Tự động hóa đang được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ngày càng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, từ cánh tay robot trên các chuyền sản xuất cho tới công nghệ Pick & Place tham gia vào quy trình gia công vận hành.

Tự động hóa là gì?

Có rất nhiều khái niệm khác nhau về tự động hóa. Theo IBM, tự động hóa là việc sử dụng công nghệ để thực hiện các nhiệm vụ đầu vào, giúp giảm tải công việc của con người. Nó bao gồm các ứng dụng trong doanh nghiệp như: tự động hóa quy trình kinh doanh (BPA), tự động hóa công nghệ thông tin, tự động hóa mạng, tự động hóa tích hợp giữa các hệ thống; ứng dụng trong công nghiệp như robot,…
Còn theo Từ điển Kinh tế học, Đại học Kinh tế Quốc dân: Tự động hóa (Automation) được hiểu là việc ứng dụng các giải pháp khoa học kỹ thuật hay các công nghệ tiên tiến vào quá trình sản xuất thông minh của ngành công nghiệp, nhằm giải phóng phần lớn hoặc hoàn toàn sức lao động của con người sang máy móc.
Tự động hóa là ứng dụng công nghệ hiện đại vào sản xuất để nâng cao hiệu suất và chất lượng
Dù được hiểu theo nghĩa nào thì bản chất chung của tự động hóa là ứng dụng công nghệ vào hoạt động sản xuất kinh doanh nhằm hạn chế tối đa lỗi hỏng từ lao động thủ công của con người, tối ưu hóa quy trình thủ tục, chi phí và mang lại hiệu quả cao.

Tại sao cần tự động hóa?

Thông thường, tự động hóa được sử dụng để giảm thiểu lao động hoặc thay thế con người trong những công việc lặp đi lặp lại hoặc nặng nhọc nhất. Công nghệ tự động hóa hầu như có mặt ở tất cả các ngành dọc và ngóc ngách và nổi bật nhất là ứng dụng trong sản xuất, giao thông vận tải và an ninh.

Ví dụ, hầu hết các nhà máy sản xuất sử dụng một số quy trình tự động dưới dạng dây chuyền lắp ráp robot. Con người được yêu cầu để xác định các quy trình và giám sát chúng, trong khi việc lắp ráp các thành phần khác nhau được giao cho máy móc. Máy móc sẽ tự động chuyển đổi nguyên liệu thô thành thành phẩm.

Tự động hóa mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp sản xuất

Trong lĩnh vực công nghệ, tác động của tự động hóa đang gia tăng nhanh chóng, cả trong phần mềm / phần cứng và lớp máy. Việc triển khai các công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) mới hiện đang thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực này một cách chóng mặt.

Phân loại tự động hóa

Phân loại tự động hóa theo quy trình

BPA: Được hiểu là tự động hóa kinh doanh hoặc chuyển đổi số các quy trình kinh doanh phức tạp
RPA: Tự động hóa quá trình robot chứa robot phần mềm (bot) bắt chước các nhiệm vụ của con người.
IPA: Tự động hóa quy trình thông minh là một bộ công cụ quy trình kinh doanh có khả năng bắt chước các hoạt động của con người và theo thời gian sẽ ngày càng cải thiện các hoạt động đó.

Phân loại tự động hóa theo hình thức sản xuất

Tự động hóa cố định – Fixed automation: Đề cập đến một cơ sở sản xuất tự động trong đó trình tự của các hoạt động chế biến, sản xuất được cố định bởi cấu hình thiết bị-máy tự động cứng.
Tự động hóa có thể lập trình – Programmable automation: Đây là một hình thức tự động hóa phổ biến để sản xuất sản phẩm theo lô. Theo đó, mỗi đơn đặt hàng mới, thiết bị sản xuất sẽ được lập trình lại và thay đổi để phù hợp với kiểu dáng sản phẩm mới.
Tự động hóa linh hoạt – Flexible automation: Đây là cấp độ cao hơn của tự động hóa có thể lập trình được. Tại đây, không yêu cầu nhóm các sản phẩm giống hệt nhau thành lô; thay vào đó, một tập hợp các sản phẩm khác nhau có thể được tiến hành sản xuất.
Tự động hóa phân loại theo hình thức sản xuất

Phân loại tự động hóa theo cấp độ

Mức độ cơ bản: Ở cấp độ này, hệ thống automation sẽ đảm nhận các nhiệm vụ đơn giản, lặp đi lặp lại và thực hiện lại các tác vụ này hoàn toàn tự động.
Mức độ quy trình: Tự động hóa ở cấp độ này cho phép máy móc có thể thực hiện các quy trình nhiều bước với mức độ phức tạp cao và lặp lại chúng bằng cách tích hợp với nhiều hệ thống.
Mức độ tự động hóa thông minh: Là cấp độ tự động hóa cao nhất. Ở cấp này, công nghệ tự động hóa có thể tích hợp với trí tuệ nhân tạo (AI) và mô hình học máy (Machine Learning) để liên tục học hỏi và đưa ra hành động tốt hơn dựa trên dữ liệu từ các tình huống trong quá khứ đã xảy ra và phân tích chúng.

Các bộ điều khiển dùng trong tự động hóa

Bộ điều khiển PID

PID (Proportional Integral Derivative) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị sai số là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn. PID sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào.

Để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống. PID được coi là là bộ điều khiển lý tưởng của các hệ thống điều khiển quy trình hiện đại. Nó được sử dụng hầu hết trong các ứng dụng điều khiển quá trình tự động trong công nghiệp hiện nay trong việc điều chỉnh lưu lượng, nhiệt độ, áp suất…

Bộ điều khiển tuần tự và điều khiển tuần tự logic

Bộ điều khiển tuần tự và điều khiển tuần tự logic một máy tính chuyên dụng dùng để điều khiển máy móc và quy trình sản xuất. Người dùng, thông qua các ngôn ngữ lập trình có thể tự xây dựng các thuật toán để giải mọi bài toán điều khiển máy móc sản xuất. Không chỉ vậy, trong quá trình sử dụng thuật toán có thể điều chỉnh linh hoạt để phù hợp với các thay đổi điều kiện sản xuất.

Bộ điều khiển dùng máy tính

Đây là bộ điều khiển do máy tính đảm nhiệm với hai chức năng chính là điều khiển liên tục và kiểm soát thông tin phản hồi trong toàn bộ nhà máy. Theo đó, một máy tính duy nhất có thể thực hiện các hoạt động của hàng trăm bộ điều khiển, kể cả dữ liệu từ một mạng lưới các PLC, dụng cụ và các bộ điều khiển để thực hiện các điển hình (như PID) kiểm soát của nhiều biến số cá nhân hoặc trong một số trường hợp, để thực hiện điều khiển phức tạp thuật toán sử dụng nhiều đầu vào và các thao tác toán học.

Lợi ích nổi bật của tự động hóa trong sản xuất

Áp dụng các công nghệ tự động hóa sẽ mang đến cho doanh nghiệp những lợi ích vượt trội, giải quyết bài toán kinh tế mà ban quản trị doanh nghiệp nào cũng mắc phải, đồng thời mang đến chất lượng sản phẩm ngày một hoàn thiện hơn. Dưới đây là những lợi ích quan trọng khi ứng dụng tự động hóa trong sản xuất công nghiệp:

Tự động hóa giúp giảm chi phí nhân công và chi phí vận hành

Cắt giảm chi phí nhân công

Đây là lợi ích đầu tiên mà các doanh nghiệp hướng tới khi muốn ứng dụng tự động hóa. Thay vì giảm chi phí đầu tư cho máy móc, cắt giảm nhân công có vẻ là một cách giải quyết tối ưu hơn do không làm giảm chất lượng của sản phẩm.

Tự động hóa nhà máy sẽ giải pháp sức lao động của công nhân, từ đó doanh nghiệp có thể cắt giảm nhân công, tiết kiệm chi phí nhằm tăng lợi nhuận.

Giảm chi phí vận hành

Các robot tự động có thể hoàn thành nhiệm vụ với năng suất bằng từ 3 – 5 người, tùy theo các công việc khác nhau. Ngoài việc tiết kiệm chi phí lao động, sử dụng các máy móc tự động giúp sắp xếp quy trình một cách hợp lý, tăng độ chính xác trong hoạt động của mỗi khâu, giảm thiểu nguy cơ lãng phí nguyên vật liệu trong quá trình vận hành.

Môi trường làm việc an toàn

Với đặc thù của ngành sản xuất thường xuyên phải tiếp xúc và làm việc trong môi trường tương đối nguy hiểm, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa giúp cải thiện môi trường làm việc, giúp con người không phải thực hiện các công việc vượt quá khả năng và tiếp xúc với các loại máy móc không an toàn.

Giảm thời gian sản xuất

Tự động hóa giúp sẽ giúp tiết kiệm lượng thời gian đáng kể so với gia công truyền thống bằng tay hoặc mang ra nước ngoài.

Nâng cao năng suất lao động

Không giống như con người, chỉ có thể làm việc trong một khoảng thời gian nhất định, rồi sau đó phải nghỉ ngơi, các robot hay các công nghệ trong quy trình tự động hóa có khả năng làm việc 24/7 với tốc độ không đổi, không cần người giám sát vẫn có thể hoạt động với độ chính xác tuyệt đối. Từ đó, hiệu quả làm việc sẽ được duy trì, năng suất làm việc được cải thiện đáng kể.

Ảnh hưởng của tự động hóa tới người lao động

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đã tạo ra nhiều đột phá về công nghệ mới trong các lĩnh vực như sản xuất trí thông minh nhân tạo, chế tạo, cánh tay robot công nghiệp, phát triển mạng internet, Xe tự hành AGV, công nghệ in 3D, công nghệ nano, công nghệ sinh học, khoa học về vật liệu, lưu trữ năng lượng và tin học. Cùng với đó, tự động hóa đi đôi với trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ phát triển mạnh hơn, thậm chí với những kỹ năng trước đây chỉ có con người sở hữu, nay máy móc có thể thay thế một phần hoặc toàn bộ.

Tự động hóa có thể ảnh hưởng tới việc làm của người lao động

Sự phát triển của công nghệ tự động sẽ giúp giải phóng sức lao động cho con người, tăng năng suất lao động nhưng cũng đẩy hàng triệu người phải đối diện với nguy cơ mất việc làm. Theo đó, việc áp dụng công nghệ tự động hóa sẽ dẫn tới tình trạng mất việc làm nghiêm trọng đối với người lao động. Những việc làm có nguy cơ bị loại bỏ hoặc cắt giảm mạnh bao gồm: Công việc lặp đi, lặp lại; các giao dịch mà nhân viên không cần bằng cấp, chỉ dựa trên quy trình chuẩn như các giao dịch tài chính…

Thế nhưng, mỗi doanh nghiệp, mỗi người lao động cũng phải nhìn nhận đúng về mối quan hệ giữa con người và công nghệ. Khi công nghệ được áp dụng nhiều hơn trong sản xuất, hoạt động nhà máy chắc chắn được tối ưu hóa hơn. Điều này đồng nghĩa với yêu cầu chất lượng nhân sự cũng phải gia tăng, nhằm đảm bảo vận hành máy móc trong mỗi xưởng sản xuất đạt hiệu quả. Thực tế này đòi hỏi doanh nghiệp phải phối hợp với đối tác công nghệ để tổ chức các buổi đào tạo không chỉ về ứng dụng phần mềm mà còn tư duy quản trị khoa học. Bên cạnh đó, mỗi người lao động cần tự phát triển mình, nhằm tránh sự đào thải gay gắt của thị trường trong sự phát triển của tự động hóa.

Tự động hóa trong nhà máy thông minh được thực hiện như nào?

1. Ứng dụng Pick & Place

Là ứng dụng lắp đặt sản phẩm từ vị trí cố định hoặc di động sang vị trí khác nhờ robot hoặc cơ cấu truyền động cơ khí. Ứng dụng có thể sử dụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất, từ cấp nhiên vật liệu đầu vào đến đóng gói sản phẩm ở đầu ra. Đặc biệt các nhà máy của ngành thực phẩm – giải khát; hàng tiêu dùng; dược phẩm – hóa chất, hệ thống picking trong quá trình đóng gói và hệ thống palletizing trong quá trình xếp pallet cuối dây chuyền đã giải quyết triệt để được những bài toán về năng suất, sản lượng cũng như nhân lực.

2. Triển khai dây chuyền sản xuất tự động

Dây chuyền sản xuất tự động hóa là một quá trình mà ở đó, vật liệu thô được đưa vào và cho ra đời thành phẩm cuối cùng, không hoặc có rất ít sự can thiệp của con người. Tốc độ nhanh chóng, ổn định và chính xác của dây chuyền sẽ rút ngắn thời gian sản xuất và giảm giá thành của sản phẩm. Bên cạnh đó, ứng dụng dây chuyền tự động hóa vào lĩnh vực công nghiệp cũng góp phần giảm đáng kể chi phí nhân công, tối thiểu hóa sai số, đảm bảo sản phẩm hoạt động ổn định và chất lượng.

3. Xây dựng hệ thống MES trong nhà máy

MES – Hệ thống điều hành và thực thi sản xuất là yếu tố kết nối giữa hoạt động sản xuất tại nhà máy với bộ phận quản lý thông qua việc lấy dữ liệu trực tiếp từ máy móc. Bằng cách này mỗi doanh nghiệp có thể cập nhật hoạt động sản xuất tức thời thay vì phải chờ đến khi kết thúc công đoạn sản xuất theo phương thức truyền thống. MES thúc đẩy quá trình kiểm tra sản phẩm, thu thập dữ liệu, tối ưu hóa nguồn lực và quản lý chất lượng trong nhà máy một cách trực tiếp và theo thời gian thực. Từ đó, MES tạo ra và cung cấp quy trình quản lý sản xuất tối ưu trong các mô hình nhà máy thông minh.

4. Ứng dụng phần mềm ERP

ERP là một giải pháp có thể hỗ trợ quản lý một cách hiệu quả các tài nguyên doanh nghiệp trên toàn bộ nhà máy. Từ đây tạo ra sự hợp tác và thúc đẩy hiệu quả giữa các bộ phận trong phân xưởng, đảm bảo sự kết nối dữ liệu từ tầng sản xuất lên tới khu vực quản trị.

5. Mô hình quản trị thông minh Business Intelligent (BI)

BI dựa trên luồng dữ liệu từ dưới phân xưởng gửi lên khối văn phòng thông qua các tầng trong nhà máy, từ đây hỗ trợ Nhà quản trị có một cái nhìn trực quan về mọi hoạt động diễn ra trong doanh nghiệp. Tính ưu việt của tầng BI trong mô hình nhà máy của tương lai đó là hệ thống phân tích trực quan thông qua các biểu đồ và màn hình thông minh. Từ đó người quản trị có thể đưa ra những quyết định mang tính chiến lược, đem lại hiệu quả lâu hơn.

Tự động hóa và những ứng dụng trong sản xuất công nghiệp