Bài giảng thiết kế hệ thống sản xuất chương 5 hệ thống vận chuyển vật liệu nguyên lý và mô tả thiết bị

Chương 5 HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU: NGUYÊN LÝ VÀ MÔ TẢ THIẾT BỊ ột trong những khía cạnh quan trọng nhất khi thiết kế nhà máy mới hoặc hiệu chỉnh một nhà máy sẵn có là phân tích xuyên suốt hệ thống vận chuyển vật liệu. Vận chuyển vật liệu có thể chiếm từ 30 – 75 phần trăm tổng chi phí, và một hệ thống hoạt động hiệu quả có thể giúp giảm chi phí vận hành của nhà máy từ 15 – 30 phần trăm. Cách thức vận chuyển vật liệu có thể quyết định đến yêu cầu xây dựng nhà máy, yêu cầu sắp xếp bố trí các phân xưởng, và thời gian cần thiết để sản xuất một sản phẩm. Khi công nhân vận chuyển vật liệu, anh ta không làm tăng giá trị sản phẩm nhưng làm tăng chi phí sản xuất. Lập kế hoạch xử lý, lưu kho, và vận chuyển vật liệu có liên kết với quá trình sản xuất sẽ làm giảm chi phí vận chuyển vật liệu đáng kể. Ví dụ, trong một dây chuyền lắp ráp, thiết kế hợp lý là tạo khoảng trống sản xuất dọc theo dây chuyền lắp ráp, đưa vật liệu với tốc độ ổn định đến công nhân và gửi chi tiết hoặc cụm chi tiết lắp ráp đến trạm sản xuất kế tiếp khi công nhân hoàn thành công việc của mình. Trong chương này chúng ta sẽ giới thiệu về hệ thống vận chuyển vật liệu. Mục đích của chương này là: giúp người học hiểu mối quan hệ giữa vận chuyển vật liệu và bố trí mặt bằng thiết bị cũng như hiểu sự phức tạp trong việc thiết kế hệ thống này, mô tả những thiết bị vận chuyển vật liệu thông dụng nhất hiện nay.

Chương 5 HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU:

NGUYÊN LÝ VÀ MÔ TẢ THIẾT BỊ

ột trong những khía cạnh quan

trọng nhất khi thiết kế nhà máy

mới hoặc hiệu chỉnh một nhà máy sẵn có

là phân tích xuyên suốt hệ thống vận

chuyển vật liệu Vận chuyển vật liệu có

thể chiếm từ 30 – 75 phần trăm tổng chi

phí, và một hệ thống hoạt động hiệu quả

có thể giúp giảm chi phí vận hành của nhà

máy từ 15 – 30 phần trăm Cách thức vận

chuyển vật liệu có thể quyết định đến yêu

cầu xây dựng nhà máy, yêu cầu sắp xếp bố

trí các phân xưởng, và thời gian cần thiết

để sản xuất một sản phẩm Khi công nhân

vận chuyển vật liệu, anh ta không làm

tăng giá trị sản phẩm nhưng làm tăng chi

phí sản xuất Lập kế hoạch xử lý, lưu kho,

và vận chuyển vật liệu có liên kết với quá

trình sản xuất sẽ làm giảm chi phí vận

chuyển vật liệu đáng kể Ví dụ, trong một dây chuyền lắp ráp, thiết kế hợp lý

là tạo khoảng trống sản xuất dọc theo dây chuyền lắp ráp, đưa vật liệu với tốc

độ ổn định đến công nhân và gửi chi tiết hoặc cụm chi tiết lắp ráp đến trạm sản xuất kế tiếp khi công nhân hoàn thành công việc của mình

Trong chương này chúng ta sẽ giới thiệu về hệ thống vận chuyển vật liệu Mục đích của chương này là: giúp người học hiểu mối quan hệ giữa vận chuyển vật liệu và bố trí mặt bằng thiết

bị cũng như hiểu sự phức tạp trong việc thiết kế hệ thống này, mô tả những thiết

bị vận chuyển vật liệu thông dụng nhất hiện nay

M

ĐỊNH NGHĨA HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU

Có nhiều định nghĩa về hệ thống vận chuyển vật liệu Định nghĩa dễ hiểu nhất được cung cấp bởi Học Viện Material Handling Institute (MHI):

“Hệ thống vận chuyển vật liệu bao gồm tất cả các nguyên công cơ bản liên quan đến vận chuyển các sản phẩm rời rạc, các kiện sản phẩm, các khối lớn sản phẩm ở trạng thái rắn hoặc bán rắn bằng các phương tiện cơ khí, và nằm trong giới hạn của nơi sản xuất kinh doanh”

Định nghĩa này cho thấy vận chuyển vật liệu liên quan đến nhiều công việc hơn là chỉ di chuyển vật liệu bằng cách sử dụng máy móc Thứ nhất, vận chuyển vật liệu liên quan đến di chuyển vật liệu theo chiều ngang (di dời) và chiều thẳng đứng (nâng), cũng như chất và dỡ hàng hóa Thứ hai, “trong giới hạn của nơi sản xuất kinh doanh” ngụ ý rằng sự vận chuyển này bao gồm cả vận chuyển vật liệu thô đến trạm sản xuất, vận chuyển bán thành phẩm giữa các trạm sản xuất và vận chuyển sản phẩm hoàn chỉnh khỏi kho chứa Định nghĩa này còn phân biệt giữa vận chuyển vật liệu với vận tải; vận tải là chuyển vật liệu từ nhà cung cấp đến nơi sản xuất kinh doanh hoặc từ nơi sản xuất kinh doanh đến khách hàng

Thứ ba, lựa chọn trang thiết bị cũng là một phần công việc của thiết kế

hệ thống vận chuyển vật liệu Thứ tư, khái niệm “khối lớn” ngụ ý rằng vật liệu được vận chuyển với khối lượng lớn, không đóng kiện như cát, mùn cưa, hay than đá Và cuối cùng, sử dụng phương tiện cơ khí để vận chuyển vật liệu là lựa chọn được ưa thích hơn mặc dù chi phí đầu tư có thể cao hơn

Sử dụng nhân công vào những hoạt động vận chuyển vật liệu liên tục là không hiệu quả và có thể tốn kém; phương tiện cơ khí sẽ sớm thể hiện tính hiệu quả của nó, đặc biệt trong các xã hội có chi phí nhân công cao

CÁC MỤC TIÊU CỦA HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU

Hệ thống vận chuyển vật liệu (MHS) cần phải được nghiên cứu và lập

kế hoạch tỉ mỉ bởi hai yếu tố Thứ nhất, chi phí cho việc vận chuyển vật liệu chiếm một phần lớn trong chi phí sản xuất, như đã đề cập trước đó Thứ hai, việc vận chuyển vật liệu sẽ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và 5.1

5.2

đến thiết kế của các trang thiết bị liên quan Những điều đó dẫn chúng ta đến những mục tiêu chính của thiết kế hệ thống MHS, đó là giảm chi phí sản xuất thông qua xử lý vận chuyển vật liệu hiệu quả, hay chi tiết hơn là:

 Làm tăng năng suất bằng cách đảm bảo vật liệu luôn sẵn sàng vào đúng thời điểm và tại đúng nơi cần thiết

 Làm giảm chi phí vận chuyển vật liệu

 Cải thiện việc sử dụng trang thiết bị

 Cải thiện độ an toàn và điều kiện làm việc

 Làm đơn giản quá trình sản xuất

 Làm tăng năng suất Chương này sẽ làm rõ những mục tiêu trên có thể đạt được bằng cách nào

CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU

Xương sống của hệ thống MHS là trang thiết bị máy móc Có nhiều loại thiết bị, mỗi loại có những tính năng riêng và có giá thành khác nhau Tuy nhiên chúng ta có thể chia tất cả thiết bị ra làm ba loại: băng chuyền, cầu trục, và xe nâng Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng Một vài thiết bị sẽ thích hợp cho một số nhiệm vụ nào đó hơn những thiết bị còn lại Điều này phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, đặc tính tự nhiên của nơi làm việc, và tính chất của quá trình xử lý có sử dụng thiết bị vận chuyển

Phần này sẽ mô tả ngắn gọn ba loại thiết bị vận chuyển chính Phần mô

tả chi tiết ở phía cuối chương

5.3.1 BĂNG CHUYỀN

Băng chuyền được sử dụng để di chuyển vật liệu liên tục trên một đường dẫn cố định Có nhiều loại băng chuyền khác nhau như băng chuyền con lăn, băng chuyền chuyền đai, và băng chuyền máng

Ưu Điểm của Băng Chuyền

 Năng suất cao của băng chuyền cho phép di chuyển một số lượng lớn vật liệu

5.3

 Tốc độ băng chuyền có thể điều chỉnh được

 Có thể kết hợp đồng thời với những hoạt động khác như gia công xử

lý và kiểm tra sản phẩm

 Băng chuyền có tính đa năng và có thể đặt dưới đất hoặc trên cao

 Có thể đóng vai trò như một nơi lưu trữ tạm sản phẩm giữa các trạm sản xuất

 Vận hành tự động và không đòi hỏi sự hỗ trợ của nhiều người

 Băng chuyền không yêu cầu có đường dẫn thẳng

 Dễ dàng tận dụng không gian của nơi làm việc bằng cách sử dụng băng chuyền trên cao

Nhược Điểm của Băng Chuyền

 Băng chuyền phải theo một đường dẫn cố định, và do vậy nó chỉ phục vụ cho một khu vực giới hạn

 Các nút thắt cổ chai có thể xuất hiện trong hệ thống

 Một bộ phận bất kỳ của dây chuyền bị trục trặc sẽ kéo theo toàn bộ

Ưu Điểm của Cầu Trục và Tời

 Có khả năng nâng và di chuyển vật liệu

 Ít gây cản trở cho các công việc dưới đất

 Có khả năng vận chuyển các vật rất nặng

 Có thể sử dụng để chất hàng hoặc dỡ hàng

Nhược Điểm của Cầu Trục và Tời

 Chi phí đầu tư cao (đặc biệt là cầu trục dạng cầu)

 Chỉ phục vụ trong một khu vực giới hạn

 Một số cầu trục chỉ di chuyển theo đường thẳng và như vậy không thể đổi hướng (ví dụ rẽ ngoặt)

 Hệ số khai thác có thể không cao như mong muốn vì cầu trục chỉ được sử dụng trong một khoảng thời gian ngắn trong ngày

 Một số loại cầu trục, chẳng hạn cầu trục dạng cầu, yêu cầu phải có người điều khiển

Chúng ta thấy cầu trục được sử dụng nhiều ở những nơi như nhà máy đóng tàu, hoặc các nhà máy sản xuất công nghiệp nặng

5.3.3 XE NÂNG

Chúng ta có các loại như xe nâng, xe đẩy, xe kéo, và thiết bị dẫn hướng tự động

Ưu Điểm của Xe Nâng

 Chúng có thể được sử dụng bất cứ đâu trên nền nhà xưởng nơi không gian cho phép

 Có thể chất hàng, dỡ hàng, nâng và chuyển vật liệu

 Hệ số sử dụng cao

Nhược Điểm của Xe Nâng

 Chúng không thể nâng những vật quá nặng

 Giới hạn sức chứa cho mỗi chuyến hàng

 Yêu cầu phải có hành lang, lối đi; nếu không xe nâng sẽ gây trở ngại cho công việc trên nền nhà xưởng

 Hầu hết xe nâng phải có người vận hành

 Xe nâng không cho phép kết hợp song song với các hoạt động xử lý gia công hay kiểm tra sản phẩm

CÁC MỨC ĐỘ CƠ KHÍ HÓA

Vận chuyển vật liệu có thể được thực hiện hoàn toàn thủ công hay hoàn toàn tự động hóa Chúng ta có các mức độ cơ khí hóa khác nhau tồn tại giữa hai loại hình trên Sự phân loại mức độ cơ khí hóa của hệ thống vận chuyển vật liệu được căn cứ vào nguồn phát lực vận chuyển và mức độ liên 5.4

quan của con người và máy tính trong vận hành thiết bị Các mức độ cơ khí hóa có thể phân loại như sau:

1 Thủ công và phụ thuộc vào nỗ lực cơ bắp: Mức độ này gồm các thiết

bị vận hành thủ công như xe đẩy

2 Cơ khí hóa: Thay vì dùng cơ bắp, lực (máy) được sử dụng để điều

khiển thiết bị Một số xe nâng, băng chuyền, và cầu trục thuộc loại này Nhân công được sử dụng để vận hành thiết bị chứ không phải

để cung cấp lực vận chuyển

3 Cơ khí hóa có tích hợp máy tính: (mở rộng của chức năng số hai)

Chức năng của máy tính là ghi lại những dữ kiện về di chuyển và vận hành

4 Tự động hóa: Giảm thiểu sự can thiệp của con người vào điều khiển

và vận hành thiết bị, và hầu hết các chức năng được thực hiện bởi máy tính Chúng ta có các ví dụ như băng chuyền, thiết bị dẫn hướng

tự động, và AS/RS (automated storage/retrieval system) Thiết bị sẽ nhận được các lệnh hướng dẫn từ bàn phím, nút bấm, băng hay máy đọc thẻ

5 Tự động hóa hoàn toàn: Mức độ này cũng tương tự như mức độ

bốn, nhưng máy tính thực hiện việc điều khiển trực tuyến, như vậy loại bỏ nhu cầu can thiệp của con người

Chi phí và độ phức tạp của thiết kế hệ thống vận chuyển sẽ tăng khi mức độ cơ khí hóa tăng Tuy nhiên, chúng ta có thể đạt được hiệu quả vận hành cao đồng thời tiết kiệm chi phí nhân công

Ưu điểm của việc cơ khí hóa còn là sự gia tăng tốc độ vận chuyển vật liệu, từ đó giảm được thời gian sản xuất nói chung; giảm sự mệt nhọc công việc và cải thiện an toàn sản xuất; kiểm soát tốt hơn dòng luân chuyển vật liệu, giảm chi phí nhân công; và theo dõi tốt hơn tình trạng tồn kho của vật liệu

Cũng có một số nhược điểm khi chúng ta tăng mức độ cơ khí hóa Ví

dụ, cơ khí hóa đòi hỏi chi phí đầu tư cao, phải huấn luyện nhân viên vận hành và nhân viên bảo trì bảo dưỡng, và làm giảm độ linh hoạt sản xuất do các thiết bị là thiết bị chuyên dùng Như vậy chúng ta cần xem xét cẩn thận

ưu nhược điểm của từng hệ thống trước khi lựa chọn Việc chuyển đổi loại hình vận hành sẽ rất tốn kém và mất nhiều thời gian

Khái niệm “đơn vị vận chuyển” được sử dụng trong nhà máy đóng vai trò quan trọng trong việc định nghĩa vật cần vận chuyển Mức độ cơ khí hóa

sẽ ảnh hưởng đơn vị vận chuyển; ngược lại, đơn vị vận chuyển đã được định nghĩa sẽ tác động đến mức độ cơ khí hóa có thể đạt được

KHÁI NIỆM ĐƠN VỊ VẬN CHUYỂN

Khái niệm đơn vị vận chuyển phụ thuộc vào thực tế rằng việc vận chuyển chi tiết và vật liệu theo các nhóm sẽ kinh tế hơn là vận chuyển riêng

lẻ Đơn vị vận chuyển được định nghĩa là một số lượng chi tiết được sắp xếp theo hình thức nào đó để chúng có thể được vận chuyển như một đối tượng riêng lẻ Điều này có thể đạt được bằng cách pa-lết hóa, khối hóa và container hóa việc vận chuyển hàng hóa

Pa-lết hóa là việc sắp xếp và cố định các chi tiết riêng lẻ lên một khay (tấm) và vận chuyển bằng xe nâng hay cầu trục Khối hóa cũng là sắp xếp hàng hóa, nhưng dưới dạng một khối Không giống như pa-lết hóa, chúng

ta cần dùng thêm vật liệu bổ sung để đóng gói, bao bọc các chi tiết lại thành một khối (đơn vị) hoàn chỉnh Đơn vị vận chuyển sau đó có thể được xử lý bởi xe nâng, băng chuyền, hay cầu trục phụ thuộc vào kích cỡ và trọng lượng Container hóa là sắp xếp các chi tiết vào một thùng hay một hộp Nó rất phù hợp cho việc vận chuyển bằng băng chuyền, đặc biệt cho các chi tiết nhỏ

Mỗi loại đơn vị vận chuyển sẽ thích hợp nhất trong một số trường hợp nhất định Ví dụ, pa-lết thích hợp nhất cho việc sắp xếp các chi tiết giống nhau và có hình dạng đều đặn Các chi tiết với kích cỡ và hình dạng khác nhau có thể được nhóm lại trong một container Một cách tổng quan, những yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn loại đơn vị vận chuyển là trọng lượng, kích thước, và hình dạng của vật liệu; tính tương thích với thiết bị vận chuyển vật liệu; chi phí mua sắm (pa-lết, conainer); và các tính năng bổ sung cung cấp bởi loại đơn vị vận chuyển chẳng hạn như đóng gói và bảo

vệ vật liệu bên trong

Sử dụng đơn vị vận chuyển có ưu và nhược điểm Ưu điểm đó là sử dụng đơn vị vận chuyển cho phép di chuyển một số lượng lớn vật liệu, và như vậy giảm tần số vận chuyển và giảm chi phí Tốc độ xếp hàng và bốc 5.5

dỡ hàng cũng tăng lên, và tương ứng là giảm thời gian xử lý Cung cấp tính năng bảo vệ chống lại hư hỏng vật liệu

Nhược điểm là chi phí có thể cao nếu yêu cầu một số lượng lớn đơn vị vận chuyển, đặc biệt nếu các container không thể tái sử dụng nhiều lần Các thiết bị bốc dỡ hàng hóa có thể khác loại với những thiết bị có sẵn trên thị trường Khi được sử dụng để vận chuyển hàng hóa đến khách hàng, chúng

ta sẽ gặp vấn đề ở việc vận chuyển trở lại các pa-lết và container trống nếu chúng được tái sử dụng

CÁC NGUYÊN LÝ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU

Thiết kế và vận hành một hệ thống vận chuyển vật liệu là một nhiệm

vụ phức tạp bởi vì có rất nhiều vấn đề liên quan Không có những quy tắc

rõ ràng có thể tuân theo để đạt được một hệ thống vận chuyển hiệu quả Tuy nhiên, có một vài hướng dẫn giúp giảm chi phí và cải thiện năng suất của hệ thống Những hướng dẫn này được biết như là những nguyên lý của vận chuyển vật liệu Hai mươi nguyên lý vận chuyển vật liệu được liệt kê trong Bảng 5.1 Chúng thể hiện kinh nghiệm của những người làm việc trong lĩnh vực thiết kế và vận hành những hệ thống này

Cung cấp một trình tự vận hành và bố trí mặt bằng thiết bị tối ưu hóa dòng vật liệu

Đơn giản hóa quá trình vận chuyển bằng cách giảm thiểu, loại bỏ, hay kết hợp những di chuyển và/hoặc thiết bị không cần thiết

Sử dụng trọng lực để di chuyển vật liệu bất cứ khi nào có thể

5.6

Tối ưu hóa sử dụng không gian nhà xưởng

Tăng số lượng, kích thước, hay khối lượng của đơn vị vận chuyển hay nhịp vận chuyển

Cơ khí hóa hoạt động vận chuyển vật liệu

Tự động hóa các chức năng sản xuất, xử lý, và lưu kho

Trong lựa chọn thiết bị, cân nhắc tất cả các khía cạnh về vật liệu cần vận chuyển, vấn đề di chuyển, và phương pháp được sử dụng

Tiêu chuẩn hóa phương pháp vận chuyển cũng như kích cỡ và loại thiết bị vận chuyển

Sử dụng các phương pháp và thiết bị có thể hoàn thành nhiều loại nhiệm vụ và ứng dụng

Giảm tỉ lệ giữa trọng lượng chế tạo của thiết bị vận chuyển di động

và tải trọng hàng hóa

Lập kế hoạch tối ưu hóa sử dụng trang thiết bị và nguồn lực

Lập kế hoạch bảo trì phòng ngừa và sửa chữa tất cả thiết bị vận chuyển

Thay thế tất cả các phương pháp và trang thiết bị lạc hậu

Sử dụng các hoạt động vận chuyển vật liệu để cải thiện việc kiểm soát sản xuất, tồn kho, và đặt hàng

Sử dụng thiết bị vận chuyển giúp đặt được năng suất sản xuất như mong muốn

Tính toán hiệu quả của thiết bị vận chuyển dựa trên chi phí cho một đơn vị vận chuyển

Cung cấp những phương pháp và phương tiện thích hợp cho làm việc

an toàn

Những nguyên tắc này cũng có thể được diễn giải theo một cách khác

để mô tả cách chúng ta đạt được mục tiêu Ví dụ, để giảm chi phí vận chuyển, chúng ta nên cắt giảm những hoạt động vận chuyển không cần thiết bằng cách việc lập kế hoạch vận chuyển vật liệu; bằng cách vận chuyển chúng đến nơi yêu cầu mà không bị dừng giữa chừng; bằng cách sử dụng các thiết bị vận chuyển thích hợp như xe nâng, pa-lết, hộp, và băng chuyền; bằng cách thay thế các thiết bị lạc hậu bằng thiết bị mới năng suất cao hơn; bằng cách giảm tỉ lệ giữa trọng lượng chế tạo (pa-lết, hộp) và tải trọng Chúng ta cũng có thể sử dụng các đơn vị vận chuyển và di chuyển càng nhiều chi tiết trong một lần càng tốt

Chúng ta có thể tăng năng suất bằng cách giảm thời gian chờ của người vận hành thiết bị; bằng cách chỉ vận chuyển vật liệu thô và cụm lắp rắp khi nào cần; và bằng cách duy trì nhịp vận chuyển vật liệu ở mức hợp lý phù hợp với nhịp xử lý công việc của người vận hành

Chúng ta có thể tăng hiệu suất làm việc của công nhân bằng cách loại

bỏ những hoạt động không sinh lợi; bằng cách loại những chi tiết hư hỏng trước khi chúng đến trạm làm việc; bằng cách không sử dụng các thiết bị không đạt tiêu chuẩn và lạ thường; và bằng cách liên kết vận chuyển vật liệu xuyên suốt toàn nhà máy

Chúng ta có thể tăng diện tích sử dụng của nhà xưởng bằng cách sử dụng các thiết bị vận chuyển vật liệu và lên kế hoạch sản xuất sao cho lượng hàng tồn kho đặt trên sàn là tối thiểu; bằng cách lưu trữ vật liệu tại những nơi không cản trở sản xuất (ví dụ, vật liệu không nên được chất đống gần máy móc vì nó gây cản trở quá trình làm việc của công nhân); và bằng cách bố trí mặt bằng sản xuất cho phép vật liệu lưu chuyển nhịp nhàng giữa các trạm sản xuất

Tai nạn lao động có thể được giảm bằng cách sử dụng thiết bị vận chuyển có tính năng an toàn cho việc nâng và di chuyển vật liệu nặng, và bằng cách sử dụng trọng lực để di chuyển vật liệu bất cứ khi nào có thể Chúng ta áp dụng những nguyên lý này như thế nào? Có một số ứng dụng dễ nhận biết Ví dụ, để áp dụng nguyên lý trọng lực, chúng ta sử dụng cầu trượt Để áp dụng nguyên lý an toàn, chúng ta giảm thiểu hoặc loại bỏ việc vận chuyển vật liệu bằng thủ công có thể gây thương tích Đối với nguyên lý tận dụng không gian nhà xưởng, chúng ta có thể đóng thùng các

chi tiết lại và sử dụng thiết bị nâng trên cao Với nguyên lý kích thước vận chuyển, sử dụng container hay pa-lết để di chuyển cụm chi tiết Để áp dụng nguyên lý tận dụng, lựa chọn thiết bị có khả năng hoàn thành nhiều nhiệm

vụ tại nhiều khu vực khác nhau, như vậy sẽ trách được tình trạng để không thiết bị

5.6.1 TÍNH TƯƠNG THÍCH CỦA CÁC NGUYÊN LÝ

Các nguyên lý vận chuyển vật liệu có tính tương thích với nhau và với những mục tiêu của vận chuyển vật liệu Mục vài nguyên lý nếu đạt được

sẽ giúp đạt được những nguyên lý còn lại Chẳng hạn, chúng ta nghiên cứu

ví dụ sau

Nếu được áp dụng đúng cách, nguyên lý lựa chọn thiết bị và nguyên lý thích ứng sẽ giúp đạt được nguyên lý tận dụng, bởi vì trong trường hợp này chỉ những thiết bị cần thiết mới được lựa chọn, và như vậy hiếm khi chúng

5.6.2 NHỮNG KHÓ KHĂN TRONG ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ

Những người thiết kế hệ thống MHS thường được khuyên phải đi theo những nguyên lý trên Tuy nhiên, trong một số trường hợp họ không có khả năng ứng dụng chúng một cách triệt để bởi vì một số nguyên nhân, chẳng hạn như giới hạn về kinh phí đầu tư, về thông số vật lý của nhà xưởng, và

về công suất của thiết bị

Sự giới hạn về mặt kinh tế có thể cản trở người kỹ sư thiết kế một hệ thống có mức độ cơ khí hóa cao hay việc áp dụng vào các nguyên lý bảo dưỡng Thông số vật lý của nhà xưởng chẳng hạn như chiều cao trần nhà, vị trí các cột, số lượng và chiều rộng các lối đi có thể ảnh hưởng đến nguyên

lý trọng lực, tận dụng không gian cũng như dòng vật liệu Công suất và

kiểu loại thiết bị có thể ảnh hưởng đến nguyên lý tận dụng không gian, kích thước đơn vị vận chuyển, và tận dụng

CHI PHÍ CHO HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU

Những chi phí chính liên quan đến thiết kế và vận hành hệ thống vận chuyển vật liệu là:

 Chi phí thiết bị, bao gồm chi phí mua sắm và lắp đặt máy móc và các trang thiết bị phụ trợ

 Chi phí vận hành, bao gồm chi phí bảo trì, nhiên liệu, và chi phí nhân công (gồm tiền lương và tiền bồi thường tai nạn)

 Chi phí mua sắm đơn vị vận chuyển, là chi phí liên quan đến việc mua sắm container, pa-lết

 Chi phí phát sinh cho đóng gói vật liệu và vật liệu bị hư hỏng

Giảm các loại chi phí trên là một trong những mục tiêu chính của hệ thống vận chuyển Có một số cách để đạt mục tiêu này Ví dụ, chúng ta có thể giảm thời gian để không của thiết bị Việc tận dụng tốt thiết bị sẽ giúp loại bỏ nhu cầu mua sắm thêm các đơn vị vận chuyển Chúng ta có thể giảm tối thiểu việc xử lý lập lại một vật liệu và nhầm lẫn, như vậy giảm chi phí vận hành Chúng ta có thể bố trí các phân xưởng liên quan với nhau gần nhau để rút ngắn khoảng cách vận chuyển Chúng ta có thể giảm số lần phải sửa chữa thiết bị bằng cách lập kế hoạch bảo trì trước Chúng ta nên sử dụng các thiết bị thích hợp để giảm thiểu hư hỏng vật liệu và sử dụng đơn

vị vận chuyển bất cứ khi nào có thể Nguyên lý trọng lực nên được sử dụng bất cứ khi nào có thể, bởi vì nó có thể làm giảm chi phí vận hành Chúng ta nên loại bỏ những thói quen không an toàn của công nhân như nâng các vật nặng; như vậy sẽ giảm nguy cơ chấn thương và giảm được chi phí đền bù tai nạn Chúng ta có thể giảm sự thay đổi quá nhiều trong kiểu loại thiết bị, như vậy sẽ giúp loại bỏ nhu cầu về kho chứa phụ tùng thay thế và các chi phí liên quan Chúng ta có thể thay thế các thiết bị lỗi thời bằng cái mới khi các khoản tiết kiệm nếu sử dụng máy mới là hợp lý

5.7

MỐI QUAN HỆ GIỮA VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG

Trong một hệ thống sản xuất, không có hai yếu tố nào ảnh hưởng mạnh lẫn nhau giống như bố trí mặt bằng thiết bị và vận chuyển vật liệu Mối quan hệ giữa chúng gồm có các dữ liệu đòi hỏi cho việc thiết kế, những mục tiêu chung, hiệu quả sử dụng không gian nhà xưởng, và dòng luân chuyển Những vấn đề về bố trí mặt bằng thiết bị đòi hỏi các kiến thức

về chi phí vận hành máy móc, từ đó bố trí các phân xưởng theo hình thức nào đó để giảm chi phí vận chuyển vật liệu Trong thiết kế hệ thống vận chuyển, chúng ta cần biết trước bố trí mặt bằng thiết bị để có các thông số

về chiều dài vận chuyển, thời gian vận chuyển, và điểm bắt đầu – kết thúc của việc vận chuyển Bởi vì tính phụ thuộc này của hai vấn đề, nhiều kỹ sư thiết kế rất căng thẳng khi cố gắng giải quyết chúng cùng lúc Tuy nhiên, cách tốt nhất là bắt đầu với một vấn đề, sử dụng giải pháp tìm ra được để giải quyết vấn đề còn lại, sau đó trở lại và hiệu chỉnh vấn đề đầu tiên dựa trên thông tin mới đạt được từ cái thứ hai, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi đạt được một thiết kế hoàn thiện

Bố trí mặt bằng và vận chuyển vật liệu có chung mục tiêu là tối thiểu hóa chi phí Chi phí vận chuyển vật liệu có thể được giảm bằng cách sắp xếp các phân xưởng liên quan gần nhau để giảm khoảng cách vận chuyển Tính toán dòng vận chuyển là một vấn đề chung cho cả hai và sẽ được thảo luận ở trang tiếp theo

Thêm vào đó, vận chuyển vật liệu và bố trí mặt bằng ảnh hưởng lẫn nhau ở các khía cạnh tận dụng và đòi hỏi không gian Các xe nâng có kích thước gọn và có khả năng tải hàng ở bên hông sẽ không yêu cầu những lối

đi rộng Thiết bị nâng trên cao sẽ không chiếm diện tích sàn nhà xưởng Xếp chồng các chi tiết càng cao càng tốt bằng cách sử dụng đơn vị vận chuyển thích hợp sẽ giúp tận dụng không gian Các xe nâng có khả nâng di chuyển chi tiết lên đến độ cao hợp lý sẽ giúp tận dụng không gian Việc này cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng các sàn lửng, nhà kho cao tầng để lưu trữ vật liệu

5.8

Cuối cùng, tính chất vật lý của nhà xưởng, chẳng hạn chiều rộng lối đi, chiều cao trần, và chiều cao cột sẽ ảnh hưởng đến lựa chọn thiết bị và đoạn đường di chuyển của chúng

THIẾT KẾ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU

Thiết kế MHS là một trong những nhiệm vụ quan trọng và khó khăn nhất mà một kỹ sư phải đương đầu bởi vì MHS có tác động lớn đến chi phí

và hiệu quả sản xuất Không có những bước đi tiêu chuẩn nào trong thiết kế MHS, mặc dầu vậy chúng ta có những quy trình tổng quát có thể được làm theo Quy trình này là một vòng lặp; người thiết kế phải nghiên cứu tới lui giữa những bước thiết kế cho tới khi đạt được một thiết kế hoàn chỉnh và có thể tích hợp được Trong quá trình này, kinh nghiệm và tranh luận là hai việc cần thiết và không thể thiếu

Công việc thiết kế một hệ thống vận chuyển vật liệu gồm có lựa chọn trang thiết bị, lựa chọn đơn vị vận chuyển, phân bổ thiết bị cho việc vận chuyển, và tính toán quãng đường di chuyển của chúng Có ba thành phần của thiết kế được thể hiện trong phương trình được biết đến như là phương trình vận chuyển vật liệu Phương trình này không có quan hệ về đơn vị giữa các thành phần và được thể hiện như sau:

Vật liệu + Vận chuyển = Phương pháp

Những vấn đề liên quan đến vật liệu gồm có loại vật liệu, kích thước, hình dáng, số lượng, và trọng lượng Về vận chuyển, vấn đề liên quan đến nơi xuất phát và nơi đến, chiều dài, tần số, và thời gian vận chuyển Quyết định phương pháp vận chuyển vật liệu – đó là, lựa chọn thiết bị và đơn vị vận chuyển – phụ thuộc vào thông tin đạt được từ việc nghiên cứu vật liệu

và vận chuyển Lựa chọn thiết bị thông thường là nhiệm vụ quan trọng và khó khăn nhất trong thiết kế MHS bởi vì chi phí đầu tư mua sắm thiết bị rất lớn và chúng ta không thể thay đổi đảo ngược tình hình một khi quyết định

đã được ban hành và thực thi

5.9

NHỮNG KHÓ KHĂN TRONG THIẾT KẾ MHS

Những khó khăn trong việc thiết kế hệ thống vận chuyển vật liệu, đặc biệt trong lựa chọn thiết bị, là rất nhiều và có thể được quy về một số yếu

tố Những yếu tố quan trọng nhất đó là:

1 Mối tương quan giữa vận chuyển vật liệu và bố trí mặt bằng thiết bị,

như đã giải thích ở phần trước, là rất quan trọng

2 Sự hiện diện nhiều thiết bị với công suất và giá thành khác nhau

khiến việc đánh giá và so sánh chúng trở thành nhiệm vụ rất khó khăn Chắc chắn điều này sẽ dẫn đến việc chúng ta bỏ sót một vài lựa chọn tốt

3 Một vài đặc tính của thiết bị rất khó để đánh giá, khó về so sánh giữa

những loại thiết bị khác nhau hay khi đưa vào mô phỏng phân tích

Ví dụ về những đặc tính khó đánh giá đó là tính linh hoạt của thiết

bị, tính tiện dụng và lực đòi hỏi để di chuyển vật liệu

4 Mặc dù mục tiêu chung nhất của việc thiết kế là đảm bảo một hệ

thống với chi phí nhỏ nhất, những mục tiêu khác cũng cần phải cân nhắc Đáng kể nhất trong đó là tận dụng tối đa thiết bị, giảm thiểu sự khác nhau giữa các loại thiết bị, và an toàn lao động

5 Việc áp dụng mô phỏng phân tích để xử lý các vấn đề trong thiết kế

có thể đòi hỏi một lượng rất lớn các tính toán mà không có gì đảm bảo cho một hệ thống tối ưu hóa Ví dụ, trong lựa chọn thiết bị, khi

tiến hành phân tích, sẽ dẫn tới kết quả là có tối đa pq kết hợp để đánh giá, trong đó p là số lượng chủng loại thiết bị và q là vận

chuyển Nếu chúng ta phải xem xét nhiều vận chuyển và/hoặc nhiều

chủng loại thiết bị thì pq có thể khá lớn

6 Một vài dữ liệu cho thiết kế hệ thống, chẳng hạn như thời gian di

chuyển và chi phí vận hành thiết bị, không thể biết chính xác trừ khi

hệ thống đã đi vào hoạt động Như vậy các dữ liệu đó phải được ước lượng, đây không phải là nhiệm vụ dễ dàng, và ước lượng quá xa thực tế có thể dẫn đến kết quả là có nhiều hiệu chỉnh sau khi hệ thống đã được lắp đặt và vận hành

5.10

CÁC BƯỚC THIẾT KẾ HỆ THỐNG MHS

Nói một cách tổng quan, các bước cần tuân theo khi thiết kế một hệ thống vận chuyển vật liệu như sau, giả thiết rằng bản vẽ bố trí mặt bằng thiết bí đã hoàn thành

1 Trình bày chức năng mong đợi của hệ thống vận chuyển – cho dù đó

là hệ thống vận chuyển vật liệu cho một nhà kho với các chức năng lưu trữ, đóng gói, kiểm tra, và vận chuyển đến khách hàng hay là hệ thống vận chuyển cho một hệ thống sản xuất với các chức năng vận chuyển chi tiết hay các cụm chi tiết từ trạm sản xuất này đến trạm sản xuất khác Sẽ rất hữu ích nếu chúng ta biết được loại hệ thống sản xuất ở đây (sản xuất, xử lý, nhóm công nghệ, hoặc bất kỳ loại nào khác)

2 Thu thập những thông tin cần thiết về vật liệu, chẳng hạn đặc tính

của nó và số lượng liên quan Dữ liệu về số lượng có thể được tổng hợp dưới dạng biểu đồ

3 Xác định các yếu tố vận chuyển, nơi xuất phát và đích đến, quảng

đường đi, và chiều dài vận chuyển

4 Quyết định hệ thống vận chuyển vật liệu cơ bản sẽ sử dụng và mức

độ tự động hóa mong muốn Ở đây, ý tưởng là thiết lập một hệ thống vận chuyển, có thể là băng chuyền, xe nâng, hay cầu trục phù hợp nhất cho hoàn cảnh

5 Tiến hành sàng lọc bước đầu một số trang thiết bị thích hợp và lựa

chọn một số thiết bị tiêu biểu trong đó Đánh giá các thiết bị dựa trên tiêu chi giá thành và khả năng sử dụng Luôn luôn chọn thiết bị phù hợp với đặc tính vật liệu

6 Lựa chọn một số đơn vị vận chuyển phù hợp và phải đảm bảo chúng

phù hợp với đặc tính của vật liệu và thiết bị

Các bước trên trình bày thì dễ nhưng làm theo thì rất khó Chúng ta cần lặp lại các bước trên nhiều lần cho đến khi tính tương thích giữa các thành phần của phương trình vận chuyển vật liệu được đảm bảo Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến người thiết kế trong việc ra quyết định tại mỗi bước Những yếu tố quan trọng được trình bày ngắn gọn ở đây

 Chi phí mua sắm trang thiết bị và đơn vị vận chuyển cũng như lượng tiền mặt có sẵn của công ty Yếu tố này ảnh hưởng đến mức độ cơ khí hóa đạt được trong thiết kế

5.11

 Tính chất vật lý của nhà xưởng và không gian có thể sử dụng được Chiều rộng lối đi và số lượng lối đi sẽ bị ảnh hưởng bởi không gian

có thể sử dụng được, và từ đó sẽ ảnh hưởng đến những quyết định liên quan đến thiết bị lưu động Thiết bị trên cao có thể được xem xét hoặc không, phụ thuộc vào chiều cao trần nhà xưởng

 Quan điểm của ban lãnh đạo về an toàn lao động và sức khỏe công nhân sẽ ảnh hưởng đến mức độ liên quan của công nhân vận chuyển vật liệu đến công việc

 Mức độ liên hệ giữa vận chuyển và xử lý vật liệu

Trong suốt quá trình thiết kế, những mục tiêu và nguyên lý của vận chuyển vật liệu phải luôn được ghi nhớ Càng đạt được nhiều mục tiêu và nguyên

lý sẽ càng làm thiết kế trở nên hoàn thiện Trong khi không có một tiêu chuẩn nào đo lường chất lượng thiết kế, một thiết kế hệ thống vận chuyển vật liệu tốt phải có hầu như toàn bộ hoặc toàn bộ các đặc tính sau:

 Tổ chức tốt

 Vận chuyển kết hợp với xử lý vật liệu bất cứ khi nào có thể

 Cơ khí hóa bất cứ khi nào có thể

 Giảm thiểu vận chuyển vật liệu thủ công

 Giảm thiểu việc công nhân sản xuất phải vận chuyển vật liệu

 An toàn

 Bảo vệ vật liệu vận chuyển

 Giảm thiểu sự thay đổi trong chủng loại thiết bị

 Tận dụng thiết bị tối đa

 Giảm thiểu sự lần tìm ngược, vận chuyển, di dời

 Giảm thiểu sự tắc nghẽn hay trì hoãn

 Tính kinh tế

PHÂN TÍCH MỘT HỆ THỐNG MHS HIỆN HỮU

Phân tích một hệ thống vận chuyển vật liệu hiện hữu nghĩa là xem xét liệu hệ thống đang hoạt động hiệu quả không tạo ra bất kỳ điểm thắt cổ chai hay nhiều hàng tồn kho và đang vận chuyển vật liệu đúng thời điểm và đúng nơi Những vấn đề trong một hệ thống vận chuyển hiện hữu sẽ rất rõ rết nếu chúng ta quan sát thấy một hay nhiều hiện tượng liệt kê dưới đây:

 Lần tìm ngược trong dòng vật liệu

 Cản trở dòng vật liệu

 Lối đi bừa bộn

 Ga bốc dỡ hàng hóa lộn xộn

 Kho hàng không có tổ chức

 Phế liệu vượt mức cho phép

 Vận chuyển quá nhiều chi tiết riêng lẻ

 Nhiều hoạt động vận chuyển thủ công

 Nhiều sự đi lại

 Không thể sử dụng nguyên lý trọng lực

 Nhiều nguyên công rời rạc

 Chi phí nhân công gián tiếp cao

 Nhiều máy móc để không, không dùng đến

 Sử dụng công nhân lành nghề không hiệu quả

 Thiếu thể tích kho chứa

 Thiếu phụ tùng cung cấp

 Vật liệu chất đống trên sàn

 Không có sự tiêu chuẩn hóa

 Có quá nhiều người tại một nơi

 Nhiều công việc vận chuyển có hai người tham gia

Một ý tưởng hay là kiểm tra toàn bộ hệ thống vận chuyển vật liệu trong nhà máy với một bảng liệt kê danh mục cần kiểm tra tương tự như Bảng 5.2 5.12

và tìm ra vấn đề Bảng liệt kê được phát triển bởi MHI; tuy nhiên, chúng ta

có thể phát triển một bảng liệt kê chi tiết hơn cho nhà máy cụ thể của mình

Một khi khu vực có vấn đề đã được khoanh vùng, chúng cần phải được kiểm tra lại lần nữa để tìm các yếu tố có thể cải thiện được Để hoàn thành việc này, một số câu hỏi cơ bản cần phải được đặt ra, chẳng hạn Why? What? Where? When? How? Who? Sơ đồ công nghệ, đã được trình bày trong chương …, sẽ giúp ích cho quá trình phân tích này

- Thiết bị vận chuyển vật liệu đã trên mười năm sử dụng?

- Nhà máy đang sử dụng nhiều chủng loại thiết bị đòi hỏi một lượng lớn chi tiết dự trữ?

- Thiết bị thường hư hỏng do hoạt động bảo trì ngăn ngừa quá kém?

- Xe nâng có phải di chuyển quá xa để đến khu vực cần vận chuyển?

- Có nhiều tai nạn lao động do vận chuyển vật liệu thủ công gây nên?

- Vật liệu vận chuyển thủ công có trọng lượng vượt quá 23kg (50 pounds) không?

- Có nhiều công việc vận chuyển cần hai hay nhiều công nhân?

- Công nhân có tay nghề cao bị lãng phí thời gian cho công việc vận chuyển vật liệu?

- Vật liệu có bị đông nghịt tắc nghẽn tại bất cứ điểm nào không?

- Công việc sản xuất có bị trì hoãn do di dời vật liệu không?

- Không gian lưu trữ vật liệu có bị lãng phí?

- Có phát sinh chi phí bốc dỡ chậm hay không?

- Vật liệu có bị hư hỏng trong quá trình vận chuyển không?

- Hơn 20 phần trăm thời gian xe nâng vận hành mà không chuyên chở vật liệu?

- Nhà xưởng có quá nhiều điểm vận chuyển vật liệu không?

- Vận chuyển vật liệu bằng máy móc có thể được thay thế bằng trọng lực không?

- Có quá nhiều hoạt động vận chuyển không thực sự cần thiết?

- Vận chuyển riêng lẽ nhiều chi tiết trong khi có thể ứng dụng đơn vị vận chuyển?

- Nền nhà xưởng quá bẩn hoặc cần được sửa chữa không?

- Thiết bị vận chuyển vật liệu bị quá tải không?

- Có sự di chuyển không cần thiết vật liệu từ container này qua container khác?

- Khu vực nhà kho bố trí bất hợp lý làm cản trở việc lên một kế hoạch vận chuyển vật liệu hiệu quả?

- Việc phân tích hệ thống rất khó khăn vì không có sơ đồ quy trình sản xuất chi tiết?

- Chi phí nhân công gián tiếp quá cao?

Bảng 5.2 Bảng liệt kê danh mục cần kiểm tra

Câu hỏi Why đặt vấn đề tại sao lại có hoạt động vận chuyển này? Ví dụ,

một hoạt động di chuyển chi tiết từ nơi nhận đến nơi kiểm tra và trở lại nơi nhận ban đầu Hoạt động này có thể cắt giảm nếu khâu kiểm tra chất lượng sản phẩm cuối cùng được bố trí tại nhà cung cấp và chúng ta có thể tin tưởng dữ liệu của nhà cung cấp

Câu hỏi What liên quan đến sự hiểu biết loại vật liệu được vận chuyển

Loại vật liệu và tần suất di chuyển có thể giúp xác định loại thiết bị và phụ kiện được sử dụng Ví dụ, những vật liệu nhỏ, rời rạc có thể được vận chuyển trên băng chuyền hoặc vận chuyển bằng xe nâng kết hợp với đơn vị vận chuyển Trong khi những chi tiết cỡ lớn như thùng áp suất có thể phải cần cầu trục Ở đây, nguồn thông tin hữu ích cho chúng ta là các danh sách liệt kê chi tiết và vật liệu cũng như kế hoạch sản xuất

Where mô tả dữ liệu liên quan đến việc vận chuyển Đoạn đường vận

chuyển, khoảng cách vận chuyển, và bất cứ giới hạn vật lý nào phải được ghi chú lại Biểu đồ tiến trình sản xuất, mô hình thu nhỏ của nhà máy là một số nguồn để chúng ta thu thập dữ liệu

When chỉ ra thời gian mà vật liệu được vận chuyển và trong khoảng thời

gian nào việc vận chuyển phải thực hiện Các câu trả lời sẽ cung cấp thông tin về tốc độ và tần số mà hệ thống vận chuyển vật liệu phải vận hành

How ngụ ý về phương pháp vận chuyển Bằng cách phân tích phương

pháp vận chuyển, những mặt tốn kém và không hiểu quả của phương pháp

sẽ bị bộc lộ Biểu đồ nguyên công và dữ liệu thời gian sản xuất sẽ rất hữu ích trong phân tích này

Who là người chịu trách nhiệm cho công việc vận chuyển cũng như nhân

lực cần thiết cho những nhiệm vụ như vậy Nhân lực đầy đủ là cần thiết để làm việc hiệu quả; và mặc dầu mức độ cơ khí hóa quyết định đến nhân lực cần thiết, những công nhân vận chuyển vật liệu nên nhận thức rõ trách nhiệm và tầm quan trọng của họ đối với hoạt động chung của nhà máy

Đặt ra những câu hỏi về hệ thống vận chuyển vật liệu, đặc biệt tập trung

vào những khu vực có vấn đề, sẽ tiết lộ ra những khó khăn chung tự nhiên của sản xuất Trong hầu hết trường hợp câu trả lời sẽ gợi ý cho chúng ta cách thức cải thiện vấn đề và/hoặc đưa những hướng dẫn về việc chúng ta nên tiến hành những phân tích sâu hơn ở tại khu vực nào trong hệ thống

và vận chuyển vật liệu, chúng vẫn được trình bày ở đây để đảm bảo tính chất trọn vẹn của chương Hầu hết các yếu tố được liệt kê bên dưới đã được MHI định nghĩa và chúng đòi hỏi rất ít hoặc không cần giải thích thêm

Hệ Số Material – Handling – Labor (MHL)

MHL = ố ô â â ổ ậ ể ậ ệ

ổ ố ô â ậ à

Số công nhân phân bổ cho công việc vận chuyển vật liệu có thể được đo lường bằng số lượng công nhân làm việc toàn thời gian hoặc phí tổn Nếu một người không xử lý vận chuyển vật liệu toàn thời gian, tỉ lệ phần trăm công việc liên quan đến vận chuyển vật liệu phải được ước lượng và sử dụng trong công thức Hệ số MHL phải nhỏ hơn 1, và giá trị hợp lý là phải nhỏ hơn 0.3 trong một nhà máy, trong khi trong nhà kho thì hệ số này sẽ cao hơn

Hệ Số Handling Equipment Utilization (HEU)

HEU = ố ượ ế ( ặ ố ượ ậ ả ) ậ ể ỗ ờ

ô ấ ý ế

5.13