Tự động hóa bán tự động: Giải pháp phù hợp cho các nhà sản xuất quy mô vừa

Tự động hóa hoạt động hiệu quả nhất với các công việc có tính chất lặp đi lặp lại, nhưng không phải mọi dây chuyền sản xuất đều có đặc điểm này hoặc kéo dài đủ để việc đầu tư vào tự động hóa toàn diện mang lại lợi ích kinh tế. Nhiều nhà sản xuất phải đối mặt với việc thay đổi công việc thường xuyên, khiến cho hầu hết các giải pháp tự động hóa truyền thống trở nên không phù hợp và kém hiệu quả.

Tuy nhiên, bức tranh này đang dần thay đổi với sự xuất hiện của robot cộng tác (cobots) và hệ thống thị giác máy tính, có khả năng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp trong môi trường sản xuất đòi hỏi sự linh hoạt cao. Những tiến bộ công nghệ này đang mở ra cơ hội cho các nhà sản xuất quy mô vừa tiếp cận một giải pháp cân bằng giữa chi phí và hiệu quả: tự động hóa bán tự động, hay còn gọi là tự động hóa "vừa đủ".

Tự động hóa bán tự động là giải pháp phù hợp cho các nhà sản xuất quy mô vừa

Đáp ứng các nhu cầu sản xuất đa dạng

Tự động hóa có thể tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau, nhưng trong ngành sản xuất chế tạo, có ba mô hình chủ đạo.

Mô hình đầu tiên và cũng phổ biến nhất là dây chuyền lắp ráp hoàn toàn tự động với các robot công nghiệp phối hợp nhịp nhàng, thực hiện các công đoạn lắp ráp, hàn và sơn trong một quy trình liền mạch. Mô hình tự động hóa này thường được tìm thấy ở các cơ sở sản xuất của các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) và các nhà cung cấp cấp 1, nơi khối lượng sản xuất lớn và giá trị sản phẩm cao tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai tự động hóa toàn diện. Nếu nhiệm vụ là sản xuất hàng ngàn chiếc xe hơi hoặc thiết bị gia dụng thì việc sử dụng robot công nghiệp cố định là cần thiết để đảm bảo cả tính ổn định và lợi nhuận.

Mô hình thứ hai có thể được xem là hình thức tự động hóa lâu đời nhất khi việc sử dụng các thiết bị tùy chỉnh để lắp ráp một số linh kiện thành sản phẩm hoàn chỉnh trong một khu vực làm việc độc lập, khép kín. Loại hình tự động hóa chuyên biệt này với các khu vực làm việc được thiết kế riêng biệt có thể được tìm thấy ở tất cả các cấp độ sản xuất, nhưng luôn có một yếu tố chung: đó là các công việc sản xuất khối lượng lớn và kéo dài. Hơn nữa, các nhiệm vụ thường mang tính cơ bản, chẳng hạn như chiết rót, đóng nắp và dán nhãn.

Mô hình tự động hóa thứ ba là sử dụng robot pick-and-place để thực hiện các thao tác lặp đi lặp lại đơn giản. Hình thức này khá phổ biến trong các hoạt động sản xuất tầm trung, nhưng có lẽ nên được mô tả chính xác hơn là hỗ trợ sản xuất thay vì tự động hóa thực sự. Thông thường, ngay bên cạnh những robot này và được ngăn cách bởi các hàng rào an toàn lớn là những người vận hành đang thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn. Yếu tố an toàn, tức là đưa người vận hành ra khỏi khu vực nguy hiểm, thường được ưu tiên hơn so với các khía cạnh tiết kiệm chi phí của tự động hóa.

Rõ ràng, không phải mọi sản phẩm đều được sản xuất với số lượng đủ lớn để mang lại lợi ích kinh tế khi đầu tư vào tự động hóa toàn diện. Ở một đầu của chuỗi sản xuất, có những sản phẩm về cơ bản được chế tạo hoàn toàn thủ công. Ví dụ, rất ít tự động hóa được sử dụng trong việc chế tạo một chiếc máy chuyên dụng độc nhất vô nhị, nhưng hàng trăm ngàn sản phẩm khác lại được sản xuất bằng máy móc, sau đó được xử lý, lắp ráp và đóng gói bởi công nhân. Chính phân khúc sản xuất đại trà này đang được hưởng lợi nhiều nhất từ tự động hóa bán tự động.

Giải pháp tự động hóa cân bằng

Trong tất cả các ví dụ đã đề cập, dù là chế tạo ô tô, lắp ráp một dây chuyền sản xuất hay chiết rót chai lọ - các linh kiện tạo nên sản phẩm cuối cùng đều được sản xuất bởi một chuỗi cung ứng. Và chuỗi cung ứng này thường bao gồm các doanh nghiệp vừa và nhỏ chuyên về đúc khuôn, dập, gia công cơ khí, hoàn thiện hoặc lắp ráp và ngày càng có nhiều sự kết hợp giữa các hoạt động này. Những công ty sản xuất tầm trung này và sản phẩm của họ nằm ở khoảng giữa trong bức tranh toàn cảnh của tự động hóa, đối mặt với những nhu cầu không hoàn toàn phù hợp với các kịch bản đã nêu ở trên. Phương pháp sản xuất của họ chắc chắn không phải là chế tạo thủ công hoàn toàn, nhưng cũng không đủ tính lặp lại hoặc giá trị cao để đầu tư vào tự động hóa toàn diện.

Các khu vực làm việc trong các nhà máy sản xuất tầm trung trên khắp chuỗi cung ứng thường bao gồm máy ép phun, máy dập, trung tâm gia công CNC và bàn lắp ráp (thay vì dây chuyền lắp ráp). Thiết bị sản xuất trong khu vực làm việc sản xuất ra bộ phận cốt lõi với số lượng lớn, nhưng ba hoặc bốn bước tiếp theo của quá trình sản xuất lại được thực hiện thủ công. Quy mô lô hàng của họ dao động từ hàng ngàn đến hàng chục ngàn và việc chuyển đổi công việc diễn ra hàng ngày hoặc hàng tuần. Vì vậy, thoạt nhìn, họ có vẻ là ứng viên tốt cho tự động hóa nhưng trên thực tế, quy trình của họ khá linh hoạt và khó tự động hóa vì danh mục công việc liên tục thay đổi.

Trước đây, cách giải quyết thường là bố trí công nhân cho các công đoạn sản xuất sau giai đoạn chính, chẳng hạn như kiểm tra, loại bỏ ba via, lắp ráp đơn giản, dán nhãn và đóng gói. Đối với các công việc sản xuất cơ bản, sự linh hoạt và khả năng thích ứng nhanh của con người là điều máy móc khó lòng thay thế - miễn là bạn có đủ nhân lực, đào tạo bài bản, hướng dẫn công việc rõ ràng và đội ngũ giám sát hỗ trợ họ.

Tuy nhiên, với những phát triển công nghệ gần đây, mối quan hệ giữa máy móc và người vận hành trong các nhà máy sản xuất tầm trung đang thay đổi.

Ảnh minh hoạ

Tự động hóa bán tự động nổi lên như một giải pháp quy mô vừa

Ngày càng nhiều các nhà sản xuất quy mô vừa áp dụng tự động hóa bán tự động để giảm nhu cầu về nhân lực cho các công việc thường kéo dài hai hoặc ba ngày và liên quan đến đúc khuôn, gắp nhặt, loại bỏ ba via, kiểm tra, lắp ráp nhẹ, đóng gói và dán nhãn. Giờ đây, tự động hóa hiệu quả về chi phí đã nằm trong tầm tay nhờ sử dụng các cobot và hệ thống thị giác tích hợp mới hơn.

So với các thế hệ công nghệ tự động hóa trước đây, phần mềm đằng sau các cobot và hệ thống thị giác mới đã trở nên tinh vi đến mức việc thiết lập, đào tạo và quan trọng hơn là di chuyển và đào tạo lại các hệ thống này đã trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Sự dễ dàng trong đào tạo này có nghĩa là cobot và hệ thống thị giác giờ đây có thể được luân chuyển một cách hiệu quả về chi phí giữa các công việc khác nhau. Nói một cách đơn giản, chúng đã trở nên linh hoạt và đa năng hơn.

Đồng thời, các hệ thống thị giác hiện đại cung cấp khả năng hiệu chỉnh thích ứng tốt cho các bộ phận được định vị không hoàn hảo, giúp giảm nhu cầu giám sát sản xuất của công nhân. Thêm vào đó, cobot và hệ thống thị giác nhạy cảm với sự xâm nhập và tiếp xúc của con người, khiến cho các hệ thống bảo vệ an toàn trở nên không cần thiết hoặc rất nhẹ.

Việc tự động hóa toàn bộ quy trình như mô tả có vẻ giống như tự động hóa hoàn toàn và thực tế đúng là phần lớn công việc sẽ được tự động. Tuy nhiên, có một điểm quan trọng cần lưu ý, trong điều kiện hoạt động bình thường, khu vực làm việc sẽ được tự động hóa nhưng khi xảy ra lỗi hoặc thiếu hụt tài nguyên, các giải pháp tự động hóa kiểu này hầu như không có khả năng tự sửa chữa hoặc tự khắc phục. Chúng chỉ có thể nhận biết có sự cố, dừng lại và phát tín hiệu cảnh báo để người vận hành can thiệp. Đây chính là lý do tại sao chúng được gọi là các khu vực làm việc bán tự động.

Về lý thuyết, các nhà sản xuất quy mô vừa có thể đầu tư để tự động hóa toàn diện, xử lý cả những tình huống phát sinh ngoài dự kiến hoặc tạo ra một môi trường sản xuất lý tưởng, nơi mọi thứ diễn ra trơn tru không sai sót. Tuy nhiên, trên thực tế chi phí và độ phức tạp để đạt được điều này là vô cùng lớn. Nó giống như bài toán xe tự lái: một chuyện là để máy tính lái xe trên đường cao tốc vắng vẻ và một chuyện hoàn toàn khác là để nó tự xoay xở giữa giao thông thành phố trong một cơn mưa bão. Có quá nhiều tình huống bất ngờ cần dự phòng và các yếu tố môi trường không thể kiểm soát hay lường trước.

Các khu vực làm việc bán tự động tận dụng cobot và hệ thống thị giác cung cấp cho các nhà sản xuất tầm trung một giải pháp thực tế và cân bằng. Chúng không loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về người vận hành, nhưng chúng giảm đáng kể số lượng công nhân cần thiết. Thêm vào đó, chúng mang lại chất lượng và độ tin cậy ổn định vốn có trong các hoạt động tự động hóa.

Cách tiếp cận tự động hóa đang chuyển dịch từ hai thái cực: hoặc dựa hoàn toàn vào con người hoặc tự động hóa toàn bộ sang một lựa chọn trung gian mới là tự động hóa hoàn toàn những quy trình phức tạp vừa phải, nhưng không cố gắng dự phòng cho mọi tình huống bất ngờ hay loại bỏ mọi lỗi có thể xảy ra. Tư duy này chấp nhận triết lý "cầu toàn là kẻ thù của thành công". Bằng cách không đòi hỏi công nghệ vượt quá khả năng triển khai hiệu quả về chi phí, nó cho phép các nhà sản xuất tầm trung tận dụng tối đa sự tiện lợi và linh hoạt của robot và hệ thống thị giác hiện đại để gia tăng năng suất, thúc đẩy tăng trưởng và nâng cao lợi nhuận.

Hồng Minh (Theo Automation)