Thiết kế mặt bằng sử dụng kỹ thuật mô phỏng và kỹ thuật tối ưu hóa

Bất chấp sự đa dạng cách bố trí để có được một mặt bằng như thế nào đi nữa, thì với sự cạnh tranh ngày càng cao thì các cơ sở sản xuất cũng đòi hỏi việc phải thiết kế một mặt bằng nhà má

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THỊ HỒNG NGÂN

THIẾT KẾ MẶT BẰNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT MÔ

PHỎNG VÀ KỸ THUẬT TỐI ƯU HÓA

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2010

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ , tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ , tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ , tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ , tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 ………

2 .………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

KHOA : CƠ KHÍ BỘ MÔN: KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN : NGUYỄN THỊ HỒNG NGÂN MSHV : 02708264 NGÀNH : KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP LỚP: Cao học K2008 1 Đầu đề luận án: THIẾT KẾ MẶT BẰNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT MÔ PHỎNG VÀ KỸ THUẬT TỐI ƯU HOÁ 2 Nhiệm vụ: - Nghiên cứu mặt bằng nhà máy hiện tại và quy trình sản xuất tại công ty TNHH KYOSHIN Việt Nam - Tìm hiểu các lý thuyết về thiết kế mặt bằng, cải tiến và tối ưu hóa mặt bằng như giải Xây dựng mô hình mặt bằng nhà máy hiện trạng - Thu thập số liệu để đánh giá mô hình mặt bằng hiện tại - Ứng dụng các kỹ thuật mặt bằng và lý thuyết tối ưu để giải quyết vấn đề mặt bằng nhà máy - So sánh, đánh giá và ra quyết định lựa chọn phương án - Phân tích kết quả, kết luận và kiến nghị 3 Ngày giao nhiệm vụ luận án : 23/01/2010 4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 02/07/2010 5 Họ tên người hướng dẫn : PGS.Ts Hồ Thanh Phong Phần hướng dẫn: 100% Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn Ngày ………… Tháng ………… Năm …………

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) GVC.ThS NGUYỄN NHƯ PHONG PGS.Ts HỒ THANH PHONG PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:………

Ngày bảo vệ:………

Điểm tổng kết:………

Nơi lưu trữ luận án:………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

Sau hai năm học ở Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, em được sự dạy bảo và hướng dẫn tận tình của các thầy cô Thầy cô không những truyền đạt những kiến thức bổ ích của chương trình mà còn dạy cả cách sống và cách làm người

Em chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô của Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM, mà nhất là quý thầy cô bộ môn kỹ thuật hệ thống công nghiệp đã truyền đạt cho

em những kiến thức và kinh nghiệm trong học tập

Em rất lấy làm vinh hạnh và chân thành biết ơn vì được sự hướng dẫn của PGS

TS Hồ Thanh Phong Thầy đã bỏ thời gian, công sức quý báu của mình để truyền đạt kiến thức, hướng dẫn và đôn đốc cho em hoàn thành tốt luận văn này

Em chân thành cảm ơn đến ban giám đốc công ty TNHH Kyoshin và toàn thể anh chị cán bộ, công nhân viên công ty đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được tham quan, tìm hiểu thực tế sản xuất và thu thập số liệu của công ty

Con xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ và các em, gia đình đã dạy bảo và dành cho con những điều kiện tốt nhất để cho con có kết quả ngày hôm nay

Và cuối cùng tôi không thể quên các anh chị, bạn bè xung quanh đã quan tâm, hỗ trợ cho tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này

Người thực hiện Nguyễn Thị Hồng Ngân

Ta thấy rằng, bài toán mặt bằng xảy ra dưới nhiều hình thức và có ảnh hưởng đáng

kể đến toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy Bất chấp sự đa dạng cách bố trí để có được một mặt bằng như thế nào đi nữa, thì với sự cạnh tranh ngày càng cao thì các cơ sở sản xuất cũng đòi hỏi việc phải thiết kế một mặt bằng nhà máy sao cho sự di chuyển một cách dễ dàng giữa các bộ phận với nhau Không những thế mà còn phải bố trí máy móc thiết bị sao cho thỏa mãn mục tiêu chính là cực tiểu vốn đầu tư, thời gian sản xuất, không gian, chi phí vận chuyển…

Đề tài sẽ bố trí mặt bằng nhà máy bằng phương pháp truyền thống SLP và ứng dụng những số liệu thực tế của nhà máy vào phần mềm ứng dụng Microsoft Office Excel Add- in để tìm một mô hình tối ưu nhằm giảm thiểu tổng thời gian di chuyển trong hệ thống và tăng mức độ hữu dụng trong việc di chuyển giữa các bộ phận nhà máy

Đề mục Trang

Lời cảm ơn i

Tóm tắt luận văn ii

Mục lục iii

Phụ lục các bản biểu và hình vẽ iv

Bảng các từ viết tắt sử dụng trong luận văn v

Chương 1: Giới thiệu 1

1.1 Lý do hình thành đề tài 1

1.2 Đặt vấn đề 1

1.3 Mục tiêu đề tài 2

1.4 Nội dung thực hiện 2

1.5 Giới hạn và phạm vi của đề tài 2

Chương 2: Các nghiên cứu liên quan 3

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu 8

3.1 Tổng quan về mặt bằng 8

3.2 Quá trình thiết kế bài toán mặt bằng 9

3.3 Phương pháp hoạch định mặt bằng có hệ thống 9

3.4 Các phương pháp xây dựng mặt bằng 10

3.4.1 Giải thuật xây dựng 10

3.4.2 Giải thuật TOOWAYX 11

3.5 Lý thuyết mô phỏng 11

3.5.1 Giới thiệu mô phỏng 11

3.5.2 Các bước thực hiện mô phỏng 12

3.6 Mục tiêu đặt ra cho bài toán 14

3.6.1 Bài toán cực tiểu tổng khoảng cách rectilinear 14

3.6.2 Cực đại tổng điểm quan hệ gần kề của mặt bằng 19

Chương 4: Áp dụng vào công ty Kyoshin Việt Nam 21

4.1 Giới thiệu công ty 21

4.1.1 Vài nét về công ty 21

4.1.2 Tiểu sử công ty 21

4.1.3 Nhân sự 21

4.1.4 Sản phẩm của công ty 22

4.2 Áp dụng ở nhà máy 22

4.2.1 Thu thập số liệu 22

4.2.2 Quy trình sản xuất của các sản phẩm chính 23

4.2.3 Quy trình sản xuất chi tiết tại các bộ phận 24

4.2.4 Quãng đường di chuyển 25

4.2.5 Ma trận quan hệ gần kề 26

4.3 Mô phỏng mô hình bởi phần mềm Arena 28

Chương 5: Kết luận và kiến nghị 33

5.1 Kết luận 33

5.2 Kiến nghị 33

PHỤ LỤC

Các bảng biểu và hình vẽ: Trang

Hình 3.1: Thông tin liên kết giữa sản phẩm, quá trình, tiến độ và thiết kế mặt

bằng 8

Hình 3.2: Qui trình lập kế hoạch mặt bằng có hệ thống 9

Hình 3.3: Định nghĩa các mức độ kế cận trong biểu đồ quan hệ 10

Hình 3.4 Sơ đồ quan hệ hoạt động 11

Hình 3.5 Các bước thực hiện mô phỏng 14

Hình 3.6 Biểu diễn tọa độ và kích thước của một cặp đối tượng trong mặt phẳng tọa độ OXY 16

Hình 3.7 Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tương đối của hai đối tượng theo phương X 17

Hình 3.8 Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tương đối của hai đối tượng theo phương Y 17

Hình 3.9 Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tọa độ tâm đối tượng so với biên ô mặt bằng theo phương X 18

Hình 3.10 Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tọa độ tâm đối tượng so với biên ô mặt bằng theo phương Y 19

Bảng 3.11 Bảng giá trị các quan hệ gần kề và ý nghĩa của quan hệ 20

Bảng 4.1 Bảng kế hoạch sản xuất tháng 3/ 2010 23

Hình 4.2 Quy trình sản xuất tại tổ Mold 24

Hình 4.3 Quy trình sản xuất ở tổ Press 25

Bảng 4.4 Quãng đường di chuyển 25

Hình 4.5 Biểu đồ thể hiện các phương án đã tính 28 Bảng các thông số kỹ thuật máy dập KVC A-1 Bảng các thông số máy ép KVC A-3

BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

CRAFT: Computerize Relative Allocation Facilities Technique

CN: Cơng nghiệp

DPLP : Dynamic Plant Layout Problem

DSS: Decision Support System

FMS: Flexible Manufacturing System

KCX: Khu Chế Xuất

SLP: Systematic Layout Planning

STS: Slice Tree System

TNHH: Trách Nhiệm Hữu Hạn

VB: Visual Basic

Chương 1 Giới thiệu

1.1 Lý do hình thành đề tài:

Trước tình hình hiện tại việc sản xuất của công ty đang tiến triển tốt, trong đó công đoạn di chuyển nguyên vật liệu, bán phẩm, thành phẩm giữa các máy móc cũng như các bộ phận trong xưởng sản xuất của nhà máy Với lý do đó công ty đang cần có một mặt bằng được thiết kế tốt hơn mặt bằng hiện tại về việc giảm tổng quãng đường di chuyển được và cũng thoả mãn mối quan hệ giữa các bộ phận tốt nhất

Với yêu cầu đặt ra như vậy để có được một mặt bằng đáp ứng được những yêu cầu

đó thì với sự cạnh tranh ngày càng cao thì các cơ sở sản xuất cũng đòi hỏi việc phải thiết kế,

bố trí các máy móc cũng như các máy móc để có một mặt bằng nhà máy sao cho sự di chuyển một cách dễ dàng giữa các bộ phận với nhau Không những thế mà còn phải bố trí máy móc thiết bị sao cho thỏa mãn mục tiêu chính là cực tiểu vốn đầu tư, thời gian sản xuất, không gian, chi phí vận chuyển…

Xuất phát từ những vấn đề trên, đề tài được chọn trong Luận văn này là: “Thiết kế mặt bằng sử dụng kỹ thuật mô phỏng và kỹ thuật tối ưu hoá” với mong mỏi được áp dụng các kiến thức và những lí thuyết đã được tiếp thu trong quá trình học tập ở giảng đường vào thực tế của nhà máy nhằm góp phần rèn luyện kỹ năng thực tế cho các công việc sau này

1.2 Đặt vấn đề:

Như ta đã biết, với tình hình thị trường hiện nay cạnh tranh rất khốc liệt việc đáp ứng hàng hóa các đơn hàng đúng thời gian quy định cũng là một vấn đề cấp thiết mà các công ty, các tổ chức đều quan tâm Nhiệm vụ đặt ra là ta phải sắp xếp và bố trí con người và trang thiết bị làm sao có được một môi trường làm việc đơn giản và dễ dàng nhất Vì vậy muốn tăng năng suất cũng đồng nghĩa với việc tăng lợi nhuận của công ty ta phải bố trí các máy móc cũng như các bộ phận như thế nào? Và mặt bằng ta thiết kế đó đã tốt nhất hay chưa?

Và với sự phát triển ngày càng cao của công nghệ thông tin, ta có thể mô phỏng những hoạt động của một nhà máy tương ứng với mỗi phương án bố trí máy hay các phòng ban thông qua những thông tin và số liệu thực tế Vì thế, để có một phương án bố trí tốt nhất

ta nhờ vào sự hỗ trợ của máy tính xử lý và phân tích Từ đó nó sẽ tự động đưa ra một lời

giải tốt nhất bằng cách lai ghép và phân tích loại bỏ những cá thể xấu để có được mặt bằng đúng với yêu cầu của nhà máy

1.3 Mục tiêu đề tài:

Ứng dụng lý thuyết mặt bằng và kỹ thuật mô phỏng vào một quá trình sản xuất để tìm một mô hình mặt bằng tối ưu nhằm giảm thiểu tổng thời gian di chuyển trong hệ thống

và tăng mức độ hữu dụng trong việc di chuyển giữa các bộ phận cũng như các máy

1.4 Nội dung thực hiện:

Đề tài sẽ tiếp cận bài toán theo phương pháp truyền thống SLP:

 Xây dựng mô hình bố trí mặt bằng theo phương án truyền thống

 Tìm hiểu về mô hình mô phỏng trong sản xuất

 Xây dựng công cụ hổ trợ phân tích tính toán

 Thành lập mô hình mặt bằng theo các phương án khác nhau

 Đánh giá, lựa chọn giữa các mô hình thông qua một số công cụ hỗ trợ

 Ứng dụng mô hình vào một bài toán thực tiễn

 Phân tích các kết quả đạt được

 Kết luận

1.5 Giới hạn và phạm vi của đề tài:

Trong thực tế mỗi một cơ sở sản xuất nào cũng đặt ra nhiều mục tiêu như: cực tiểu vốn đầu tư thiết bị, cực tiểu toàn bộ thời gian sản xuất, tận dụng hiệu quả không gian hiện có, tạo điều kiện thuận lợi, an toàn, thoải mái cho công nhân, duy trì tính linh hoạt trong bố trí và điều hành, cực tiểu chi phí vận chuyển vật liệu, giảm thiểu những thay đổi trong kiểu dáng thiết bị vận chuyển vật liệu, làm dễ dàng cho quá trình sản xuất, làm dễ dàng cho cấu trúc của tổ chức Nhưng ở đây ta chỉ quan tâm đến việc bố trí các bộ phận cũng như các máy sao cho cực tiểu tổng thời gian di chuyển và cực đại các mối quan hệ gần kề

Với việc có nhiều công cụ để tìm ra được phương án tối ưu, vì thời gian có hạn trong đề tài này chưa lập trình để chạy tự động được nên phải nhờ một chương trình hổ trợ giúp cho việc giải quyết một số công việc đặt ra

Bài toán chỉ chọn ra những kết quả trong mặt bằng có ít bộ phận, để áp dụng những mặt bằng có nhiều bộ phận thì phải dùng những công cụ khác để bài toán tối ưu hơn

CHƯƠNG 2:

CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

1 Bài báo: “ A Genetic Algorithm For Facility Layout Design In Flexible

Manufauctring Systems”._ “ Dùng giải thuật di truyền cho bài toán mặt bằng trong sản

xuất linh hoạt”

Tác giả: Maheswaran Rajasekharan, Brett A Peters, Taho Yang

Dept Of Industrial Engineering, Texas A & M University

Vấn đề sử dụng phương pháp tối ưu hoá với các giải thuật tìm kiếm cục bộ (NP- hard ) cũng như giải thuật di truyền cho bài toán thiết kế mặt bằng hệ thống sản xuất linh

hoạt ( FMS- Flexible manufacturing Systems) đã được giới thiệu bởi các tác giả:

Maheswaran Rajasekharan, Brett A Peters, Taho Yang, năm 1996

Trong đó nổi bậc bởi:

 Vấn đề mặt bằng trong hệ thống sản xuất linh hoạt ở đây là xác định vị trí giữa các ô sao cho chi phí của dòng vật liệu là nhỏ nhất Việc thiết kế này sẽ kết hợp không gian của mỗi ô và vị trí ngang hoặc dọc của mỗi ô cũng khác nhau

 Ngoài các cách bố trí mặt bằng truyền thống, ở đây tác giả thêm vào điều kiện hình dạng của các ô và phải xác định được vị trí điểm bốc dở vật liệu

 Dùng phương pháp lai ghép để tìm ra một mặt bằng được bố trí tối ưu nhất

 Kết hợp các phương trình của quy hoạch nguyên để tiếp cận và tìm ra hướng giải quyết trong bài báo này Dùng NP-hard để giải bài toán không gian và dùng giải thuật di truyền để phân tích và kiểm nghiệm lại kết quả

 Hiệu quả của vấn đề mặt bằng chi phí sản xuất, chi phí tồn kho và mức tồn kho

=> Bởi vì NP-hard giải quyết vấn đề không gian, giải thuật di truyền tìm kiếm không gian của nhiều bộ phận phức tạp Do đó với phương pháp này sẽ giải quyết hiệu quả về tổng quan của mặt bằng nhà máy trong sản xuất linh hoạt

2 Bài báo: “ Plant Layout Design With Simulation” – “ Sử dụng mô phỏng

trong thiết kết mặt bằng”

Tác giả: Uttapol Smutkupt, and Sakapoj Wimonkasame, The Industrial Engineering

Department, Faculty Of Engineering, Chiang Mai University, Thailand

Việc dùng kỹ thuật mô phỏng bởi các phần mềm ứng dụng để tạo ra phương án tối

ưu cho việc thiết kế mặt bằng được trình bày bởi các tác giả: Uttapol Smutkupt, Sakapoj

Wimonkasame, năm 2009 Có những đặc điểm cần quan tâm như:

 Trong nhiều điểm đặt cần được nghiên cứu để tìm ra vị trí tốt nhất của vị trí từng bộ phận Ta có tổng diện tích khu vực, số bộ phận, diện tích từng bộ phận, số loại sản phẩm, tốc độ di chuyển…

 Kỹ thuật mô phỏng sẽ hỗ trợ cho việc thiết kế mặt bằng biết được nhiều thông tin như tổng thời gian trong hệ thống, thời gian đợi mức độ hữu dụng

 Nhập các thông số vào Microsoft visual Basic được phát triển trên nền của mô hình CRAFT( Computerize Relative Allocation Facilities Technique) Kế đó kết hợp với phần mềm mô phỏng Arena Cuối cùng kết quả được thể hiện trên giao diện VB (Visual Basic) Việc phân tích, tính toán sẽ cho ta biết tổng chi phí của các trường hợp giả định Sau khi so sánh ta sẽ tìm ra được một mặt bằng mới với chi phí di chuyển là thấp nhất

=> Ở nghiên cứu này chỉ tối ưu một mục tiêu là giảm thiểu chi phí vận chuyển giữa các bộ phận với nhau và ứng dụng nhờ vào máy tính để tính toán một cách tự động sẽ cho ta một kết quả tương đối chính xác hơn Tuy nhiên trong thực tế để có được một mặt bằng sản xuất hiệu quả trong tình hình cạnh tranh hiện nay thì phải giải quyết cùng lúc nhiều mục tiêu như: chi phí di chuyển, mức độ hữu dụng, vốn đầu tư, …

3 Bài báo: “Solving Facility Layout problem using genetic programming” – “Giải

quyết bài toán mặt bằng thiết bị sử dụng giải thuật di truyền”

Tác giả: Jaime Garces – Perez, Dale A.Schoenefeld, Roger L.Wainwright, Khoa Khoa học máy tính và toán học, Đại học Tulsa, Tulsa

Nghiên cứu ứng dụng “ Qui hoạch di truyền” cho bài toán mặt bằng thiết bị được các

tác giả: Jaime Garces – Perez, Dale A.Schoenefeld, Roger L.Wainwright nghiên cứu có

những điểm nổi bậc sau:

 Mặt bằng thiết bị là một tập hợp các khối hình chữ nhật sử dụng cấu trúc cây trượt (STS)

 Ở đây sử dụng qui hoạch di truyền đa mục tiêu để tạo ra cây trượt (slice tree) được biến đổi thành các lời giải ứng viên cho bài toán mặt bằng thiết bị

 Phương pháp “Qui hoạch di truyền” thì tốt hơn các giải thuật di truyền và kỹ thuật ủ kim loại nào trước đó Giải thuật di truyền trước đó sử dụng tối ưu hoá hai giai đoạn Giai đoạn một sử dụng kỹ thuật phân cụm để xác định cấu trúc cây cố định gần tối ưu chính là nhiễm sắc thể trong giải thuật di truyền Giai đoạn hai là tối ưu hoá việc đặt các thiết bị có liên quan đến nhau

 Kỹ thuật qui hoạch di truyền là chiến lược tối ưu hoá toàn cục một giai đoạn và đã cho ra kết quả rất tốt Qui hoạch di truyền là sự mở rộng của giải thuật di truyền mà trong đó các cá thể là các cây biểu thức

 Kết quả nghiên cứu: tìm ra lời giải tối ưu và gần tối ưu cho bài toán mặt bằng thiết bị bằng ứng dụng kỹ thuật “Qui hoạch di truyền” chuẩn cho cấu trúc cây trượt (STS) Và chiến lược qui hoạch di truyền có ích hơn chiến lược giải thuật di truyền

4 Luận văn tiến sĩ: “Integrating Multiobjective Optimization into A simulation

environment: An application in factory layout” – “Tích hợp tối ưu đa mục tiêu vào môi trường mô phỏng”

Tác giả: Hồ Thanh Phong (12/1997), Học viện Công nghệ Á Châu, Bangkok, Thái Lan

Luận văn xây dựng một hệ thống tích hợp tối ưu đa mục tiêu vào môi trường mô

phỏng bởi tác giả Hồ Thanh Phong, 1997 Việc nghiên cứu tập trung vào các mục tiêu: tối

ưu độ linh hoạt, giảm thiểu tổng quãng đường di chuyển và tăng mối quan hệ gần kề

 Vấn đề của bài toán mặt bằng được giải quyết bởi mô hình quy hoạch tuyến tính và giải thuật di truyền

 Sử dụng cách tiếp cận mô phỏng để hiểu hành vi của vấn đề mặt bằng nhà máy, chọn công cụ mô phỏng thích hợp

 Phát triển giải pháp tích hợp sử dụng cả tối ưu hóa đa mục tiêu và mô phỏng để mô tả hành vi của bài toán mặt bằng linh hoạt để đưa ra một thiết kế mặt bằng linh hoạt tốt hơn

 Ứng dụng phương pháp tích hợp vào hệ thống sản xuất thực tế

 Cơ sở lý thuyết ứng dụng:

 Tối ưu hóa phi tuyến đa mục tiêu: Phát ra tập các lời giải không bị trội, Quy hoạch mục tiêu phi tuyến đa mục tiêu (phương pháp đơn hình và phương pháp tìm kiếm trực tiếp)

 Mô phỏng trong hệ thống sản xuất bởi chương trình SIMPLE++

 Tối ưu hóa trong mô phỏng: tối ưu hóa các tham số mô hình jobshop và tối

ưu hóa các cấu trúc mô hình (mặt bằng)

5 Bài báo: “ The Dynamics Of Plant Layout” _ “ Các chức năng của mặt bằng”

Tác giả: Meir J.Rosenblatt, Department of Industrial Engineering and Engineering Management, stanford University, Stanford, California

Mục tiêu nghiên cứu ở đây là thiết kế mặt bằng với 2 mục tiêu là tối ưu và tìm được quy trình để phát triển mặt bằng một cách linh động ( cả số lượng lẫn chất lượng) được

tác giả Meir J.Rosenblatt trình bày ở đây có những điểm đáng quan tâm như sau

 Về mục tiêu số lượng thì giảm thiểu chi phí tồn kho của vật liệu Còn mục tiêu chất lượng là cực đại các mối quan hệ gần kề

 Kỹ thuật làm giảm thiểu chi phí di chuyển của dòng vật liệu bằng cách sử dụng CRAFT, COFAD, ALDEP và CORELAP Để tăng các mối quan hệ gần kề bằng cách dùng CRAFT-3D, SPACECRAFT

=> Từ hướng nghiên cứu này ta có thể phát triển những mặt bằng phức tạp với bộ số liệu ma trận “ From – To” Với mô hình SPLP ( The Static Plant Layout Problem) và DPLP ( The Dynamic Plant Layout Problem) để thiết kế một mặt bằng mới hiệu quả hơn

6 Bài báo: “Decision Support System for Machine Location Optimization” – “Hệ

thống hỗ trợ cho việc tối ưu hoá xác định vị trí đặt máy”

Tác giả: Sean M Dozier, Jesus A Jimenez, Brittany A Wilder, Ingram School of Engineering, Texas State University-San Marcos, USA

Các tác giả: Sean M Dozier, Jesus A Jimenez, Brittany A Wilder đã nghiên cứu và

phát triễn phần mềm hỗ trợ cho việc xác định những vấn đề nổi bậc như sau:

 Bài báo xây dựng một hệ thống thay thế vị trí các máy để có một mô hình có khoản cách di chuyển ngắn nhất, sử dụng ( Visual Basic for Applications_ VBA)

 Hướng nghiên cứu để làm giảm chi phí trong việc duy trì và phát triển các tiêu chuẩn

và tốc độ phát triển của quá trình sản xuất

 Dùng giải thuật di truyền để ứng dụng vào trong DSS ( DSS_ Decision Support System) được thiết kế nhằm giúp cho việc xác định vị trí của các máy) với mục tiêu là làm sao quãng đường di chuyển ngắn nhất và cực đại mối quan hệ giữa các máy

=> Kết quả: Giá trị của mô hình là kết quả của sự hoán vị và sau đó so sánh với các giá trị trong các kết quả trước để đưa ra một mặt bằng tốt nhất Với mặt bằng cố định thì ứng với mỗi trạm làm việc thì dòng vật liệu được đáp ứng hiệu quả sản xuất cao nhất

7 Bài báo: “ A Simulation Approach For New Facility Layout Design” _ “ Thiết kế

mặt bằng mới bằng kỹ thuật mô phỏng”

Tác giả: Arul Joshi, Pei-Fang Tsai, Sarah S Lam, Krishnawami Srihari,

Department Of Systems Science and Industrial Engineering State University Of New York At Binghamton

Để có được một mặt bằng với năng lực sản xuất hiệu quả tốt thì các tác giả: Arul

Joshi, Pei-Fang Tsai, Sarah S Lam, Krishnawami Srihari 2008, đã chia các dây chuyền

sản xuất thành các trạm làm việc ứng với từng chức năng của mặt bằng nhà máy Với hướng nghiên cứu đó có các điểm như sau:

- Bài báo này sử dụng kỹ thuật mô phỏng trong việc thiết kế mặt bằng nhà máy với mục tiêu có được mặt bằng tốt nhất trong khi không gian và sự vận hành bị giới hạn

- Mối quan hệ với vị trí của các máy đã đặt trước đó, kết hợp với thời gian chi tiết, năng lực cực đại của việc phân tích các đường dẫn để giảm chi phí sản suất, với áp lực ngày càng tăng của khách hàng và của các đối thủ cạnh tranh

- Ảnh hưởng của mặt bằng nhà máy đến toàn bộ dòng di chuyển vật liệu của tổ chức

và giảm chi phí sản xuất, thông qua việc dự báo nhu cầu của sản phẩm

- Việc xác định mặt bằng mới được thay thế những mặt bằng cổ điển Mặt bằng mới tốt có thể tối ưu hoá bởi sự đo lường của hiệu quả sản xuất như: số lượng vật liệu được đưa vào quá trình sản xuất, vòng đời và mức độ hữu dụng của nguồn lực

- Sử dụng phần mềm mô phỏng Arena để mô phỏng quá trình sản xuất

CHƯƠNG 3:

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Tổng quan về Mặt bằng:

Thiết kế mặt bằng được chia thành 2 phần lớn:

- Thiết kế mặt bằng mới không bị ràng buộc về không gian diện tích Trường hợp này thường gặp khi xây dựng nhà máy mới, yêu cầu đặt ra là ta biết trước quy trình sản xuất của sản phẩm và tính toán chi phí mặt bằng tối ưu nhất như các chi phí về khoảng cách, khối lượng vận chuyển giữa các nguyên công hay công đoạn sản xuất Về phần thiết kế vị trí cho các phòng ban với nhau, các phòng ban có khối lượng di chuyển qua lại nhiều sẽ được ưu tiên sắp xếp gần nhau để tối ưu chi phí Đặc trưng của loại thiết kế này là ta có thể dễ dàng thay đổi vị trí và diện tích không gian thiết kế để tối ưu kết quả thiết kế

- Thiết kế lại mặt bằng hiện tại dựa vào các ràng buộc về diện tích tổng thể, không gian thiết kế và được chia thành 2 loại là: thiết kế lại toàn bộ mặt bằng hiện tại, và thiết kế cải tiến mặt bằng như khi thêm máy, bớt máy, thay đổi chủng loại sản phẩm …v.v Công việc thiết kế trong trường hợp này bao gồm tính toán xem xét các ràng buộc về không gian

và diện tích mặt bằng tổng thể Nếu là thiết kế thêm hay bớt máy ta phải tính toán khối lượng dịch chuyển và chi phí hoạt động tối ưu nhất

Để đưa ra một mặt bằng hoàn thiện thì phải có sự tích hợp chung với các quá trình khác nhau như: thiết kế sản phẩm, thiết kế lịch trình, thiết kế quá trình thông qua sơ đồ thông tin liên kết:

Thiết

kế điều

Thiết kế mặt bằng

Thiết

kế quá trình

Hình 3.1: Thơng tin liên kết giữa sản phẩm, quá trình, tiến độ và thiết kế mặt bằng

(Nguồn: Richard L Francis, Leon F McGinnis, Jr., John A White, Facility Layout and Location )

3.2 Quá trình thiết kế bài tốn mặt bằng bao gồm các bước sau đây:

 Xác định bài tốn

 Phân tích bài tốn thiết kế

 Tìm kiếm lời giải cho bài tốn mặt bằng

 Chọn lựa các phương án thiết kế

 Đánh giá các phương án thiết kế

 Xác định lời giải

3.3 Phương pháp hoạch định mặt bằng cĩ hệ thống (Systematic Layout Planning _ SLP):

Sơ đồ các bước của việc lập kế hoạch mặt bằng cĩ hệ thống được trình bày trong hình

vẽ phía dưới đây Thủ tục này bao gồm 10 bước thực hiện

NHẬP LIỆU VÀ CÔNG VIỆC

3.Giản đồ quan hệ

6.Giản đồ quan hệ không gian

9.Các phương án về mặt bằng mới

10.Đánh giá phương án

4.Yêu cầu về

Hình 3.2 Qui trình lập kế hoạch mặt bằng có hệ thống

(Nguồn: Richard L Francis, Leon F McGinnis, Jr., John A White, Facility Layout and Location )

Cách tiếp cận hệ thống về bài toán mặt bằng theo phương pháp hoạch định mặt bằng

hệ thống (SLP) của Muther là một phương pháp được sử dụng phổ biến trong thiết kế Nó được áp dụng trong các bài toán về sản xuất, vận tải, lưu trữ…

SLP chỉ bắt đầu khi bài toán đã hình thành

Bước 1  bước 5: liên quan đến quá trình phân tích bài toán

Bước 6  bước 9: đưa ra các phương án mặt bằng, hình thành giai đoạn tìm kiếm của quá trình thiết kế

Bước 10: giai đoạn lựa chọn của quá trình thiết kế

3.4 Các phương pháp xây dựng mặt bằng:

3.4.1 Giải thuật xây dựng:

Xây dựng ma trận from-to về mối quan hệ mức độ quan trọng giữa các máy có các mức sau:

X Không được gần nhau -10000

Bảng 3.3 Định nghĩa các mức độ kế cận trong biểu đồ quan hệ

Các máy, các bộ phận có tổng điểm mức quan hệ lớn nhất ( nhiều quan hệ loại A) sẽ được xếp đầu tiên Các bộ phận nào có tổng điểm mức quan hệ nhỏ ( nhiều quan hệ X) sẽ

được xếp cuối cùng Lần lược xác định thứ tự cho các máy mà có tổng điểm quan hệ lớn kế tiếp

O A

Hình 3.4 Sơ đồ quan hệ hoạt động

(Nguồn: Richard L Francis, Leon F McGinnis, Jr., John A White, Facility Layout and Location )

3.4.2 Giải thuật TOOWAYX:

Từ ma trận from-to về lượng di chuyển và khoản cách di chuyển giữa các bộ phận (khoảng cách ngang dọc được tính từ tâm bộ phận này đến tâm bộ phận khác) Hàm mục tiêu bằng tổng các khoản cách nhân với số lần di chuyển Sau đó ta chọn ra 2 cặp để hoán đổi ( ta chi chuyển các cặp gần kề nhau hay có cùng diện tích) để tìm ra mặt bằng nào có giá trị hàm mục tiêu nhỏ nhất

3.5 Lý thuyết mô phỏng

3.5.1 Giới thiệu mô phỏng

Mô phỏng là bắt chước một sự chọn lựa các phương pháp nào đó và sự ứng dụng của

nó dùng để bắt chước các ứng xử của hệ thống thực, thường trên máy vi tính với một phần mềm thích hợp

Mục đích của mô phỏng là mô hình hóa hệ thống thực, thường sử dụng ứng dụng trên máy vi tính với một phần mềm thích hợp, để thực hiện phân tích và đánh giá các phương pháp nào đó tác động lên hệ thống thực thông qua mô hình thực hiện trên máy tính

Các ứng dụng của mô phỏng:

 Phân xưởng chế tạo gồm các máy, con người, thiết bị vận chuyển, băng tải, kho chứa

3.5.2 Các bước thực hiện mô phỏng

Thiết lập bài toán và kế hoạch nghiên cứu: mọi nghiên cứu mô phỏng đều phải bắt

đầu với phát biểu mục tiêu nghiên cứu cuối cùng rõ ràng và các vấn đề cụ thể Phương án thiết kế hệ thống cho nghiên cứu phải được vạch rõ nếu có thể và các tiêu chuẩn cho việc xác định hiệu quả của phương án cần cho trước Cần phải lên kế hoạch về nhân lực, chi phí, thời gian cần cho mỗi khía cạnh nghiên cứu

Thu thập dữ liệu và xác định mô hình: nếu là hệ thống có sẵn thì nên thu thập các

thông tin, dữ liệu liên quan và nên xác định thủ tục hoạt động, cũng như phân bố xác suất cho biến ngẫu nhiên dùng trong mô hình Xây dựng mô hình vật lý, toán học cho hệ thống thực

Hợp lệ: trong thời gian xây dựng mô hình, người thiết lập mô hình phải cập nhật

cùng mọi người trong đội nghiên cứu thường xuyên đến hệ thống thật để hiểu tường tận các hoạt động trong hệ thống Từ đó mới thấy được mô hình có hợp lí không?

Lập chương trình máy tính và kiểm tra: người xây dựng mô hình phải quyết định

chọn ngôn ngữ lập trình chung nào cho phương trình như là: C, VISUA BASIC,… hoặc chương trình mô phỏng như Arena,… Mọi thành viên trong đội ngũ xây dựng mô hình đều phải nắm vững ngôn ngữ chung được chọn, cũng như chương trình đó có sẵn trên của từng thành viên Việc sử dụng chính ngôn ngữ lập trình mô phỏng sẽ giúp mọi người rút bớt thời gian

Cho chạy thử nghiệm: chạy chương trình thử nghiệm để kiểm tra xem mục tiêu đã

hợp lí chưa?

Hợp lí không ? chạy thử nghiệm có thể giúp chúng ta kiểm tra độ nhạy cảm của dữ

liệu xuất ra khỏi mô hình thay đổi như thế nào so với dữ liệu vào Nếu thay đổi quá lớn cần phải lấy lại hoặc ước tính thông số đầu vào

Thiết kế thực nghiệm: chúng ta phải quyết định xem hệ thống nào thiết kế để mô

phỏng vì thỉnh thoảng trong thực tế có nhiều hơn một phương án có kết quả mô phỏng hợp

lý Khi cho chạy chương trình sản phẩm, thường thì nên dùng kỹ thuật giảm biến để cho ra kết quả chính xác hơn (bằng cách biến ước lượng )

Chạy chương trình: cho chạy chương trình sản phẩm để cung cấp thêm đặc tính dữ

liệu của hệ thống thiết kế

Phân tích dữ liệu đầu ra: tiếp theo ta dùng kỹ thuật thống kê để phân tích dữ liệu

xuất ra Mục tiêu cụ thể của bước này là dựa vào đó phải xây dựng khoảng tin cậy của hệ thống thiết kế

Cung cấp tài liệu: bởi vì mô hình mô phỏng thường được sử dụng nhiều hơn một

chương trình ứng dụng, do đó rất quan trọng khi cung cấp tư liệu cho các giả định khi đi vào

mô hình cũng như chương trình máy tính

Hình 3.5 Các bước thực hiện mô phỏng

(Nguồn: Averill M Law, W David Kenlton, Simulation modeling and Analysis )

3.6 Mục tiêu đặt ra cho bài toán mặt bằng bao gồm hai mục tiêu:

3.6.1 Bài toán cực tiểu tổng khoảng cách rectilinear:

Thiết lập bài toán và kế hoạch

Cho chạy chương trình

Phân tích dữ liệu đầu ra

Tài liệu cung cấp, trình bày và hoàn thành kết quả

Có

Có

Không Không

Phương pháp này dùng để giải quyết vấn đề là đặt một thiết bị, dụng cụ mới vào trong nhà máy nhằm cực tiểu tổng khoảng cách từ nó đến các thiết bị sẵn có

ijd

Min

1 , ijw

Các kí hiệu:

n : tổng số đối tượng của bài toán mặt bằng;

i, j : đối tượng quan sát thứ i và thứ j, i ≠ j , i, j = 1 ÷ n;

wij : tần suất di chuyển giữa hai đối tượng i và j;

dij : khoảng cách giữa hai đối tượng i và j; dij ≥ 0 ,  i, j

Khoảng cách dij giữa hai đối tượng mặt bằng quan sát được tính theo công thức sau :

Có hai loại khoảng cách là Rectilinear và Euclidean nhưng trong mô hình xây dựng ở đây, ta chỉ quan tâm đến khoảng cách Rectilinear

Trong đó:

j i

j iy y Y

x x X

xi và yi: hoành độ và tung độ của trọng tâm đối tượng mặt bằng thứ i

xj và yj: hoành độ và tung độ của trọng tâm đối tượng mặt bằng thứ j

Hàm mục tiêu thứ nhất được viết lại thành:

Y X

dij    

x w

Min

1 ,

Hình 3.6 Biểu diễn tọa độ và kích thước của một cặp đối tượng trong mặt phẳng tọa độ

OXY

Ràng buộc về điều kiện biên:

(1) Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tương đối của hai đối tượng:

Hai đối tượng tồn tại đồng thời trong một mặt bằng không được chồng lấp lên nhau, tức là đường biên tiết diện của hai đối tượng không giao nhau

(1-1) Xét theo phương X – trục hoành:

Theo như hình vẽ “Hình 1.2.” thì điều kiện là c ≥ 0 để đảm bảo biên của hai diện tích đối tượng không chồng lấp nhau

x

21

Hình 3.7 Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tương đối của hai đối tượng theo

phương X

(1-2) Xét theo phương Y – trục tung:

Theo như hình vẽ “Hình 1.3.” thì điều kiện là d ≥ 0 để đảm bảo biên của hai diện tích đối tượng không chồng lấp nhau

 b b 

y

2 1

Với:

ai; aj : kích thước theo phương X của đối tượng i và j;

bi; bj : kích thước theo phương Y của đối tượng i và j;

Chỉ cần điều kiện (1-1) hoặc (1-2) thỏa là cặp đối tượng i và j không vi phạm điều kiện biên, và có thể đặt cặp đối tượng i và j vào tọa độ này

(2) Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tối thiểu từ tọa độ tâm đối tượng đến đường biên ô mặt bằng có đường biên cứng

(2-1) Ràng buộc xét theo phương X:

2

a x

x x

i i i

ai : kích thước theo phương X của đối tượng i;

xi : hoành độ của tâm đối tượng i;

Hình 3.9 Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tọa độ tâm đối tượng so với biên ô mặt

(2-2) Ràng buộc xét theo phương Y:

2

b y

y y

i i i

ai : kích thước theo phương X của đối tượng i

xi : hoành độ của tâm đối tượng i

Hình 3.10 Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tọa độ tâm đối tượng so với biên

ô mặt bằng theo phương Y

Để đối tượng i có thể được đặt vào ô mặt bằng này thì cả hai điều kiện (2-1) và (2-2) phải được thỏa mãn đồng thời

3.6.2 Cực đại tổng điểm quan hệ gần kề của mặt bằng:

Hàm mục tiêu thứ hai đặt ra cho bài toán là cực đại tổng điểm quan hệ gần kề của tập các đối tượng trong mặt bằng Mỗi cặp đối tượng có một mối quan hệ và quan hệ này được gán một trong các giá trị định tính A > E > I > O > U > X tương ứng với giá trị định lượng hay trọng số là hằng số

Bảng 3.11 Bảng giá trị các quan hệ gần kề và ý nghĩa của quan hệ

Mức độ gần kề yêu cầu cho từng cặp đối tượng là hằng số Rij Điểm quan hệ gần kề giữa các đối tượng được tính là (Rij / dij) vì mức độ gần kề sẽ bị vi phạm, không thỏa mãn nếu như khoảng cách giữa hai đối tượng càng lớn Quan hệ điểm gần kề và khoảng cách là quan hệ tỉ lệ nghịch

Hàm mục tiêu thứ hai được thiết lập như sau:

Trong đó:

TCR = Total Closeness Ratings : Tổng điểm quan hệ gần kề

rij : mức quan hệ gần kề được gán cho cặp đối tượng i và j

dij : khoảng cách giữa hai đối tượng i và j

Hàm mục tiêu thứ hai được viết lại thành:

j i j i

ij

y y x x

r

MaxTCR

1 ,

Một mặt bằng càng thỏa mãn hai mục tiêu trên càng cao thì mặt bằng đó càng tốt Đó

là hai tiêu chí để đánh giá tính hiệu quả hay chất lượng của một mặt bằng

CHƯƠNG 4

ÁP DỤNG VÀO CÔNG TY KYOSHIN VIỆT NAM

4.1 Giới thiệu

Tên công ty: Công ty trách nhiệm hữu hạn Kyoshin Việt Nam

Địa chỉ: Khu chế xuất Tân Thuận, đường số 12, Tân Thuận Đông, Q7, TP Hồ Chí Minh

4.1.1 Vài nét về công ty

Công ty Kyoshin VN trực thuộc công ty Kyoshin Kogyo, là hệ thống gồm nhiều công ty: nhà máy Goshooawara, văn phòng đại diện Kitakanto & nhà máy Utsunomiya, văn phòng chính và văn phòng đại diện Tokyo, nhà máy Kawaone, văn phòng đại diện Osaka, Kyoshin industry Asia Pte., Ltd Singapore

Công ty Kyoshin VN toạ tại vị trí N-27B-29-31-35a, đường số 12, khu chế xuất Tân Thuận Tổng vốn đầu tư là 7.800.000 USD bao gồm xây dựng nhà xưởng và trang thiết bị máy móc phục vụ cho sản xuất Gồm có hai nhà máy:

Nhà máy 1: Diện tích đất: 10000m2 Diện tích xây dựng 7443m2 Hoạt động từ 1/2002 Lãnh vực hoạt động là nhà máy sản xuất các mặt hàng sản phẩm chính như khuôn, sản phẩm đúc nhựa, sản phẩm dập,…

Nhà máy 2: Diện tích đất đai: 5000m2 Diện tích xây dựng 3189m2 Hoạt động từ 11/1995 Lãnh vực hoạt động: trước đây là nhà máy sản xuất các sản phẩm, hiện nay do mở rộng sản xuất nên về mặt sản xuất các sản phẩm chính dời qua nhà máy 1 còn nhà máy 2 chuyên làm về các công đoạn xi mạ một số sản phẩm dập…

4.1.2 Tiểu sử công ty

 Chủ đầu tư: Kyoshin Kogyo., Ltd

 Công ty kyoshin VN là công ty có vốn đầu tư 100% của Nhật Bản được thành lập theo giấy phép đầu tư số: 040/ GPĐT do ban quản lý các KCX và CN thành phố Hồ Chí Minh (HEPZE) cấp ngày 18/03/1995 Thời gian hoạt động là 50 năm

 Từ 1999 đến nay công ty đã được cấp giấy chứng nhận ISO 9002, 9001: 2000, ISO

14001, SA 8000, và QS9000/TS 16949

4.1.3 Nhân sự