Bài giảng thiết kế hệ thống sản xuất chương 1 tổng quan về môn học

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC ền sản xuất công nghiệp bao gồm rất nhiều lĩnh vực sản xuất kinh doanh khác nhau, môn học Thiết kế hệ thống sản xuất có đối tượng quan tâm là những công ty sản xuất công nghiệp, trong đó có cả những công ty xử lý công nghiệp như hóa chất, nhựa, dầu khí, v.v… Chương này sẽ giới thiệu đến người đọc năm chức năng cơ bản của mọi dạng hệ thống sản xuất, đó là: Gia công xử lý, Lắp ráp, Dự trữ nguyên vật liệu, Kiểm tra sửa chữa và Kiểm soát. Phần cuối chương sẽ thảo luận đến vai trò và vị trí của môn học Thiết kế hệ thống sản xuất trong chương trình đạo tạo tổng thể Kỹ sư Quản lý công nghiệp.

ền sản xuất công nghiệp bao gồm

rất nhiều lĩnh vực sản xuất kinh

doanh khác nhau, môn học Thiết kế hệ

thống sản xuất có đối tượng quan tâm

là những công ty sản xuất công nghiệp,

trong đó có cả những công ty xử lý

công nghiệp như hóa chất, nhựa, dầu

khí, v.v… Chương này sẽ giới thiệu

đến người đọc năm chức năng cơ bản

của mọi dạng hệ thống sản xuất, đó là: Gia công xử lý, Lắp ráp, Dự trữ nguyên vật liệu, Kiểm tra sửa chữa và Kiểm soát Phần cuối chương sẽ thảo luận đến vai trò và vị trí của môn học Thiết

kế hệ thống sản xuất trong chương trình đạo tạo tổng thể Kỹ sư Quản lý công nghiệp

N

NỀN SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP

Nền công nghiệp cơ bản bao gồm tất cả các lĩnh vực kinh doanh, không những trong sản xuất mà còn trong một số ngành khác như quảng cáo, giao thông… Tất cả các ngành liên quan đến công nghiệp

cơ bản đều được liệt kê ở bảng 1.1

Quảng cáo Hàng không Sản xuất xe (xe con, tải, buýt) Nước giải khát

Vật liệu xây dựng Ximăng

Hóa chất Vải Xây dựng Dược phẩm, xà phòng, mĩ phẩm Thiết bị máy móc

Tài chính (ngân hàng, công ty đầu

tư, cho vay) Thực phẩm

Cung cấp dịch vụ y tế Khách sạn/ nhà hàng Bảo hiểm

Công nghiệp nặng Khai thác (dầu, than, rừng…) Giấy

Phát hành sách Radio, TV Đại lý Đóng tàu Dệt Vỏ ruột xe Thuốc lá Vận tải

Ở đây, đối tượng quan tâm của chúng ta là những công ty sản xuất công nghiệp thể hiện trong bảng 1.2

Ngành công nghiệp Công ty tương ứng

Hàng không

Xe hơi Nước giải khát Vật liệu xây dựng Ximăng

Hóa chất Vải

Xà phòng, mỹ phẩm

…

Vietnam airline, Jetstar…

Toyota, Honda, Trường Hải Auto… Coca-cola, Pepsi-cola, Tribeco…

Công ty thép Miền Nam, Thép Zamil Công ty ximăng Sao Mai, Hà Tiên Nippon…

Công ty May Việt Tiến, May Nhà Bè … Proctor & Gambles, Unilever…

1.1

Bảng 1.1

Các ngành liên quan

đến công nghiệp cơ

bản

Bảng 1.2

Các công ty sản xuất

công nghiệp

Chúng ta có thể chia sản xuất công nghiệp thành hai dạng là sản xuất công nghiệp và xử lý công nghiệp

1 Sản xuất công nghiệp: sản xuất sản phẩm rời rạc, riêng lẻ như xe hơi, TV, máy tính, máy móc thiết bị hoặc linh kiện nhằm lắp ráp thành những sản phẩm rời rạc

2 Công nghiệp xử lý: sản xuất theo quá trình xử lý như hóa chất, nhựa, dầu khí, chế biến thực phẩm, mỹ phẩm, sắt thép, ximăng…

Để phân loại công ty người ta phân thành 3 lớp công ty sản xuất như sau:

a Công ty sản xuất cơ bản: Thường sơ chế nguyên vật liệu thô từ thiên nhiên thành nguyên vật liệu dùng cho một số ngành công nghiệp khác Ví dụ: về thép, công ty sơ chế từ quặng sắt thành phôi nguyên liệu cho một số công ty thép

b Công ty sản xuất: Thường gia công, chuyển đổi nguyên liệu thô thành bán thành phẩm cho một số ngành công nghiệp khác, hoặc sản phẩm phục vụ đời sống Ví dụ: thép phôi sẽ được gia công thành thép dây trong xây dựng hoặc thép chế tạo dùng trong công nghiệp chế tạo xe

c Công ty lắp ráp: Thường sản xuất và lắp ráp sản phẩm sau cùng phục vụ đời sống Ví dụ: xe hơi, máy công cụ…

CHỨC NĂNG CỦA SẢN XUẤT

Bất kỳ dạng sản xuất nào cũng bao gồm một số chức năng cơ bản từ việc chuyển đổi nguyên vật liệu đầu vào đến thành phẩm sau cùng, cụ thể như sau:

1 Gia công, xử lý

2 Lắp ráp

3 Dự trữ và cung cấp nguyên vật liệu

4 Kiểm tra và sửa chữa

5 Kiểm soát quá trình

Trong đó:

- Chức năng 1, 2 là hai chức năng làm gia tăng giá trị của sản phẩm

- Chức năng 3, 4 phải được thực hiện trong quá trình sản xuất nhưng lại không làm gia tăng giá trị sản phẩm trực tiếp

1.2

Chức năng của sản xuất được thể hiện trong sơ đồ

1 Quá trình gia công Bao gồm những bước biến đổi bán thành phẩm qua từng giai đoạn

Trong quá trình này không có nguyên vật liệu hay chi tiết nào được lắp ráp Nó bao gồm một quá trình như thay đổi hình dáng, trạng thái, gia công cơ… Quá trình gia công có thể được chia thành một số bước sau:

a Gia công cơ bản: Gia công ban đầu từ nguyên vật liệu thô ra hình dáng ban đầu của sản phẩm

b Gia công chuyên: Gia công những phần cụ thể của sản phẩm

c Gia công cơ lý tính: Làm gia tăng cơ tính của vật liệu mà không làm thay đổi hình dạng của sản phẩm

d Gia công hoàn chỉnh: Giai đoạn gia công sau cùng để hoàn chỉnh sản phẩm

2 Quá trình lắp ráp:

Lắp ráp hoặc kết hợp hai hay nhiều chi tiết đã qua gia công lại với nhau thành sản phẩm sau cùng Thông thường quá trình lắp ráp theo sau quá trình gia công

3 Dự trữ và cung cấp nguyên vật liệu:

Là quá trình dự trữ nguyên vật liệu cho sản xuất gia công và cung cấp bán thành phẩm cho những công đoạn tiếp theo của quá trình sản xuất

4 Kiểm tra và sửa chữa

Là một phần của quá trình kiểm tra chất lượng sản phẩm và bán thành phẩm trong quá trình gia công và lắp ráp, thông thường là kiểm tra sản phẩm sau cùng trước khi xuất xưởng

1 – Gia công, xử lý 2- Lắp ráp

3 – Dự trữ và cung cấp nguyên liệu

4 – Kiểm tra và sửa chữa

Thành phẩm

Kiểm soát quá trình

Nguyên vật liệu

Hình 1.1

Chức năng của sản

xuất

5 Kiểm soát

Là nhiệm vụ của các cấp quản lý Việc kiểm soát ở cấp độ dây chuyền sản xuất liên quan đến việc đạt được mục tiêu năng suất cụ thể Kiểm soát ở cấp độ phân xưởng liên quan đến hiệu quả sử dụng lao động, bảo trì thiết bị, di chuyển nguyên vật liệu, đóng gói, xuất hàng, và việc giữ cho chi phí ở mức thấp nhất có thể được

XỬ LÝ THÔNG TIN TRONG SẢN XUẤT

Trong nhiều công ty hiện nay họ phải tự tổ chức để quán xuyến năm chức năng của sản xuất Rất nhiều xí nghiệp sản xuất hàng trăm loại sản phẩm khác nhau, mỗi sản phẩm bao gồm nhiều chi tiết nên công việc có thể sẽ rất lớn từ tổ chức, triển khai sản xuất cho đến giao hàng và thanh lý hợp đồng Như vậy, bài toán ở đây là việc xử lý thông tin

Hình 1.2 thể hiện chu kỳ xử lý thông tin trong nhà máy và nhà máy giữ vai trò trung tâm

Thông tin trong sản xuất có thể bao gồm 4 chức năng sau:

1.3

Hình 1.2

Chu kỳ xử lý thông

tin trong nhà máy

1- Chức năng kinh doanh

Là việc trao đổi thương thảo với khách hàng Đây là công việc bắt đầu và kết thúc chu kỳ xử lý thông tin Chức năng này được sự tham gia cỏa một số bộ phận như bán hàng, tiếp thị, dự báo bán hàng, nhận đơn hàng, kế toán, thu tiền…

Một đơn hàng thường xuất phát từ phòng tiếp thị hoặc phòng kinh doanh, và đơn hàng có thể là một trong ba dạng sau:

a- Đơn hàng cho một yêu cầu cụ thể của khách hàng b- Đơn hàng mua sản phẩm đã sản xuất sẵn

c- Đơn hàng theo yêu cầu dự báo

2 Thiết kế sản phẩm

Nếu việc sản xuất sản phẩm theo thiết kế của khách hàng thì công ty

sẽ không tham gia vào quá trình thiết kê mà chỉ tư vấn sao cho chế tạo thuận lợi nhất có thể được Thông thường, việc thiết kế trong sản xuất công nghiệp là do công ty tự đảm nhiệm, chu kỳ thiết kế là từ khi sản phẩm được thiết kế cho đến khi sản phẩm đến bộ phân tiếp thị và bán hàng

Các bộ phận liên quan đến việc thiết kế trong công ty gồm: nghiên cứu và phát triển, thiết kế kỹ thuật, mẫu thử, và phòng tạo mẫu

Việc thiết kế bao gồm một số văn bản sau: bản vẽ thiết kế chi tiết, đặc tính và yêu cầu nguyên vật liệu cấu thành

3 Kế hoạch sản xuất

Văn bản liên quan đến việc hoạch định và triển khai sản xuất từ thiết

kế ban đầu, quy trình công nghệ và triển khai…

Công việc trong hoạch định sản xuất bao gồm: quy trình công nghệ, bảng điều độ sản xuất chính, hoạch định nhu cầu, hoạch định về năng suất…

4 Kiểm soát sản xuất

Liên quan đến quản lý điều hành và kiểm tra giám sát công việc, thực hiện triển khai sản xuất

Một số chức năng kiểm soát như: kiểm tra việc triển khai, tiến trình sản xuất, mặt bằng thiết bị, kiểm tra tồn kho, kiểm tra chất lượng và hầu hết các hoạt động liên quan đến sản xuất vận hành

MỘT SỐ THÔNG SỐ TRONG HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Trong sản xuất người ta thường dùng một số khái niệm định lượng dùng để đánh giá hệ thống sản xuất, cụ thể như sau:

1.4.1 THỜI GIAN SẢN XUẤT

Trong hệ thống sản xuất bất kỳ, quá trình ra đời một sản phẩm thường qua một số bước công việc như gia công xử lý, lắp ráp từng cụm và lắp ráp thành phẩm Nó bao gồm một số công đoạn như: cấp vật liệu, dự trữ, gia công chế tạo, lắp ráp, kiểm tra sửa chữa và những hoạt động phi sản xuất khác

Chúng ta chia hoạt động trong quá trình sản xuất (QTSX) thành hai phần chính:

- Hoạt động sản xuất

- Hoạt động phi sản xuất

Hoạt động sản xuất (trực tiếp), được thực hiện bởi máy móc, công nhân, và đặt Ts là thời gian hoạt động sản xuất mỗi chi tiết tại máy hay trạm làm việc

Hoạt động phi sản xuất (gián tiếp), bao gồm cấp nguyên vật liệu, dự trữ, kiểm tra và tất cả các nguyên nhân gây trì hoãn, và đặt Tf là thời gian cho các hoạt động phi sản xuất

1.4

Như vậy, thời gian sản xuất được tính bao gồm tổng tất cả thời gian nêu trên tại mỗi máy/trạm làm việc:

Tsx = ∑(𝑇𝑐 + 𝑄 𝑇𝑠+ 𝑇𝑓)

𝑛

Trong đó: i – trật tự máy móc trong dây chuyền sản xuất

n – số máy độc lập (trạm làm việc) trong dây chuyền mà sản phẩm phải đi qua

Q – số lượng sản phẩm mỗi lô; Tc – thời gian chuẩn bị/ cài đặt

Trường hợp đặc biệt, nếu tất cả các thời gian thành phần tại mỗi trạm làm việc là tương đương nhau, chúng ta có:

T sx = n(T c + Q.T s + T f )

Đối với trường hợp sản xuất đơn chiếc (Q = 1) thì (1.2) có thể viết lại dưới dạng:

T sx = n(T c + T s + T f )

Đối với trường hợp sản xuất khối lớn thì Q rất lớn, khi đó Q.Ts rất lớn và lấn áp tất cả các yếu tố thời gian khác Đặc biệt, trong trường hợp sản xuất ổn định (chỉ có một trạm làm việc) khi đó thời gian sản xuất tương đương là:

T sx = Q.T s hay T sx = T s (đối với từng sản phẩm)

Tuy nhiên, nếu thời gian gia công QTs không quá lớn so với thời gian chuẩn bị, khi đó chúng ta có thể phải cộng thêm thời gian chuẩn

bị này vào Ví dụ, thời gian chuẩn bị là 20 giờ, thời gian gia công đối với loạt sản phẩm là 50 giờ, lúc này chúng ta không thể bỏ qua 20 giờ chuẩn bị

Đối với trường hợp dây chuyền sản xuất khối lớn theo dòng gồm n trạm làm việc độc lập, khi đó thời gian phi sản xuất chủ yếu là thời

gian di chuyển bán thành phẩm và thời gian cài đặt, chuẩn bị có thể bỏ qua, thời gian sản xuất bằng thời gian sản xuất ở trạm lâu nhât Đây là thời gian sản xuất của một đơn vị sản phẩm, như vậy khi tính cho nhiều sản phẩm thì ta nhân thời gian này với số lượng sản phẩm

Q cần sản xuất

T sx = Q[T d +Max( T s ) i ]

Đối với từng sản phẩm, thời gian sản phẩm lưu trong dây chuyền (đi

từ đầu đến cuối dây chuyền) qua n trạm độc lập được xác định như

sau:

T sx = n[T d +Max( T s ) i ]

Ví dụ 1.1 Một lô gồm 50 sản phẩm (SP) được sản xuất qua 8 trạm

làm việc trong phân xưởng Thời gian cài đặt trung bình (chuẩn bị) cho mỗi trạm là 3 giờ, thời gian sản xuất trung bình 6 phút/1sp/1 trạm Thời gian phi sản xuất trung bình 7 giờ/1 trạm Hỏi sau bao nhiêu ngày thì lô hàng được sản xuất xong? Biết rằng mỗi ngày thời gian sản xuất 1 ca là 7 giờ

Giải: Thời gian sản xuất được xác định theo phương trình (1.2)

Tsx = 8(3 + 50x0.1 + 7) = 120 giờ

Số ngày cần thiết là: 120

7 = 17,14 ngày

1.4.2 NĂNG SUẤT

Năng suất của 1 QTSX hay lắp ráp thường được tính theo giờ hay nói cách khác số đơn vị sản phẩm được sản xuất mỗi giờ và được ký

hiệu R p

Đối với sản xuất theo lô từ phương trình (1.2), nếu thời gian gia công tại mỗi trạm là giống nhau, và không xét thời gian phi sản xuất,

ta có thời gian sản xuất trung bình mỗi lô tại mỗi máy (trạm làm việc) là T1

𝑛 =

𝑇𝑠𝑥

𝑛 = TTB = Tc + Q.Ts Trong trường hợp tổng thời gian giữa các trạm (thời gian sản xuất mỗi máy khác nhau), khi đó ta xét năng suất riêng tại từng trạm Giả

sử tại trạm thứ k như sau:

Tl, k = Tc, k + Q.Ts,k

Giả sử tỉ lệ sản phẩm hỏng là q thì sản lượng thực tế là : 𝑄

1−𝑞

𝑇1

𝑛 = Tc +

𝑄 1−𝑞.Ts

Thời gian sản xuất trung bình của 1 đơn vị sản phẩm đối với một máy bất kỳ:

Tp = 𝑇1 𝑛.𝑄 Vậy năng suất của một máy bất kỳ:

Rp = 1

𝑇𝑝 = 𝑛.𝑄

𝑇1 Đối với sản xuất đơn chiếc (Q = 1), thời gian sản xuất là:

Tp = Tc + Ts

Đối với sản xuất khối lớn theo sản lượng, năng suất bằng tỉ số chu

kỳ máy (đúng bằng thời gian sản xuất Ts) bởi vì thời gian chuẩn bị nhỏ hơn rất nhiều so với thời gian sản xuất có thể được bỏ qua, nên:

Rp = 1

𝑇𝑠 Đối với sản xuất khối lớn dạng dây chuyền, thời gian sản xuất gần bằng thời gian chu kỳ của dây chuyền [Td + max(Ts)i]

Thành phần của thời gian gia công tại trạm bất kỳ: thời gian này bao gồm ba phần cơ bản đó là:

- Thời gian gia công thực sự Tm

- Thời gian đưa bán thành phẩm vào và lấy bán thành phẩm ra sau gia công của từng chi tiết (thời gian chuẩn bị cho từng sản phẩm) Th

- Thời gian lắp dụng cụ, đồ gá Tt Như vậy tổng thời gian tại mỗi trạm là:

Ts = Tm + Th + Tt

1.4.3 CÔNG SUẤT

Thuật ngữ công suất hay công suất sản xuất dùng để chỉ tỉ lệ lớn nhất thành phẩm của phân xưởng đó hay một thiết bị nào đó Thông

số vận hành là số ca làm việc trong ngày, số ngày làm việc trong tuần, số lượng công nhân…

Thông thường công suất sản xuất được đo theo đơn vị sản lượng đầu

ra như tấn thép được sản xuất, số xe hơi xuất xưởng, số lít dầu thô được tinh chế… đối với dạng sản xuất nhỏ thì có thể dùng giờ lao động hoặc giờ máy

Để xác định công suất, chúng ta phải xác định chúng tùy thuộc vào

mô hình sản xuất Nếu đặt công suất phân xưởng là CS, thì CS được tính theo số lượng thành phẩm trong một đơn vị thời gian (ngày, tuần, tháng…)

CS = W.S.H.Rp

Trong đó: W – số trạm làm việc (số máy trong phân xưởng), một trạm làm việc có thể có một công nhân/ một máy, hoặc máy tự động không có công nhân…

Rp – năng suất tính theo giờ; H – số giờ làm việc mỗi ca

S – số ca làm việc trong đơn vị thời gian

Ví dụ 1.2 Trong một phân xưởng có 6 máy tiện cùng sản xuất một loại sản phẩm, phân xưởng sản xuất 10 ca một tuần, thời gian thực cho sản xuất một ca là 6.4 giờ, năng suất trung bình 17 sản phẩm một giờ Hãy xác định công suất của phân xưởng sản xuất hàng tuần?

CS = 6 x 10 x 6.4 x 17 = 6528 SP/ tuần

Nếu chúng ta giả sử sản phẩm đi qua N máy (dây chuyền bao gồm N máy) trong quá trình sản xuất thì công suất được tính như sau:

𝐶𝑆 = 𝑊 𝑆 𝐻 𝑅𝑝

𝑁 Như vậy từ công thức trên ta thấy rằng tỷ số (W/N) chính là số dây chuyền sản xuất trong phân xưởng

Nếu chúng ta thay thế CS bằng nhu cầu hàng tuần D thì chúng ta có công thức sau:

𝑊 𝑆 𝐻 =𝐷 𝑁

𝑅𝑝 Công thức này thể hiện 3 thành tố quyết định đến việc tăng hay giảm công suất sản xuất

Trong trường hợp nhiều sản phẩm thì vế phải của công thức (1.11) là tổng của tất cả nhu cầu thành phần nhân cho số máy và chia cho năng suất

Ví dụ 1.3 3 sản phẩm được sản xuất tại trạm làm việc giống nhau,

dữ liệu quá khứ được cho trong bảng sau:

Sản phẩm Nhu cầu hàng tuần Năng suất (SP/giờ)

1

2

3

600

1000

2200

10

20

40