Giải pháp Tự động hóa Tốc độ Cao

Một nhà sản xuất thiết bị tiếp xúc của Đức đã đối mặt với thách thức tăng sản lượng từ 600 lên 2.000 đơn vị mỗi giờ mà không cần thêm diện tích sàn và đã tìm ra giải pháp bằng cách đầu tư vào dây chuyền tự động hóa tốc độ cao. Dây chuyền sản xuất này bao gồm lắp ráp, hiệu chuẩn, kiểm tra và đánh dấu trong một quy trình liên tục đồng bộ với thời gian chu kỳ được đo bằng giây. Nó bao gồm một bàn xoay định vị, các máy lấy và đặt có hướng dẫn bằng thị giác, các trạm vít tự động, cũng như các trạm kiểm tra điện 100% dưới sự điều khiển trung tâm của PLC và lập trình viên MES. Thời gian hoàn vốn đã là 20 tháng, với tỷ lệ lỗi dưới 0,1%. Tự động hóa tốc độ cao ở đây có nghĩa là sản xuất nhanh hơn, nhưng hơn thế nữa, nó còn liên quan đến độ chính xác, khả năng lặp lại và việc ghi chép các quy trình sản xuất mà không thể đạt được với các quy trình sử dụng nhiều lao động. Tất cả các nhà sản xuất nên có cái nhìn sâu sắc về các công nghệ tự động hóa tốc độ cao mà họ có thể tiếp cận, các nhà sản xuất hiện có và giá cả để thiết lập các công nghệ như vậy.

Định nghĩa về Tự động hóa Tốc độ Cao

Tự động hóa tốc độ cao không chỉ là phiên bản nhanh hơn của tự động hóa truyền thống. Đó là một ý tưởng thiết kế trong đó mỗi phần của hệ thống sản xuất — máy móc xử lý, thực hiện quy trình, thu thập thông tin và kiểm tra chất lượng — được phát triển với mục tiêu giảm thiểu thời gian chu kỳ của trạm chậm nhất. Trong tự động hóa tốc độ cao, thời gian takt thường dưới năm giây, và trong một số ngành công nghiệp như đóng gói dược phẩm và lắp ráp thiết bị điện tử, thời gian này dưới một giây. Đạt được tốc độ như vậy không chỉ dựa vào các bộ truyền động nhanh, mà còn đòi hỏi sự tích hợp hoàn chỉnh giữa cơ khí, điện tử và điều khiển; loại bỏ khả năng can thiệp thủ công và quyết định ở bất kỳ giai đoạn nào của sản xuất; sử dụng hệ thống thị giác tốc độ cao và xử lý dữ liệu để kiểm tra từng sản phẩm mà không gây ra nút thắt cổ chai.

Khi thực hiện mức đầu tư này, bất kỳ nhà sản xuất nào cũng cần xem xét nhiều yếu tố, bao gồm công suất yêu cầu, đặc tính vật lý của sản phẩm (như trọng lượng, kích thước, độ dễ vỡ), độ chính xác và khả năng lặp lại cần thiết, các quy định pháp lý và vòng đời sản phẩm. Nếu dây chuyền sản xuất dự kiến sản xuất một sản phẩm ổn định trong nhiều năm, thì nên chọn thiết kế tự động hóa cố định. Nếu dây chuyền sản xuất cần thay đổi thường xuyên, thì quan trọng là sử dụng loại tự động hóa cho phép thay đổi nhanh các công thức sản phẩm, cụ thể là tự động hóa lập trình hoặc linh hoạt. Tổng quan của chúng tôi về Tự động hóa là gì? cung cấp khung cơ bản để hiểu các cấp độ khác nhau này.

Tự động hóa Tốc độ Cao trong các Ngành Công nghiệp Chính

Các thiết bị bảo vệ điện (MCB, MCCB, công tắc tơ)

Ngành công nghiệp sản xuất thiết bị điện đã phát triển vượt bậc nhờ việc sử dụng tự động hóa tốc độ cao, giúp dây chuyền sản xuất các bộ ngắt mạch nhỏ và rơ le điện cơ mỗi hai đến bốn giây. Và khía cạnh quan trọng nhất là dữ liệu thu thập được cho quá trình sản xuất này được ghi lại dưới dạng kỹ thuật số. Mặc dù việc hiệu chuẩn và kiểm tra là bắt buộc đối với từng thiết bị bảo vệ, nhưng nếu không được tự động hóa thì sẽ trở thành nút thắt cổ chai của quy trình thủ công. Việc tiêm dòng điện tốc độ cao, đo thời gian ngắt trong thời gian thực cũng như điều chỉnh hiệu chuẩn bằng động cơ loại bỏ nút thắt của chuỗi và đảm bảo rằng mỗi thiết bị được phát hành đều tuân thủ đường cong thời gian-dòng điện quy định. MỘT Dây chuyền lắp ráp tự động MCB tích hợp việc cấp liệu, lắp ráp, hiệu chuẩn, kiểm tra và đánh dấu vào một chuỗi tốc độ cao duy nhất, sản xuất một bộ ngắt mạch được chứng nhận đầy đủ chỉ trong vài giây. Đối với các nhà sản xuất contactor, AC contactor automatic assembly and testing production line xử lý toàn bộ quy trình từ hàn tiếp điểm đến kiểm tra điện cuối cùng. Các hệ thống này cung cấp năng suất giúp việc chứng nhận IEC và UL trở nên khả thi về mặt kinh tế ở quy mô toàn cầu.

Ô tô và xe điện

Ngành công nghiệp ô tô từ lâu đã được coi là người dẫn đầu trong lĩnh vực sản xuất tốc độ cao. Ví dụ, các dây chuyền hàn thân xe hiện tại có thể hoàn thành từ 60 đến 90 công việc hàn trong một giờ, trong khi các dây chuyền lắp ráp động cơ đạt tốc độ từ 30 đến 60 giây cho mỗi động cơ. Trong những năm gần đây, các tiến bộ công nghệ đã giới thiệu nhiều quy trình tốc độ cao khi nói về xe điện, chẳng hạn như quy trình quấn stator bằng hairpin trong động cơ điện, hàn các mô-đun pin và lắp ráp các đầu nối điện áp cao trong động cơ điện. FANUC và KUKA là một số nhà dẫn đầu trong sản xuất robot cho sản xuất tốc độ cao.

Thiết bị y tế và dược phẩm

Trong lĩnh vực y tế, quy định đóng vai trò then chốt trong việc xác định tự động hóa tốc độ cao cùng với chính tốc độ đó. Một hệ thống tự động đổ đầy ống tiêm với tốc độ 400 đơn vị mỗi phút phải tính đến yêu cầu về vô trùng, kiểm tra trọng lượng trong mọi trường hợp và ghi lại thể tích trong hồ sơ lịch sử thiết bị. Tốc độ cao cùng với việc xác nhận và truy xuất nguồn gốc đầy đủ đi đôi với nhau trong quá trình lắp ráp ống hít, đóng gói bộ dụng cụ chẩn đoán và sản xuất chỉ phẫu thuật. Các nhà tích hợp như Tự động hóa ATS chuyên về giao điểm đòi hỏi cao giữa tốc độ và tuân thủ này.

Chế biến thực phẩm và đồ uống

Trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, các dây chuyền đóng chai, đóng nắp và dán nhãn tốc độ cao hoạt động với hàng trăm hoặc hàng nghìn chai mỗi phút, trong đó hệ thống thị giác đảm bảo mức độ đầy đúng, nắp chai và nhãn mác chính xác. Cũng có các yêu cầu về vệ sinh tại chỗ (CIP) và thay đổi nhanh SKU sản phẩm. Những thách thức chính của tự động hóa bao gồm xử lý cơ học, độ sạch và tốc độ vận hành cao của thiết bị đóng gói do các công ty như Krones và Tetra Pak cung cấp.

Điện tử tiêu dùng

Quá trình sản xuất điện thoại thông minh, thiết bị đeo và điện tử nhỏ tuân theo một quy trình phức tạp bao gồm việc lắp ráp hàng trăm linh kiện lại với nhau. Các linh kiện sẽ bao gồm bu lông, đầu nối và mạch linh hoạt, và quá trình lắp ráp sẽ dựa vào việc sử dụng robot để đặt linh kiện chính xác ở mức micromet, công nghệ hàn laser và kiểm tra quang học. Quá trình lắp ráp chỉ mất vài giây, và dây chuyền lắp ráp có thể nhanh chóng thích ứng với các mẫu sản phẩm thay đổi.

Tự động hóa so với Thủ công: Sự khác biệt về Tốc độ và Chất lượng

Khi so sánh dây chuyền sản xuất truyền thống với dây chuyền cơ giới hóa cao tương đương, điều quan trọng cần nhớ là năng suất cao không chỉ là về công suất tính theo số đơn vị sản xuất trong một giờ. Điều thực sự phân biệt hai loại quy trình sản xuất này là mức độ nhất quán trong công việc, chất lượng tài liệu, cũng như sự tuân thủ các yêu cầu của tiêu chuẩn chất lượng do các thị trường xuất khẩu phù hợp đặt ra. Bảng dưới đây cung cấp tóm tắt so sánh theo các tiêu chí quan trọng đối với bất kỳ quản lý sản xuất hoặc chuyên gia mua hàng nào.

Hệ thống tự động hóa tốc độ cao có giá bao nhiêu?

Đầu tư vốn cho tự động hóa tốc độ cao dao động rộng tùy thuộc vào độ phức tạp của sản phẩm, năng suất yêu cầu và mức độ tích hợp. Bảng dưới đây cung cấp phạm vi ngân sách tham khảo cho các dây chuyền tự động chìa khóa trao tay, không bao gồm cơ sở hạ tầng xây dựng và chi phí dụng cụ đặc thù cho sản phẩm.

Lợi tức đầu tư trên một dây chuyền sản xuất tốc độ cao được xác định kỹ lưỡng thường nằm trong khoảng từ 12 đến 24 tháng, tính đến tiết kiệm lao động, tăng khối lượng hàng hóa và giảm lãng phí cũng như chi phí bảo hành. Nếu nhà sản xuất chứng minh rằng dây chuyền tự động tạo ra hàng hóa với chi phí sản xuất thấp hơn và tỷ lệ chất lượng cao hơn so với công nhân, thì dự án này có thể dễ dàng được tài trợ và lợi tức đầu tư (ROI) có thể được tính toán dễ dàng. Các tổ chức nghiên cứu khác nhau, như McKinsey & Company và Deloitte, đã chứng minh rằng tự động hóa tốc độ cao, khi được triển khai đúng quy trình, là một trong những cơ hội đầu tư có lợi nhuận và hiệu quả nhất cho các nhà sản xuất.

Lựa chọn Đối tác Tự động hóa Tốc độ Cao Phù hợp

Việc chọn nhà cung cấp giải pháp tự động hóa tốc độ cao là một bước đi chiến lược mà sàn sản xuất của bạn sẽ gắn bó ít nhất trong một thập kỷ. Bạn có thể sử dụng các tiêu chí sau để tìm đối tác đáng tin cậy:

• Kinh nghiệm cụ thể trong danh mục sản phẩm của bạn. Một công ty đã lắp đặt các dây chuyền hiệu chuẩn và kiểm tra nhanh cho các bộ ngắt mạch có kiến thức về yêu cầu kiểm tra điện, các vấn đề liên quan đến xử lý tiếp điểm và tiêu chí chứng nhận. Nếu một công ty thiếu kiến thức này, sẽ mất thời gian và nguồn lực để học hỏi.
• Khả năng kỹ thuật và xây dựng nội bộ. Đối tác cần giám sát việc xây dựng cơ khí, kỹ thuật điện, kỹ thuật điều khiển và phát triển phần mềm dưới một mái nhà. Việc chia tách các lĩnh vực quan trọng có thể dẫn đến rủi ro không tương thích giữa các khu vực khác nhau.
• Cam kết về thời gian chu trình và tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu. Một nhà tích hợp được kính trọng được kỳ vọng sẽ thiết lập thời gian takt và tỷ lệ sản phẩm đạt lần đầu trong yêu cầu chấp nhận, kèm theo các biện pháp khắc phục trong trường hợp không đạt được trong kiểm tra chấp nhận tại nhà máy (FAT).
• Hỗ trợ sau lắp đặt và phụ tùng thay thế. Một hoạt động vận hành 24 giờ mỗi ngày và 7 ngày mỗi tuần yêu cầu hỗ trợ kỹ thuật trong vài giờ và cũng cần các phụ tùng thay thế quan trọng. Cơ sở hạ tầng dịch vụ gần như quan trọng không kém năng lực kỹ thuật của đối tác.

Câu hỏi thường gặp

Có 4 loại hệ thống tự động hóa nào?

Có bốn loại tự động hóa: một là tự động hóa cố định hoặc cứng được thiết kế để sản xuất một loại sản phẩm duy nhất với quy mô lớn, loại thứ hai là tự động hóa lập trình được sử dụng trong sản xuất theo lô, loại thứ ba là tự động hóa linh hoạt hoặc mềm được áp dụng cho các dây chuyền sản xuất hỗn hợp và cuối cùng là tự động hóa tích hợp, trong đó sản xuất được thực hiện bởi máy tính và dữ liệu được sử dụng trong toàn bộ quy trình. Tự động hóa tốc độ cao có thể được sử dụng trong cả hai hệ thống đã đề cập ở trên.

Ai là công ty tự động hóa lớn nhất thế giới?

Siemens là công ty lớn nhất trong ngành công nghiệp tự động hóa công nghiệp về doanh thu và ảnh hưởng toàn cầu, đứng vị trí đầu tiên trước ABB, Rockwell Automation và Schneider Electric. Các công ty kể trên sản xuất PLC, bộ truyền động và hệ thống điều khiển tạo thành phần lớn các nhà máy tự động hiện nay.

10 công cụ tự động hóa hàng đầu là gì?

Các công cụ tự động hóa phổ biến được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hiện đại bao gồm PLC, robot công nghiệp, thị giác máy, robot cộng tác (còn gọi là cobots), robot di động tự hành (viết tắt là AMRs), phần mềm MES, nền tảng mô phỏng số hóa kép, giải pháp bảo trì dự đoán dựa trên AI, mạng cảm biến IIoT và hệ thống thu thập dữ liệu nhanh.

Công ty tự động hóa hàng đầu tại Mỹ là gì?

Rockwell Automation Có trụ sở chính tại Milwaukee, Wisconsin, Rockwell Automation là công ty tự động hóa công nghiệp thuần túy lớn nhất tại Hoa Kỳ. Dòng PLC Allen-Bradley và giải pháp FactoryTalk của họ được triển khai tại các nhà máy ở Bắc Mỹ và các khu vực khác trên thế giới.

Tài liệu tham khảo

• McKinsey & Company — Tương lai của sản xuất và tự động hóa. Nghiên cứu về năng suất và ROI của tự động hóa tốc độ cao trên các ngành công nghiệp.
• Deloitte — Sản xuất kỹ thuật số và Công nghiệp 4.0. Những hiểu biết về thời gian hoàn vốn và lợi thế cạnh tranh của sản xuất tự động.
• FANUC Corporation — Robot tốc độ cao và Tự động hóa nhà máy. Nhà sản xuất hàng đầu toàn cầu về robot công nghiệp và hệ thống CNC.
• ATS Automation — Hệ thống lắp ráp và kiểm tra tốc độ cao. Nhà tích hợp hệ thống sản xuất tự động toàn cầu cho ngành khoa học đời sống, dược phẩm và hàng tiêu dùng.

Giải pháp tự động hóa tốc độ cao biến một quy trình phụ thuộc vào tốc độ, sự chú ý và tính nhất quán của con người thành một quy trình phụ thuộc vào độ chính xác, khả năng lặp lại và ghi nhận dữ liệu của máy móc. Đối với nhà sản xuất thiết bị điện, nhà cung cấp ô tô và nhà sản xuất thiết bị y tế, đầu tư vào một dây chuyền hoạt động trong vài giây thay vì vài phút là sự khác biệt giữa cạnh tranh về giá trong thị trường địa phương và cạnh tranh về chất lượng và sản lượng trên thị trường toàn cầu. Benlong Automation xây dựng các dây chuyền lắp ráp và kiểm tra tốc độ cao cho ngành sản xuất điện, bởi vì một bộ ngắt mạch phải hoạt động đáng tin cậy hàng nghìn lần thì chính nó cũng phải được sản xuất với tốc độ và độ chính xác mà chỉ một quy trình tự động hóa, được xác minh mới có thể mang lại.