Tối ưu hóa trình tự sắp xếp: Giảm thời gian chu kỳ nhờ các thuật toán thông minh

Hầu hết các đội SMT đều tập trung vào những yếu tố không đúng. Họ chỉ mải mê nhìn vào chỉ số CPH danh định, so sánh các tài liệu quảng cáo, có thể tranh cãi về số lượng nhân viên hay công suất bộ nạp, rồi lại thắc mắc tại sao dây chuyền sản xuất thực tế vẫn chạy chậm chạp khi thành phần bảng mạch trở nên phức tạp, việc thay vòi phun ngày càng nhiều, và đường di chuyển bắt đầu trông như những đường zigzag lảo đảo.

Đó là sự thật phũ phàng.

Và thời điểm hiện tại còn quan trọng hơn so với một hoặc hai năm trước. Theo báo cáo của Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn, doanh thu toàn cầu từ ngành bán dẫn đạt 1.462,7 tỷ USD vào năm 2024, tăng 19,11% so với năm 2023. Đồng thời, dữ liệu về năng suất trong lĩnh vực sản phẩm máy tính và điện tử của Cục Thống kê Lao động Hoa Kỳ, được công bố qua FRED, đã tăng từ 106,624 vào năm 2023 lên 109,528 vào năm 2024, tương đương mức tăng khoảng 2,71%. Áp lực sản lượng gia tăng. Khả năng chấp nhận lãng phí giảm sút. Và đúng vậy, những thao tác thừa thãi trong các chương trình bố trí giờ đây thực sự gây tốn kém. (Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn)

Ngành công nghiệp này vẫn cứ mải mê theo đuổi tốc độ ở những nơi không đúng đắn

Tôi đã chứng kiến điều này quá nhiều lần: người mua so sánh tốc độ xử lý thô của máy, có thể là số lượng bộ nạp, có thể là thông số kỹ thuật của hệ thống thị giác, nhưng lại bỏ qua câu hỏi khó chịu mà thực tế lại quyết định năng suất — đó là mức độ thông minh trong việc lựa chọn của máy gì để chọn, khi để chọn nó, ở đâu để đặt nó, và như thế nào để tránh những chuyến đi không cần thiết giữa chừng.

Những người đang mua sắm máy lắp ráp Nhiều người thường cho rằng thời gian chu kỳ chủ yếu là vấn đề phần cứng. Tôi thì không nghĩ vậy. Phần cứng chỉ đặt ra giới hạn tối đa. Phần mềm mới là yếu tố quyết định liệu bạn có thể tiến gần đến giới hạn đó hay không.

Năm 2024 Nghiên cứu của MDPI về tối ưu hóa máy lắp ráp bề mặt đầu quay đưa ra quan điểm một cách rõ ràng: việc phân bổ vòi phun, phân bổ bộ cấp liệu và thứ tự sắp xếp linh kiện có mối quan hệ tương hỗ lẫn nhau, và các tác giả đã xác định rõ vấn đề này thuộc loại NP-hard. Điều này rất quan trọng vì nó xóa tan ảo tưởng rằng một quy tắc đơn giản như “ưu tiên linh kiện gần nhất” hay “sắp xếp từ trái sang phải” là đủ hiệu quả trên một dây chuyền sản xuất hiện đại. Thực tế thường không phải vậy. (MDPI)

Các thuật toán thông minh thực sự đang tối ưu hóa điều gì

“Thuật toán thông minh” là một trong những cụm từ mà các nhà cung cấp lạm dụng đến mức nó trở nên vô nghĩa. Vậy nên hãy nói thẳng thắn. Trong một môi trường SMT thực tế, việc tối ưu hóa thứ tự bố trí không phải là “bột phép thuật” của trí tuệ nhân tạo. Đó là một hệ thống ra quyết định nhằm giảm thiểu tổng thời gian thông qua việc điều chỉnh một số biến số có liên quan:

Bảng đó được thiết kế đơn giản một cách có chủ đích. Thực tế thì phức tạp hơn nhiều. Nhưng nguyên tắc vẫn đúng: thuật toán tốt nhất không phải là thuật toán có cái tên hoa mỹ nhất. Đó là thuật toán giúp giảm thiểu lượng lãng phí tích lũy từ hàng nghìn quyết định nhỏ lẻ.

Và đúng vậy, những quyết định đó sẽ tích lũy lại. Trên một bảng mạch tiêu dùng có mật độ cao hoặc bộ điều khiển ô tô, việc tiết kiệm được vài phần nghìn giây từ mỗi lần đặt linh kiện lặp đi lặp lại có thể tích lũy thành hàng phút khi kết thúc một lô sản phẩm. Mọi người thường quên điều đó bởi vì mỗi lần mất mát đó trông có vẻ vô hại khi xem xét riêng lẻ. Nhưng thực tế không phải vậy.

Các bằng chứng đã được công bố có giá trị hơn những lời quảng cáo trong tờ rơi

Đây chính là lúc cuộc trò chuyện trở nên thú vị.

Năm 2024 Bài báo trong Tạp chí Kỹ thuật về phương pháp lập lịch Deep Q-Network cho các dây chuyền lắp ráp bảng mạch in đã so sánh phương pháp dựa trên DQN với một số quy tắc heuristic cố định. Trong các thí nghiệm được báo cáo, phương pháp DQN cho thấy thời gian hoàn thành ngắn hơn trên các trường hợp nhỏ, trung bình và lớn; trong một trường hợp nhỏ, nó đã giảm tổng thời gian hoàn thành xuống khoảng 0,79% so với phương pháp heuristic tốt nhất. Con số này sẽ không gây ấn tượng với những người chỉ quan tâm đến những tuyên bố tiếp thị rầm rộ. Nó sẽ gây ấn tượng với các kỹ sư, bởi vì việc đạt được mức giảm thời gian chu kỳ dưới 1% đã được xác minh trên một quy trình đã hoàn thiện thường khó khăn hơn — và mang lại lợi nhuận cao hơn — so với một con số lý thuyết 20% hào nhoáng mà không ai có thể tái tạo được trên thực tế. (MDPI)

Tiếp theo là tín hiệu hoạt động rõ rệt hơn. Năm 2024 Bài báo trên tạp chí Springer về tối ưu hóa hợp tác các dây chuyền lắp ráp bề mặt (SMT) bằng cách sử dụng chỉ số OEE theo thời gian thực đã nêu một ví dụ về tám dây chuyền sản xuất, trong đó ba dây chuyền đã cải thiện chỉ số OEE lần lượt là 8,61 TP3T, 15,71 TP3T và 18,61 TP3T sau quá trình tối ưu hóa hợp tác. Đó không phải là một sự điều chỉnh nhỏ. Đó chính là kết quả khi logic lập lịch ngừng coi mỗi dây chuyền như một hòn đảo cô lập và bắt đầu đưa ra quyết định ở cấp độ hệ thống. (Springer)

Vì vậy, không, tôi không tin vào quan điểm cũ rằng “thứ tự sắp xếp là yếu tố không đáng kể” và chỉ có tốc độ máy móc mới quan trọng. Nghiên cứu được công bố năm 2024 lại cho thấy điều ngược lại. Và thành thật mà nói, các tính toán trong nhà máy cũng cho thấy điều ngược lại. (MDPI)

Nơi mà thời gian chu kỳ thực sự biến mất

Không chỉ ở một nơi. Mà ở khắp mọi nơi.

Nó biến mất trong các bố cục băng tải cấp liệu buộc phải có các đoạn di chuyển dài. Nó biến mất trong logic thay đổi vòi phun trông có vẻ hiệu quả trên phần mềm nhưng lại sụp đổ khi xử lý các gói hàng hỗn hợp. Nó biến mất trong quá trình lập kế hoạch đường đi bỏ qua các điểm dừng camera, các điều chỉnh căn giữa và chi phí xoay. Và nó biến mất khi một dây chuyền được thiết kế để Dây chuyền sản xuất hàng loạt tốc độ cao được lập trình với những thói quen mà mọi người thường sử dụng trên Dây chuyền sản xuất mẫu thử nghiệm quy mô nhỏ.

Đó không phải là cùng một công việc. Hoàn toàn khác nhau.

Các dây chuyền sản xuất khối lượng lớn chú trọng đến sự lặp lại liên tục, tính ổn định của bộ cấp linh kiện và việc giảm thiểu các chuyển động lặp lại trong quá trình lắp ráp với số lượng linh kiện khổng lồ. Trong môi trường sản xuất đa dạng sản phẩm, yếu tố quan trọng hơn là lập lịch theo nhóm sản phẩm, tính đồng nhất của cuộn linh kiện, khả năng phục hồi nhanh sau khi chuyển đổi dây chuyền và việc không để lãng phí một nửa lợi nhuận vào các thao tác thiết lập. Nếu logic tối ưu hóa của bạn không phản ánh những yếu tố đó, thì đó không phải là tối ưu hóa. Đó chỉ là màn trình diễn phần mềm mà thôi.

Các nhà cung cấp thường quảng cáo quá mức về một mặt hàng này mà lại bỏ qua mặt hàng khác

Đây là quan điểm không được nhiều người ủng hộ của tôi: trong lĩnh vực SMT, chất lượng thuật toán thường được quảng bá như một tính năng phần mềm, trong khi trên thực tế, nó lại hoạt động giống như một nguyên tắc vận hành hơn.

Một máy móc có thể được trang bị thuật toán lập kế hoạch đường đi đáng tin cậy nhưng vẫn hoạt động kém hiệu quả nếu dữ liệu CAD không chính xác, vị trí các bộ nạp không nhất quán, thư viện vòi phun được quản lý cẩu thả, dữ liệu xoay tâm tọa độ lộn xộn, hoặc kỹ sư quy trình không bao giờ rà soát lại các quy tắc sau lần phát hành đầu tiên được cho là “đủ tốt”. Đó là lý do tại sao tôi không tin tưởng bất kỳ lời quảng cáo nào hứa hẹn tốc độ mà không đề cập đến việc đảm bảo chất lượng dữ liệu, đào tạo người vận hành và mức độ chuyên sâu của dịch vụ hậu mãi.

Đó cũng chính là lý do tại sao tôi thà thấy một nhà cung cấp thảo luận một cách nghiêm túc về Đào tạo và hỗ trợ sau bán hàng thay vì cứ lặp đi lặp lại từ “AI” khoảng mười lăm lần. Những tính năng tối ưu hóa phức tạp sẽ nhanh chóng trở nên vô dụng nếu không ai trong công ty hiểu cách duy trì chúng.

Và nếu bạn đang xây dựng xung quanh Giải pháp dây chuyền sản xuất SMT trọn gói, vấn đề còn lớn hơn cả một chương trình định vị. Bạn cần đảm bảo rằng máy in, bộ lắp ráp, thuật toán kiểm tra, chiến lược cấp liệu và quy trình chuyển đổi không còn xung đột với nhau. Nếu không, chiếc máy được “tối ưu hóa” đó chỉ đơn thuần là đẩy điểm nghẽn sang một nơi khác mà thôi.

Tôi sẽ làm gì nếu thực sự được làm việc tại nhà máy

Trước hết, tôi sẽ ngừng hỏi: “Tốc độ định mức của máy là bao nhiêu?” và bắt đầu hỏi: “12 giây vừa qua đã trôi đi đâu rồi?”

Sau đó, tôi sẽ xác định mức cơ sở cho dây chuyền sản xuất bằng cách sử dụng một dòng sản phẩm ổn định và chia chu kỳ thành các giai đoạn: di chuyển, lấy hàng, đặt hàng, thay vòi phun, kiểm tra bằng camera và thời gian chờ không tạo ra giá trị. Không phải ước tính. Mà là đo lường.

Tiếp theo, tôi sẽ tiến hành làm sạch dữ liệu. Phần này khá tẻ nhạt, nhưng chính những công việc tẻ nhạt như vậy lại là nơi khởi nguồn của hầu hết những thành quả thực sự. Chuẩn hóa các mã định danh (ID) của bộ nạp. Kiểm tra bảng tương thích vòi phun. Xác minh các góc xoay tâm. Kiểm tra xem các điều chỉnh hình ảnh lặp lại có đang tác động đến cùng một nhóm bao bì hay không. Xác định xem bộ lập kế hoạch đường đi có đang bù đắp cho dữ liệu gốc không chính xác thay vì thực hiện tối ưu hóa thực sự hay không.

Sau đó, tôi sẽ điều chỉnh theo chế độ sản xuất. Đối với các dây chuyền sản xuất đa dạng sản phẩm, cần ưu tiên tính đồng nhất của cuộn dây, phân nhóm theo dòng sản phẩm và tối ưu hóa thời gian chuyển đổi. Đối với các dây chuyền sản xuất số lượng lớn cùng loại, cần tập trung mạnh vào việc nhóm các bộ cấp liệu và tối ưu hóa đường di chuyển. Đối với môi trường sản xuất hỗn hợp, giải pháp phù hợp thường là một sự thỏa hiệp nhằm đảm bảo năng suất ở cấp ca làm việc thay vì chỉ tập trung vào việc đạt được thời gian hoàn thành nhanh nhất cho một bo mạch đơn lẻ.

Và sau đó, tôi sẽ đối chiếu kết quả với thực tế, chứ không phải dựa vào ảnh chụp màn hình của nhà cung cấp. Tỷ lệ phế phẩm có ổn định không? Năng suất lần đầu có ổn định không? Số lần can thiệp của nhân viên vận hành có giảm không? Số lượng bo mạch thực tế sản xuất được mỗi giờ có tăng lên trong cả tuần, chứ không chỉ trong một buổi chiều? Tốt. Giờ thì thành công mới thực sự là thành công.

Đó là nơi Trường hợp khách hàng quan trọng hơn những lời quảng cáo hoa mỹ. Một nhà máy có thể chứng minh được sự cải thiện ổn định về thời gian chu kỳ trong các đơn hàng thực tế thì mới thực sự đáng để lắng nghe.

Bài học thực sự

Việc tối ưu hóa trình tự sắp xếp không phải là công việc hấp dẫn. Đó là công việc quản lý chi tiết mang tính toán học trong bối cảnh áp lực sản xuất. Nhưng vào năm 2026, khi nhu cầu về điện tử vẫn ở mức cao và áp lực về năng suất ngày càng gia tăng, chính những công việc quản lý chi tiết đó mới là yếu tố quyết định xem tiền sẽ bị thất thoát hay được giữ lại. (Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn)

Vậy nên tôi sẽ nói thẳng: nếu chiến lược SMT của bạn vẫn coi tốc độ máy móc chỉ là vấn đề về phần cứng, thì bạn đang bỏ lỡ cơ hội tăng năng lực sản xuất. Không phải trên lý thuyết. Mà là hàng ngày.

Câu hỏi thường gặp

Tối ưu hóa trình tự bố trí trong sản xuất SMT là gì?

Tối ưu hóa trình tự lắp đặt là quá trình sắp xếp thứ tự lấy linh kiện, đường đi của bộ nạp, việc sử dụng vòi phun, quãng đường di chuyển của đầu máy và thứ tự lắp đặt lên bảng mạch, nhằm giúp máy SMT hoàn thành cùng một công việc lắp ráp trong thời gian ngắn hơn mà không ảnh hưởng đến độ chính xác, quy trình kiểm tra hoặc sự ổn định của dây chuyền. Nói một cách đơn giản, đây là phép tính quyết định liệu máy của bạn di chuyển một cách có mục đích hay lãng phí chuyển động. Một chương trình tốt sẽ giảm thiểu quãng đường di chuyển vô ích, cắt giảm việc thay đổi vòi phun không cần thiết và duy trì các thao tác lắp đặt có tần suất cao trên đường đi ngắn nhất có thể.

Thực tế, các thuật toán thông minh có thể rút ngắn thời gian chu kỳ xuống bao nhiêu?

Các thuật toán sắp xếp thông minh có thể mang lại hiệu quả từ những cải thiện nhỏ đến mức tăng hiệu suất hệ thống hai con số, tùy thuộc vào việc vấn đề là lập kế hoạch đường đi ở cấp độ máy hay lập lịch phối hợp ở cấp độ dây chuyền trên nhiều dây chuyền SMT. Trong nghiên cứu lập lịch DQN năm 2024, thời gian hoàn thành được báo cáo đã vượt qua các thuật toán heuristic cố định trên tất cả các quy mô trường hợp được thử nghiệm, trong khi một nghiên cứu riêng biệt của Springer năm 2024 báo cáo mức tăng OEE là 8,6%, 15,7% và 18,6% trên ba dây chuyền được tối ưu hóa trong một thiết lập tám dây chuyền. Đó là lý do tại sao các kỹ sư trung thực phân biệt rõ “cải thiện chương trình đơn lẻ” với “tối ưu hóa toàn bộ dây chuyền” trước khi đưa ra con số cụ thể. (MDPI)

Việc tối ưu hóa trình tự sắp xếp chỉ hữu ích cho sản xuất quy mô lớn thôi sao?

Việc tối ưu hóa trình tự lắp đặt rất hữu ích trong cả sản xuất SMT khối lượng lớn lẫn đa dạng sản phẩm, nhưng nguồn gốc của lợi ích lại thay đổi tùy theo mô hình sản xuất, bởi vì các đơn hàng lặp lại ưu tiên hiệu quả đường di chuyển, trong khi các đơn hàng đa dạng lại ưu tiên khả năng kiểm soát chuyển đổi, tính đồng nhất của bộ cấp linh kiện và kỷ luật lập lịch. Đối với các bo mạch sản xuất lặp lại, người ta thường tập trung vào việc giảm khoảng cách di chuyển và tối ưu hóa logic vòi phun. Đối với các đơn hàng đa dạng, người ta lại tập trung vào việc rút ngắn thời gian thiết lập và nhóm các đơn hàng theo nhóm sản phẩm. Cùng một khái niệm. Nhưng chiến trường khác nhau.

Sự khác biệt giữa tối ưu hóa bộ nạp và tối ưu hóa trình tự bố trí là gì?

Tối ưu hóa bộ cấp liệu là một nhiệm vụ hẹp hơn, tập trung vào việc bố trí vật lý các trục cuộn và linh kiện, trong khi tối ưu hóa trình tự đặt linh kiện là một chiến lược rộng hơn, bao gồm cả thứ tự lấy linh kiện, thứ tự đặt linh kiện, việc thay vòi phun, phân vùng bảng mạch và đôi khi cả các quyết định lập lịch cho nhiều dây chuyền. Do đó, bố trí bộ cấp liệu chỉ là một trong những yếu tố. Không phải toàn bộ hệ thống. Bất kỳ ai khẳng định rằng chỉ cần bố trí bộ cấp liệu là có thể giải quyết được vấn đề thời gian chu kỳ thì chỉ đang đưa ra một giải pháp chưa đầy đủ.

Nếu bạn muốn biến suy nghĩ này thành quyết định về thiết bị hoặc kế hoạch dây chuyền sản xuất, hãy bắt đầu từ những gì hiện có trang giải pháp và so sánh chúng với danh mục sản phẩm của bạn, hoặc sử dụng Trang liên hệ để áp dụng phương pháp tối ưu hóa phù hợp với các bảng mạch thực tế của bạn thay vì một bản demo chung chung.