Giải pháp tự động hóa sản xuất

Sau khi một nhà sản xuất cầu dao điện dân dụng có trụ sở tại Thái Lan nhận được đơn đặt hàng 2 triệu sản phẩm – tương đương với sản lượng gần gấp đôi so với sản lượng hàng năm thông thường – dây chuyền lắp ráp thủ công (mà họ đã sử dụng trong mười năm qua) đột nhiên trở nên quá tải. Dây chuyền lắp ráp thủ công có mười hai công nhân, mỗi người thực hiện một công việc lặp đi lặp lại, và không thể đáp ứng nhu cầu tăng cao của đơn hàng mới mà không phát sinh chi phí làm thêm giờ nghiêm trọng và dẫn đến sản phẩm lỗi. Công ty đã mua một hệ thống tích hợp. giải pháp tự động hóa sản xuất Hệ thống này bao gồm một dây chuyền lắp ráp tự động cấp linh kiện để tạo ra cơ cấu cầu dao hoàn chỉnh, hiệu chỉnh cơ cấu ngắt nhiệt, kiểm tra kỹ lưỡng tất cả các cầu dao và khắc laser định mức áp dụng cho từng thiết bị. Kết quả là sản lượng của công ty tăng gấp ba lần, trong khi số lượng sản phẩm lỗi giảm 80%. Họ giao sản phẩm theo yêu cầu của khách hàng đúng thời hạn và thu hồi toàn bộ vốn đầu tư vào tự động hóa sản xuất trong vòng 14 tháng. Đây chính là những gì mà tự động hóa mang lại khi được áp dụng đúng cách: điều chỉnh năng lực sản xuất phù hợp với yêu cầu của thị trường; và làm được điều đó với mức độ nhất quán mà các phương pháp thủ công không thể đạt được.

Tự động hóa sản xuất là gì?

Tự động hóa sản xuất Việc sử dụng công nghệ (PLC, robot công nghiệp, hệ thống băng tải, thị giác máy tính và phần mềm máy tính) cho các quy trình sản xuất với sự can thiệp tối thiểu của con người được gọi là tự động hóa. Tự động hóa có thể diễn ra ở nhiều quy mô khác nhau, từ một khu vực thử nghiệm tự động riêng lẻ đến một cơ sở tích hợp dựa trên dữ liệu, nơi toàn bộ cơ sở sản xuất giao tiếp với một Hệ thống Quản trị Sản xuất (MES) trung tâm. Mục đích của tự động hóa không phải là thay thế con người mà là giao phó các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, đòi hỏi độ chính xác cao và có nguy cơ gây hại cho máy móc, giúp con người có thời gian giám sát, tối ưu hóa và bảo trì quy trình. Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) Tự động hóa được định nghĩa là bao gồm mọi thứ, từ điều khiển bật/tắt đơn giản đến tối ưu hóa quy trình tiên tiến, và các tiêu chuẩn của nó là nền tảng cho các hệ thống điều khiển công nghiệp vận hành các nhà máy hiện đại.

Các loại giải pháp tự động hóa và vị trí ứng dụng của chúng.

Không phải nhà máy nào cũng cần cùng một mức độ... tự động hóa sản xuất. Giải pháp phù hợp phụ thuộc vào khối lượng sản xuất, chủng loại sản phẩm và các yêu cầu cụ thể về chất lượng và khả năng truy xuất nguồn gốc của ngành. Phân loại bốn loại kinh điển cung cấp một khuôn khổ để hiểu các lựa chọn.

Trong các ứng dụng thực tế, nhà máy thường kết hợp ba loại tự động hóa này. Ví dụ, một công ty sản xuất cầu dao điện vỏ đúc sử dụng tự động hóa cố định tại trạm hàn tiếp xúc khối lượng lớn; tự động hóa lập trình để hiệu chuẩn và kiểm tra các mức cường độ dòng điện khác nhau; và hệ thống robot linh hoạt để vận chuyển các bộ phận giữa các dây chuyền sản xuất. Các quy trình này được kết nối với hệ thống MES tích hợp, lưu trữ tất cả kết quả kiểm tra với số sê-ri tương ứng.

Giải pháp tự động hóa cho nhiều ngành công nghiệp

Các công nghệ cơ bản được sử dụng để tạo ra giải pháp tự động hóa sản xuất, chẳng hạn như robot, hệ thống thị giác máy tính, băng tải và dữ liệu, đều là những công cụ phù hợp cho các mặt hàng khác nhau và môi trường sản xuất khác nhau.

Thiết bị điện và bảo vệ mạch điện

Các loại cầu dao thu nhỏ (MCB), cầu dao vỏ đúc (MCCB), công tắc tơ và thiết bị chống rò dòng (RCD) đều có một điểm chung – chúng đều cần được hiệu chuẩn và kiểm tra riêng lẻ theo các tiêu chuẩn an toàn quốc tế. Quá trình hiệu chuẩn thủ công chậm, phụ thuộc vào khả năng của người vận hành và sẽ bị sai lệch theo thời gian. Các dây chuyền hiệu chuẩn và kiểm tra tự động, chẳng hạn như những dây chuyền được xây dựng và thiết kế bởi Benlong Automation, sẽ áp dụng dòng điện quá tải hoặc ngắn mạch đã biết vào từng cầu dao, đo thời gian ngắt mạch của cầu dao, điều chỉnh cơ chế hiệu chuẩn và quyết định đạt hay không đạt yêu cầu của thiết bị mà không cần người vận hành chạm vào bộ phận. Cách tiếp cận này đảm bảo rằng mọi cầu dao rời khỏi nhà máy đều tuân thủ đường cong thời gian/dòng điện đã công bố, điều mà không khả thi về mặt tài chính khi sử dụng quy trình hiệu chuẩn thủ công truyền thống do chi phí sản xuất với số lượng lớn.

Benlong sở hữu một loạt các dây chuyền lắp ráp và kiểm tra hoàn toàn tự động cho MCB, MCCB và công tắc tơ AC. Dây chuyền lắp ráp tự động MCB Tích hợp việc cấp linh kiện, lắp ráp, hiệu chuẩn, kiểm tra, đánh dấu và phân loại vào một quy trình liên tục, cung cấp một bộ ngắt mạch đã được kiểm tra và chứng nhận cứ sau vài giây. Đối với các nhà sản xuất thiết bị chống sét lan truyền (SPD), một hệ thống như vậy sẽ giải quyết vấn đề. Dây chuyền sản xuất tự động SPD Kết hợp lắp ráp, thử nghiệm điện áp cao và truy xuất nguồn gốc tại một trạm duy nhất.

Ô tô và xe điện

Ngành công nghiệp ô tô đã ứng dụng tự động hóa dưới nhiều hình thức trong nhiều năm; các ứng dụng này sử dụng robot để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp, chẳng hạn như hàn robot, sơn và lắp ráp thân xe ô tô. Trong vài năm trở lại đây, sự chuyển đổi sang xe điện đã tạo ra những thách thức mới cho các nhà sản xuất ô tô khi thực hiện thay đổi trong quy trình sản xuất của họ. Một số thách thức này bao gồm việc lắp ráp các mô-đun pin, quấn stato hình kẹp tóc cho động cơ điện và chế tạo bộ dây cáp cao áp; mỗi quy trình đều yêu cầu đo lường chính xác và khả năng truy xuất nguồn gốc trong toàn bộ quá trình sản xuất. FANUC và KUKA sản xuất các robot đóng vai trò là nền tảng cho các hoạt động tự động hóa ô tô mới này.

Thiết bị y tế và dược phẩm

Sản xuất trong lĩnh vực thiết bị y tế đòi hỏi một số thành phần quan trọng, bao gồm quy trình được kiểm định, khả năng tương thích với phòng sạch và hồ sơ có thể truy vết về tất cả các khía cạnh của quy trình sản xuất. Các dây chuyền sản xuất tự động lắp ráp ống tiêm, dây chuyền chiết rót và đóng gói ống hít, và thiết bị đóng gói bộ dụng cụ chẩn đoán đã được phát triển để kết hợp các thao tác cơ khí chính xác với khả năng kiểm tra trực quan đầy đủ nhằm ghi lại chính xác cách thức xử lý mọi thông số cho từng bước trong quá trình điều trị của bệnh nhân thông qua một số sê-ri duy nhất. Quá trình tự động hóa trở thành bằng chứng cho sự kiểm định.

Chế biến thực phẩm và đồ uống

Các dây chuyền tự động chiết rót, đóng nắp, dán nhãn và xếp pallet hoạt động ở tốc độ cao với sự tiếp xúc tối thiểu của con người – điều này giúp giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm. Robot và băng tải có thể được rửa sạch, cho phép vệ sinh CIP các dây chuyền; hệ thống thị giác giám sát mức độ chiết rót, vị trí dán nhãn và độ kín của niêm phong ở tốc độ sản xuất.

Tự động hóa sản xuất mang lại những gì: Các lợi ích có thể đo lường được

Việc áp dụng giải pháp tự động hóa trong lĩnh vực sản xuất có thể được chứng minh là hợp lý dựa trên kết quả phân tích. Phân tích sản xuất số của McKinsey and Company cho thấy tự động hóa và tích hợp giúp cải thiện năng suất từ 25-501 sản phẩm/tấn, giảm lỗi từ 50-801 sản phẩm/tấn và giảm chi phí bảo trì (20-401 sản phẩm/tấn). Những con số này cũng được hỗ trợ bởi kinh nghiệm của các nhà sản xuất trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau:

• Hiệu suất ổn định. Các dây chuyền tự động được thiết kế cho một chu kỳ thời gian nhất định và hoạt động theo cùng một cách bất kể đó là 4 giờ sáng hay sau giờ ăn trưa.
• Chất lượng được tích hợp sẵn. Tất cả các trạm tự động đều đóng vai trò là trạm kiểm tra. Khi phép đo mô-men xoắn nằm ngoài phạm vi cho phép, dây chuyền sẽ dừng lại; tương tự, nếu thiếu một linh kiện, nó sẽ bị loại bỏ. Nói tóm lại, chất lượng không được kiểm tra trước khi sản xuất; mà được tích hợp ngay từ đầu.
• Khả năng truy xuất nguồn gốc và dữ liệu. Mỗi thao tác được thực hiện bởi một hệ thống tự động đều tạo ra một bản ghi điện tử. Trong lĩnh vực điện lực, điều này bao gồm tất cả các đường cong hiệu chuẩn cho các thiết bị ngắt mạch có thể được truy xuất và sử dụng cho các yêu cầu bảo hành.
• Sự ổn định của lực lượng lao động. Tự động hóa cho phép các nhà sản xuất giảm sự phụ thuộc vào một lượng lớn công nhân lắp ráp lành nghề tại những địa điểm có chi phí lao động cao hoặc khan hiếm. Các công nhân vận hành được giữ lại vẫn có kỹ năng giám sát và bảo trì dây chuyền sản xuất.
• Sự an toàn. Các hệ thống tự động vận chuyển vật liệu bao gồm băng tải, robot di động tự hành (AMR) và robot xếp pallet, giúp loại bỏ nhu cầu nâng và mang vác vật liệu nhiều lần, vốn là nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ cao các chấn thương do rối loạn cơ xương khớp tại nơi làm việc (WMS).

Các xu hướng tương lai định hình tự động hóa sản xuất

Nhiều tiến bộ trong công nghệ đã bắt đầu ảnh hưởng đến cách thức tạo ra và vận hành các giải pháp tự động hóa sản xuất.

• Trí tuệ nhân tạo và máy học. Các thuật toán bảo trì dự đoán sử dụng cảm biến rung và dòng điện động cơ có thể phát hiện lỗi ở ổ bi vài ngày trước khi nó ảnh hưởng đến sản xuất bằng cách phân tích dữ liệu được tạo ra từ hệ thống thị giác để xác định các khuyết tật mà các thuật toán dựa trên quy tắc không thể phát hiện được.
• Các bản sao kỹ thuật số. Bản sao kỹ thuật số của dây chuyền sản xuất cho phép nhà sản xuất thử nghiệm các sản phẩm mới, tạo ra bố cục tối ưu nhất và đào tạo người vận hành trước khi hoàn thành việc lắp ráp máy móc vật lý đầu tiên. Bản sao kỹ thuật số này cũng được kết nối với dây chuyền thực tế trong quá trình sản xuất bình thường để cung cấp bảng điều khiển thời gian thực về hiệu suất sản xuất.
• Robot cộng tác (cobots). Robot cộng tác (cobot) có thể hoạt động cùng với người vận hành và thực hiện các nhiệm vụ yêu cầu thao tác nhặt và đặt vật phẩm lặp đi lặp lại. Người vận hành cobot sẽ thực hiện các nhiệm vụ lắp ráp đòi hỏi kỹ năng bổ sung. Cobot hoạt động tốt trong các dây chuyền bán tự động.
• Giám sát tính bền vững và năng lượng. Các dây chuyền tự động sử dụng nhiều cảm biến hơn để đo lượng năng lượng tiêu thụ trên mỗi đơn vị sản phẩm, giúp cả hai công ty dễ dàng giảm chi phí và báo cáo hiệu quả hoạt động bền vững cho các cổ đông.

Cách chọn đối tác tự động hóa phù hợp

Việc lựa chọn nhà cung cấp giải pháp tự động hóa sản xuất có thể là một quyết định chiến lược. Các yếu tố sau đây có thể giúp phân biệt giữa một đối tác lâu dài phù hợp với một nhà sản xuất máy móc chỉ thực hiện công việc theo hợp đồng:

• Kinh nghiệm chuyên môn. Có thể nhà tích hợp chưa từng thiết kế dây chuyền sản xuất cho sản phẩm hoặc ngành công nghiệp của bạn; nếu nhà tích hợp đó trước đây đã giải quyết được những khó khăn trong việc hiệu chỉnh bộ ngắt nhiệt từ hoặc hàn tiếp điểm bạc mà không cần sử dụng tiền của bạn, thì họ đã đang trên con đường học hỏi về lĩnh vực này.
• Khả năng tích hợp. Đối tác này có thể cung cấp giải pháp toàn diện (cơ khí, điện, điều khiển & phần mềm) hay chỉ thực hiện các mảng chính? Khi họ đảm nhiệm tất cả các mảng kỹ thuật nội bộ, đối tác sẽ không đổ lỗi cho người khác khi có vấn đề phát sinh.
• Hỗ trợ sau bán hàng. Các máy móc hoạt động liên tục suốt ngày đêm cần phụ tùng thay thế và dịch vụ kịp thời. Trước khi đặt hàng, bạn nên yêu cầu xem xét khả năng sửa chữa và cung cấp phụ tùng của đối tác.
• Sự sẵn sàng về dữ liệu và công nghiệp 4.0. Một dây chuyền tự động cần có khả năng giao tiếp với hệ thống MES của bạn thông qua các giao thức tiêu chuẩn và lưu trữ tất cả dữ liệu quy trình trong cơ sở dữ liệu. Nó cũng cần có khả năng được chẩn đoán từ xa thông qua kết nối với Internet hoặc mạng nội bộ. Nếu đối tác tích hợp của bạn không thể đáp ứng được những điều này, bạn sẽ có một dây chuyền tự động bị cô lập giữa hệ thống được kết nối và hệ thống kế thừa/suy luận.

Câu hỏi thường gặp

Tự động hóa sản xuất là gì?

Tự động hóa sản xuất “Tự động hóa” nghĩa là sử dụng các công cụ công nghệ thay vì con người để vận hành quy trình sản xuất. Ví dụ về các công cụ được sử dụng trong tự động hóa bao gồm PLC, robot công nghiệp, băng tải, hệ thống thị giác và phần mềm, tất cả được sử dụng cùng nhau để chế tạo, thử nghiệm, kiểm tra và đóng gói sản phẩm.

Tự động hóa có 4 loại?

Có bốn phương pháp tự động hóa phổ biến: tự động hóa cố định (cứng), tự động hóa lập trình, tự động hóa linh hoạt (mềm) và tự động hóa tích hợp. Tự động hóa cố định (cứng) được sử dụng cho sản xuất số lượng lớn một sản phẩm duy nhất. Tự động hóa lập trình được sử dụng cho sản xuất theo lô (tức là chỉ sản xuất theo lô khi nhận được đơn đặt hàng), trong khi tự động hóa linh hoạt (mềm) và tự động hóa tích hợp hỗ trợ sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau trong toàn bộ nhà máy (tức là nhiều cơ sở sản xuất nhiều dòng sản phẩm).

Những công cụ tự động hóa hàng đầu là gì?

Bộ điều khiển logic lập trình (PLC), robot công nghiệp, hệ thống thị giác máy tính, xe tự hành dẫn hướng (AGV) và robot di động tự hành (AMR), cũng như hệ thống quản lý sản xuất (MES), kết nối tất cả các thành phần này bằng dữ liệu, là những công cụ tự động hóa phổ biến nhất được sử dụng trong sản xuất.

Hãy nêu một ví dụ về tự động hóa trong sản xuất?

Một hệ thống hoàn toàn tự động là một ví dụ: việc cấp linh kiện, lắp ráp cầu dao, hiệu chuẩn, kiểm tra ngắt nhiệt, kiểm tra ngắt từ, in nhãn định mức và phân loại cầu dao theo kết quả "đạt" hay "không đạt" đều được thực hiện mà không cần sự can thiệp của người vận hành ở bất kỳ giai đoạn nào của quy trình. Điều này đảm bảo tính nhất quán giữa các sản phẩm được sản xuất trên dây chuyền lắp ráp/kiểm tra này, tất cả các sản phẩm đều có lịch sử sản xuất được ghi chép lại (khả năng truy xuất nguồn gốc) và tất cả các sản phẩm được sản xuất đều tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn quốc tế.

Tài liệu tham khảo

• Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) — Các tiêu chuẩn, chương trình đào tạo và nguồn lực dành cho hệ thống tự động hóa và điều khiển công nghiệp.
• McKinsey & Company — Sản xuất kỹ thuật số và Công nghiệp 4.0 — Nghiên cứu về tác động của tự động hóa đối với năng suất và chất lượng trong sản xuất.
• Tập đoàn FANUC — Robot công nghiệp và tự động hóa nhà máy — Nhà sản xuất hàng đầu thế giới về robot, hệ thống CNC và các giải pháp tự động hóa.
• KUKA Robotics — Giải pháp sản xuất tự động — Nhà sản xuất robot công nghiệp và dây chuyền sản xuất tự động của Đức.
• Viện Xử lý Vật liệu (MHI) — Báo cáo thường niên ngành — Dữ liệu và xu hướng về việc áp dụng tự động hóa trong xử lý vật liệu và hậu cần.

Giải pháp tự động hóa sản xuất Tự động hóa không phải là thay thế con người bằng máy móc. Mà là giao cho máy móc những nhiệm vụ mà máy móc làm tốt nhất — lặp lại, đo lường, ghi lại — để con người có thể làm những gì con người làm tốt nhất: giải quyết vấn đề, cải thiện quy trình và xây dựng sản phẩm tiếp theo. Cho dù đó là dây chuyền hiệu chuẩn tự động cho các cầu dao thu nhỏ, một dây chuyền hàn robot cho thân xe ô tô, hay một trạm chọn hàng được điều khiển bằng thị giác trong phòng sạch dược phẩm, mục tiêu đều giống nhau: chất lượng nhất quán, sản lượng dự đoán được và dữ liệu để chứng minh điều đó. Benlong Automation xây dựng các giải pháp tự động hóa tích hợp cho ngành sản xuất điện, bởi vì một thiết bị bảo vệ không bao giờ được phép hỏng hóc thì bản thân nó phải được chế tạo với độ chính xác mà chỉ một quy trình tự động hóa, được kiểm chứng mới có thể cung cấp.