Hệ thống tự động hóa và ưu điểm khi sử dụng

• Khám phá tương lai công việc với AI Albert: Cơ hội và thách thức
• Sức mạnh tổng hợp của trí tuệ nhân tạo AI và tự động hóa quy trình
• Khám phá 5 ưu điểm nổi bật của lái xe tự động
• FUNiX, Udemy hợp tác đào tạo nhân lực chuyển đổi số với Hội Tự động hóa Việt Nam
• Thành phần và ứng dụng chính của hệ thống điều khiển tự động hóa công nghiệp

Bài viết này cung cấp thông tin chuyên sâu về ngành về các hệ thống tự động hóa với trọng tâm chính là cánh tay và bộ truyền động. Đọc thêm để tìm hiểu thêm về khái niệm, ưu nhược điểm và những thành phần cơ bản của hệ thống tự động hóa.

1. Hệ thống tự động hóa là gì?

Một hệ thống tự động hóa là sự tích hợp của các cảm biến, bộ điều khiển và bộ truyền động được thiết kế để thực hiện một chức năng với sự can thiệp tối thiểu hoặc không có sự can thiệp của con người. Lĩnh vực liên quan trong chủ đề này được gọi là Cơ điện tử, là một nhánh kỹ thuật liên ngành kết hợp các hệ thống cơ khí, điện và điện tử.

Hầu hết các hệ thống tự động hóa đều bắt nguồn từ các quy trình thủ công như khoan, cắt, hàn,… Các hệ thống này sử dụng cánh tay robot để điều khiển chuyển động của công cụ thực hiện chức năng ban đầu. Các ứng dụng khác, đặc biệt là trong lĩnh vực kiểm soát quy trình, sử dụng tự động hóa để giám sát và kiểm soát các tham số quy trình. Điều này được thực hiện bằng cách điều khiển hoạt động của các thiết bị như máy sưởi, động cơ, máy bơm và máy nén hoặc bằng cách mở hoặc cách ly các dây chuyền xử lý bằng van điều khiển. Hệ thống tự động hóa có sẵn trong các cấu hình khác nhau ngay cả đối với một chức năng cụ thể. Các ứng dụng phổ biến nhất của hệ thống tự động hóa là:

• Lắp ráp
• Phay
• Cắt
• Khoan
• Gỡ lỗi
• Xâu chuỗi
• Hàn
• Xếp chồng lên nhau
• Bao bì
• Sắp xếp
• Đo lường
• Điều tra
• Kiểm soát quy trình

2. Ưu điểm và nhược điểm của tự động hóa

Mục tiêu chính của một hệ thống tự động hóa là giảm sự can thiệp của con người. Một nhà điều hành con người dễ bị lỗi và mệt mỏi có thể dẫn đến một loạt các vấn đề. Việc điều chỉnh một hệ thống tự động hóa sẽ tạo ra những lợi ích đáng kể về lợi nhuận, tỷ lệ sản xuất, an toàn và chất lượng. Liệt kê dưới đây là những ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng các hệ thống tự động hóa.

2.1 Ưu điểm

• Sản xuất ổn định hơn: Các hệ thống robot, khi được thiết kế chính xác, có thể giảm thời gian sản xuất cần thiết bằng cách thực hiện các chuyển động phức tạp một cách hiệu quả. Tỷ lệ sản xuất cao hơn có nghĩa là khối lượng sản xuất lớn hơn và lợi nhuận tốt hơn. Để đạt được các hành động nhanh hơn, người lái phải cung cấp đủ lực và dòng chuyển động của các liên kết và khớp nối phải trơn tru mà không có bất kỳ chuyển đổi không cần thiết nào. Hơn nữa, tốc độ xử lý của máy tính nhanh hơn và hiệu quả hơn con người. Con người thực sự có thể xử lý thông tin phức tạp hơn máy tính, nhưng khi tính đến lỗi của con người, thời gian nghỉ và ngày ốm, máy tính sẽ hoạt động tốt hơn.
• Tăng khả năng lặp lại: Một dây chuyền sản xuất hiệu quả do chuỗi chuyển động được lặp đi lặp lại bằng cách nào đó được “lập trình” cho người vận hành thực hiện công việc. Điều này yêu cầu việc ra quyết định tối thiểu trong đó các hành động được điều chỉnh chủ yếu bởi một bộ hướng dẫn cụ thể, được xác định trước. Những chuyển động lặp đi lặp lại này có thể được chia nhỏ thành các chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay đơn giản có thể được lập trình thành rô-bốt. Vì các bộ truyền động được thiết kế với phạm vi chuyển động gần như không đổi nên độ lặp lại được tăng lên.
• Độ chính xác: Như đã đề cập trước đó, các bộ truyền động được thiết kế để thực hiện các chuyển động với phạm vi không đổi. Các đặc tính của chuyển động của bộ truyền động sẽ không thay đổi trừ khi có tín hiệu phản hồi hoặc thay đổi trong các biến điều khiển. Hệ thống tự động hóa có thể được hiệu chỉnh để cung cấp cùng một đầu ra với độ lệch tối thiểu hoặc không có.
• Tăng chất lượng sản phẩm: Với hệ thống tự động, sản phẩm được tạo ra với tính nhất quán. Tránh sai sót do lỗi của con người và phán đoán chủ quan. Các hệ thống tự động hoạt động theo logic và đánh giá xem một điều kiện nhất định có đáp ứng đầu ra mong muốn hay không. Việc xác minh liên tục có thể được thực hiện thông qua các hệ thống phản hồi hoạt động hiệu quả hơn con người.
• Điều kiện làm việc tốt hơn: Các quy trình liên quan đến nhiệt độ khắc nghiệt, áp suất quá mức, lực cao, chuyển động nhanh và vật liệu độc hại gây nguy hiểm cho sự an toàn của nhân viên. Tự động hóa cho phép rô-bốt thực hiện các nhiệm vụ không an toàn, loại bỏ thương tích hoặc thậm chí tử vong.
• Chi phí vận hành thấp hơn: Bên cạnh lợi nhuận bổ sung do chất lượng tốt hơn và tỷ lệ sản xuất cao hơn một cách nhất quán, các lợi ích kinh tế khác có thể thu được từ nguyên liệu thô ít bị lãng phí hơn và chi phí nhân lực nhỏ hơn. Ít lãng phí nguyên liệu hơn nhờ có hệ thống cấp liệu tự động, nơi nguyên liệu thô được sử dụng nhất quán. Lượng thức ăn có thể được tối ưu hóa dễ dàng và sẵn sàng thông qua lập trình. Về mặt tiết kiệm nhân lực, một robot có thể thực hiện công việc của nhiều nhân viên. Về lâu dài, những lợi ích này sẽ bù đắp chi phí đầu tư cao cho việc lắp đặt hệ thống tự động.

>>> Đọc thêm: Tự động hóa CNTT là gì? Cách tự động hóa CNTT hoạt động

2.2 Nhược điểm

• Chi phí đầu tư cao: Chi phí đầu tư cao là yếu tố chính khiến các chủ quy trình không khuyến khích lắp đặt hệ thống tự động. Ngoài các cảm biến, bộ điều khiển và bộ truyền động, một hệ thống tự động hóa bao gồm các hệ thống phụ trợ khác nhau như nguồn điện, hệ thống khí nén, hệ thống thủy lực và hệ thống bôi trơn. Các hệ thống robot có thể có giá khoảng hàng trăm hoặc thậm chí hàng triệu đô la tùy thuộc vào mức độ phức tạp của quá trình tự động hóa được yêu cầu.
• Yêu cầu bảo trì bổ sung: Các hệ thống tự động có thể không cảm thấy mệt mỏi như người vận hành, nhưng hoạt động liên tục có thể dẫn đến sự hao mòn không thể tránh khỏi của các bộ phận. Để duy trì hiệu suất và tuổi thọ tối ưu, việc bảo trì thường xuyên được thực hiện để kiểm tra hoặc ngăn chặn bất kỳ sự cố nào có thể gây ra tắt máy ngoài ý muốn.
• Ít linh hoạt hơn: Hầu hết các hệ thống tự động hóa không thể cấu hình lại dễ dàng. Tính mô-đun và khả năng lập trình là các tính năng bổ sung làm tăng giá thành của thiết bị. Hơn nữa, do rô-bốt chỉ hoạt động theo hướng dẫn cụ thể nên bất kỳ điều kiện nào nằm ngoài chương trình của chúng đều có thể gây ra lỗi đầu ra không thể đoán trước hoặc lỗi hệ thống đột ngột. Người vận hành có thể phân tích các điều kiện như vậy và hành động tương ứng.

3. Các thành phần cơ bản của hệ thống tự động hóa

Một hệ thống tự động hóa bao gồm một thiết bị có khả năng nhận đầu vào (cảm biến, giao diện người-máy, v.v.), một hệ thống máy tính (bộ xử lý) và các bộ điều khiển thực hiện công việc thực tế (bộ truyền động). 

Phần quan trọng nhất của cả ba là hệ thống tính toán hoặc điều khiển. Nó có thể được chia thành hai loại: điều khiển vòng hở và vòng kín (phản hồi). Điều khiển vòng hở là một hệ thống trong đó bộ điều khiển gửi tín hiệu đến bộ chấp hành để thu được phản hồi mong muốn. Các tín hiệu được gửi chỉ được điều chỉnh bởi chương trình ban đầu được cung cấp cho bộ điều khiển. 

Trong một hệ thống vòng kín, một tín hiệu phản hồi có liên quan. Tín hiệu phản hồi được tạo ra bởi cảm biến để đo trực tiếp hoặc gián tiếp phản hồi do bộ truyền động tạo ra. Tín hiệu phản hồi này được bộ điều khiển xử lý để so sánh đầu ra thực tế với đầu ra mong muốn. Sau đó, bộ điều khiển sẽ thực hiện các điều chỉnh cần thiết đối với các tín hiệu được gửi đến bộ truyền động. Vòng lặp được lặp lại cho đến khi đạt được phản hồi chính xác.

Bộ truyền động là bộ phận tạo ra các hành động. Bộ truyền động bao gồm một bộ truyền động và một cụm các khớp nối và liên kết. Trình điều khiển cung cấp lực hoặc mô-men xoắn cần thiết được sử dụng để di chuyển các liên kết được kết nối bằng khớp. Trình điều khiển có thể được coi là điện, thủy lực hoặc khí nén. Thiết bị truyền động điện là động cơ hoặc solenoid chuyển đổi năng lượng điện thành đầu ra cơ học. Hệ thống thủy lực và khí nén hoạt động bằng cách sử dụng áp suất chất lỏng được nén trên pít-tông, xi-lanh, van hoặc thùy. Các hệ thống này, theo khái niệm cơ bản nhất của chúng, cũng có thể được coi là điện vì chất lỏng được điều khiển bằng cách mở và đóng các van điện từ.

Các liên kết có thể di chuyển tương đối với nhau tùy thuộc vào mức độ tự do mà khớp cho phép . Bậc tự do được định nghĩa là chuyển động được phép của các liên kết trên một trục ba chiều. Có sáu bậc tự do, ba bậc để tịnh tiến (lên và xuống, trái và phải, tiến và lùi) và ba bậc để xoay (cao độ, ngáp và lăn). Hầu hết các khớp chỉ cho phép một hoặc hai bậc tự do để đơn giản vì việc tạo ra một cánh tay có tính di động cao là khó khăn, tốn kém và không thực tế.

>>> Xem thêm chuỗi bài viết:

6 Loại tự động hóa và thông tin chi tiết về các loại tự động hóa Phần 1

Tự động hóa CNTT là gì? Cách tự động hóa CNTT hoạt động

Lợi ích của tự động hóa CNTT? Khó khăn khi triển khai tự động hóa

Các loại tự động hóa công nghệ khác nhau Tương lai của tự động hóa

5 Xu hướng tự động hóa hàng đầu cho năm 2023

Nguyễn Cúc

Nguồn tham khảo: iqsdirectory.com