Mặt bằng sản xuất và những chú ý

Lên sơ đồ bố trí mặt bằng là công đoạn cơ bản trong thiết kế hệ thống sản xuất đảm bảo năng suất. Bố trí mặt bằng sản xuất thường được định nghĩa là công việc sắp xếp máy móc, thiết bị và dòng vật liệu, sản phẩm trung gian giữa các công đoạn tạo ra sản phẩm. Mặt bằng sản xuất được coi là bố trí tối ưu khi thoả mãn các hạn chế không gian vật lý của nhà xưởng và tối thiểu chi phí vận hành và hao tổn nguyên vật liệu.

Thông thường, thiết kế mặt bằng sản xuất sẽ quan tâm tới chi phí thời gian vận hành máy móc và khả năng sẵn sàng cung ứng sản phẩm; khi đó, hệ thống sản xuất có tính chất tập trung vào sản phẩm (product-focused). Khi thiết kế mặt bằng sản xuất quan tâm tới chất lượng sản phẩm và tính linh hoạt của các công đoạn sản xuất; hệ thống sản xuất mang tính chất tập trung vào qui trình (process-focused).

Một cách tự nhiên, hệ thống sản xuất chú trọng sản phẩm phù hợp với các dây chuyền sản xuất với công nghệ xác định và từng vị trí công việc được chuyên môn hoá cao. Hệ thống sản xuất chú trọng qui trình phù hợp hơn với dây chuyền sản xuất được phân bố theo từng nhóm chức năng. Trên thực tế, bố trí trang thiết bị là sự kết hợp của hai loại mặt bằng trên.

Với mục tiêu tối giản chi phí phát sinh từ việc hư hao nguyên liệu và vận chuyển sản phẩm trung gian giữa các công đoạn/bộ phận, nên các bộ phận kết nối trung gian thường được được bố trí gần nhau nhất. Thiết kế mặt bằng phổ biến được trình bày dưới dạng sơ đồ khối, trong đó thể hiện rõ dòng di chuyển của nguyên vật liệu và các sản phẩm trung gian. Các thông tin này được cung cấp qua các bảng từ/đến (from/to) hoặc bảng tóm tắt lượng hàng luân chuyển- thể hiện số trung bình đơn vị vật liệu/sản phẩm trung gian luân chuyển giữa các công đoạn.

Ở bước tiếp theo, bố trí mặt bằng được thiết kế bằng cách tính toán số lần phải chuyển vật liệu/sản phẩm trung gian giữa các bộ phận và xếp hạng các bộ phận theo trật từ giảm dần số lần trung chuyển.

Cuối cùng, phương án bố trí thử sẽ được sắp trên bảng chia ô theo tỷ lệ xích tương ứng với mặt bằng thực. Các phương án bố trí khác nhau được sắp thử trên bảng này đề tìm ra phương án tối ưu nhất.

Khi thiết kế phương án bố trí mặt bằng sản xuất tối ưu, câu hỏi cơ bản nhất cần giải quyết chính là “vị trí tương đối giữa các thiết bị”. Vị trí đặt máy và thiết bị phụ thuộc vào quan hệ giữa các cặp thiết bị được đặt gần nhau với các cặp thiết bị khác trong mối liên kết tương đối với nhau. Các vị trí được cố định sao cho phí tổn của việc vận chuyển vật liệu/sản phẩm trung gian giữa các vị trị không liền kề nhau là nhỏ nhất. Giới hạn về không gian nhà xưởng sẽ không cho phép thiết kế đi quá chi tiết với các chỉ số được sử dụng để tính toán lợi ích và thiệt hại.

Trong nhiều năm, giải quyết bài toán bố trí tối ưu mặt bằng sản xuất luôn thu hút được nhiều quan tâm nghiên cứu. Do có rất nhiều nhân tố tác động đến lời giải: dòng vật liệu/sản phẩm trung gian giữa các công đoạn sản xuất, lý do an ninh, tiếng ồn, an toàn lao động…) nên phương pháp tìm kiếm lời giải cũng rất phong phú. 

Koopmans và Beckmann (1957) lần đầu tiên xem xét bài toán bố trí mặt bằng sản xuất dưới dạng toàn phương. Tiếp theo đó, một loạt các phương pháp phân tích và thử nghiệm được phát triển, trong đó có Aldep (Seeholf et al., 1967), Corelap (Lee et al., 1967) hoặc dựa trên các kỹ thuật đặc thù như “Simulated annealing” (Tam, 1992b), “Tìm kiếm Tabu”, Lý thuyết đồ thị, tập mờ, “thuật toán gen sinh học” (Tam, 1992a; Santamarina et al., 1994a; Santamarina et al., 1994b; Wu et al., 2002). Đa số các phương pháp giải quyết bài toán mặt bằng tối ưu dều đựa trên phương pháp S.L.P (Systematic Layout Planning) do Muther đề xướng năm 1961. Thủ tục này, cơ bản, gồm có việc điều chỉnh các sơ đồ công đoạn sản xuất và một chuỗi các thủ tục để xác định giá trị và mô tả toàn bộ các nhân tố liên quan tới lắp đặp máy móc, thiết bị và quan hệ giữa các máy móc và thiết bị này.

Phương pháp S.L.P.

Bước 1: Xác định bài toán và phân tích các dạng và số lượng sản phẩm được luân chuẩn trên mặt bằng nhà xưởng. Với mục tiêu này, dòng sản phẩm giữa các công đoạn sản xuất được nghiên cứu và quan hệ định tính giữa các dòng sẽ được lên kế hoạch.

Bước 2: Đây là giai đoạn phân tích. Lược đồ quan hệ giữa các hành trình và/hoặc công động sản xuất được ghi nhận và xem xét trong mối tương quan với khoảng không gian cần thiết với một hoạt động. Kết của giai đoạn này làm một sơ đồ quan hệ các khoảng không gian, chịu sự hạn chế của các thao tác vận hành và các nhân tố tác động khác.

Bước 3: Tổng hợp các kết quả phân tính và tính toán. Các phương án sắp xếp mặt bằng khác nhau được hình thành.

Bước 4: Đánh giá. Từng phương án được xem xét chi tiết và cẩn trọng.

Bước 5: Lựa chọn. Chọn lọc phương án bố trí mặt bằng tốt nhất.

Bước 6: Triển khai và diều chỉnh phương án đã lựa chọn trên thực địa.

Phương trình toán học của bài toán bố trí mặt bằng sản xuất được phát biểu như sau (xem thêm hình vẽ)

Với một miền xác định D, thuộc diện tích A và cố định, linh hoạt, hoặc tuỳ biến, có hình dạng đã biết hoặc chưa biết, bố trí, không trùng nhau, trong đó, n công đoạn thuộc diện tích ai và tuỳ biến, linh hoạt hoặc cố định hình Di(ai) trong một dãy các quan hệ tồn tại và do đó có cường độ quan hệ wij, vì vậy, chi phi của hệ thống S(D,Di) là nhỏ nhất.