Tự động hóa trong nền sản xuất hiện đại

Tự động hóa là gì và vai trò của nó quan trọng như thế nào trong nền sản xuất hiện đại của chúng ta? Bài viết dưới đây tổng hợp khái niệm, vai trò và lợi ích của tự động hoá trong sản xuất.

Tự động hóa là gì?

Tự động hóa (trong công nghiệp sản xuất, chế tạo và lắp ráp)-automation solution, automation assembly…Được hiểu đơn giản là công nghệ trong đó một quy trình hoặc công đoạn được thực hiện với sự tham gia tối đa của máy móc tự động và cần sự trợ giúp tối thiểu của con người.

Khái niệm “Tự động hóa” (Automation) đã khá thân thuộc với những người làm về kỹ thuật. Thuật ngữ này bắt nguồn từ “Tự động” (Automatic) và dần trở nên phổ biến từ năm 1947, khi Ford Motor Company (Mỹ) thành lập Bộ phận Tự động hóa (Automation Department). Đây cũng là lúc các ngành công nghiệp bắt đầu ứng dụng cơ chế điều khiển phản hồi (Feedback controller) một cách mạnh mẽ, mặc dù công nghệ này đã được phát minh từ những năm 1930.

Và một kỷ nguyên tự động hóa ra đời với sự thay thế ngày càng áp đảo của máy móc, robot công nghiệp và trí tuệ nhân tạo đảm nhiệm vai trò lao động chân tay của con người.

Các thành phần của hệ thống tự động hóa hiện nay thường bao gồm:

Robot công nghiệp (ABB, UNIVERSAL, YASKAWA,…)

Servo, Biến tần, Drive (Mitsubishi, Delta, Yaskawa, Panasonic…)

PLC – HMI (ABB, Siemens, Rockwell, Omron, Panasonic, Schneider, Mitsubishi, Delta, Keyence…)

Ngoài ra , các đầu đo nhiệt độ, cảm biến áp suất, hành trình, mức, nồng độ.., camera chụp tự động, các cơ cấu chấp hành như động cơ, van, xylanh thủy lực khí nén, thiết bị đóng cắt.., các thiết bị chỉ báo như bảng LED, LCD…

Các bộ điều khiển được tích hợp thêm các bộ vi xử lý và trí tuệ nhân tạo đang ngày càng tinh vi và có những đột phá công nghệ không ngừng

Các hình thức tự động hóa đã và đang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất và gia công cơ khí, dây chuyền lắp ráp tự động cũng như các ứng dụng đo, kiểm tra, QC.

Tự động hóa và điều khiển tự động là việc tích hợp và sử dụng các hệ thống điều khiển (động cơ servo, mạch điều khiển PLC, mạch điện tử, G code…)cho các thiết bị vận hành như máy móc, quy trình lắp ráp trong nhà máy, điều khiển và ổn định các thông số sản xuất giúp giảm bớt sự can thiệp của con người.

Một số quy trình tự động hóa điều khiển, sản xuất đã được hoàn toàn tự động. Việc con người gần như không xuất hiện hay can thiệp vào các công đoạn sản xuất, lắp ráp các sản phẩm sản xuất hàng loạt giờ đây không còn là hiếm gặp tại các nhà máy sản xuất hiện đại trên thế giới.

Tuy nhiên ở Việt Nam, những nhà máy như vậy không nhiều. Hầu hết các nhà máy đều mới chỉ tự động một vài công đoạn đòi hỏi tính chính xác và CT (cycle time). Các công đoạn còn lại vẫn là thủ công hoặc bán tự động bởi công nhân với sự trợ giúp của máy móc công nghiệp phụ trợ.

Tự động hóa trong bất kì công đoạn nào cũng là việc thực thi và tiếp nhận các phản hồi sau đó thực thi lại với các kịch bản đã được lập trình sẵn bằng bộ điều khiển. Hoặc tùy biến và ứng phó linh hoạt với trí tuệ nhân tạo AI – trợ thủ đắc lực của con người trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.

Tự động hóa là bao gồm các ứng dụng từ việc kiểm soát các thông số nhiệt độ, áp suất…của các cơ cấu, máy móc đơn giản. Đến hệ thống điều khiển công nghiệp lớn với thông số từ hàng chục ngàn phép đo đầu vào và tín hiệu điều khiển đầu ra. Trong độ phức tạp của việc điều khiển, nó có thể bao gồm việc điều khiển bật tắt đơn giản đến các thuật toán cấp cao đa biến.

Ví dụ về độ đơn giản nhất của điều khiển tự động là bộ điều khiển so sánh giá trị đo của một quy trình với giá trị được đặt mong muốn và xử lý tín hiệu lỗi kết quả để thay đổi một số thông số đầu vào thành quy trình, theo cách mà quy trình vẫn ở mức được đặt chuẩn, bất chấp sự xáo trộn.

Cơ sở toán học của lý thuyết điều khiển tự động đã được bắt đầu vào thế kỷ 18, và tiến bộ nhanh chóng vào thế kỉ 20. Thuật ngữ tự động hóa, lấy cảm hứng từ từ “tự động” trước đó (automaton), không được sử dụng rộng rãi trước năm 1947, khi Ford thành lập một bộ phận tự động hóa. Chính trong thời gian này, ngành công nghiệp đã nhanh chóng áp dụng các bộ điều khiển phản hồi, được giới thiệu vào những năm 1930.

Bước sang thế kỷ 21, tự động hóa tiếp tục phát triển mạnh cùng robot công nghiệp, cảm biến và trí tuệ nhân tạo.

Ứng dụng của tự động hóa trong các dây chuyền tự động

Tự động hóa đã đạt được nhiều thành tựu và được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực khác nhau. Bao gồm cơ khí, thủy lực, khí nén, y tế, nông nghiệp, điện, điện tử và máy tính, hoặc thường là kết hợp nhiều lĩnh vực trong một.

Chẳng hạn như điều khiển tự động các hệ thống xylanh thủy lực, xy lanh kẹp quay trong các đồ gá chuyên dụng để phục vụ gia công, lắp ráp. Các hệ thống phức tạp trong các nhà máy sản xuất và lắp ráp hiện đại thường sử dụng tất cả các kỹ thuật kết hợp này.

Lợi ích của việc ứng dụng máy móc tự động hóa

Lợi ích của tự động hóa bao gồm:

1. Tiết kiệm nhân công. Với nhiều nguyên công, máy móc tự động giúp tăng đáng kể năng suất lao động so với làm thủ công; mức tăng cụ thể tùy công đoạn.
2. Tiết kiệm chi phí điện, thời gian. Máy móc tự động giúp rút ngắn và ổn định cycle time, giảm thời gian chết và thời gian chạy không tải; hệ thống có thể vận hành liên tục nhiều ca khi được bảo trì đúng kế hoạch.
3. Tiết kiệm chi phí vật liệu và cải thiện chất lượng và độ chính xác. Các thông số sản xuất được kiểm soát liên tục và điều chỉnh kịp thời về giá trị chuẩn, nhờ đó chất lượng sản phẩm đồng đều và độ chính xác cao hơn.

Nâng cao năng suất và gia tăng lợi nhuận với dây chuyền tự động hóa

Báo cáo Phát triển Thế giới 2019 của Ngân hàng Thế giới (World Development Report 2019 – The Changing Nature of Work) phân tích việc công nghệ và tự động hóa đang thay đổi cơ cấu việc làm và năng suất trong sản xuất. Điều đó càng chứng tỏ rằng máy móc tự động đang dần thay thế sự xuất hiện của con người trong hệ thống sản xuất cũng như rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống hiện đại. Áp dụng tự động hóa vào các công đoạn phù hợp là một hướng hiệu quả để gia tăng năng suất và lợi nhuận.

Định nghĩa hệ thống quản lý sản xuất.

Hệ thống quản lý sản xuất có thể được định nghĩa là:

• Việc thực hiện các hoạt động quản lý liên quan đến việc lựa chọn, thiết kế, vận hành, kiểm soát và cập nhật các thông số của toàn bộ hệ thống sản xuất.
• Đây là quá trình lập kế hoạch hiệu quả, điều phối và kiểm soát sản xuất, đó là hoạt động của bộ phận trong doanh nghiệp, có nghĩa là Quản lý sản xuất và vận hành chịu trách nhiệm chuyển đổi thực tế nguyên liệu thô thành thành phẩm.
• Quản lý sản xuất là một chức năng của Quản lý, liên quan đến lập kế hoạch, điều phối và kiểm soát các tài nguyên cần thiết cho sản xuất để sản xuất sản phẩm theo phương pháp được chỉ định, bằng cách sử dụng tối ưu các nguồn lực.
• Quản lý sản xuất được định nghĩa là chức năng quản lý có kế hoạch, tổ chức, điều phối, chỉ đạo và kiểm soát hoạt động cung ứng và xử lý nguyên liệu của doanh nghiệp, do đó các sản phẩm được chỉ định được sản xuất theo phương pháp cụ thể để đáp ứng chương trình bán hàng được phê duyệt. Các hoạt động này đang được thực hiện theo cách mà lao động, nhà máy và vốn có sẵn được sử dụng để tạo lợi thế tốt nhất cho tổ chức.

Lợi ích của hệ thống quản lý sản xuất

• Tối ưu hóa hiệu quả làm việc của nhân viên trong dây chuyền sản xuất. Cung cấp dữ liệu chính xác và kịp thời giúp xử lí sự cố nhanh và hiệu quả nhất.
• Cắt giảm chi phí đào tạo lại nhân viên
• Cắt giảm các thủ tục và giấy tờ, kèm theo đó là các quy trình được lược bỏ và đơn giản hóa.