Tự động hóa sản xuất là việc sử dụng máy móc để thực hiện một phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất. Mục tiêu là tăng năng suất, ổn định chất lượng, giảm chi phí và giảm thời gian gia công.
Với một xưởng cơ khí, tự động hóa không nhất thiết phải bắt đầu bằng robot hay một dây chuyền lớn. Đôi khi chỉ cần thay phương pháp cắt thủ công bằng máy cắt CNC đã giúp thay đổi đáng kể năng lực sản xuất.
Tự động hóa sản xuất là gì?
Tự động hóa trong sản xuất là quá trình để máy móc thực hiện công việc theo chương trình được thiết lập trước. Hệ thống điều khiển nhận thông tin, xử lý và đưa lệnh tới các bộ phận của máy.
Ví dụ khá dễ hiểu là công đoạn cắt thép. Với phương pháp thủ công, người thợ phải đo, lấy dấu, gá vật liệu rồi điều khiển thiết bị cắt theo từng đường. Chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào tay nghề và mức độ tập trung của người thực hiện.
Khi sử dụng máy cắt CNC, bản vẽ được chuyển thành chương trình điều khiển. Máy tự di chuyển đầu cắt theo tọa độ đã thiết lập để tạo ra chi tiết có hình dạng mong muốn.
Nếu bổ sung bàn trao đổi, hệ thống cấp tấm hoặc thiết bị thu phôi thì mức độ tự động hóa tiếp tục tăng. Như vậy, tự động hóa có thể bắt đầu từ một chiếc máy riêng lẻ rồi từng bước mở rộng thành một dây chuyền.
Tự động hóa sản xuất hoạt động như thế nào?
Một hệ thống tự động hóa sản xuất cơ bản hoạt động theo 4 bước: nhận thông tin, xử lý, thực hiện và phản hồi.
Nhận thông tin: Cảm biến hoặc thiết bị nhập liệu ghi nhận trạng thái thực tế của máy. Thông tin có thể là vị trí phôi, chiều cao đầu cắt, nhiệt độ, áp suất hoặc trạng thái của một bộ phận.
Xử lý thông tin: Bộ điều khiển tiếp nhận dữ liệu và so sánh với chương trình đã được thiết lập.
Thực hiện lệnh: Bộ điều khiển gửi tín hiệu đến động cơ, van khí, đầu cắt hoặc những cơ cấu khác để máy thực hiện công việc.
Phản hồi: Cảm biến tiếp tục kiểm tra trạng thái sau khi máy hoạt động. Khi có sai lệch, hệ thống xử lý theo giới hạn đã được cài đặt.
Các mức độ tự động hóa sản xuất
Không phải doanh nghiệp nào cũng cần đầu tư một dây chuyền tự động hoàn toàn. Có thể chia mức độ tự động hóa thành 4 nhóm cơ bản:
| Mức độ | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Tự động hóa thiết bị. | Một máy thực hiện công việc theo chương trình. | Máy cắt CNC. |
| Tự động hóa công đoạn. | Máy chính kết hợp thiết bị phụ trợ. | Máy laser và hệ thống cấp phôi. |
| Tự động hóa dây chuyền. | Nhiều công đoạn liên kết với nhau. | Cắt, vận chuyển, chấn và hàn. |
| Tự động hóa nhà máy. | Máy móc, kho và quản lý dữ liệu được kết nối. | Nhà máy sản xuất quy mô lớn. |
Ví dụ doanh nghiệp đang cắt thép bằng phương pháp thủ công thì bước đầu tiên có thể là đầu tư máy cắt CNC. Khi sản lượng tăng, máy thường xuyên phải chờ nhân công cấp tấm, lúc đó mới xem xét thêm thiết bị cấp và thu phôi.
Lợi ích của tự động hóa sản xuất
Tự động hóa sản xuất mang lại hiệu quả khi nó giải quyết đúng điểm nghẽn đang tồn tại trong nhà máy.
Tăng năng suất
Máy có thể lặp lại cùng một công việc mà không phải đo và lấy dấu lại từ đầu. Đối với những đơn hàng có số lượng lớn, phần thời gian tiết kiệm được tích lũy rất nhanh.
Máy cắt CNC cũng có thể gia công nhiều chi tiết khác nhau trên cùng một tấm vật liệu theo chương trình đã chuẩn bị trước.
Sản phẩm chất lượng
Quá trình gia công được thực hiện theo cùng một chương trình và bộ thông số. Nhờ đó, kết quả ít phụ thuộc hơn vào từng người vận hành.
Tuy nhiên, tự động hóa không có nghĩa sản phẩm luôn đạt yêu cầu trong mọi trường hợp. Chất lượng vẫn phụ thuộc vào tình trạng máy, vật liệu, thông số công nghệ và chương trình gia công.
Giảm phụ thuộc vào thao tác thủ công
Trong sản xuất thủ công, kinh nghiệm của thợ thường ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm.
Với máy CNC, người vận hành chuyển dần từ việc trực tiếp tạo từng đường cắt sang chuẩn bị chương trình, giám sát máy và kiểm tra sản phẩm. Điều này giúp doanh nghiệp dễ tổ chức sản xuất hơn khi số lượng đơn hàng tăng.
Giảm thời gian chết
Đây là yếu tố khá nhiều doanh nghiệp bỏ qua. Một máy có tốc độ cắt rất cao nhưng liên tục phải chờ xe nâng, chờ phôi hoặc chờ người lấy sản phẩm thì năng suất thực tế vẫn thấp.
Vì vậy khi đánh giá tự động hóa, không nên chỉ nhìn vào tốc độ của máy. Bạn cần tính cả thời gian cấp vật liệu, thay tấm, lấy sản phẩm và chuẩn bị cho lượt gia công tiếp theo.
Giảm hao hụt vật liệu
Trong gia công kim loại tấm, phần mềm sắp xếp chi tiết hỗ trợ bố trí nhiều sản phẩm trên một tấm vật liệu.
Mục tiêu là giảm phần vật liệu thừa nhưng vẫn đảm bảo khoảng cách cắt và yêu cầu công nghệ. Với doanh nghiệp tiêu thụ lượng thép lớn mỗi tháng, việc cải thiện tỷ lệ sử dụng vật liệu có thể tác động trực tiếp đến giá thành sản phẩm.
Dễ kiểm soát sản xuất
Khi dữ liệu được ghi nhận từ máy, người quản lý có thể biết thiết bị đã chạy bao lâu, dừng bao lâu và sản lượng thực tế đạt được như thế nào.
Những con số này có giá trị hơn nhiều so với việc chỉ đánh giá bằng cảm giác. Nếu máy liên tục dừng 2 giờ mỗi ca để chờ cấp phôi, doanh nghiệp có cơ sở để xem xét tự động hóa khâu cấp vật liệu.
Ứng dụng tự động hóa trong gia công kim loại
Trong ngành cơ khí, tự động hóa có thể xuất hiện từ công đoạn cắt phôi cho tới hàn, vận chuyển và quản lý sản xuất.
Tự động hóa cắt kim loại
Đây là ứng dụng khá phổ biến. Máy cắt CNC nhận bản vẽ và điều khiển đầu cắt di chuyển theo chương trình.
Với máy cắt laser CNC, tia laser tạo nhiệt để làm nóng chảy hoặc hóa hơi vật liệu tại vị trí cắt. Hệ thống CNC điều khiển đường đi của đầu cắt để tạo ra biên dạng sản phẩm.
Máy cắt plasma CNC sử dụng hồ quang plasma để cắt các vật liệu dẫn điện. Công nghệ này được sử dụng nhiều trong gia công thép, bản mã và kết cấu.
Việc chọn laser hay plasma phụ thuộc vào vật liệu, độ dày, yêu cầu chất lượng và sản lượng của doanh nghiệp
Tự động hóa cấp phôi
Một tấm thép khổ lớn có trọng lượng cao. Nếu toàn bộ quá trình đưa vật liệu lên máy đều phụ thuộc vào nhân công và xe nâng, máy có thể phải chờ khá lâu giữa hai lượt cắt.
Thiết bị cấp phôi giải quyết chính phần thời gian này. Đối với xưởng có sản lượng lớn và máy chạy nhiều ca, thời gian tiết kiệm sau hàng trăm lượt thay tấm có thể đáng kể.
Tự động hóa lập trình và sắp xếp chi tiết
Một đơn hàng có thể gồm hàng chục loại chi tiết. Phần mềm hỗ trợ bố trí các chi tiết lên tấm vật liệu, tính toán đường cắt và tạo chương trình cho máy.
Người vận hành không phải lập lại toàn bộ đường chạy cho từng chi tiết bằng phương pháp thủ công.
Tự động hóa hàn
Robot hàn phù hợp với những sản phẩm có tính lặp lại cao, kích thước tương đối ổn định và có đồ gá phù hợp.
Không phải công đoạn nào có thể tự động hóa cũng cần tự động hóa ngay. Doanh nghiệp nên ưu tiên nơi tạo ra hiệu quả rõ nhất.
Khi nào doanh nghiệp nên đầu tư tự động hóa?
Doanh nghiệp nên xem xét tự động hóa khi một công đoạn đang ảnh hưởng rõ rệt đến năng suất hoặc chi phí sản xuất.
Một số dấu hiệu thường gặp gồm:
- Đơn hàng tăng nhưng sản lượng không tăng tương ứng.
- Máy thường xuyên phải chờ vật liệu.
- Công đoạn sản xuất phụ thuộc quá nhiều vào tay nghề từng người.
- Doanh nghiệp khó tuyển nhân công phù hợp.
- Chi phí gia công thuê ngoài tăng.
- Một công đoạn thường xuyên làm chậm cả dây chuyền.
- Doanh nghiệp chuẩn bị tăng số ca sản xuất.
- Sản phẩm có tính lặp lại cao.
Ngược lại, một xưởng sản xuất rất nhiều mẫu khác nhau nhưng số lượng mỗi loại ít chưa chắc cần một dây chuyền tự động phức tạp. Trong trường hợp đó, một máy CNC có khả năng thay đổi chương trình nhanh thường thực tế hơn.
Quy trình triển khai tự động hóa sản xuất
Doanh nghiệp nên bắt đầu bằng việc tìm điểm nghẽn thay vì bắt đầu bằng câu hỏi mua máy gì.
Bước 1: Xác định công đoạn đang chậm. Theo dõi nơi thường xuyên có hàng chờ, thiếu phôi hoặc sử dụng nhiều nhân công.
Bước 2: Thu thập số liệu. Ghi lại sản lượng, thời gian chạy máy, thời gian dừng, số người vận hành và lượng vật liệu sử dụng.
Bước 3: Đặt mục tiêu cụ thể. Ví dụ tăng sản lượng cắt, giảm thời gian thay tấm hoặc giảm lượng gia công thuê ngoài.
Bước 4: Chọn mức tự động hóa. Không nhất thiết phải tự động hóa toàn bộ ngay từ đầu.
Bước 5: Chọn thiết bị. Xác định công nghệ, công suất và cấu hình dựa trên vật liệu, độ dày và sản lượng.
Bước 6: Đo lại hiệu quả. Sau khi thiết bị hoạt động ổn định, so sánh năng suất và chi phí với giai đoạn trước đầu tư.
Cách làm này giúp doanh nghiệp biết chính xác khoản đầu tư đang giải quyết vấn đề gì.
Giải pháp tự động hóa công đoạn cắt kim loại tại EMC
Trong nhà máy cơ khí và kết cấu thép, công đoạn cắt thường nằm ở đầu quá trình sản xuất.
Nếu công đoạn cắt không đủ năng suất thì máy chấn, khu vực hàn và bộ phận lắp ráp phía sau đều có khả năng phải chờ.
EMC tập trung vào các giải pháp gia công cắt kim loại bằng máy cắt laser sợi quang và máy cắt plasma CNC dành cho xưởng cơ khí, doanh nghiệp kim loại tấm và nhà máy kết cấu thép.
Đối với máy cắt laser, EMC cung cấp các cấu hình công suất cao từ 12.000W đến 80.000W, phục vụ nhiều nhu cầu về vật liệu, độ dày và sản lượng.
