Công đoạn batch và công đoạn flow tính thời gian khác nhau

Hai cơ chế vật lý trong một lộ trình

Hãy hình dung một lộ trình bạn thực sự vận hành: một máy trộn, nồi nấu, lò phản ứng hoặc lò nướng nạp trọn một mẻ, xử lý trong một chu kỳ cố định rồi xả ra thành một khối duy nhất; và, cách đó một hoặc hai công đoạn về phía hạ nguồn, một máy chiết, máy đóng gói hoặc dây chuyền sấy nhận nguyên liệu vào với một tốc độ ổn định. Hai công đoạn đặt cho kế hoạch sản xuất hai câu hỏi khác nhau. Công đoạn batch (theo mẻ) hỏi: một mẻ mất bao lâu cho một chu kỳ, và số lượng này tạo thành bao nhiêu mẻ trọn vẹn? Công đoạn flow (liên tục) hỏi: với tốc độ này, nguyên liệu mất bao lâu để đi qua? Một lộ trình, hai cơ chế vật lý. Một kế hoạch sản xuất trả lời cả hai câu hỏi bằng một mô hình thời lượng duy nhất sẽ sai theo một cách cụ thể và dễ nhận thấy: sai về thời điểm công đoạn batch hoàn thành, và sai về thời điểm công đoạn flow thực sự có nguyên liệu để chạy.

Cái bẫy hiện trạng: một mô hình thời lượng cho tất cả

Cái bẫy chính là mô hình thời lượng đơn nhất. Một công cụ tính thời lượng cho mọi công đoạn theo cùng một cách (thời gian theo từng đơn vị, thường cộng thêm thời gian setup (chuẩn bị) và cleanup (vệ sinh), hoặc một thời gian duy nhất tính theo mẻ) không thể biểu diễn cả hai dạng cơ chế vật lý trong cùng một lộ trình. Một hệ thống phổ biến, Odoo, mô hình hóa thời lượng của work center (trung tâm gia công) dưới dạng thời gian theo đơn vị cộng thêm setup và cleanup, cùng số lượng đơn vị chạy cùng lúc, mà không có khái niệm chu kỳ trọn mẻ. Đó chỉ là một ví dụ đơn lẻ, được nêu làm bối cảnh, chứ không phải một khẳng định về thị trường. Lập luận ở đây hẹp hơn và mạnh hơn: bất kỳ công cụ nào ép một mô hình thời lượng lên cả hai loại công đoạn đều tính sai thời điểm cho lộ trình hỗn hợp và che giấu tình trạng đói nguyên liệu do chờ cấp liệu. Sai lầm thể hiện ở hai dạng. Mô hình theo đơn vị không thể biểu diễn việc làm tròn mẻ một phần trên công đoạn batch: nó coi một phần ba mẻ là một phần ba chu kỳ, điều mà một công đoạn batch chu kỳ cố định không bao giờ chấp nhận. Mô hình theo mẻ không thể biểu diễn tính tuyến tính theo số lượng của công đoạn flow: nó không thể cho thấy gấp đôi nguyên liệu sẽ mất gấp đôi thời gian ở cùng một tốc độ. Cả hai sai lầm đều dẫn đến cùng một hệ quả: thời điểm trên kế hoạch sản xuất bị sai, và sai lệch ấy cứ khuất lấp cho đến khi nguyên liệu không đến được đúng thời điểm mà kế hoạch sản xuất giả định.

Thời lượng gắn với từng loại công đoạn

Thời lượng của công đoạn batch tuân theo cơ chế vật lý trọn mẻ. Số mẻ bằng số lượng chia cho kích thước mẻ, làm tròn lên (một phần ba mẻ vẫn chiếm trọn một chu kỳ), và thời lượng của công đoạn bằng số mẻ nhân với thời gian chu kỳ mẻ. Thời lượng của công đoạn flow tuân theo cơ chế vật lý theo tốc độ: số lượng chia cho thông lượng, tương đương với số lượng nhân với số phút trên mỗi đơn vị. Đây là hai mô hình khác nhau, không phải hai chế độ cài đặt của cùng một mô hình. Một mô hình lượng tử hóa (chỉ nhận mẻ trọn vẹn); mô hình kia tuyến tính.

Điểm mấu chốt nằm ở việc làm tròn: một góc nhìn theo đơn vị đối với công đoạn batch xem 2.500 kg là hai đơn vị rưỡi công việc, nhưng thiết bị thấy ba mẻ. Đây chính xác là cách Schantt mô hình hóa. Mỗi công đoạn được định kiểu là batch hoặc flow; công đoạn batch nhận kích thước mẻ và thời gian chu kỳ mẻ; công đoạn flow nhận tốc độ dây chuyền hoặc thông lượng; và một nhóm sản phẩm đi qua cả hai loại công đoạn trong một lộ trình có thứ tự. Các lộ trình hỗn hợp batch-flow được hỗ trợ như thực thể hạng nhất (first-class), không phải một trường hợp đặc biệt gắn thêm vào.

Một ví dụ minh họa: máy trộn mẻ cấp liệu cho máy chiết liên tục

Dưới đây là điều hai mô hình làm với cùng một số lượng. Phép tính bên dưới được suy ra từ hai công thức ở trên; đây là một ví dụ minh họa cho các mô hình, không phải số liệu thống kê từ bất kỳ nhà máy nào. Giả định: một máy trộn mẻ có kích thước mẻ 1.000 kg và thời gian chu kỳ mẻ 2 h, cấp liệu cho một máy chiết liên tục có thông lượng 1.000 kg/h, với tính năng chuyển một phần được bật tại điểm bàn giao ở mức 1.000 kg (nếu không có tính năng này, máy chiết không thể khởi động cho đến khi máy trộn chạy xong toàn bộ). Số lượng cần sản xuất là 2.500 kg.

Công đoạn batch, với mô hình riêng của nó. 2.500 kg ÷ 1.000 kg = 2,5 mẻ, làm tròn lên thành 3; 3 mẻ × 2 h = 6 h. Mẻ thứ ba là mẻ một phần (500 kg) và vẫn chiếm trọn một chu kỳ.

Công đoạn batch, bị ép về thời gian theo đơn vị. 2 h ÷ 1.000 kg = 0,002 h/kg; 2.500 kg × 0,002 h/kg = 5 h. Mô hình bị ép này tính thiếu công đoạn 1 h vì nó không thấy được việc làm tròn mẻ một phần.

Công đoạn flow, với mô hình riêng của nó. Ở tốc độ 1.000 kg/h của máy chiết, 2.500 kg mất 150 phút, tức 2,5 h.

Giờ hãy ghép hai công đoạn lại với nhau và quan sát các lần xả liệu. Máy trộn hoàn thành một mẻ mỗi 2 h: 1.000 kg tại t = 2 h, 1.000 kg tại t = 4 h và 500 kg cuối cùng tại t = 6 h. Máy chiết bắt đầu chiết ngay mẻ xả đầu tiên, dùng hết mẻ đó vào lúc t = 3 h, rồi chờ 1 h để nhận mẻ thứ hai tại t = 4 h.

Sai lệch do ép mô hình không nằm chủ yếu ở tổng thời gian, mà nằm ở cấu trúc xả liệu: một kế hoạch sản xuất tính theo đơn vị khiến nguồn cấp của máy chiết trông như liên tục, nên khoảng chờ 1 h giữa t = 3 h và t = 4 h không bao giờ xuất hiện trong kế hoạch sản xuất.

Điều kế hoạch sản xuất thể hiện: khoảng dừng chờ nguyên liệu

Khi một công đoạn hạ nguồn cạn nguyên liệu trước khi lô cấp tiếp theo đến nơi, kế hoạch sản xuất sẽ thể hiện điều đó: một khoảng dừng chờ nguyên liệu trên dòng của công đoạn ấy cho đến lần cấp liệu tiếp theo. Đây là vấn đề thời điểm trong kế hoạch sản xuất, không phải vấn đề tồn kho. Không có gì ở đây liên quan đến mức tồn kho hay kích thước bộ đệm; vấn đề là kế hoạch sản xuất cho biết công đoạn có thể làm gì tại từng thời điểm. Vì công đoạn batch làm cho nguyên liệu sẵn sàng thành từng khối (mỗi lần một mẻ trọn vẹn, theo từng chu kỳ, khi tính năng chuyển một phần được bật tại điểm bàn giao), nên công đoạn flow được cấp liệu trực tiếp từ đó bị chi phối bởi chính nhịp này. Không có bộ đệm giữa hai công đoạn, công đoạn hạ nguồn chỉ có thể lấy nguyên liệu vào đúng thời điểm một mẻ hoàn thành; nó không thể chạy vượt trước các lần xả liệu, dù tốc độ của chính nó có ổn định đến đâu. Tắt tính năng chuyển một phần thì điểm bàn giao còn nghiêm ngặt hơn: công đoạn hạ nguồn phải chờ toàn bộ đợt chạy của công đoạn thượng nguồn hoàn tất mới có thể bắt đầu. Một kế hoạch sản xuất xây dựng từ thời lượng theo đơn vị che giấu đúng điều này. Phép tính của nó không bao giờ tạo ra cửa sổ đói nguyên liệu, nên cửa sổ đó không thể xuất hiện; kế hoạch sản xuất cho thấy máy chiết đang chạy bằng nguyên liệu mà, trong thế giới được mô hình hóa, vẫn chưa đến nơi. Việc chuyển một phần được đặt theo từng điểm bàn giao thay vì toàn cục, nên một lộ trình có thể trộn lẫn những điểm bàn giao chờ hoàn thành trọn vẹn với những điểm bắt đầu chồng lấn; điều này thay đổi thời điểm bàn giao, chứ không thay đổi cơ chế vật lý. Khoảng dừng chờ nguyên liệu vẫn là hệ quả nhìn thấy được mà bài viết này dựa vào.

Những điều lập luận này không khẳng định

Đây là một khẳng định về hai mô hình thời lượng, chứ không phải khẳng định rằng các công đoạn thực tế vận hành hoàn hảo. Các công đoạn batch có nhiều biến thể (kích thước mẻ thay đổi, bồn chứa chạy song song, chuyển một phần), còn các dây chuyền flow thì tăng dần công suất khi khởi động và dừng lại để vệ sinh. Các mô hình dùng các giá trị nền do người lập kế hoạch đặt ra: một kích thước mẻ cố định, thời gian chu kỳ mẻ và thông lượng. Nhà máy thực tế có nhiều khác biệt; lập luận ở đây là một lựa chọn mô hình, không phải một chân lý vật lý phổ quát. Sai lệch do ép mô hình cũng có phạm vi của nó. Nó gây ảnh hưởng khi số lượng không tròn mẻ và khi chu kỳ mẻ dài so với mức tiêu thụ của hạ nguồn. Một công đoạn batch nhanh cấp liệu cho một dây chuyền chậm thực sự được xấp xỉ rất tốt bằng một tốc độ, và trong trường hợp đó mô hình đơn nhất mất mát rất ít. Bộ đệm hay dung lượng đệm (surge) giữa các công đoạn là thực tiễn phổ biến trong nhà máy, và nó nằm ngoài mô hình kế hoạch sản xuất: nêu nó ở đây chỉ là bối cảnh, không phải một tính năng được mô hình hóa. Còn tình trạng đói nguyên liệu, như đã mô tả xuyên suốt, là vấn đề thời điểm trong kế hoạch sản xuất. Không có gì trong bài viết này là lời khuyên về quản lý tồn kho hay kiểm soát hàng tồn kho.

Điểm mấu chốt: bài kiểm tra ba câu hỏi và cách Schantt xử lý

Hãy thử bài kiểm tra ba câu hỏi với công cụ bạn đang dùng. Một: công cụ có làm tròn mẻ một phần lên thành trọn một chu kỳ trên công đoạn batch không? Hai: kế hoạch sản xuất có cấp cho từng công đoạn hạ nguồn từ các lần hoàn thành của thượng nguồn, hay giả định nguyên liệu luôn sẵn sàng? Ba: khi một công đoạn cạn nguyên liệu, kế hoạch sản xuất có thể hiện điều đó (một khoảng dừng chờ nguyên liệu hiển thị rõ ràng) hay sai lệch thời điểm vẫn cứ khuất lấp? Một công cụ trượt câu hỏi thứ nhất thì không thể tính đúng thời lượng cho công đoạn batch; trượt câu thứ hai và thứ ba, nó không thể cho bạn thấy khi nào một lộ trình hỗn hợp thực sự đói nguyên liệu. Câu trả lời của Schantt rất trực tiếp: mô hình hóa công đoạn batch theo mẻ và thời gian chu kỳ mẻ; mô hình hóa công đoạn flow theo tốc độ; xử lý các lộ trình hỗn hợp batch-flow như thực thể hạng nhất; hiển thị khoảng dừng chờ nguyên liệu trên kế hoạch sản xuất khi nhịp cấp liệu chậm hơn nhu cầu; và cho phép chuyển một phần tại từng điểm bàn giao. Không có điều nào trong số này là chuyện vặt về cấu hình. Những lựa chọn này tồn tại vì công việc của kế hoạch sản xuất là tối thiểu hóa tổng thời gian sản xuất trên tất cả các công việc (job), và một cách tính thời điểm xuất phát từ mô hình thời lượng sai thì không thể tin cậy trên một lộ trình hỗn hợp, dù phần còn lại của kế hoạch sản xuất được xây dựng tốt đến đâu.