Tự động hóa nhà máy đang chuyển từ những thiết bị thực hiện tác vụ cố định sang các hệ thống có khả năng cảm nhận, xử lý thông tin và phối hợp linh hoạt hơn. Công nghệ robot vì vậy không chỉ xuất hiện ở những công việc truyền thống như gắp sản phẩm hay xếp pallet mà đang được kết hợp với Machine Vision, AI và các hệ thống vận chuyển tự động.

Đối với doanh nghiệp sản xuất, giá trị của robot không nằm ở việc sở hữu công nghệ mới nhất. Điều quan trọng là xác định công nghệ nào giải quyết đúng điểm nghẽn về năng suất, nhân công, chất lượng hoặc logistics nội bộ và có thể tích hợp với dây chuyền hiện hữu.

Dưới đây là 5 công nghệ robot đáng chú ý trong quá trình tự động hóa sản xuất và xây dựng nhà máy thông minh.

Công nghệ robot đang thay đổi dây chuyền sản xuất như thế nào?

Trước đây, nhiều robot công nghiệp chủ yếu hoạt động theo các chương trình và quỹ đạo được thiết lập trước. Khi sản phẩm, vị trí hoặc điều kiện vận hành thay đổi, hệ thống thường cần được hiệu chỉnh hoặc lập trình lại.

Sự kết hợp giữa robot, cảm biến, Machine Vision, AI và hệ thống điều khiển đang mở rộng khả năng tự động hóa. Robot có thể nhận dữ liệu về môi trường, xác định vị trí sản phẩm và thực hiện tác vụ phù hợp với thông tin mà hệ thống nhận được. Vision-Guided Robotics, chẳng hạn, sử dụng kết quả từ hệ thống thị giác để xác định vị trí và hướng của vật thể, sau đó gửi dữ liệu căn chỉnh cho bộ điều khiển robot.

Trong nhà máy, sự thay đổi về công nghệ robot thể hiện rõ ở một số hướng:

• Cobot hỗ trợ tự động hóa linh hoạt tại các công đoạn trước đây phụ thuộc nhiều vào lao động trực tiếp.
• Machine Vision cung cấp khả năng nhận biết vị trí và hướng của sản phẩm cho robot.
• AI mở rộng khả năng xử lý dữ liệu và thích ứng của các hệ thống robot thế hệ mới.
• Robot Delta xử lý các tác vụ Pick & Place tốc độ cao.
• Robot di động hỗ trợ tự động hóa dòng vận chuyển nguyên liệu và thành phẩm.

1. Công nghệ robot cộng tác (Cobot)

Cobot hay collaborative robot là robot được phát triển cho các ứng dụng có khả năng tương tác và phối hợp gần hơn với con người. Các dòng cobot hiện đại thường tích hợp những chức năng an toàn như giám sát lực hoặc phát hiện va chạm, nhưng mức độ an toàn của một ứng dụng thực tế vẫn cần được đánh giá trên toàn hệ thống, bao gồm robot, đầu gắp, sản phẩm và môi trường làm việc.

Một lợi thế đáng chú ý của công nghệ robot cộng tác là tính linh hoạt khi triển khai. Cobot có thể phù hợp với doanh nghiệp muốn tự động hóa từng công đoạn hoặc nhà máy có mặt bằng khó bố trí những robot công nghiệp lớn.

Trong dây chuyền đóng gói, cobot có thể được cấu hình cho:

• Gắp và chuyển sản phẩm.
• Hỗ trợ đóng thùng.
• Xếp thùng hoặc kiện hàng lên pallet.
• Cấp sản phẩm giữa các công đoạn.

Với palletizing, cobot pallet giúp tự động hóa một thao tác có tính lặp lại cao ở cuối dây chuyền. Doanh nghiệp có thể triển khai công đoạn này trước rồi tiếp tục mở rộng sang đóng thùng, quấn màng hoặc vận chuyển pallet khi nhu cầu tăng.

2. Công nghệ robot Vision và Machine Vision

Machine Vision có thể xem như hệ thống cung cấp thông tin thị giác cho robot. Camera và phần mềm xử lý hình ảnh nhận diện đặc điểm của vật thể, từ đó xác định những dữ liệu cần thiết để robot thực hiện thao tác.

Trong Vision-Guided Robotics, hệ thống thị giác có thể xác định vị trí và hướng của chi tiết, tính toán độ lệch so với vị trí tham chiếu rồi truyền thông tin về bộ điều khiển. Robot sử dụng dữ liệu đó để điều chỉnh điểm gắp hoặc đặt thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào một tọa độ cố định.

Điều này đặc biệt hữu ích khi sản phẩm trên băng tải không nằm chính xác ở cùng một vị trí. Camera có thể được lắp cố định hoặc gắn trên robot tùy thiết kế của ứng dụng.

Trong sản xuất và đóng gói, công nghệ robot kết hợp Machine Vision có thể hỗ trợ các yêu cầu như:

• Xác định vị trí và hướng sản phẩm.
• Hướng dẫn robot Pick & Place.
• Căn chỉnh vị trí gắp hoặc đặt.
• Nhận biết đặc điểm sản phẩm phục vụ phân loại.
• Hỗ trợ robot thao tác khi vị trí sản phẩm có sai lệch.

Vì vậy, Machine Vision không chỉ phục vụ kiểm tra hình ảnh. Khi được kết nối với robot, dữ liệu thị giác có thể trực tiếp tham gia vào quá trình điều khiển chuyển động.

3. Công nghệ robot tích hợp AI và xử lý dữ liệu

AI đang mở rộng cách robot xử lý những tình huống có mức độ biến thiên cao hơn. Thay vì chỉ thực hiện một chuỗi tác vụ cố định, các hướng phát triển mới đang kết hợp robot với AI, thị giác, dữ liệu mô phỏng và các mô hình học để tăng khả năng thích ứng.

Các hệ thống robot thế hệ mới theo hướng kết hợp nhận biết, AI và khả năng ra quyết định để robot thích ứng tốt hơn với những thay đổi của môi trường sản xuất. Các công nghệ mô phỏng và dữ liệu tổng hợp cũng đang được sử dụng để huấn luyện, kiểm thử ứng dụng robot trong môi trường ảo trước khi triển khai thực tế.

Tuy nhiên, doanh nghiệp cần phân biệt giữa công nghệ robot có tích hợp AI thực sự với robot tự động thông thường được lập trình theo quy tắc. Không phải mọi hệ thống robot trong nhà máy đều cần AI.

AI có giá trị hơn khi tồn tại nhiều biến số như:

• Sản phẩm có hình dạng hoặc vị trí thay đổi.
• Hệ thống cần xử lý lượng dữ liệu lớn từ cảm biến hoặc camera.
• Quy trình cần nhận dạng và phân loại phức tạp.
• Doanh nghiệp muốn khai thác dữ liệu vận hành để tối ưu hệ thống.

Với những thao tác cố định và có tính lặp lại cao, giải pháp robot truyền thống đôi khi vẫn đơn giản và phù hợp hơn. Vì vậy, quyết định tích hợp AI nên xuất phát từ yêu cầu sản xuất thay vì chạy theo xu hướng công nghệ.

4. Công nghệ robot Delta cho Pick & Place tốc độ cao

Robot Delta có cấu trúc các cánh tay liên kết song song và thường được bố trí phía trên khu vực sản phẩm. Đây là loại robot được sử dụng nhiều trong các ứng dụng gắp, đóng gói và Pick & Place tốc độ cao.

Xem thêm: Cấu tạo của robot công nghiệp gồm những bộ phận nào? Chức năng từng thành phần

Trong dây chuyền thực phẩm và đóng gói, Delta Robot đặc biệt phù hợp với các ứng dụng cần gắp sản phẩm nhanh và liên tục từ băng tải, nhất là với sản phẩm có khối lượng phù hợp với tải trọng của robot. Khi kết hợp với hệ thống nhận dạng phù hợp, công nghệ robot này có thể xác định sản phẩm, gắp và chuyển đến vị trí đóng gói hoặc thùng chứa.

Các ứng dụng đáng chú ý gồm:

• Gắp sản phẩm từ băng tải.
• Phân loại sản phẩm.
• Sắp xếp sản phẩm theo quy cách.
• Cấp sản phẩm vào công đoạn tiếp theo.
• Gắp sản phẩm và đặt vào khay hoặc thùng.

Trong hệ thống Case Packer, robot Delta có thể đảm nhiệm công đoạn gắp và sắp xếp sản phẩm vào thùng carton sau khi máy dựng thùng chuẩn bị thùng. Máy dán thùng sau đó tiếp nhận và niêm phong, giúp ba công đoạn được tổ chức thành một chu trình liên tục.

5. Công nghệ robot di động AGV trong nhà máy thông minh

Tự động hóa không kết thúc khi sản phẩm đã được đóng thùng hoặc xếp pallet. Nhà máy còn cần vận chuyển nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm giữa dây chuyền, kho và khu vực xuất hàng.

Xe tự hành AGV là phương tiện tự động được sử dụng để vận chuyển vật liệu trong nhà máy hoặc kho theo các tuyến đường hoặc hệ thống dẫn hướng được xác định trước. Khi được kết nối với khu vực palletizing, công nghệ robot di động giúp giảm bớt thao tác vận chuyển pallet bằng phương pháp thủ công.

Khác với AGV truyền thống vận hành theo tuyến đường hoặc hệ thống dẫn hướng xác định trước, AMR có khả năng lập kế hoạch đường đi và điều hướng linh hoạt hơn. Các giải pháp AMR hiện nay được sử dụng để vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm dở dang và thành phẩm giữa các khu vực sản xuất.

Doanh nghiệp vì vậy cần phân biệt AGV và AMR khi thiết kế logistics nội bộ. Công nghệ phù hợp phụ thuộc vào mặt bằng, tuyến đường, tải trọng, mức độ thay đổi của môi trường và cách hệ thống cần kết nối với dây chuyền.

Ứng dụng công nghệ robot trong dây chuyền đóng gói thực phẩm

Trong ngành thực phẩm, công nghệ robot phát huy hiệu quả khi được đặt trong một dây chuyền đóng gói đồng bộ thay vì hoạt động như những thiết bị riêng biệt. Robot có thể đảm nhiệm các thao tác gắp và vận chuyển, trong khi những thiết bị chuyên dụng thực hiện định lượng, đóng gói, kiểm tra chất lượng và hoàn thiện bao bì.

Đầu tiên, hệ cân định lượng kết hợp máy đóng gói dạng đứng, nằm hoặc xoay tùy sản phẩm và bao bì. Chẳng hạn, máy đóng gói dạng đứng có thể kết nối với cân điện tử, cân đa đầu, băng tải và các thiết bị ngoại vi để tạo thành dây chuyền đóng gói tự động.

Sau đóng gói, máy dán nhãn và giải pháp in date code, truy xuất nguồn gốc hoàn thiện thông tin trên sản phẩm. Máy dán nhãn cũng có thể tích hợp thiết bị in để xử lý các dữ liệu như ngày sản xuất, hạn sử dụng, số lô, mã vạch hoặc QR Code.

Sản phẩm tiếp tục qua khu vực kiểm soát chất lượng. Máy dò kim loại có thể phát hiện Fe, Non-Fe và SUS, còn X-ray phù hợp khi cần mở rộng khả năng kiểm tra sang một số dị vật phi kim loại như thủy tinh, đá hoặc nhựa cứng tùy đặc tính sản phẩm. Cân kiểm tra trọng lượng tiếp tục xác nhận sản phẩm đạt yêu cầu trước khi chuyển sang đóng thùng.

Tại Case Packer, máy dựng thùng chuẩn bị carton, robot Delta hoặc cobot gắp sản phẩm vào thùng và máy dán thùng hoàn tất niêm phong. Sau cân kiểm tra trọng lượng thùng, cobot palletizer xếp thành phẩm lên pallet, máy quấn màng cố định kiện hàng và AGV vận chuyển pallet đến kho.

Cách bố trí này cho thấy robot chỉ là một phần của hệ thống. Hiệu quả đầu tư phụ thuộc vào khả năng đồng bộ tốc độ và dữ liệu giữa robot với các thiết bị trước và sau nó.

Công nghệ robot mang lại lợi ích gì cho doanh nghiệp sản xuất?

Đầu tư công nghệ robot không nên được đánh giá đơn thuần bằng số lượng lao động có thể thay thế. Giá trị lớn hơn nằm ở khả năng chuẩn hóa những thao tác lặp lại và kết nối chúng với một quy trình sản xuất có thể kiểm soát.

Khi được lựa chọn và tích hợp đúng, doanh nghiệp có thể hướng đến các lợi ích:

• Tăng tính ổn định của dây chuyền: Các thao tác lặp lại được thực hiện theo chương trình và chu kỳ xác định.
• Giảm phụ thuộc vào thao tác thủ công: Đặc biệt tại những khu vực gắp, đóng thùng, palletizing và vận chuyển nội bộ.
• Tăng khả năng thích ứng: Cobot, Machine Vision và các giải pháp robot có thể hỗ trợ doanh nghiệp xử lý nhiều biến thể sản phẩm hoặc tái cấu hình hệ thống khi yêu cầu sản xuất thay đổi.
• Hỗ trợ kiểm soát chất lượng: Robot có thể phối hợp với camera, cảm biến và thiết bị kiểm tra để xử lý sản phẩm theo dữ liệu thực tế.
• Kết nối logistics nội bộ: AGV hoặc robot di động giúp mở rộng tự động hóa từ dây chuyền sản xuất đến kho.
• Tạo nền tảng cho nhà máy thông minh: Dữ liệu từ robot và thiết bị có thể trở thành một phần của hệ thống quản lý sản xuất rộng hơn.

Tuy nhiên, hiệu quả thực tế phụ thuộc vào sản phẩm, công suất, mặt bằng, số lượng SKU và mức độ tự động hóa hiện tại. Doanh nghiệp nên bắt đầu bằng việc xác định điểm nghẽn, sau đó lựa chọn công nghệ robot có khả năng giải quyết đúng vấn đề thay vì tự động hóa đồng loạt.

Kết luận

Cobot, Delta Robot, AGV/AMR cùng các công nghệ hỗ trợ như Machine Vision và AI đang mở rộng phạm vi ứng dụng của robot và tự động hóa trong sản xuất. Điểm chung của các công nghệ này là giúp robot không chỉ thực hiện chuyển động mà còn có thể phối hợp tốt hơn với con người, nhận thông tin từ môi trường hoặc kết nối với dòng sản xuất và logistics nội bộ.

Đối với dây chuyền đóng gói thực phẩm, giá trị của công nghệ robot thể hiện rõ khi robot được kết nối đúng vị trí. Một hệ thống đồng bộ thường có ý nghĩa hơn việc đầu tư nhiều thiết bị tự động nhưng vận hành tách rời.

Nếu doanh nghiệp đang cân nhắc ứng dụng robot cho dây chuyền hiện hữu, bước đầu tiên nên là khảo sát thực tế và xác định điểm nghẽn cần tự động hóa. Từ dữ liệu về sản phẩm, công suất, mặt bằng và quy trình vận hành, CVM Group có thể tư vấn cấu hình phù hợp và xây dựng phương án đầu tư theo từng giai đoạn.