Bài giảng thiết kế hệ thống sản xuất chương 3 biểu đồ sản xuất và hệ thống sản xuất

Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT
VÀ
HỆ THỐNG SẢN XUẤT
là quá trình chuyển
Quámộttrìnhbảnsảnvẽ xuất
thiết kế sản phẩm trên
giấy thành một sản phẩm thực. Quá trình
này bao gồm các công đoạn gia công cơ
khí được thực hiện bởi nhóm công nhân
có trình độ tay nghề và thực hiện tại một
nhà máy hay phân xưởng sản xuất. Để lựa
chọn được phương án sản xuất kinh tế
nhất và khả thi nhất trong điều kiện thực
tế của nhà máy, người kỹ sư cần phải phân
tích nhiều phương án sản xuất khác nhau
dựa trên kiến thức về đặc trưng các
phương pháp gia công. Có nhiều yếu tố
cần phải được xem xét - ví dụ: nhà máy
phải sản xuất một loại hay nhiều loại sản
phẩm? Sản lượng mỗi loại là bao nhiêu?
Yêu cầu trình độ tay nghề công nhân như
thế nào? Độ linh hoạt trong sản xuất khi
sản phẩm sản xuất thay đổi hay khi cần
.

sản xuất tổ hợp nhiều sản phẩm khác
nhau? Chương 3 sẽ giới thiệu các công
cụ giúp người kỹ sư xây dựng những
phương pháp sản xuất từ các ý tưởng
thiết kế trên lý thuyết. Chương này gồm
ba phần: Phần 1 sẽ giới thiệu biểu đồ

sản xuất. Những biểu đồ sản xuất này là
xương sống trong việc lập kế hoạch sản
xuất và cải thiện hoạt động sản xuất.
Tiếp theo, các hệ thống sản xuất sẽ dẫn
chúng ta đến các loại hình tổ chức sản
xuất khác nhau, ưu điểm và nhược điểm
của mỗi loại. Phần tiếp theo sẽ trình
bày về kỹ thuật làm thế nào để nhóm
các máy công cụ lại và tạo thành các ô
làm việc một cách hiệu quả. Cuối cùng
là phần minh họa các mô hình để lập
Kế hoạch lao động cải thiện hiệu quả
làm việc


2

Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

3.1 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT
Để minh họa các hoạt động liên quan tới quá trình sản xuất một sản
phẩm, người ta thường sử dụng các biểu đồ. Phương pháp biểu đồ giúp
người kỹ sư nắm bắt được các bước tiến hành sản xuất ra một sản phẩm.
Chúng cũng giúp giải quyết rất nhiều vấn đề liên quan đến khâu thiết kế
mặt bằng bố trí sản xuất. Sơ đồ lắp ráp, biểu đồ tiến trình sản xuất và biểu
đồ sản xuất được xây dựng bằng cách sử dụng các ký hiệu đã được tiêu
chuẩn hóa bởi Hiệp Hội Các Kỹ Sư Cơ Khí Hoa Kỳ - American Society of
Mechanical Engineers năm 1947.
3.1.1. CÁC KÝ HIỆU VÀ MÔ TẢ
Các ký hiệu đại diện cho năm hoạt động cơ bản trong sản xuất là:

 O: Operation. Nguyên công. Đây là hành động làm thay đổi một đặc
tính nào đó của chi tiết, vật liệu hay sản phẩm. Ví dụ: tiện một trục máy
làm thay đổi đường kính của trục, uốn cong làm thay đổi hình dạng một
thanh sắt, khoan các lỗ trên một chi tiết máy.
 →: Transportation. Vận chuyển. Sự dịch chuyển công nhân, vật liệu
hay thiết bị.
 □: Inspection. Kiểm tra. Kiểm tra chất lượng, số lượng sản phẩm.
 D: Delay. Trì hoãn.
 ▼: Storage. Lưu kho. Chi tiết, vật liệu được nhập hoặc xuất kho một
cách có kiểm soát.
3.1.2. SƠ ĐỒ LẮP RÁP VÀ SƠ ĐỒ TIẾN TRÌNH SẢN XUẤT
Khi chúng ta thiết kế một hệ thống sản xuất dựa trên một bản vẽ thiết
kế sản phẩm sẵn có, chúng ta chưa có bản vẽ bố trí mặt bằng trang thiết bị.
Ở bước này, chúng ta chỉ có thể hình dung trong đầu những nguyên công
cần thiết và trình tự các nguyên công để gia công ra sản phẩm đó. Sơ đồ lắp
ráp và sơ đồ tiến trình sản xuất là những phương pháp giúp chúng ta thể
hiện trình tự các nguyên công một cách trực quan nhất. Sơ đồ lắp ráp đưa ra
một bức tranh tổng thể về quá trình tập hợp các chi tiết riêng lẻ lại và lắp
ráp thành sản phẩm hoàn chỉnh. Hoặc ngược lại, làm thế nào một sản phẩm
hoàn chỉnh có thể được tháo rời ra thành các chi tiết đơn lẻ. Hình 3.1 minh
họa sơ đồ lắp ráp một ấm nước.


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Hình 3.1.
Sơ đồ lắp ráp một
ấm nước.

Một ứng dụng quan trọng khác của sơ đồ lắp ráp là lập kế hoạch sản

xuất, đặc biệt trong sản xuất đơn chiếc. Hình 3.2 được vẽ với một tỉ lệ phù
hợp kèm theo đơn vị thời gian. Trong đó, Subassembly: cụm lắp ráp. Final
assembly and inspection: lắp ráp hoàn thiện và kiểm tra. Sơ đồ gồm có
nhiều thanh, mỗi thanh thể hiện thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc
việc sản xuất hoặc lắp đặt một sản phẩm. Nếu biết được thời hạn cuối phải
hoàn thành sản phẩm, chúng ta có thể truy ngược lại để xác định khoảng
thời gian sản xuất của từng bộ phận.
Hình 3.2.
Sơ đồ lắp ráp cho
lập kế hoạch sản
xuất.

Trở lại ví dụ về ấm nước, hình 3.3 thể hiện sơ đồ tiến trình sản xuất
cho ấm nước. Sơ đồ thể hiện các nguyên công gia công và kiểm tra cho mỗi

3


4

Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

chi tiết trong quá trình chuyển đổi từ vật liệu thô đến hoàn thành lắp ráp.
Việc chuẩn bị sơ đồ này góp phần chi tiết hóa sơ đồ lắp ráp (Hình 3.1).
3.1.3.
LƯỢNG
THỜIsản
GIAN
Hình
3.3ƯỚC

Sơ đồ
tiến trình
xuất của ấm nước.

Với mỗi nguyên công (gia công hay kiểm tra) trong sơ đồ tiến trình
sản xuất, chúng ta cần ước lượng khoảng thời gian cần để hoàn thành công
việc đó. Đây là một nhiệm vụ rất phức tạp vì thời gian để hoàn thành một
công việc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như máy móc, dụng cụ, đồ gá. Máy
điều khiển tự động, ví dụ, có thể tốn ít thời gian hơn để hoàn thành cùng
một công việc với máy điều khiển bằng tay. Tiếp theo, tốc độ cắt và tốc độ
ăn dao cũng ảnh hưởng thời gian gia công. Việc ước lượng thời gian có thể
dựa vào kinh nghiệm và hồ sơ dữ liệu về quá trình sản xuất. Đối với một
công ty mới thì những dữ liệu này hiếm khi có sẵn. Khi đó chúng ta phải
tham khảo các Bảng hệ số công việc, Bảng thời gian gia công, v.v... Các
bảng này chủ yếu đưa ra các số liệu về gia công thủ công. Một cách khác để
tính toán thời gian là sử dụng đồng hồ đo thời gian cho từng thao tác và lập
thành bảng như Hình 3.4. Thời gian gia công còn có thể được xác định theo
các công thức tính toán lấy từ Sổ tay công nghệ.


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Hình 3.4
Bảng thời gian gia
công.

Ngoài thời gian gia công, chúng ta cũng cần ước lượng thời gian của
các công việc khác, ví dụ, thời gian kiểm tra. Dĩ nhiên, người kỹ sư sẽ được
yêu cầu cập nhật các giá trị thời gian này hay thiết kế lại các công việc khi
quá trình sản xuất bắt đầu.

3.1.4. PHIẾU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Bước tiếp theo trong lập kế hoạch sản xuất là thiết lập Phiếu quy trình
công nghệ trong đó thể hiện các thông tin như: chế tạo một chi tiết như thế
nào, các loại máy móc nào cần thiết, sử dụng dụng cụ cắt nào, ước lượng
thời gian cài đặt máy, và thời gian sản xuất. Hình 3.5 thể hiện một Phiếu
quy trình công nghệ. Phiếu quy trình sẽ được lập cho mỗi chi tiết cấu thành
sản phẩm.

5


6

Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Hình 3.5 Phiếu quy trình công nghệ.
Sản phẩm: ấm nấu nước

Phần số: 6

Chuẩn bị bởi: Chong

Ngày: 28 tháng 01

Quá trình hoạt động
Máy
STT

Mô tả

10

Quá trình đúc

20

Cắt bên ngoài chi
tiết

30

Khoan lỗ trục

40

Kiểm tra

Đúc áp lực

Thiết bị
phụ trợ

Số tờ: 1 của 1

Thời gian
Giờ/chi
cài đặt
tiết
(giờ)

0.05

Máy cắt
cầm tay
Máy khoan

0.02

Chi
tiết/giờ

0.02

50 phần
của 6 bộ
phận

0.002

500

0.0035

285

0.0017

580

Thông tin tổng hợp từ các phiếu quy trình công nghệ rất quan trọng và

được sử dụng tại nhiều công đoạn trong việc lập kế hoạch sản xuất. Chúng
ta sẽ được thấy trong chương tiếp theo các thông tin này sẽ được dùng để
tính toán số lượng máy móc và xác định chủng loại máy móc cần mua để
đạt được một số lượng sản phẩm nhất định, để tính toán số lượng công nhân
và xác định kỹ năng tay nghề của công nhân, xác định hệ thống sản xuất
nào sẽ được sử dụng, và tất nhiên là thiết lập bản vẽ bố trí mặt bằng của
toàn bộ nhà máy. Phiếu quy trình công nghệ và danh mục vật liệu tạo thành
dữ liệu căn bản cho việc thiết kế hệ thống sản xuất.
3.1.5. CÁC BIỂU ĐỒ KHÁC
Biểu Đồ Tay Trái – Tay Phải: Biểu đồ tay trái-tay phải liệt kê các
công việc được hoàn thành cùng lúc bởi cả tay trái và tay phải của người
công nhân tại một vị trí làm việc cố định. Sơ đồ này có hai cột, mỗi cột
tương ứng với một tay, liệt kê trình tự công việc yêu cầu. Vòng tròn nhỏ thể
hiện việc di chuyển chi tiết hay di chuyển tay, vòng tròn lớn thể hiện một


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

nguyên công, chẳng hạn cầm, nắm, định vị, tháo rời chi tiết v.v… Hình 3.6
minh họa một phần nhỏ của Sơ đồ tay trái – tay phải cho nguyên công lắp
ráp một bulông vào đai ốc.
Mục đích xây dựng biểu đồ là để thiết kế trạm làm việc và thiết kế
trình tự công việc sao cho cả hai tay của người công nhân đều được sử dụng
tối đa vào công việc thay vì làm những việc ít năng suất như cầm nắm, vận
chuyển hoặc trì hoãn.
Hình 3.6
Biểu đồ tay trái –
tay phải

Biểu Đồ Theo Nhóm: Biểu đồ theo nhóm mô tả hoạt động đồng thời

của tất cả thành viên trong một nhóm hay một đội làm việc, hoặc mô tả các
hoạt động được hoàn thành bởi sự kết hợp giữa một hoặc nhiều người với
một hoặc nhiều đối tượng. Ví du, nhiều người – nhiều máy móc, hoặc một
người - một máy móc. Mục đích của biều đồ là giúp người kỹ sư hình dung
mọi chi tiết công việc được hoàn thành bởi một nhóm. Từ đó giảm thiểu các
yếu tố không mang tính sản xuất của một cá nhân trong nhóm, và đạt được

7


8

Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

một sự cân bằng công việc giữa các thành viên trong nhóm. Hình 3.7 là một
biểu đồ theo nhóm mô tả các bước thực hiện một nhiệm vụ được hoàn
thành bởi nhóm có ba thành viên.
Hình 3.7. Biểu đồ theo nhóm

Biểu Đồ Gantt. Trong biểu đồ Gantt, trục nằm ngang thể hiện thời
gian dự kiến (có thể là thời gian thực) hoàn thành một công việc hay một
nhiệm vụ. Thời gian này có thể rút ngắn nếu chúng ta tăng thêm nguồn tài
nguyên, chẳng hạn nhân lực hoặc máy móc, thực hiện dự án.
Mục tiêu của biểu đồ Gantt là giúp phân bổ một nguồn tài nguyên hữu
hạn cho tất cả các hoạt động khác nhau sao cho tổng thời gian hoàn thành là
nhỏ nhất. Hình 3.8a trình bày một biểu đồ Gantt cho bốn công việc liên
quan đến việc thực hiện một hợp đồng. Đường đứt đoạn thể hiện cho một
thanh trượt, thanh trượt có thể dịch chuyển theo phương ngang đến bất kỳ
thời điểm nào để giúp so sánh tiến độ của dự án với tiến độ tại thời điểm

Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

đó. Tiến độ thực sự của mổi công việc được đánh dấu bởi một con trượt,
thể hiện trong hình là một chấm đen. Như trong ví dụ trên, nhiệm vụ B và
D đang chậm tiến độ.
Hình 3.8b là một phiên bản khác của biểu đồ Gantt. Các phòng ban
được thể hiện kèm theo các nhiệm vụ họ phải thực hiện được sắp xếp theo
trình tự. Chiều dài của mỗi thanh thể hiện thời gian dự kiến hoàn thành
công việc, trong khi phần tô đậm thể hiện tiến độ thực tế.
Hình 3.8
Biểu đồ Gantt

9


10 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT
3.1.6. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH SẢN XUẤT
Sơ đồ quy trình sản xuất là một công cụ quan trọng khác để phân tích
quy trình sản xuất hiện hữu. Sơ đồ thể hiện trực quan mỗi công đoạn trong
quá trình sản xuất sản phẩm, bắt đầu từ vật liệu thô đến khi sản phẩm hoàn
thành. Tất cả các hoạt động gia công, vận chuyển, trì hoãn, kiểm tra, và lưu
kho đều được ghi chú bằng các ký hiệu trên sơ đồ. Mục đích ở đầy là để tìm
ra phương thức sản xuất có ít ký hiệu trên sơ đồ nhất. Ví dụ, một số bước
gia công có thể kết hợp với nhau hoặc loại bỏ bớt, hoặc giảm thời gian vận
chuyển bằng cách bố trí lại máy móc thiết bị hoặc tìm ra một chu trình vận
chuyển khác, và giảm thời gian trì hoãn bằng cách lên kế hoạch sản xuất
hợp lý hơn. Người kỹ sư phải đặt ra các câu hỏi What? Why? When? Who?
Where? và How? ở tại mỗi công đoạn nhằm cải thiện hoạt động của toàn
nhà máy. Sơ đồ quy trình sản xuất được lập ra để theo dõi quy trình sản

xuất của một sản phẩm hoặc của quy trình hoạt động của con người nhưng
không thể đồng thời theo dõi cả hai việc trên. Hình 3.9 minh họa một sơ đồ
quy trình sản xuất.


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Hình 3.9 Sơ đồ quy trình sản xuất

11


12 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT
3.2 CÁC LOẠI HỆ THỐNG SẢN XUẤT
Xác định một loại hệ thống sản xuất phù hợp là bước tiếp theo trong
việc thiết kế nhà máy. Phần này sẽ thảo luận về các loại hệ thống sản xuất
và lập kế hoạch lao động. Hệ thống sản xuất được phân loại dựa trên sự bố
trí máy móc và các phòng ban bên trong một nhà máy. Các loại hệ thống
sản xuất kéo dài từ sản xuất nhỏ lẻ với hầu hết các công đoạn được thực
hiện thủ công đến các dây chuyền sản xuất tự động hóa hoàn toàn. Việc xác
định một loại hệ thống sản xuất phù hợp phải căn cứ vào các yếu tố sau: số
lượng chủng loại sản phẩm khác nhau cần chế tạo, hình thức đặt mua hàng
(Made To Stock hay Made To Order), số lượng sản phẩm, và tần suất tái
đặt mua hàng. Các yếu tố khác như: mức độ ổn định trong nhu cầu thị
trường và tổng thời gian vận hành nhà máy cũng đóng vai trò quan trọng.
Nguyên tắc chung là: sản lượng nhiều thích hợp cho sản xuất tự động hóa,
sản lượng thấp thích hợp cho sản xuất thủ công. Có bốn loại hệ thống sản
xuất, đó là: hệ thống sản xuất đơn chiếc, hệ thống sản xuất theo lô, hệ thống
sản xuất khối lớn và liên tục, hệ thống sản xuất linh hoạt và theo ô.
3.2.1. HỆ THỐNG SẢN XUẤT ĐƠN CHIẾC

Hệ thống sản xuất đơn chiếc thích hợp cho các công ty sản xuất nhiều
chủng loại sản phẩm khác nhau với số lượng tương đối nhỏ cho mỗi loại.
Hệ thống này đòi hỏi sử dụng các trang thiết bị đa năng, trình độ công nhân
tay nghề cao, và các dụng cụ cũng như đồ gá đa năng. Có thể nhóm các
máy công cụ lại với nhau để tạo thành các phân xưởng sản xuất (xem Hình
3.10). Sản phẩm sẽ di chuyển lần lượt qua các phân xưởng theo một trình tự
nhất định.
Rất nhiều vấn đề nảy sinh đối với hệ thống sản xuất này. Chi phí đầu
tư cho các dụng cụ và đồ gá khá lớn; và khó khăn trong việc thiết lập sự cân
bằng khối lượng công việc giữa các máy trong dây chuyền. Một vài chi tiết
có thể phải qua một phân xưởng nhiều lần, dẫn đến tăng khối lượng vận
chuyển vật liệu. Chi tiết có thể phải qua bước trung gian lưu trữ tạm thời,
dẫn đến một phần diện tích nhà xưởng dùng làm kho chứa vật tư.
Năng suất của hệ thống sản xuất đơn chiếc - tức là tỉ lệ phần trăm của
thời gian sản xuất thực - thấp, chủ yếu bởi vì thời gian cài đặt máy, thời
gian vận chuyển vật liệu cao. Mức độ tự động hóa dây chuyền ở mức thấp;


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

tuy nhiên dây chuyền có độ linh hoạt cao trong sản xuất nhiều loại sản
phẩm
Hình 3.10
Sơ đồ mặt bằng
của hệ thống sản
xuất đơn chiếc

Dũa

khác nhau. Hệ thống sản xuất đơn chiếc có mức độ đáp ứng cao đối với

những thay đổi của thị trường. Ước lượng tại Mỹ có khoảng 30 đến 50% hệ
thống sản xuất thuộc loại này.
3.2.2. HỆ THỐNG SẢN XUẤT THEO LÔ
Hệ thống sản xuất theo lô thích hợp cho việc sản xuất nhiều chi tiết
khác nhau, nhưng số lượng chi tiết khác nhau đó không nhiều như ở sản
xuất đơn chiếc. Nhưng không giống như sản xuất đơn chiếc, số lượng sản
phẩm chế tạo mỗi năm ở đây đã được xác định. Nhu cầu cho mỗi sản phẩm
cũng ổn định và liên tục. Công suất của nhà máy sẽ được thiết kế lớn hơn
nhu cầu sản phẩm, và sản phẩm được sản xuất theo lô. Mỗi sản phẩm được
sản xuất một lần và lưu kho. Số lượng sản phẩm lưu kho được tính toán từ
trước sao cho đáp ứng đủ nhu cầu thị trường tại thời điểm hiện tại và đến
một thời điểm nào đó ở tương lai. Sau đó nhà máy sẽ chuyển sang sản xuất
sản phẩm khác. Khi số lượng lưu kho của một sản phẩm xuống dưới mức
độ tính toán, sản phẩm đó sẽ được lên kế hoạch sản xuất tiếp tục.
Trang thiết bị máy móc phục vụ cho sản xuất theo lô có phần được
chuyên môn hóa và được nhóm lại để hoàn thành nhiệm vụ nào đó, điều đó
có nghĩa rằng các loại máy móc khác loại nhau được bố trí cùng nhau. Yêu

13


14 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT
cầu tay nghề công nhân có thể không cao như trong sản xuất đơn chiếc.
Năng suất của hệ thống sản xuất theo lô cũng cao hơn.
Các nhà sản xuất đồ gỗ nội thất, thiết bị gia dụng là điển hình sử dụng
hệ thống sản xuất theo lô.
3.2.3. HỆ THỐNG SẢN XUẤT KHỐI LỚN
Hệ thống sản xuất khối lớn được sử dụng cho sản xuất sản lượng lớn.
Thông thường toàn bộ nhà máy chỉ sản xuất một loại sản phẩm mà thôi.
Trang thiết bị máy móc do đó rất chuyên môn hóa và thời gian gia công

nhanh, chi phí cho dụng cụ cắt, đồ gá cũng lớn. Khối lượng công việc được
chia thành nhiều phần nhỏ. Yêu cầu tay nghề công nhân được giảm thiểu
nhờ phương pháp này, nhưng nhiệm vụ của mỗi công nhân có thể lập đi lập
lại và trở nên nhàm chán. Năng suất hệ thống sản xuất khối lớn rất cao và
đạt được nhờ tự động hóa rộng rãi.
Trong sản xuất khối lớn, năng suất của một dây chuyền sản xuất và kế
hoạch lao động có thể được kiểm soát toàn bộ. Chúng ta có thể kiểm soát
năng suất bằng cách thiết kế dây chuyền (hay trạm công tác) và/hoặc bổ
nhiệm nhân lực cho các trạm công tác đó. (Những khái niệm này sẽ được
giải thích rõ hơn bởi các ví dụ trong chương). Việc kiểm tra định kỳ số
lượng sản phẩm tồn kho và nhu cầu thị trường sẽ quyết định việc thay đổi
năng suất dây chuyền.
Có hai cách phân loại hệ thống sản xuất khối lớn: dây chuyền lắp ráp
và dòng chảy lắp ráp. Dây chuyền lắp ráp được sử dụng để sản xuất một
sản phẩm rời rạc. Chi tiết lắp ráp được di chuyển từ trạm làm việc này đến
trạm làm việc kế tiếp theo trình tự trên một hệ thống di chuyển vật liệu
(như băng chuyền). Việc di chuyển chi tiết tại mỗi trạm làm việc là liên tục
hoặc gián đoạn tùy thuộc vào đặc tính công việc. Tổng khối lượng công
việc được phân phối giữa các trạm sao cho toàn bộ các trạm sẽ hoàn thành
nhiệm vụ trong một khoảng thời gian xấp xỉ bằng nhau, gọi là chu kỳ sản
xuất. Một ví dụ điển hình là dây chuyền lắp ráp xe oto.
Thuật ngữ “dòng chảy lắp ráp” chủ yếu được sử dụng để mô tả một
quá trình sản xuất liên tục chẳng hạn như của các loại hóa chất, chất lỏng,
sản phẩm dạng khí, giấy, cũng như phương pháp gia công kéo dây.


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

3.2.4. HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT VÀ SẢN XUẤT THEO Ô
Hệ thống sản xuất theo ô là một hệ thống trong đó các chi tiết chung

được tập hợp lại thành một nhóm và được sản xuất trong một ô có đầy đủ
các máy móc cần thiết. Khi một chi tiết yêu cầu sản xuất với số lượng lớn,
các ô có thể được thiết kế tự động hóa hoàn toàn và có thể xem các ô đó
như là một hệ thống sản xuất linh hoạt.
Ưu điểm chính của hệ thống sản xuất khối lớn là có chi phí sản xuất
trên một đơn vị sản phẩm thấp. Chi phí này có hai thành phần: chi phí cố
định (cho việc cài đặt) và chi phí biến đổi (chủ yếu là nhân công và vật
liệu). Số lượng sản phẩm cần chế tạo trong một lần cài đặt càng lớn, chi phí
cố định trên một đơn vị sản phẩm càng nhỏ. Vậy nên chi phí sản xuất trên
một đơn vị sản phẩm của hệ thống sản xuất khối lớn thấp hơn nhiều so với
sản xuất đơn chiếc. Nhưng nếu số lượng sản phẩm không đủ lớn để bảo
đảm cho việc sử dụng hiệu quả hệ thống sản xuất khối lớn thì hệ thống sản
xuất linh hoạt, sản xuất theo ô và kỹ thuật phân nhóm máy công cụ sẽ là các
phương án lựa chọn.
Ưu điểm của hệ thống sản xuất thêo ô là thời gian cài đặt máy được
giảm tối thiều nhờ vào việc tập hợp và xử lý các chi tiết giống nhau trong
cùng một ô. Chi phí đầu tư dụng cụ cắt cũng giảm bằng cách loại bỏ những
dụng cụ cắt giống nhau. Bởi vì công nhân có thể tập trung kỹ năng vào việc
sản xuất một số loại chi tiết nhất định, chất lượng chi tiết và năng suất gia
công được cải thiện.
Kỹ thuật phân nhóm là việc phân loại các chi tiết giống nhau và tạo
thành một nhóm để tận dụng các đặc điểm giống nhau đó trong thiết kế và
sản xuất. Ví dụ, từ 1000 chi tiết cần sản xuất, có thể tạo thành khoảng 20
nhóm, mỗi nhóm cần những loại máy móc, đồ gá, dụng cụ tương tự nhau.
Như vậy, mỗi chi tiết trong nhóm có thể được sản xuất với rất ít thay đổi
trong cài đặt máy.
Chúng ta có thể giữ lại những lợi ích của kỹ thuật phân nhóm bằng
cách tạo nhóm các máy công cụ và sắp xếp các chi tiết khác nhau gia công
tại các máy thích hợp. Các máy công cụ trong cùng một nhóm không nhất
thiết phải được đặt cạnh nhau để đạt được những lợi ích trên. Như vậy kỹ

thuật phân nhóm cũng hữu ích cho cả những nhà xưởng hiện hữu trong đó
máy móc đã được bố trí cố định từ trước vì chúng ta không nhất thiết phải
sắp xếp lại toàn bộ nhà máy. Tuy nhiên trong hầu hết trường hợp thực tế,

15


16 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT
máy công cụ trong cùng một nhóm được đặt gần nhau để giảm thời gian di
chuyển vật liệu từ nơi này sang nơi khác.

3.3 TẠO Ô LÀM VIỆC TRONG KỸ THUẬT TẠO NHÓM
Có nhiều phương pháp để nhóm máy công cụ trong kỹ thuật tạo nhóm.
Ở đây chúng ta sẽ thảo luận một phương pháp đơn giản có tên Phương pháp
bảng. Phương pháp khởi đầu với một bảng 0-1 gọi là bảng ma trận máy
công cụ. Bảng này thể hiện các máy công cụ cần thiết cho một công việc
nào đó; 1 thể hiện máy công cụ đó được sử dụng và 0 là không sử dụng. Ví
dụ trong Bảng 5.1, công việc số 1 sử dụng các máy C, D, I, và J. Mục đích
của phương pháp là tạo các ô làm việc sao cho mỗi công việc có thể được
tiến hành toàn bộ chỉ trong một ô (hoặc hoàn thành được càng nhiều càng
tốt).
3.3.1. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN
Phương pháp bảng trình bày ở đây sẽ giải thích cách làm thế nào tạo
nhóm máy công cụ. Ở bước đầu tiên, một máy sẽ được phân bổ vào một
nhóm dựa vào mối quan hệ của nó với tất cả các máy đang hiện diện ở
trong nhóm. Những máy nào đòi hỏi phải xuất hiện trong nhiều hơn một
nhóm sẽ được nhận biết và chúng sẽ được phân bổ cho những ô thích hợp.
Bước hai sẽ phân bổ công việc vào các ô đã được tạo ra trong bước 1.
Chúng ta sẽ minh họa trình tự tính toán này bằng cách áp dụng cho ví dụ
trình bày trong Bảng 5.1. Bảng này có 11 máy công cụ và 20 công việc.

Giai đoạn 1: Trình tự thực hiện các bước như sau:
Bước 1: Thiết lập bảng quan hệ máy – máy. Bảng quan hệ máy – máy chỉ
ra số lượng các công việc được tiến hành trên hai máy (những công việc
này không cần thiết phải được tiến hành theo thứ tự). Bảng quan hệ được
thiết lập bằng cách so sánh các cột trong bảng 3.1 với nhau và đếm số
lượng số 1 xuất hiện trong cả hai cột. Nói một cách khác, chúng ta đếm số
lượng công việc được gia công chung trên hai máy. Như vậy bảng quan hệ
máy – máy là một bảng đối xứng nhau qua đường chéo, chỉ các yếu tố bên
dưới đường chéo là cần thiết và được giữ lại.


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Bảng 3.1
Ma trận quan hệ

Bước 2 Lựa chọn giá trị RC – Relationship Counter. Giá trị RC được sắp
xếp theo thứ tự nhỏ dần. Chúng ta lấy giá trị lớn nhất trong Bảng quan hệ
máy – máy và cho nó là giá trị hiện tại của RC. Giá trị RC sẽ thay đổi khi
chúng ta lặp lại các bước (tại bước 8).
Bước 3 Xác định giá trị phần trăm nhỏ nhất P. P là giá trị đo lường hiệu
quả khi ghép một máy vào một nhóm, chẳng hạn 50% (P = 0.5). Người kỹ
sư phải xác định giá trị của P ngay khi bắt đầu giải quyết vấn đề. Căn cứ
vào giá trị phần trăm nhỏ nhất được chọn, giải pháp có thể có nhiều ô làm
việc khác nhau và với tổng số lượng máy móc khác nhau. Ghi chú là giá trị
P không thay đổi trong suốt quá trình tính toán.
Bước 4 Bắt đầu với hàng trên cùng trong Bảng quan hệ, tìm xem trong mỗi
hàng giá trị nào bằng với giá trị RC hay không. Hai máy liên kết trong hàng
đầu tiên được tìm thấy sẽ tạo thành một nhóm (group).

17


18 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT
Bước 5 Tiếp tục lặp lại công việc tìm kiếm giá trị trong bảng bằng với giá
trị RC. Sau khi tìm được: Nếu cả hai máy liên kết trong hàng và cột trong
bảng chưa thuộc về một nhóm nào thì chúng ta tạo một nhóm mới bao gồm
hai máy nói trên và tiếp tục Bước 7. Nếu cả hai máy đều đã phân bổ về
cùng một nhóm, bỏ qua và tiếp tục Bước 7. Nếu một trong hai máy thuộc
về một nhóm, máy còn lại chưa được phân bổ vào nhóm nào (gọi là
entering machine), thì tiếp tục Bước 6a. Nếu cả hai máy đều đã được phân
bổ nhưng thuộc về hai nhóm khác nhau, tiếp tục Bước 6b.
Bước 6a Tính toán giá trị CR – closeness ratio cho máy entering machine
cho từng nhóm có sẵn. Giá trị CR được định nghĩa là tỉ lệ giữa tổng các mỗi
quan hệ máy entering machine có với các máy trong nhóm và tổng số máy
có trong nhóm.
CR =

Máy entering machine sẽ được phân bổ vào nhóm nào có giá trị CR lớn
nhất (maximum closeness ratio, MCR), với điều kiện giá trị lớn nhất này
lớn hơn hoặc bằng giá trị MTV - Minimum Threshold Value. Trong đó,
MTV = P x RC.
Nếu MCR < MTV, chúng ta tạo một nhóm mới. Nhóm mới sẽ bao gồm hai
máy ghi chú trong Bước 4 (hai máy này có giá trị quan hệ bằng giá trị RC).
Tiếp tục đến bước 7.
Bước 6b Có hai phương án lựa chọn và chúng phải được tính toán sao cho
đảm bảo tính kinh tế. Phương án 1: Bổ sung thêm một máy bất kỳ loại A
hay B và phân bổ vào một ô thích hợp (trong phần minh họa ở dưới, chúng
ta gọi hai máy trong cặp đó là máy A và máy B). Phương án 2: Bổ sung
thêm hai máy mới, mỗi loại một máy, và tạo một nhóm mới hoặc phân bổ

chúng vào nhóm có sẵn thích hợp. Các quy tắc sau sẽ được áp dụng:
Bổ sung thêm một máy mới
1. Tính toán ảnh hưởng của việc bổ sung thêm máy mới bằng cách giả
định máy A như là một entering machine cho các nhóm có máy B và
kiểm tra. Sau đó giả định máy B như là enterning machine cho các
nhóm có máy A và kiểm tra. Xác định giá trị MCR từ toàn bộ các nhóm
đã kiểm tra và ghi chú lại nhóm liên kết và entering machine.


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

2. Nếu MCR > (RC x P), chúng ta sẽ lựa chọn máy được ghi chú và phân
bổ cho nhóm liên kết. Tiếp tục bước 7.
Bổ sung thêm hai máy mới
3. Nếu MCR < (RC x P), chúng ta phải tính toán xem có thể lựa chọn cả
hai máy được không. Từ các tính toán ở trên, chúng ta xác định giá trị
MCR cho các nhóm khi A là entering machine, gọi là MCRA. Và xác
định giá trị MCR cho các nhóm khi B là entering machine, gọi là
MCRB. Tính toán giá trị phụ RC x P/2. Lựa chọn cả hai máy mới nếu:
MCRA > RC x P/2
MCRB > RCx P/2
|MCRA – MCRB| < RC x P/2
Nếu MCRA hoặc MCRB lớn hơn RC x P/2 thì chúng ta tạo một nhóm
mới bao gồm hai máy A và B. Tiếp tục bước 7.
Không bổ sung thêm bất cứ máy nào
4. Nếu tất cả các điều kiện ở trên không tồn tại, chúng ta có thể bỏ qua và
tiếp tục bước 7 luôn, bởi vì sự bổ sung thêm máy mới sẽ không có đóng
góp đáng kể.
Bước 7 Tiếp tục kiểm tra theo từng hàng trong bảng quan hệ máy-máy với
giá trị RC hiện có. Nếu tìm thấy giá trị nào trong bảng có giá trị bằng với

RC thì chúng ta quay lại bước 5. Nếu không tìm thấy thì đến bước 8.
Bước 8 Cho giá trị RC giảm dần theo thứ tự và trở lại bước 5 và kiểm tra
mọi giá trị lớn hơn 0 của RC. Sau khi hoàn tất việc kiểm tra thì đến bước 9.
Nếu tất cả các máy đều được phân bổ về tối thiểu một nhòm thì chúng ta
dừng việc phân nhóm ở đây. Như vậy để giảm thiểu việc phải mua thêm
máy mới.
Bước 9 Tập hợp nhóm. So sánh các nhóm đã được tạo ra cho đến thời điểm
hiện tại. Nếu một nhóm – ví dụ G1 – gồm các máy là một tập hợp con của
một nhóm khác, thì G1 sẽ bị loại.
VÍ DỤ

VÍ DỤ MINH HỌA
Dữ liệu trong bảng 3.1 được sử dụng để thiết lập bảng quan hệ máymáy như trong bảng 3.2. Ví dụ, cặp AB đạt được bằng cách so sánh cột A

19


20 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT
và B của bàng 3.1 và đếm số lượng công việc đòi hỏi sử dụng cả hai máy
này, đó là 5, 12 và 19.
Bảng 3.2
Bảng quan hệ
máy - máy

Để bắt đầu, chúng ta đặt giá trị P là 0.5 (bước 3). Giá trị lớn nhất trong bảng
3.2 là 6 (RC=6), và hai máy C và D liên kết với nhau để tạo thành nhóm
đầu tiên, nhóm G1 (bước 5).
Tại lần lặp thứ 2, tìm trong bảng 3.2 giá trị tiếp theo bằng với giá trị RC
chúng ta thấy máy J và C cũng có 6 mối quan hệ. Bởi vì C đã thuộc về
nhóm G1 nên J trở thành entering machine, và chúng ta phải quyết định

xem J nên gia nhập nhóm G1 hay không? Hay chúng ta phải tạo một nhóm
mới gồm J và một máy C khác (tức là mua mới thêm một máy C nữa). Áp
dụng bước 6a; các tính toán được thể hiện trong bảng 3.3.
Bảng 3.3
Kiểm tra máy J
như là entering
machine


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Giải thích cho các số liệu trong bảng 3.3 như sau: Chúng ta chỉ có một
nhóm đến thời điểm này, đó là nhóm G1. Nhóm này gồm máy C và D. Máy
entering machine J có 6 mối quan hệ với máy C và 6 mối quan hệ với máy
D. Tổng cộng, chúng ta có 2 máy trong nhóm, nên tổng các mối quan hệ là
12. Giá trị CR là 12/2 = 6. Bởi vì chúng ta chỉ mới có một nhóm, 6 cũng là
giá trị lớn nhất CR lớn nhất (MCR = 6).
MTV đạt được bằng cách nhân RC cho P, MTV = 6 x 0.5= 3. Bởi vì MCR
> MTV, J được gia nhập vào nhóm G1. Nhóm G1 lúc này gồm ba máy: C,
D, và J.
Tiếp tục quét toàn bộ bảng 3.2 cho lần lặp thứ 3, chúng ta thấy J và D cũng
có 6 mối quan hệ. Tuy nhiên hai máy này đã thuộc về nhóm G1 nên chúng
ta bỏ qua (bước 5). Bởi vì các máy có 6 mối quan hệ đã được tìm hết, RC
sẽ có giá trị tiếp theo là 5.
Tất cả các tính toán ở bước 1 được thể hiện trong bảng 3.6 (chi tiết cho 4
vòng lặp).
Lần lặp 4: RC = 5, G-B (ký hiệu này ám chỉ mối quan hệ giữa máy G và
B). Bởi vì hai máy G và B không thuộc về bất kỳ nhóm nào nên chúng ta
tạo nhóm mới G2. Nhóm G2 gồm hai máy G và B.
Lần lặp 5: RC = 5, F-G. Tại thời điểm này chúng ta có hai nhóm G1 và

G2. Máy F trở thành máy entering machine và chúng ta phải tính toán khả
năng gia nhập máy F vào hai nhóm. Giá trị CR cho mỗi nhóm được tính
toán và giá trị lớn nhất của chúng sẽ được chọn làm giá trị MCR. Tính toán
được thể hiện ở bảng 5.4. Ghi chú: giá trị MTV được tính toán với giá trị
RC = 5, MTV = 5 x P.
Bởi vì MCR > MTV, máy F nhập vào nhóm G2. Lúc này nhóm G1 gồm
máy C, D, J và nhóm G2 có G, B, F.

21


22 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Bảng 3.4
Kiểm tra máy F
như là entering
machine

Lần lặp 9: RC = 4. E-A. Bởi vì hai máy E và A chưa thuộc về nhóm nào
nên chúng ta tạo nhóm mới G3 bao gồm hai máy này.
Lần lặp 12: RC = 4. J-A. Bởi vì máy J đã thuộc về nhóm G1 và máy A
thuộc về nhóm G3, kiểm tra việc bổ sung mua thêm máy mới. Kiểm tra
máy entering machine J cho nhóm có máy A, G3. Và kiểm tra máy entering
machine A cho nhóm có máy J, G1. Các tính toán thể hiện ở bảng 3.5. Bởi
vì MCR > MTV, chúng ta mua thêm máy J mới vào nhóm G3. Đến thời
điểm này thì nhóm G1 có C, D, J, I. Nhóm G2 có G, B, F, H, K. Và nhóm
G3 có E, A, J.
Bảng 3.5
Kiểm tra việc bổ
sung mua thêm

máy mới

Toàn bộ tính toán cho 21 lần lặp được thể hiện trong bảng 3.6. Cuối cùng
chúng ta có 3 nhóm với các máy được phân bổ như sau:
Nhóm G1: C, D, J, I, A, B, E
Nhóm 2: G, B, F, H, K


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Nhóm 3: E, A, J, B, G
Chúng ta có thể tiếp tục quá trình như trên đến khi RC = 0 nhưng
chúng ta sẽ dừng lại ở đây để minh họa ý nghĩa của việc phân chia các máy.
Ghi chú rằng nếu sử dụng quy tắc kết thúc thì chúng ta có thể dừng việc
tính toán sau lần lặp 13 (bởi vì tất cả các máy đã được phân bổ). Bảng 3.7
thể hiện sự phân bố công việc cho mỗi ô tương ứng. Mỗi công việc có yêu
cầu về một số lượng máy móc phục vụ và chúng ta sẽ kiểm tra điều kiện
với các máy hiện có trong mỗi ô. Ô nào có chứa số lượng máy phục vụ cho
một công việc nhiều nhất sẽ được bổ nhiệm thực hiện thực hiện công việc
đó. Ví dụ, công việc số 1 đòi hỏi sự phục vụ của các máy C, D, I và J. Tất
cả các máy này đểu thuộc nhóm 1. Vậy công việc số 1 sẽ được phân bổ về
nhóm 1. Chúng ta cũng có thể bổ sung thêm máy G, B và E trong nhóm 1
để thực hiện hoàn toàn công việc số 12 trong nhóm.

23


24 Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Bảng 3.6

Tổng kết tính
toán


Chương 3 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

Bảng 3.7 Bảng phân bố công việc

3.3.2. THIẾT KẾ MẶT BẰNG SẢN XUẤT THEO Ô
Các lô hàng sản xuất cỡ nhỏ và trung bình (từ 1 đến 200 đơn vị) có thể
được chế tạo với rất ít thay đổi trong cài đặt máy. Chúng ta có thể tập hợp
từ 1 đến 15 máy lại và bố trí theo dạng hình chữ U, như trong Hình 3.11.
Những máy này có thể là đa năng hoặc máy chuyên dùng. Bố trí máy theo
dạng hình chữ U có rất nhiều ưu điểm. Đầu tiên là số lượng công nhân có
thể dễ dàng tăng giảm tùy thuộc vào khối lượng công việc phân bổ cho ô.
Tiếp theo, một công nhân có thể điều khiển nhiều hơn một máy. Và sự tiếp
xúc gần gũi và hợp tác giữa các công nhân trong sơ đồ chữ U giúp nâng cao
năng suất làm việc bằng cách giảm thời gian chờ, giảm số lượng sản phẩm
chất lượng kém và giảm tồn kho trong sản xuất.
Sản xuất linh hoạt là sản xuất theo ô dưới hình thức tự động hóa cao.
Các ô được bố trí các máy điều khiển kỹ thuật số CNC, robot, và hệ thống
băng chuyền điều khiển máy tính để có thể sản xuất một số lượng sản phẩm
lớn trong thời gian ngắn và hiệu quả. Ô có thể có dạng hình chữ U hoặc
đường thẳng. Bố trí theo đường thẳng giúp nâng cao hiệu suất di chuyển vật
liệu.

25