh mẽ thực hiện cải tao hệ thống sản xuất của họ, tăng mức độ tự động hóa và tin học hóa công nghệ sản xuất Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) là ví dụ về cách tiếp cận như vậy Hầu hết các nước phát triển đều đã sử dụng và không ngừng cải tiến hệ thống sản xuất linh hoạt FMS này vì lợi ích nó mang đến là rất lớn

Ở Nhật bản và các nước Tây Âu, ứng dụng FMS cho phép tăng khả năng hoàn vốn của các nhà máy lên đến 80 – 120% giảm thời gian phục vụ máy đến 60 – 70% và như dậy giảm được thời gian sản xuất và giá thành lao động tới 80%

Ở các nước có nền kinh tế phát triển như Mỹ, Nhật, … thì hệ thống sản xuất linh hoạt được sử dụng từ rất sớm ví dụ như công ty sản xuất ổ bi NSK, Ltd của Nhật hay thương hiệu máy kéo John Deere của Mỹ

Song song đó việc nghiên cứu phát triển các hình thức bố trí cho hệ thống FMS cũng được các nước phát triển đẩy mạnh thực hiện cụ thể là các bài báo cũng như là tạp trí đã thể hiện rõ vấn đề này như: Global Journal of Flexible Systems Management (Wadhwa, 2005), International Journal Manufacturing Technology (Chan, 2003), International Journal of flexible Manufacturing Systems (Browne, 1989)

1.2.2 Trong nước

Trong nền sản xuất hiện đại việc thành lập các hệ thống sản xuất linh hoạt đóng vài trò hết sức quan trọng Hiện nay ở nước ta, các khu công nghiệp có rất nhiều các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS của các tập đoàn kinh tế lớn trên thế giới như đã được đưa vào sản xuất như: nhà máy Honda, Toyata Việt Nam

Việt Nam, …Mới đây nhất Trường Đại học Sao Đỏ (Bộ Công Thương) đã giới thiệu mô hình tự chế tạo: hệ thống sản xuất linh hoạt

Qua thực trạng cho thấy việc áp dụng hệ thống sản xuất linh hoạt FMS vẫn là một vấn đề mới mẽ và cần được quan tâm từ việc thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt cho đến bố trí các hình thức sản xuất Từ đó, đặt ra một vấn đề hết sức cấp thiết

để thúc đẩy việc nghiên cứu phát triển hệ thống sản xuất linh hoạt FMS ở Việt Nam

Chính vì thế tại các trường đại học, cao đẳng của nước ta đã đưa môn học

“Sản xuất linh hoạt FMS & tích hợp CIM” vào trương trình đào tạo, riêng đối với trường Đại học Cần Thơ đã đưa môn “Tự động hóa” vào chương trình đạo tạo Thông qua môn học này, nhà trường trang bị cho các kỹ thuật viên, kỹ sư phải có các kiến thức sâu rộng về hệ thống công nghệ điện tử và tiến tới làm chủ được những hệ thống sản xuất linh hoạt này

Bên cạnh đó việc lập kế hoạch sản xuất và bố trí trang thiết bị là một trong những lĩnh vực nghiên cứu chính của FMS Cụ thể là ở nước ta còn thiếu việc nghiên cứu các kiểu bố trí cho hệ thống sản xuất linh hoạt FMS việc bố trí hợp l sẽ góp phần nâng cao được hiệu quả sản xuất, tiết kiệm chi phí và quan trọng hơn là có thể sản xuất đa dạng các loại sản phẩm theo yêu cầu của người sử dụng mà không gặp quá nhiều trở ngại trong quá trình sản xuất

FMS có năm kiểu bố trí trong đó có ba dạng cơ bản thường sử dụng là dạng đường thẳng (Line), dạng chữ U và dạng vòng (Loop) Mỗi dạng có một ưu và nhược điểm khác nhau, chính vì thế mà việc nghiên cứu về ba dạng bố trí của FMS

là điều cần thiết để có thể tìm ra cách bố trí tối ưu nhất, phù hợp nhất cho mỗi nhà máy song song đó cũng sẽ nghiên cứu việc bố trí các máy gia công cơ khí trong dây truyền như thế nào để nâng cao hiệu quả sản xuất cũng như là tiết kiệm được nguồn vốn đầu tư ban đầu

1.3 Mục tiêu

- Tính toán thời gian, năng suất của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

- Thiết kế mô phỏng một hệ thống sản xuất linh hoạt FMS hiệu quả từ việc chọn ra dạng bố trí phù hợp dựa trên dựa trên tổng chi phí thời gian sản xuất và năng suất từ việc mô phỏng hệ thống FMS bằng phần mềm Arena

1.4 Phạm vi đề tài

Đề tài tập trung vào xây dựng dữ liệu đầu vào cho hệ thống FMS, thiết kế mô phỏng cho 3 dạng bố trí: dạng đường thẳng (Line), dạng chữ U ( U-shape)và dạng vòng (Loop).Không thiết kế hệ thống điều khiển và tính toán các thiết bị vận chuyển vật tư trong hệ thống

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Vận dụng kiến thức đã học với tham khảo sách ở thư viện khoa, trung tâm học liệu cũng như những tư liệu có liên quan, tài liệu internet, báo khoa học, tạp trí công nghệ của nước ngoài Song song đó cũng vận dụng những phần mềm bố trí như PFAST và phần mềm mô phỏng hệ thống như Arena

Chương 4: Mô phỏng và kết quả

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)

2.1.1 Bố trí trong hệ thống sản xuất linh hoạt

Hệ thống sản xuất linh hoạt đang ngày càng được sử dụng trong sản xuất vì lợi thế của nó là tính linh hoạt, chất lượng, giảm lao động, và chi phí hàng tồn kho trong thời đại của những cải tiến liên tục và thường xuyên của các sản phẩm cũng như là nhu cầu của con người Tuy nhiên nhược điểm chính của FMS là nguồn vốn đầu tư ban đầu cao Vì lý do này mà việc lập kế hoạch sản xuất và bố trí trang thiết

bị là một trong những lĩnh vực nghiên cứu chính của FMS

Một hệ thống sản xuất linh hoạt nói chung gồm các phần như sau:

- Các máy gia công và xử lí, các trạm lắp ráp và rô bốt,

- Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu ví dụ như rô bốt, băng truyền, …

- Một hệ thống hệ thống kết nối thông tin

- Một hệ thống điều khiển bằng máy tính

Mỗi dạng có một ưu và nhược điểm khác nhau, chính vì thế mà việc nghiên cứu về ba dạng bố trí của FMS là điều cần thiết để có thể tìm ra cách bố trí tối ưu nhất, phù hợp nhất cho mỗi nhà máy song song đó cũng sẽ nghiên cứu việc bố trí các máy gia công cơ khí trong dây truyền như thế nào để nâng cao hiệu quả sản

xuất cũng như là tiết kiệm được nguồn vốn đầu tư ban đầu

2.1.2 Các dạng bố trí

Việc bố trí hình thức sản xuất của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS là hết sức quan trọng, chọn cách bố trí tối ưu nhất, phù hợp nhất cho mỗi nhà máy sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, tiết kiệm chi phí, cũng như là tiết kiệm được nguồn vốn

đầu tư ban đầu Trong thực tế có 3 kiểu bố trí thường dùng là:

Dạng đường thẳng (Line layout): Các máy gia công và hệ thống xử lý được

bố trí sắp xếp thành một đường thẳng Đây là dạng đơn giản nhất, các vật liệu đều

đi theo một chiều trong một chuỗi công việc được xác định rõ ràng, với hình thức

bố trí này thì công việc sản xuất luôn luôn di chuyển theo một hướng và không có chiều ngược lại

Dạng vòng (Loop layout): Các máy gia công và hệ thống xử lý được bố trí

sắp xếp thành một vòng lặp Ở dạng bố trí này cửa vào của vật cũng chính là cửa ra của sản phẩm tất cả sẽ đi theo hình một vòng tròn và có thể lặp lại các bước gia công để tạo ra sự đa dạng của sản phẩm Một hình thức khác của kiểu bố trí này là dạng bố trí hình chữ nhật

Hình 2.2 Bố trí dạng đường thẳng

Dạng chữ U (U-shaped layout): Các máy gia công và hệ thống xử lý được

bố trí sắp xếp thành một hình chữ U Ở dạng bố trí này cửa vào và cửa ra là nằm cùng một phía, cho phép điều khiển trực quan và dễ dàng quản lý vật liệu cũng như

là sản phẩm Bên cạnh đó còn tạo ra được sự tương tác giữa các máy gia công cơ khí Đây là kiểu bố trí được sử dụng phổ biến ở các nước trên thế giới

Hình 2.3 Bố trí dạng vòng

Hình 2.4 Bố trí dạng chữ U

- Băng tải (Conveyors): là thiết bị vận chuyển dựa trên tính cơ học mà vận chuyển vật liệu từ nơi này đến nơi khác Băng tải đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng liên quan đến việc vận chuyển vật liệu nặng hoặc cồng kềnh Hệ thống băng tải cho phép vận chuyển nhanh chóng và hiệu quả đối với nhiều loại vật liệu Băng tải có nhiều loại đa dạng như: băng tải xích, cao su, con lăn, băng tải đứng, xoắn ốc,…

- Hệ thống lưu trữ và thu hồi tự động (AS/RS): thường được sử dụng ở nơi có một khối lượng sản phẩm lớn, có tải trọng cao được chuyển ra và vào khỏi kho, hạn chế

về không gian

Hình 2.5 Thiết bị vận chuyển AGVs

Hình 2.6 Băng tải

2.2 Mô phỏng

2.2.1 Định nghĩa mô phỏng

Mô phỏng là sự bắt chước một quá trình hay hệ thống thực theo thời gian

Mô phỏng được sử dụng để mô tả và phân tích hành vi của một hệ thống, rút ra kết luận liên quan đến các đặc tính hoạt động của hệ thống thực, hỗ trợ thiết kế các hệ thống

Mô phỏng là quá trình xây dựng mô hình với mục đích phỏng theo các sự vật thực tế nhằm mục đích phỏng đoán hành vi tương lai của các sự vật Nói cách khác

mô phỏng là quá trình "bắt chước" một hiện tượng có thực với một tập các công thức toán học

2.2.2 Xây dựng mô hình hệ thống với Arena

Arena là một phần mềm dễ sử dụng, công cụ mạnh cho phép tạo và chạy thực nghiệm trên các mô hình hệ thống Bằng cách kiểm tra trong phòng thí nghiệm, trên máy tính mà ta có thể dự đoán tương lai một cách tự tin và không làm ảnh hưởng môi trường kinh doanh hiện tại

Arena được sử dụng dựa trên phương pháp thực thể, lưu đồ cho mô hình Arena là một công cụ lưu đồ tương thích với Visio Các thực thể trong một mô hình Arena được xử lý thông qua một lưu đồ trong quy trình và nắm quyền kiểm soát các tài nguyên khi chúng được xử lý Phương pháp lưu đồ dùng để xây dựng mô hình rất có ý nghĩa vì nó rất gần gũi với quy trình, dễ xây dựng mô hình và phân tích

Hình 2.7 Hệ thống lưu trữ và thu hồi tự động AS/RS

Phương pháp lưu đồ trong Arena giúp chúng ta:

Dễ dàng tìm hiểu hơn các công cụ mô phỏng khác

Dễ dàng hơn để kiểm chứng và hợp thức hóa

Dễ dàng hơn trong việc truyền đạt những quá trình phức tạp đến những người khác

Dễ sử dụng để phát triển mô hình mô phỏng nhanh chóng

2.2.3 Tổng quan về Arena Master Development (Arena)

Arena là một phần mềm công cụ để thiết kế, tính toán và mô phỏng trực quan quá trình vận hành của từng phần tử trong hệ thống sản xuất dịch vụ Nó được tạo

ra dành cho lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp và quản lí các dịch vụ, đặc biệt dùng để thực thi thiết kế, mô phỏng, tính toán và kiểm tra các điều kiện cần thiết

Để mô hình hệ thống trong Arena, sẽ làm việc tại ba khu vực chính của cửa

sổ của chương trình Khung Project Bar có các loại chủ yếu của các đối tượng sẽ làm việc là:

 Basic Process, Advanced Process, và Advanced Transfer panels: Chứa

các module, mà bạn sẽ sử dụng để định nghĩa quá trình

 Reports panel: Chứa những báo cáo để hiển thị kết quả chạy mô phỏng

 Navigate panel: Cho phép hiển thị các điểm khác nhau trong mô hình

Trong cửa sổ mô hình, có hai khu vực chính Khu vực flowchart view sẽ

chứa tất cả các biểu đồ mô hình của bạn, lưu đồ quá trình, hoạt hình, bản vẽ và các

thành phần khác Khu vực spreadsheet view hiển thị module dữ liệu, như thời gian,

chi phí, và các thông số khác

Các module mô hình hệ thống:

- Create Module: Module này là điểm khởi đầu cho các thực thể (entity)

trong mô hình mô phỏng Các thực thể được tạo ra sử dụng lịch trình có sẵn hoặc dựa trên thời gian giữa các lần đến Sau đó các entity này rời khởi module để bắt đầu quá trình

hay dây chuyền được mô phỏng

- Assign module: Module này được sử dụng để gán giá trị mới cho các biến,

các thuộc tính của entity, loại entity, hình ảnh cho entity, hoặc các biến khác của hệ thống

- Decide module: Module này thường dùng cho mô phỏng việc phân loại

hay chia đường đi của các entity

- Batch module: Module này dùng để mô phỏng việc kết hợp hai hay nhiều

entity thành một entity trong dây chuyền

- Separate module: Module này dùng để mô phỏng việc tách một entity

thành hai hay nhiều entity

- Record module: Module được sử dụng để thu thập số liệu hệ thống trong

mô hình mô phỏng

- Dispose module: Module này được dùng như điểm cuối của các entity

trong mô hình mô phỏng, nó cho biết các entity đã được hoàn thành trong hệ thống

và đi ra khỏi hệ thống Đồng thời, thống kê các thông số của entity và đưa vào phần báo cáo kết quả

- Entity module: Module dữ liệu này xác định các loại entity và hình ảnh

của chúng trong mô phỏng

- Queue module: Module này có thể được sử dụng để thay đổi quy tắc thứ tự

cho xếp hàng

- Resource module: Module dữ liệu này định nghĩa các tài nguyên trong hệ

thống mô phỏng, bao gồm cả thông tin chi phí và nguồn lực có sẵn

- Variable module: Module dữ liệu này được sử dụng để định nghĩa giá trị

ban đầu của một biến Các biến có thể được tham chiếu trong các module khác (ví

dụ: Decide module), có thể được gán lại một giá trị mới với Assign module và có thể được sử dụng trong bất kì biểu thức

- Set module: Module dữ liệu này định nghĩa các kiểu khác nhau của tổ, bao

gồm các nguồn lực

2.2.3.1 Sơ lược các thao tác với Arena

- Để làm việc với Arena ta nhấp đúp chuột vào biểu tượng của Arena

trên Desktop hoặc khởi động Arena từ trình đơn Start của Windows và hướng đến

Programs > Rockwell Software > Arena Cửa sổ của chương trình Arena như

- Trong File có các phần giúp tạo mới một Project, mở hay đóng một Project, lưu, in, báo cáo, cho phép chèn vào một bản vẽ, sơ đồ,

- Edit: cho phép cắt dán, quay lại, xóa, chọn tất cả, Ngoài ra, Enity Picture

trong Edit cho phép người dùng xem, chọn và chỉnh sửa thông tin, hình ảnh liên quan đến các Icon của hệ thống thư viện

- View: có các chức năng phóng to, thu nhỏ, ẩn hiện các chế độ của môi

trường làm việc, các thanh công cụ để thuận tiện cho việc xem và thiết kế mô hình

mô phỏng

- Run: có chức năng hỗ trợ việc chạy mô hình mô phỏng và thiết lập các

thông số cần thiết cho mô hình mô phỏng như thời gian chạy, giờ hoạt động trong 1 ngày,

2.2.3.2 Thanh công cụ Animate

A: Clock – tạo khung thời gian khi chạy mô phỏng

B: Date – tạo khung ngày, tháng, năm khi chạy mô phỏng

C: Variable – tạo khung báo cáo kết quả về số lượng, chi phí,

D: Resource – tạo hình ảnh của nguồn lực

E: Queue – tạo thanh chờ cho nguồn lực

F: Enity – công cụ thiết kế hoặc chọn hình cho đầu vào

2.2.3.3 Thanh công cụ Animate Transfer

A: Storage – tạo thanh chờ đầu ra ở kho

B: Seize – điếm đặt đầu vào ở các nguồn lực

C: Parking – tạo hệ thống dừng cho hệ thống vận chuyển

D: Transporter – thiết kế hệ thống vận chuyển

E: Route, Segment, Distance, Network Link – thiết kế đường đi của đầu vào theo các điều kiện phù hợp

2.2.4 Phương pháp nhóm máy

- Công nghệ nhóm (Group Technology): là một phương pháp dùng để cải

tiến hệ thống sản xuất nhằm nâng cao năng suất bằng cách nhóm các máy gia công

và sản phẩm có đặc tính tượng tự lại với nhau Từ đó hình thành một nhóm máy sản xuất phù hợp với sự đa dạng của sản phẩm

Nhóm của những sản phẩm tương tự được gọi là họ sản phẩm và nhóm của những máy gia công được gọi là nhóm gia công Mỗi sản phẩm trong họ sản phẩm không nhất thiết được sản xuất ở một nhóm nhóm gia công riêng lẻ mà có thể chuyển đổi liên tục giữa các nhóm gia công để hoàn thành sản phẩm cũng chính vì thế mà với công nghệ nhóm có thể giúp cho quá trình sản xuất trở lên linh hoạt hơn

- Biểu đồ gia công sản phẩm (Multi-product process chart): đây là biểu đồ

dựa trên những quá trình sản xuất có được từ ban đầu để lập nên biểu đồ và sắp xếp theo trình từ nhằm hổ trợ cho quá trình nhóm các máy gia công lại với nhau được thể hiện rõ với biểu đồ ví dụ sau đây

A

C

Trong biểu đồ trên có 12 sản phẩm được xếp theo hàng dọc và 10 bước gia công được xếp theo hàng ngang Mỗi sản phẩm sẽ có một trình tự sản xuất khác nhau đây cũng chính là sự đang dạng của sản phẩm vì thế việc nhóm các máy gia công là hết sức quan trọng

- Phần mềm PFAST: là chương trình cho phép nhóm các máy gia công dựa

trên những dữ liệu ban đầu là quy trình sản xuất của mỗi sản phẩm (sản phẩm đa dạng) từ đó tạo thành các nhóm gia công để có thể thiết kế và bố trí sao cho phù hợp với điều kiện hoạt động của nhà máy

PFAST được phát triển tại trường Đại học bang Ohio (Daita, Kotamraju & Irani ; Zhou & Irani) Nó cho phép nhóm cùng lúc rất nhiều loại máy và không giới hạn số lượng sản phẩm, đây cũng chính là ưu điểm mà PFAST mang lại cho người dùng

Hình 2.9 Biểu đồ gia công sản phẩm

Hình 2.10 Khởi động phần mềm PFAST

Hình 2.11 Cửa sổ dữ liệu đầu vào của PFAST

Thiết kế một mô hình FMS hiệu quả có thể sản xuất ra nhiều loại sản phẩm nhưng thời giản sản xuất là tối thiểu

Mô hình này cũng thể hiện được sự tương tác giữa các yếu tố trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và đưa ra hướng sản xuất tối ưu mang lại hiệu suất cao trong quá trình sử dụng hệ thống FMS tạo ra nhiều sản phẩm

Mô hình mô phỏng này được thiết kế và nghiên cứu với nhiều tiêu chí để kịp thời nắm bắt được sự kết hợp của các yếu tố trong hệ thống sản xuất linh hoạt đồng thời cũng xem xét được ưu nhược điểm của hệ thống khi tiến hành mô phỏng

3.2 Mô hình bài toán

Hệ thống giả định là một nhà xưởng sản xuất các sản phẩm cơ khí khác nhau, cụ thể là 20 sản phẩm được sản xuất theo đơn đặt hàng Mỗi sản phẩm sẽ được sản xuất theo một trình tự đã được thiết kế để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu

Để phục vụ cho việc sản xuất, ban đầu nhà xưởng đã trang bị 8 loại máy với

số lượng máy nhất định Cụ thể là Bảng 3.1

Bảng 3.1 Số lượng các máy gia công được dùng trong hệ thống sản xuất

STT Tên công đoạn Tên máy Số lượng

1 Tiện Máy tiện 4

2 Phay Máy phay 3

3 Hàn Máy hàn 2

4 Mài Máy mài 2

5 Khoan Máy khoan 2

6 Taro Máy taro 1

7 Kiểm tra Bộ phận kiểm tra 2

8 Sơn Máy sơn 1

Hệ thống sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau về kích thước và số lượng

Bao gồm 20 loại sản phẩm được trình bày cụ thể ở Bảng 3.2

Với 20 loại sản phẩm khác nhau về kích thước và số lượng Hệ thống đã đề

ra hướng sản xuất, lập quy trình cũng như là xác đính thời gian để tiến hành sản xuất đúng với yêu cầu đặt ra

Mỗi sản phẩm cần gia công trên các máy với thời gian gia công phụ thuộc

vào kích thước bao của sản phẩm Bảng 3.3, Bảng 3.4 thể hiện thời gian và các

bước gia công của sản phẩm

Bảng 3.3 Quy trình sản xuất từng sản phẩm

STT Tên sản phẩm Các bước gia công sản phẩm

1 Sản phẩm 1 Tiện → Phay → Hàn → Taro → Kiểm tra → Sơn

2 Sản phẩm 2 Tiện → Phay → Hàn → Kiểm tra → Sơn

3 Sản phẩm 3 Phay → Hàn → Khoan → Kiểm tra

4 Sản phẩm 4 Phay → Khoan → Mài → Taro → Kiểm tra

5 Sản phẩm 5 Tiện → Phay → Khoan → Hàn → Kiểm tra

6 Sản phẩm 6 Hàn → Phay → Khoan → Mài → Kiểm tra

7 Sản phẩm 7 Phay → Mài → Tiện → Kiểm tra → Sơn

8 Sản phẩm 8 Tiện → Phay → Hàn → Khoan → Kiểm tra

9 Sản phẩm 9 Hàn → Khoan → Mài → Taro → Kiểm tra

10 Sản phẩm 10 Tiện → Hàn → Khoan → Kiểm tra

11 Sản phẩm 11 Tiện → Khoan → Taro → Kiểm tra

12 Sản phẩm 12 Phay → Khoan → Kiểm tra

13 Sản phẩm 13 Hàn → Khoan → Mài → Phay → Kiểm tra

14 Sản phẩm 14 Mài → Phay → Tiện → Khoan → Kiểm tra

15 Sản phẩm 15 Khoan → Phay → Mài → Kiểm Tra

16 Sản phẩm 16 Phay → Tiện → Mài → Kiểm tra → Sơn

17 Sản phẩm 17 Tiện → Khoan → Taro → Phay → Kiểm tra

18 Sản phẩm 18 Mài → Tiện → Khoan → Taro → Kiểm tra

19 Sản phẩm 19 Phay → Tiện → Mài → Tiện → Kiểm tra → Sơn

20 Sản phẩm 20 Mài → Hàn → Phay → Khoan → Kiểm tra

Bảng 3.4 Kế hoạch thời gian gia công của sản phẩm [1]