Dây chuy ề n may công nghi ệ p
Dây chuyền may công nghiệp là hệ thống sản xuất sản phẩm may mặc dựa trên quy trình công nghệ đã được thiết lập, với số lượng công nhân cố định và trong điều kiện tổ chức, kỹ thuật nhất định Việc áp dụng dây chuyền sản xuất giúp tăng hiệu quả công việc nhờ vào sự chuyên môn hóa trong từng công đoạn.
Dây chuyền sản xuất, được Henry Ford giới thiệu lần đầu vào năm 1900, đã cải thiện nhiều yếu tố trong quy trình sản xuất, giúp tăng năng suất và hiệu quả Mô hình này cho phép công nhân chỉ thực hiện một số nguyên công nhất định tại các vị trí làm việc, từ đó giảm thiểu nhu cầu đào tạo toàn bộ quy trình sản xuất.
Sản xuất theo dây chuyền là hình thức tổ chức sản xuất chuyên môn hóa, nhằm tạo ra một hoặc một vài loại sản phẩm với số lượng lớn và quy trình công nghệ đồng nhất Quá trình sản xuất sản phẩm may theo dây chuyền có những đặc điểm nổi bật như tính ổn định trong quá trình sản xuất và sự đồng nhất trong chất lượng sản phẩm.
Quy trình công nghệ bao gồm các nguyên công sản xuất được sắp xếp theo trình tự hợp lý, thực hiện trong khoảng thời gian tương ứng với mức thời gian lao động của từng nguyên công Điều này diễn ra trong các điều kiện tổ chức và kỹ thuật nhất định của nhà máy.
- Công nhân tại các vị trí làm việc trên dây chuyền được chuyên môn hóa công việc
Trên dây chuyền may, máy móc và thiết bị được bố trí theo trình tự quy trình công nghệ, từ nguyên công đầu đến nguyên công cuối Sự sắp xếp này phụ thuộc vào điều kiện mặt bằng và các đặc trưng cơ bản của dây chuyền, đảm bảo quy trình công nghệ may sản phẩm hiệu quả Việc thiết kế đường đi ngắn cho bán thành phẩm, theo chiều từ đầu đến cuối chuyền, không chỉ thuận lợi cho công nhân mà còn giúp tiết kiệm diện tích.
Bán thành phẩm trên dây chuyền được di chuyển giữa các vị trí làm việc thông qua các hệ thống như băng chuyền, tự động, thủ công hoặc cơ khí, theo một hướng nhất định.
Các vị trí làm việc trong quá trình sản xuất có mối liên hệ chặt chẽ, thể hiện rõ qua nhịp độ dây chuyền và lộ trình di chuyển của bán thành phẩm.
Một số đặc trưng cơ bản của dây chuyền may a) M ức độ chuyên môn hóa s ả n ph ẩ m
Dây chuyền chuyên môn hóa sản phẩm là đặc điểm quan trọng phản ánh số lượng loại sản phẩm được sản xuất trên dây chuyền may Theo mức độ chuyên môn hóa, có ba loại chính của dây chuyền này.
Dây chuyền chuyên môn hóa một loại sản phẩm được thiết kế để sản xuất một sản phẩm cụ thể, với kiểu mẫu có thể thay đổi nhưng vẫn giữ nguyên cấu trúc và phương pháp gia công Trong quá trình hoạt động, dây chuyền chỉ sản xuất một mẫu sản phẩm tại một thời điểm, sau đó chuyển sang mẫu sản phẩm khác cùng loại Chẳng hạn, một dây chuyền chuyên sản xuất áo sơ mi nam sẽ chỉ tập trung vào một mẫu áo theo đơn hàng cụ thể trong từng giai đoạn sản xuất.
Quá trình sản xuất áo sơ mi trên dây chuyền ổn định với năng suất lao động cao và chất lượng sản phẩm đảm bảo Sản phẩm có cấu trúc và phương pháp gia công tương tự nhau, nhờ vào sự chuyên môn hóa cao của công nhân và mức độ khai thác thiết bị, nhà xưởng hiệu quả Điều này không yêu cầu tay nghề đa năng từ công nhân, giúp quá trình sản xuất diễn ra suôn sẻ.
Dây chuyền chuyên môn hóa là hệ thống sản xuất tập trung vào một số loại sản phẩm có công nghệ gia công và độ phức tạp tương đồng Quá trình sản xuất diễn ra ổn định, yêu cầu tay nghề công nhân không quá đa năng Dây chuyền này thường được sử dụng khi loại sản phẩm không thay đổi quá thường xuyên.
Trong thực tế sản xuất các doanh nghiệp thường thiết kế dây chuyền chuyên môn hóa theo nhóm sản phẩm để tổ chức các dây chuyền may như sau:
Dây chuyền may cho nhóm sản phẩm quần áo nhẹ bao gồm các sản phẩm từ vải dệt kim như áo Polo-Shirt và T-Shirt, cùng với dây chuyền may áo sơ mi và quần âu.
- Dây chuyền may nhóm sản phẩm khoác ngoài, nhiều lớp có yêu cầu tạo dáng không cao: Jacket 2, 3 lớp; quần áo bảo hộ lao động,
- Dây chuyền may nhóm sản phẩm khoác ngoài, nhiều lớp, yêu cầu tạo dáng cao như: veston, măng tô
Dây chuyền may nhiều loại sản phẩm là hệ thống sản xuất có khả năng chế tạo các sản phẩm với cấu trúc, công nghệ gia công và độ phức tạp khác nhau Mặc dù có tính đa năng cao, nhưng quá trình sản xuất trên dây chuyền này thường không ổn định và yêu cầu công nhân phải có tay nghề đa năng do tính chất công việc thay đổi liên tục.
Dây chuyền may có khả năng sản xuất một hoặc nhiều sản phẩm khác loại cùng lúc Dựa vào cách kết hợp các sản phẩm từ các đơn hàng trong quá trình sản xuất, có thể phân chia thành ba mô hình sản xuất trên dây chuyền.
- Sản xuất một sản phẩm duy nhất: Trên dây chuyền chỉ sản xuất một loại sản phẩm duy nhất tại mỗi thời điểm được minh họa như hình 1.1.
Hình 1.1 Dây chuy ề n s ả n xu ấ t m ộ t lo ạ i s ả n ph ẩ m [6]
Sản xuất theo nhóm sản phẩm là phương pháp tổ chức dây chuyền sản xuất với hai loại sản phẩm trở lên, trong đó mỗi loại sản phẩm được phân chia thành nhóm với một vài vị trí làm việc Các nhóm này được sắp xếp liên tiếp, cho phép tất cả các sản phẩm được sản xuất đồng thời trên dây chuyền Mô hình này được minh họa bằng hình 1.2, với các hình tam giác, hình tròn và hình vuông đại diện cho các loại sản phẩm khác nhau.
Hình 1.2 Dây chuyền sản xuất theo nhóm sản phẩm [6]
Phương pháp cân bằ ng dây chuy ề n may công nghi ệ p
Phương pháp cân bằng dây chuyền giúp phân chia khối lượng công việc trong quy trình gia công sản phẩm cho công nhân một cách đồng đều Phương pháp này đảm bảo tuân thủ một số nguyên tắc nhất định, phù hợp với điều kiện thực tế của dây chuyền sản xuất.
Phân công lao động hiệu quả là yếu tố then chốt để duy trì sự nhịp nhàng trong dây chuyền sản xuất, đảm bảo rằng đường đi của bán thành phẩm là ngắn nhất và tối ưu hóa khả năng lao động của công nhân Việc cân bằng dây chuyền sản xuất giúp loại bỏ tình trạng quá tải ở các công đoạn, ngăn chặn sự đình trệ và ùn tắc trong công việc, đồng thời giảm thiểu lãng phí do các công đoạn không được khai thác hết công suất.
Để tối ưu hóa quy trình sản xuất, cần giảm thiểu thời gian chờ đợi trên dây chuyền, hạn chế tối đa lượng bán thành phẩm tồn đọng, chuyên môn hóa công việc của công nhân và nâng cao năng suất lao động, đồng thời kiểm soát hiệu quả quá trình sản xuất.
Dây chuyền mất cân bằng có thể nhận biết qua sự khác biệt về khối lượng công việc giữa các vị trí, tình trạng công nhân chờ đợi bán thành phẩm, và việc di chuyển không cần thiết giữa các vị trí làm việc Nguyên nhân gây ra sự mất cân bằng này bao gồm: khối lượng công việc không đồng đều giữa công nhân, phân công lao động và thời gian định mức chưa chính xác, số lượng bán thành phẩm trong mỗi bó hàng quá lớn, thời gian đình trệ do chuyển đổi mã hàng, tay nghề công nhân không đồng đều, và sự gián đoạn trong dây chuyền do máy móc hỏng hóc, công nhân nghỉ đột xuất, hoặc không cung cấp bán thành phẩm kịp thời.
Cân bằng chuyền (CBC) thường được thực hiện trong giai đoạn thiết kế dây chuyền và khi chuyển đổi sản phẩm sản xuất, mang lại nhiều lợi ích như nâng cao năng suất, tối ưu hóa phân công lao động và dễ dàng quản lý Việc CBC giúp phát hiện nhanh chóng những bất ổn trên chuyền Tuy nhiên, giải quyết vấn đề cân bằng chuyền là một quá trình phức tạp, yêu cầu sắp xếp các nguyên công cho từng công nhân phù hợp với số lượng, thời gian gia công, chất lượng máy móc và năng lực thực tế của họ Sự sắp xếp này cần phải được tối ưu hóa để tận dụng tối đa khả năng và thời gian làm việc của công nhân.
Các phương pháp cân bằng dây chuyền may
Phương pháp cân bằng dây chuyền được phân chia thành ba loại chính: phương pháp tính toán, phương pháp mô phỏng và phương pháp khái quát Mỗi loại phương pháp này mang đến những cách tiếp cận khác nhau để tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất.
Cân bằng dây chuyền may là quá trình tính toán và phân chia khối lượng công việc trong quy trình gia công sản phẩm, nhằm đảm bảo thời gian làm việc của công nhân trên dây chuyền được phân bổ đồng đều Phương pháp này cần tuân thủ một số nguyên tắc nhất định, tùy thuộc vào điều kiện thực tế của dây chuyền sản xuất.
Một số thuật ngữ sử dụng trong cân bằng chuyền may:
Nguyên công công nghệ (NCCN) là đơn vị cơ bản trong quy trình công nghệ may sản phẩm, được thực hiện liên tục và đầy đủ tại một vị trí làm việc.
Nguyên công sản xuất (NCSX): Là nguyên công được tổ chức phối hợp từ một hay vài nguyên công công nghệ
Nguyên công sản xuất đơn: Là NCSX được thực hiện bởi một công nhân tại một vị trí làm việc
Nguyên công sản xuất bội: Là NCSX được thực hiện bởi số lượng công nhân nhiều hơn một tại một số vị trí làm việc
Bán thành phẩm (BTP): Là sản phẩm đầu ra của quá trình trước cần được gia công thêm để lắp ráp tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh
Các bước cân bằng dây chuyền may bằng phương pháp tính toán thực hiện như sau:
Tính toán các thông số cơ bản của dây chuyền sản xuất dựa trên thời gian của các nguyên công công nghệ là rất quan trọng Các yếu tố cần xem xét bao gồm thời gian gia công sản phẩm, nhịp dây chuyền, số lượng công nhân và công suất của dây chuyền Việc xác định đúng các thông số này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả làm việc.
- Phối hợp NCCN thành NCSX
- Vẽ biểu đồ phụ tải và đánh giá phụ tải của các nguyên công sản xuất
Nghiên cứu "Hoàn thiện dây chuyền may trong điều kiện Việt Nam" của Nguyễn Thị Lệ đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất dây chuyền may tại Việt Nam Tác giả đã khảo sát ba dây chuyền may áo sơ mi từ ba công ty khác nhau và đề xuất thiết kế dây chuyền với thời gian các nguyên công được xác định qua phương pháp bấm giờ trực tiếp Dây chuyền nghiên cứu có cấu trúc không chia nhóm, công suất trung bình và nhịp tự do Phương pháp đồng bộ nguyên công và cân bằng chuyền được thực hiện thủ công dựa trên ba nguyên tắc chính.
Trong quá trình gia công sản phẩm, các nguyên thành phần cần phải liên tục và không bị đứt đoạn Để đảm bảo tính liên tục này, bậc thợ của nguyên công thành phần không được chênh lệch nhau quá 1 đơn vị và tất cả các nguyên công phải được thực hiện trên cùng loại thiết bị Tác giả Nguyễn Chí Công đã nghiên cứu ảnh hưởng của thiết bị đến tính liên tục trong may công nghiệp, định nghĩa tính liên tục là quá trình làm việc không ngắt quãng Để duy trì tính liên tục cho dây chuyền, tác giả đề xuất tăng tốc độ may tại các vị trí quá tải từ 15 đến 20%, và nếu thời gian làm việc gần bằng nhau, nên tăng tốc độ cho toàn bộ dây chuyền Ngoài ra, việc thay thế máy điện tử cho các vị trí quá tải và sử dụng thiết bị phụ trợ như cữ gá cũng được khuyến nghị.
Tác giả Phạm Thị Kim Tuyến đã áp dụng triết lý sản xuất tinh gọn Lean để giảm thiểu lãng phí tại trung tâm sản xuất của trường ĐH CN Dệt May Hà Nội Bà đề xuất giải pháp cân bằng dây chuyền bằng cách bấm giờ hai lần cho tất cả các công đoạn, nhằm xác định thời gian thực tế của công nhân và phát hiện công nhân quá tải Tuy nhiên, phương pháp ghép các bước công đoạn chủ yếu dựa vào kinh nghiệm cá nhân và chưa có căn cứ khoa học, dẫn đến hiệu quả tổ chức cân bằng dây chuyền không cao.
Tác giả Hồ Quốc Dũng đã nghiên cứu ứng dụng thuật toán xếp hạng theo trọng số để tối ưu hóa quy trình cân bằng dây chuyền may sản phẩm quần short Bằng cách xây dựng sơ đồ ưu tiên cho các nhà cung cấp, ông đã áp dụng phương pháp xếp hạng trọng số, cho kết quả hiệu suất dây chuyền đạt từ 70% đến 85%, vượt trội so với phương án dựa trên kinh nghiệm của chuyền trưởng chỉ đạt 55% đến 65% Mặc dù có nhiều thuật toán khác nhau có thể áp dụng, nghiên cứu này chỉ sử dụng một thuật toán duy nhất mà chưa so sánh với các thuật toán khác để tìm ra phương án tối ưu cho từng trường hợp cụ thể trong dây chuyền may công nghiệp.
Phương pháp tính toán hiệu suất dây chuyền may phụ thuộc vào thuật toán được áp dụng, do đó cần nghiên cứu nhiều thuật toán để xác định phương pháp cân bằng dây chuyền phù hợp Cân bằng dây chuyền có thể thực hiện thủ công hoặc bằng sự hỗ trợ của máy tính Tuy nhiên, khi dữ liệu đầu vào lớn, việc tính toán thủ công trở nên khó khăn, không đạt được kết quả tối ưu và tốn nhiều thời gian cũng như công sức.
Phương pháp mô phỏ ng
Mô phỏng là kỹ thuật mô hình hóa tình huống thực tế hoặc giả thuyết trên máy tính, nhằm phân tích hành vi của hệ thống sản xuất Bằng cách thay đổi các biến đầu vào, mô phỏng giúp dự đoán kết quả của hệ thống sản xuất một cách hiệu quả.
T ối ưu cân bằ ng dây chuy ề n may công nghi ệ p
Bài toán tối ưu hóa
Bài toán tối ưu hóa là quá trình tìm kiếm giải pháp tốt nhất trong số các giải pháp khả thi, và được phân chia thành hai loại chính: tối ưu hóa với biến liên tục và tối ưu hóa với biến rời rạc Các bài toán tối ưu hóa rời rạc thường được gọi là bài toán tối ưu hóa tổ hợp Nhiều bài toán tối ưu tổ hợp có độ phức tạp tính toán cao và được phân loại vào các lớp khác nhau trong lý thuyết tính toán.
Bài toán quyết định là loại bài toán mà kết quả chỉ có thể là “có” hoặc “không” (đúng/sai, 0/1) Trong bài toán này, có những tập dữ liệu đầu vào dẫn đến kết quả “có”, được gọi là tập dữ liệu “có”, và cũng có những tập dữ liệu đầu vào cho ra kết quả “không”, được gọi là tập dữ liệu “không”.
M ộ t s ố lo ạ i th ờ i gian tính c ủ a thu ậ t toán
Thời gian tính tốt nhất là khoảng thời gian tối thiểu cần thiết để thực hiện một thuật toán trên mọi bộ dữ liệu đầu vào có kích thước n, đặc biệt khi dữ liệu đầu vào lớn.
Thời gian tính tồi nhất: Là thời gian tính tối đa cần thiết để thực hiện thuật toán với mọi bộ dữ liệu đầu vào có kích thước n
Thời gian tính trung bình là khoảng thời gian cần thiết để thực hiện một thuật toán trên một tập hợp hữu hạn các bộ dữ liệu đầu vào có kích thước n Công thức tính thời gian tính trung bình được áp dụng để xác định hiệu suất của thuật toán trong các tình huống khác nhau.
Thời gian tính trung bình=(Tổng thời gian tính tất cả các bộ dữ liệu có thể)/ Số bộ dữ liệu [41]
- Lớp bài toán P: P là lớp các bài toán có thể giải được trong thời gian đa thức
Nhiều bài toán quyết định có điểm chung là để xác nhận câu trả lời "yes" cho bộ dữ liệu đầu vào, chúng ta có thể cung cấp bằng chứng ngắn gọn và dễ kiểm tra Tính chất ngắn gọn và dễ kiểm tra này cho phép quá trình xác minh diễn ra nhanh chóng, tiết kiệm thời gian.
19 đa thức Tương tự, có thể đưa ra khái niệm bằng chứng ngắn gọn dễ kiểm tra để xác nhận câu trả lời “no”
- Lớp bài toán NP: NP là lớp các bài toán quyết định mà để xác nhận câu trả lời
“yes” của nó ta có thể đưa ra bằng chứng ngắn gọn dễ kiểm tra [42-44]
Bài toán kiểm tra tính hợp số yêu cầu xác định xem một số n có phải là hợp số hay không Để trả lời “có”, ta cần tìm một ước số b (1 < b < n) của n và kiểm tra tính chất ước số này bằng phép chia n cho b trong thời gian đa thức Trong trường hợp này, b trở thành bằng chứng ngắn gọn và dễ kiểm tra Lớp bài toán Co-NP bao gồm các bài toán quyết định, trong đó để xác nhận câu trả lời “không”, ta cũng có thể cung cấp bằng chứng ngắn gọn và dễ dàng xác minh.
Để kiểm tra xem một số nguyên n có phải là số nguyên tố hay không, ta có thể sử dụng phương pháp đưa ra một ước số b của n, từ đó dễ dàng xác nhận câu trả lời "không" nếu n không phải là số nguyên tố.
- Lớp bài toán NP-đầy đủ (NP-Complete): Một bài toán quyết định A được gọi là NP-đầy đủ nếu như [42-44]:
+ A là một bài toán trong NP
+ Mọi bài toán trong NP đều có thể quy dẫn về A
Giả sử bài toán A là NP-đầy đủ và bài toán B thuộc NP, nếu bài toán A có thể qui dẫn về bài toán B, thì bài toán B cũng sẽ trở thành NP-đầy đủ.
Bài toán NP-khó (NP-Hard) là những bài toán không thể giải bằng thuật toán thời gian đa thức, trừ khi P = NP, mà chỉ có thể sử dụng các thuật toán với thời gian hàm mũ Định nghĩa chính thức của bài toán NP-khó là: một bài toán A được coi là NP-khó nếu sự tồn tại của một thuật toán đa thức để giải nó kéo theo sự tồn tại của thuật toán đa thức cho mọi bài toán trong lớp NP.
Nếu chúng ta có khả năng giải quyết hiệu quả một bài toán NP-khó cụ thể, điều đó đồng nghĩa rằng chúng ta cũng có thể giải quyết hiệu quả bất kỳ bài toán nào trong tập hợp NP Điều này có thể thực hiện được bằng cách sử dụng thuật toán giải bài toán NP-khó như một chương trình con trong quá trình giải quyết các bài toán khác trong NP.
Từ định nghĩa về bài toán NP-khó, có thể kết luận rằng mọi bài toán NP-đầy đủ đều thuộc loại NP-khó Tuy nhiên, không phải mọi bài toán NP-khó đều là NP-đầy đủ.
Nhiều bài toán ứng dụng quan trọng thuộc lớp NP-khó cho thấy sự khó khăn trong việc phát triển thuật toán chính xác và hiệu quả để giải quyết chúng Vì vậy, một hướng phát triển tiềm năng là xây dựng các thuật toán gần đúng, bao gồm các thuật toán heuristic và metaheuristic.
Phân loại bài toán tối ưu cân bằng dây chuyền may
Tác giả Helgeson là người đầu tiên phân tích bài toán cân bằng dây chuyền vào năm 1954, trong khi Salverson công bố nó dưới dạng toán học vào năm 1955 Kể từ đó, vấn đề cân bằng dây chuyền đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu, đồng hành cùng sự phát triển của các dây chuyền sản xuất.
20 chuyền đơn giản nhất SALBP cũng được coi là bài toán cân bằng chuyền cơ bản được mô hình hóa như sau [9]:
Quy trình công nghệ gia công sản phẩm bao gồm nhiều nguyên công công nghệ (NCCN) được ký hiệu là V={1, , n} Mỗi nguyên công NCCN i yêu cầu một thời gian t i cụ thể và sử dụng một loại công cụ hoặc thiết bị nhất định để thực hiện.
Các NCCN được thực hiện theo một trình tự nhất định tùy thuộc vào loại sản phẩm, và trình tự này có thể được biểu diễn dưới dạng đồ thị có hướng Đồ thị có hướng G = (V, E) bao gồm tập đỉnh V và tập cung E, trong đó mỗi cung e = (u, v) nối hai đỉnh phân biệt u (đỉnh đầu) và v (đỉnh cuối) Bậc của một đỉnh v, ký hiệu là deg(v), là số cạnh liên quan đến v; trong đó, bậc trong là số cung kết thúc tại v và bậc ngoài là số cung xuất phát từ v.
Hình 1.16 Sơ đồ trình tự công nghệ [47]