Mô hình hóa và mô phỏng công ty sản xuất nhôm thanh hiền bình chánh bằng phần mềm arena

Mô hình hóa và mô phỏng công ty sản xuất nhôm thanh hiền bình chánh bằng phần mềm arena

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển của khoa học kĩ thuật đã góp phần không nhỏ cho sự phát triển của kinh tế xã hội cũng như hành chính sự nghiệp Kĩ thuật mô phỏng là phương pháp thể hiện một hệ thống thực thông qua chương trình máy tính và những đặc tính của hệ thống được trình bày thông qua một nhóm các biến thay đổi theo thời gian để

mô hình hoá bản chất động của hệ thống.

Một vấn đề mà các công ty sản xuất hiện nay là tìm cách đánh giả độ khả thi của những phương án cải tiến dù chưa thể thực hiện được từ đó tối ưu hóa quá trình sản xuất Để giải quyết vấn đề đó ta có thể dung máy tính để mô phỏng

Để hoàn thành môn đồ án này, trước hết nhóm chúng em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Đỗ Ngọc Hiền, đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức về mô hình hóa và mô phỏng Và cũng xin trân thành cám ơn Th Nguyễn Hữu Phúc đã hướng dẫn nhóm trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

Đặc biệt, chúng em vô cùng biết ơn ban Giám Đốc công ty sản xuất nhôm Thanh Hiền Bình Chánh và các anh chị nhân viên đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em thực hiện đề tài này Sự tận tình giúp đỡ của các anh chị là động lực giúp chúng em tăng thêm tinh thần làm việc trong thời gian qua.

Xin chân thành tri ân tất cả !

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1 Quy trình sản xuất nồi nhỏ

Hình 2 Quy trình sản xuất nồi lớn

Hình 3 Mặt bằng sản của nhà máy (40x80m)

Hình 4 Phân bố nhân lực tại các khu chức năng

Hình 5 Thời gian đến giữa 2 lần lấy phôi nguyên liệu

Hình 6 Bảng dạng phân bố thời gian di chuyển và gia công

Hình 7 Mô hình logic của nhà máy cho Arena

Hình 8 Mô hình Arena tổng thể nhà máy

Hình 9 Mô hình Arena cho khâu cán

Hình 10 : Mô hình Arena cho khâu cắt

Hình 11 Mô phỏng Arena Khâu nung & ngâm nước

Hình12 : Mô phỏng Arena khâu dập

Hình 13: Mô phỏng Arena cho khâu vuốt

Hình 14 :Mô phỏng Arena cho khâu đánh bóng

Hình 15:Mô phỏng Arena cho khâu đột lỗ gắn quai đóng gói

Hình 16 Animation cho xưởng sản xuất

Hình 17 Bảng thống kê lượng WIP thực tế và mô phỏng

Hình 18 Bảng thống kê năng suất hệ thống thực tế và mô phỏng_Loại nhỏ Hình 19 Bảng thống kê năng suất hệ thống thực tế và mô phỏng_Loại Lớn Hình 20: Số bán phẩm chờ trung bình tại các trạm

Hình 21 : Mức độ sử dụng nguồn lực

Hình 22 : Nguồn lực các trạm nghẽn hiện tại

Hình 23 : Nguồn lực các trạm nghẽn sau cải tiến

Hình 24 : Mức độ sử dụng nguồn lực sau thêm khi nguồn lực

Hình 25: Bán phẩm chờ trại các trạm

Hình 26 Kết quả thời gian di chuyển sau khi cải tiến mặt bằng

Hình 27 Bảng năng suất hệ thống sau cải tiến

Hình 28 Bảng đánh giá cải tiến

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thực tế, hầu hết tại các nhà máy, phân xưởng sản xuất luôn tồn tại cácvấn đề sau đây: tồn tại một lượng lớn bán phẩm nằm lại tại các trạm gia công, sựphân bổ nguồn lực chưa hợp lý, thiếu sự đồng bộ giữa các trạm gia công dẫn tớitắc nghẽn trong sản xuất và xí nghiệp nhôm THANH HIỀN cũng vậy

Tuy nhiên nghiên cứu phương pháp cải tiến, và tiến hành trực tiếp trên hệthống thực thường rất khó hoặc không thể vì có thể gây ra những hậu quả, có thểlàm dừng hệ thống, chi phí nghiên cứu cao hay một số hệ thống rất nguy hiểmkhông thể tiếp cận Vì thế việc thực hiện mô phỏng hệ thống sản xuất đang dầnđược phát triển và phổ biến, vì những ưu thế về chi phí, tiện lợi và tính khả thi Trong các công cụ thực hiện mô phỏng thì ARENA là một công cụ rất mạnh để

mô hình hóa, mô phỏng các vấn đề thường gặp phải Mô phỏng bằng ARENAcũng rất thông dụng trong thực tế và khá dễ dàng mang lại hiệu quả tốt

1.2 MỤC TIÊU

Mục tiêu nghiên cứu:

- Cải tiến tăng năng suất hệ thống.

- Giảm mất độ cân bằng

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Vì công ty nhôm Thanh Hiền có diện tích và quy mô lớn với nhiều phânxưởng khác nhau Do những hạn chế khách quan về thời gian cũng như nguồnlực nên trong đồ án này nhóm chỉ tập trung vào phân xưởng 1 Với :

- Diện tích xưởng 40x80m

- Các khu : cán , nung, cắt, dập, vuốt, đột, đánh bóng, đóng gói

1.4 PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU

QUY TRÌNH THỰC HIỆN:

 B1: Tìm hiểu tổng quát công ty

- Quy trình sản xuất xoong nồi

- Các đối tượng, các bộ phận chức năng của máy

- Xác định vấn đề mô phỏng

- Mô hình hóa bài toán

 B2: Lập kế hoạch lấy số liệu lấy cỡ mẫu

- Thu thập số liệu

- 30 mẫu/loại sản phẩm (xác định 2 loại)

- Thời gian gia công tại các trạm

- Phân tích + fix phân bố

 B3: Dùng Arena thể hiện chức năng

- Nhập giả thiết một số điều kiện chuẩn

 B4: Định trị mô hình bằng cách cho chạy thử model 1 tuần-> so sánh lượng thực tế

- Lấy thêm số liệu khi cần

 B7: Xác định animation

 B8 :Viết lại báo cáo

CHƯƠNG 2 : CÁC LÝ THUYẾT & NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG

2.1.1 Khái niệm mô phỏng

Mô phỏng là phương pháp thể hiện một hệ thống thực thông qua chươngtrình

máy tính và những đặc tính của hệ thống được trình bày thông qua một nhóm cácbiến thay đổi theo thời gian để mô hình hoá bản chất động của hệ thống.Kỹ thuật

mô phỏng được sử dụng khi việc mô hình hóa các hệ thống thực bằng cácphương pháp giải tích gặp khó khăn hay khi không thể mô hình hoá được đầy đủcác yếu tố ngẫu nhiên của hệ thống

Hệ thống

Thực nghiệm với hệthống thực

2.1.2 Mô hình mô phỏng

Hệ thống (system)được định nghĩa là sự tập hợp của các phần tử tương tácvới nhau để hoàn thành một nhiệm vụ logic nào đó

Trạng thái (stage) của một hệ thống là sự tổng hợp các biến cần thiết để mô tả

hệ thống ở một thời đểm nhất định Có liên quan đến mục tiêu nhiên cứu Ví dụ:khi nghiên cứu nhà băng, những biến trạng có thể là số quầy bận, số khách hàngtrong nhà băng và thời điểm đến của khách hàng

Hệ thống gián đoạn (discrete model): hệ thống có biến trạng thái thay đổi ởcác thời điểm xác định và sự biến thiên các trạng thái rời rạc

Hệ thống liên tục (continuous model): biến trạng thái thay đổi liên tục theothời gian

Hệ thống kết hợp (combined model): một vài phần gián đoạn một vài phầnliên tục

Khi nghiên cứu một hệ thống, cần phải thấu hiểu được các mối quan hệ giữacác thành phần của hệ thống và có thể đoán trước sự thay đổi của hệ thống khicác điều kiện mới thiết lập Hình 2.1 cho thấy những phương pháp khác nhautrong việc nghiên cứu một hệ thống

Các lọai hình mô phỏng:

- Mô hình mô phỏng tĩnh và mô hình mô phỏng động

- Mô hình mô phỏng tất định và mô hình mô phỏng ngẫu nhiên

- Mô hình mô phỏng liên tục và mô hình mô phỏng rời rạc

2.1.3 Các đặc điểm kĩ thuật mô phỏng

Ưu điểm :

- Tiết kiệm chi phí thử nghiệm

- Có thể nghiên cứu hệ thống nhưng không cần phải ngưng hoạt động

- Linh hoạt trong việc thay đổi mô hình

- Tăng khả năng phân tích và thống kê

- Xác định được các điểm tắt nghẽn của hệ thống

- Giúp hiểu quá trình vận hành của hệ thống

- Có thể nghiên cứu hệ thống trong thời gian dài

Nhược điểm:

- Không đảm bảo lời giải là tối ưu

- Chỉ đưa ra lời giải xấp xỉ hoặc kết quả ngẫu nhiên

- Có thể tốn nhiều thời gian và chi phí

- Đòi hỏi sự huấn luyện đặc biệt vì đây cũng là vấn đề về nghệ thuật vàkhoa học

Điểm bẫy :

- Mục tiêu mô phỏng không rõ ràng khi đã bắt đầu quá trình nghiên cứu

mô phỏng

- Mức độ mô phỏng mô hình không thích hợp

- Cẩn thận khi sử dụng phần mềm mô phỏng thương mại khi không biết

rõ về nó

- Lạm dụng nhiều hình ảnh hoạt hóa

- Không thành công trong việc giải thích sự ngẫu nhiên của hệ thống thực

2.1.4 Các bước nghiên cứu mô phỏng

Bước 1 : Thành lập vấn đề Xác định rõ tính trạng của vấn đề cần nghiên cứu Bước 2 : Thu thập số liệu và định nghĩa mô hình Thu thập những thông tin và dữ

liệu cần thiết của hệ thống (nếu tồn tại) dùng để xác định trình tự vậnhành và phân bố xác suất của các biến trong mô hình

Bước 3 : Xác định giá trị của mô hình

Bước 4 : Xây dựng chương trình máy tính và kiểm tra Sử dụng ARENA

Bước 5 : Thử nghiệm: Thực hiện chạy mô phỏng mô hình đã được xác định giá trị

trên để kiểm chứng giá trị của chương trình trong bước kế tiếp

Bước 6 : Xác định giá trị của mô hình máy tính Kiểm tra độ nhạy đầu ra của mô

hình trong khi có sự thay đổi nhỏ của một thông số đầu vào

Bước 7 : Thiết kế thực nghiệm Thiết kế những thay đổi của mô hình mô phỏng Bước 8 : Thực hiện mô phỏng Cung cấp những dữ liệu trình bày những thiết kế

hệ thống được quan tâm

Bước 9 : Phân tích kết quả Phân tích kết quả mô phỏng, xây dựng một khoảng tin

cậy cho một thông số trình bày một thiết kế hệ thống cụ thể

Bước 10 : Lưu trữ và ứng dụng kết quả

2.2 LỰA CHỌN PHÂN BỐ ĐẦU VÀO

Phương pháp 1: Sử dụng trực tiếp các số liệu quá khứ vào mô phỏng Phương

pháp này gọi là mô phỏng theo vết

Phương pháp 2: Xây dựng 1 phân bố thực nghiệm từ những số liệu quá khứ Phương pháp 3: Xây dựng phân bố lý thuyết cho bộ dữ liệu và dùng phương

pháp kiểm định giả thuyết để xác định tính phù hợp của phân bố

k j j

=

=

∑

Bước 2 :Tính tỷ lệ kì vọng pi của những giá trị Xi rơi trong khoảng thứ j nếu ta

lấy mẫu từ phân bố đã chọn

Trong trường hợp liên tục , 1

Trong trường hợp liên tục , 1

- Kiểm định Kolmogorov - Smirnov không đòi hỏi việc tạo các nhóm dữliệu, do đó các thông tin không bị mất, đồng thời cũng loại bỏ những khókhăn trong việc xác định khoảng

- Kiểm định Kolmogorov - Smirnov luôn có hiệu lực đối với mọi cỡ mẫu n(các thông số đều biết)

- Kiểm định Kolmogorov - Smirnov hữu dụng hơn Chi-square do có thểlựa chọn nhiều kiểu phân bố khác nhau

Một số các khó khăn của phép kiểm định Kolmogorov - Smirnov:

Vùng ứng dụng hạn chế hơn so với Chi-square (phải biết các giá trị tới hạn chotừng phân bố cần kiểm định)

Đối với các dữ liệu rời rạc, các giá trị tới hạn được đòi hỏi thì không có sẵn vàphải tính toán với các công thức phức tạp

Phép kiểm định Kolmogorov - Smirnov chỉ có giá trị khi và chỉ khi tất cả cácthông số của phân bố giả định là biết trước và là dạng liên tục n (nếu không biếtthông số , hay rời rạc sẽ làm giảm sai lầm loại 2 )

^ ( )ax{ - (X )}

1ax{ (X )- }

Giá trị tới hạn điều chỉnh

Giá trị tới hạn này chỉ có sẵn với những cỡ mẫu nhất định và giá trị này là bằngnhau với tất cả các trị n từ 50 trở đi

Xác định trạng thái ổn định :

Để loại bỏ các thông số làm hệ thống bị nhiễu do các thông số còn trong tìnhtrạng chuyển tiếp phải cho hệ thống chạy nhiều lần Xác định các thông số của hệthống phải là các thông số đang hoạt động trong trạng thái bình thường ( ổnđịnh ) nên khi phân tích kết quả mô phỏng chúng ra chỉ xét khoảng thời gian khi

Với v chính là giá trị khi những giá trị trung bình không ổn định sẽ hội tụ vềđiểm ổn định

Việc loại bỏ vài dữ liệu quan sát ban đầu và chỉ sử dụng những quan sát còn lại

để ước tính giá trị V được trình bày như sau :

1( , )

m i

Để chọn l , chúng ta sử dụng vài phương pháp đơn giản và tổng quát nhất đó làphương pháp biểu đồ Welch Phương pháp gồm 4 bước sau :

Đặt

1/

Y w

Y i

+

=−

− +

Mặt khác, đây là phần mềm dễ sử dụng, là công cụ mạnh mẽ cho phép khởi tạo

và chỵ thực nghiệm các mô hình của hệ thống nhằm tiết kiệm chi phí và thờigian Như vậy kết quả sẽ ước lượng được độ hữu dụng của hệ thống Đồng thờiArena còn cho phép đưa ra các tình huống phức tạp vào mô hình để phân tích và

dự báo kết quả

Hơn nữa bằng các thử nghiệm trên máy tính như khi giả sử các yếu tố đầu vàocủa mô hình như thế nào thì chúng ta dự báo được kết quả tương ứng rất đáng tincậy

Arena có 1 ưu điểm mà hầu hết mọi người quan tâm đó là bất cứ môi trườngkinh doanh nào(sản xuất và dịch vụ)nếu dùng mô phỏng Arena để tiên đoánnhững điều sẽ xảy ra khi ta thay đổi yếu tố này, yếu tố khác ở hệ thống thì chúng

ta sẽ thu được một lợi nhuận rất đáng kể cũng như tiết kiệm được chi phí khi sảnxuất thử

Những thành phần của mô hình mô phỏng:

Thực thể

Là những đối tượng có thể di chuyển, thay đổi trạng thái, tác động và bị tácđộng bởi những thực thể khác và trạng thái của hệ thống Ảnh hưởng đến việc đolường hiệu suất

Thuộc tính

Để phân biệt những thực thể chúng ta gắn những thuộc tính cho chúng Mộtthuộc tính là đặc trưng chủa tất cả thực thể nhưng mang một giá trị riêng biệt đểphân biệt với những thực thể khác

Biến toàn cục

Một biến số hay biến toàn cục là một phần thông tin phản ánh một vài tính chấtcủa hệ thống mà không quan tâm đến có bao nhiêu hoặc các loại thực thể xungquanh Chúng ta có thể có rất nhiều biến trong mô hình nhưng mỗi biến phải làduy nhất

Tài nguyên

Các thực thể trong mô hình thường cạnh tranh với nhau để được phục vụ từ cáctài nguyên như con người, máy móc, thiết bị, không gian lưu trữ có khả năng vàkích thước giới hạn

Ví dụ

- Số lượng chi tiết sản xuất cho đến thời điểm ghi nhận

- Tổng thời gian trong hàng đợi cho đến thời điểm ghi nhận

- Số lượng chi tiết chờ trong hàng đợi

- Thời gian chờ đợi lớn nhất

Tất cả các biến đếm thống kê này được khởi tạo bẳng 0 Khi sự kiện nào đó xảy

ra trong mô phỏng người ta cập nhật lại các biến đếm thống kê này theo một cáchthích hợp

2.4 XÁC ĐỊNH CỠ MẪU

Công thức xác định cỡ mẫu:

ns ≥ Trong đó: ns là quy mô lấy mẫu theo yêu cầu

Hằng số 1.96 tiêu biểu cho các độ lệch chuẩn ±1.96 so với trung bình tạo nêntổng 5% trên các đuôi của đường cong phân bố chuẩn Số hạng S/t còn gọi là

hệ số sai lệch của mẫu Độ chính xác của giá trị ước tính p được biểu diễn dướidạng một tỷ lệ của thời gian trung bình đối với phần việc đó

p= độ chính xác của giá trị ƣớc tính dưới dạng tỷ lệ của giá trị đúng

τ: thời gian trung bình của từng phần việc ( trung bình mẫu)

s: Độ lệch chuẩn lấy mẫu của các thời gian quan sát được đối với từng phầnviệc

s =

CHƯƠNG 3 : ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

3.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY

Công ty sản xuất nhôm Thanh Hiền, chuyên sản xuất các sản phẩm xoong, nồi Các sản phẩm sản xuất ra chủ yếu được tiêu dùng trong nước

- Loại sản phẩm: Loại lớn và nhỏ

- Chức năng: Nấu ăn, dùng cho bếp điện

- Nguyên liệu: Nhôm kim loại

Kế hoạch sản xuất : Sau khi nhận đơn đặt hàng , bộ phận kho chuyển xuốngcác xưởng điều đố nhân công và máy theo kịp tiến độ đơn hàng

3.3 QUẢN LÝ BẢO TRÌ

Bảo trì sửa chữa

3.4 ĐỐI TƯỢNG THỰC HIỆN

Công ty có nhiều loại sản phẩm phân chia theo kích thước , theo đặc tính sảnphẩm gồm 2 nhóm :

- Sản phẩm nhỏ : đường kính từ 16cm – 29cm

- Sản phẩm lớn : đường kính từ 30cm – 50cm

Quy trình sản xuất nồi

NUNGCẮT

CÁNLẦN 2

CÁNLẦN 1PHÔI

Hình 1 Quy trình sản xuất nồi nhỏ

NGÂMNƯỚCCẮT

CÁNLẦN 2

CÁNLẦN 1PHÔI

Hình 2 Quy trình sản xuất nồi lớn

Hình 3 Mặt bằng sản xuất của nhà máy (40x80m)

CHƯƠNG 4: THU THẬP VÀ PHÂN TÍCH

DỮ LIỆU ĐẦU VÀO

Hình 4 Phân bố nhân lực tại các khu chức năng

4.1 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP

4.1.1 Đối tượng thu thập

Thu thập dữ liệu cho 2 dòng sản phẩm : sản phẩm lớn và sản phẩm nhỏ

Thân nồi :

• Thời gian giữa 2 lần đến phôi nguyên liệu

• Thời gian cán lần 1, thời gian cán lần 2

• Thời gian di chuyển từ khu cán sang cắt

• Thời gian cắt

• Thời gian di chuyển từ khu cắt sang khu dập

• Thời gian dập

• Thời gian di chuyển từ khu dập sang vuốt

• Thời gian vuốt

• Thời gian di chuyển từ khu vuốt sang khu đánh bóng

Hình 5 Thời gian đến giữa 2 lần lấy phôi nguyên liệu

Sử dụng chức năng của ARENA: INPUT ANALYZER để tìm phân bố của các kết quả thu thập Ta có:

4.2.2 Thời gian cán chung ( cán lần 1)

4.2.3 Thời gian cán riêng

CÁN LOẠI NHỎ

CÁN LOẠI LỚN

4.2.4 Thời gian di chuyển cán sang cắt

DẬP – VUỐT NHỎ

DẬP – VUỐT LỚN

4.2.9 Thời gian vuốt

VUỐT LỚN

ĐÁNH BÓNG LỚN

ĐÁNH BÓNG NHỎ

4.2.12Thời gian đánh bóng trong

ĐÁNH BÓNG LỚN

Dạng phân bốThời gian 2 lần lấy nguyên liệu 559 + EXPO(4.14)

Thời gian cán chung Loại lớn NORM(86.4,5.74)

Loại nhỏ NORM(57.9, 3.37)Thời gian di chuyển từ cán sang cắt NORM(14.4, 1.67)

Loại nhỏ NORM(7.5, 1.57)THời gian di chuyển từ cắt sang dập NORM(50.5, 3.18

Loại nhỏ 18 + LOGN(4.78, 4.16) Thời gian du chuyển từ

dập sang vuốt

Loại nhỏ UNIF(36,48)Loại lớn TRIA(34, 35.2, 46)Thời gian vuốt Loại lớn NORM(261, 3.74)

Loại nhỏ NORM( 62.2, 2.89)Thời gian vuốt sang đánh

bóng

Loại lớn UNIF(32.5, 44.5)Loại nhỏ TRIA( 28, 34, 40)Thời gian đánh bóng

ngoài

Loại lớn NORM(34.1, 2.17)Loại nhỏ NORM(13.6, 1.47)Thời gian đánh bóng

trong

Loại lớn NORM(34.1, 2.17)Loại nhỏ NORM(13.6, 1.47)Thời gian đánh bóng

sang đột

Loại nhỏ 27.5 + ERLA (1.2, 3)Loại lớn 13.5 + ERLA(2.13, 4)

Thời gian đóng gói Loại lớn 55.5+ LOGN(4.16, 3.64)

Loại nhỏ NORM(41.8, 3.3)

Hình 6 Bảng dạng phân bố thời gian di chuyển và gia công

CHƯƠNG 5 : XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

5.1 MÔ HÌNH LOGIC

Quy trình sản xuất nồi nhỏ :

Quy trình sản xuất nồi lớn :

Mô hình logic mô phỏng :

5.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HIỆN TRẠNG TRÊN ARENA

Hình 8 Mô hình Arena tổng thể nhà máy

Hình 7 Mô hình logic của nhà máy cho Arena

5.2.1 Xây dựng mô hình khu cán

Hình 9 Mô hình Arena cho khu cán Quy trình :

Mô tả quá trình :

• Công nhân sẽ lấy 100 phôi nguyên liệu đưa vô máy cán

• Tiến hành cán lần 1 ( cán chung cho 2 dòng sản phẩm )

• Sau cán chung , phôi sẽ được chia theo tỷ lệ :

 80% sản phẩm nhỏ

 20% sản phẩm lớn

• Sau khi cán gom 20 phôi lại và di chuyển tới khu cắt

Dữ liệu đầu vào :

 Thời gian xử lý :

 Nguồn lực