Sau khi quy trình sản xuất kết thúc và sản phẩm đã sẵn sàng để phân phối, chúng thường cần được xếp lên pallet. Theo phương pháp truyền thống, công việc này đòi hỏi nhiều lao động thủ công, thường dẫn đến chấn thương và các vấn đề về công thái học cho người lao động. Tự động hóa xếp pallet loại bỏ gánh nặng thể chất này, đồng thời mang lại mức tiết kiệm nhân công đáng kể trên dây chuyền lắp ráp.

Tuy nhiên, việc lựa chọn kiến trúc điều khiển phù hợp là yếu tố then chốt để tối đa hóa hiệu quả. Với tư cách là chuyên gia trong ngành, tôi sẽ hướng dẫn bạn qua quá trình ra quyết định, đồng thời so sánh tự động hóa cứng, logic PLC, tính toán bằng robot và vai trò mới nổi của Trí tuệ Nhân tạo.

Khi nào tự động hóa cứng là đủ?

Robot không phải lúc nào cũng bắt buộc trong việc xếp pallet. Một số quy trình có thể sử dụng “tự động hóa cứng” thay vì cánh tay robot khớp nối. Chẳng hạn, các tải nặng như bao xi măng hoặc bao ngũ cốc thường được xử lý bằng cửa trượt ngang và máng băng tải di động.

Đối với các hệ thống đơn giản này, một PLC tiêu chuẩn hoặc hệ thống điều khiển bằng rơ-le là đủ. Phương pháp này hoạt động hiệu quả khi xử lý dòng sản phẩm ổn định, không thay đổi về kích thước hoặc kiểu xếp chồng. Tuy nhiên, giải pháp này thiếu tính linh hoạt; nó cứng nhắc và không thể thích ứng với các thay đổi nếu không tái cấu hình cơ khí.

Nhu cầu về tính linh hoạt của robot

Mức độ phức tạp tăng đáng kể khi xử lý các kiểu xếp chồng đa dạng hoặc nhiều sản phẩm khác nhau. Trong những trường hợp này, tự động hóa bằng robot trở nên cần thiết. Robot có thể linh hoạt thay đổi vị trí đặt sản phẩm dựa trên thông tin đã lập trình hoặc dữ liệu từ cảm biến bên ngoài.

Ngoài ra, robot còn mang lại tính đa dụng nhờ bộ công cụ đầu công tác. Bằng cách trang bị cho robot một bộ kẹp có khả năng xử lý nhiều cấu hình sản phẩm, nhà sản xuất có thể xếp pallet cho nhiều SKU khác nhau mà không cần dừng dây chuyền. Tính linh hoạt này là ưu điểm chính giúp robot vượt trội so với các hệ thống tự động hóa cứng truyền thống.

Hình 1. Giải pháp xếp pallet bằng robot di động, được thiết kế để nhanh chóng thay đổi sản xuất. Hình ảnh được Control cho phép sử dụng.

Tối ưu hóa chuyển động và hiệu quả

Chương trình điều khiển quy trình xếp pallet là yếu tố then chốt quyết định hiệu quả. Một hệ thống được tối ưu hóa tốt sẽ giảm thời gian ngừng hoạt động bằng cách tận dụng những khoảng thời gian nhàn rỗi để thực hiện các tác vụ phụ trợ. Ví dụ, trong khi chờ lô sản phẩm tiếp theo, robot có thể đặt một tấm ngăn lên pallet.

Hiệu quả cũng phụ thuộc vào cách bố trí hệ thống. Các hệ thống xe chữ T cho phép robot xếp chồng đồng thời trên nhiều làn sản xuất. Trong những thiết lập này, chương trình phải tập trung vào việc chuẩn bị pallet và giảm thiểu thời gian nhàn rỗi để ngăn ngừa tình trạng tắc nghẽn trong quy trình. Mỗi mili giây tiết kiệm được trong việc lập kế hoạch chuyển động đều góp phần rút ngắn thời gian chu kỳ.

Vai trò của HMI trong khôi phục lỗi

Một tiến bộ quan trọng trong các hệ thống xếp pallet hiện đại là tích hợp chức năng Ghi đè số lượng đặt thông qua HMI (Giao diện người–máy). Tính năng này cho phép người vận hành đặt lại số lượng trên từng làn cụ thể bằng phương thức kỹ thuật số.

Hãy xem xét tình huống sau: nếu một thùng hàng rơi khỏi Bộ công cụ đầu cánh tay (EoAT), người vận hành có thể điều chỉnh số lượng đặt trên màn hình cảm ứng. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu can thiệp thủ công bên trong khu vực máy để đồng bộ chồng hàng thực tế với số lượng mà robot ghi nhận. Không chỉ giúp công việc dễ dàng hơn, tính năng này còn nâng cao đáng kể an toàn cho người vận hành bằng cách giảm nhu cầu đặt lại thủ công.

Hình 2. Xếp pallet bằng robot sử dụng các bộ kẹp tùy chỉnh cho từng thùng hàng và kiện hàng. Hình ảnh được Control cho phép sử dụng.

Điều khiển PLC và robot: Sự khác biệt trong xử lý

Hiểu rõ sự khác biệt giữa logic điều khiển PLC và robot là yếu tố thiết yếu trong thiết kế hệ thống. PLC thực thi logic bậc thang theo trình tự, từng dòng một. Điều này khiến PLC đặc biệt phù hợp để quản lý luồng logic của toàn bộ dây chuyền sản xuất, chẳng hạn như phát tín hiệu yêu cầu chuẩn bị thêm sản phẩm sau một chu kỳ xếp pallet.

Ngược lại, robot thường sử dụng các ngôn ngữ văn bản có cấu trúc. Trong quá trình xếp chồng, robot có lợi thế rõ rệt. Robot có thể đồng thời tính toán vị trí của lớp tiếp theo, theo dõi vị trí đặt tấm ngăn và ghi lại tọa độ ở chế độ nền mà không phụ thuộc vào một quy trình tuần tự nghiêm ngặt. Khả năng xử lý song song này thường giúp hoạt động xếp chồng hiệu quả hơn.

Sự xuất hiện của các hệ thống tính toán AI

Một số hoạt động nâng cao bỏ qua cả bộ điều khiển robot và PLC bên ngoài. Thay vào đó, chúng sử dụng một máy tính trung tâm thu thập dữ liệu từ camera và máy quét. Nhờ các thuật toán hiệu quả, thường dựa trên AI, những hệ thống này tính toán đường đi và các điểm đích của chuyển động theo thời gian thực.

Lợi ích chính ở đây là khả năng thích ứng. Đối với các tải hỗn hợp nhiều SKU hoặc sản phẩm không đồng nhất, hệ thống AI có thể liên tục tính toán đường đi nhanh nhất. Điều này đảm bảo thời gian chu kỳ luôn ở mức tối thiểu ngay cả khi các biến số của sản phẩm thay đổi thường xuyên, mang lại mức độ tối ưu hóa mà phương pháp lập trình truyền thống khó đạt được.

Hình 3. Sự hợp tác giữa các công ty robot và phần mềm có thể giúp tối ưu hóa đường đi và giảm thời gian chu kỳ. Hình ảnh được Control cho phép sử dụng.

Tốc độ, an toàn và giải pháp tối ưu

Điều quan trọng cần nhớ là các hệ thống xếp pallet tốt nhất không nhất thiết phải là những hệ thống nhanh nhất khi xét riêng lẻ. Giải pháp tối ưu phải hoàn thành nhiệm vụ chính với thời gian ngừng hoạt động tối thiểu, không gây ảnh hưởng đến các quy trình trước và sau đó. Hầu hết các cơ sở hiện đại đều áp dụng phương pháp kết hợp, phối hợp nhiều hệ thống điều khiển để tạo ra quy trình làm việc phù hợp nhất với cơ cấu sản phẩm cụ thể.

Góc nhìn của tác giả: Là một chuyên gia tự động hóa, tôi thường thấy khách hàng thiết kế hệ thống quá mức chỉ để đạt tốc độ cao. Lời khuyên của tôi là hãy ưu tiên tính linh hoạt và an toàn. Một hệ thống có thể xử lý các thay đổi của sản phẩm (thông qua HMI hoặc AI) và đảm bảo an toàn cho người vận hành (thông qua chức năng ghi đè khi xảy ra lỗi) sẽ mang lại ROI tốt hơn về lâu dài so với một hệ thống chỉ chạy nhanh nhưng đòi hỏi phải liên tục điều chỉnh thủ công.

Về tác giả

Zhang Qiao là chuyên gia giàu kinh nghiệm trong lĩnh vực Tự động hóa công nghiệp với hơn 15 năm kinh nghiệm về PLC, DCS, TSI và các hệ thống bảo vệ nguồn điện. Trong suốt sự nghiệp, Zhang đã biên soạn tài liệu kỹ thuật và các bài viết tin tức cho những nhà sản xuất tự động hóa hàng đầu thế giới, cung cấp những hiểu biết kỹ thuật chuyên sâu về các thách thức phức tạp trong kỹ thuật điều khiển.