Chế tạo kim loại là một ngành nghề đã tồn tại hàng thế kỷ. Mặc dù đã tồn tại từ lâu, nhưng ngành gia công kim loại ngày nay đã thay đổi khác xa so với trước đây. Động lực chính của sự chuyển đổi này là việc ứng dụng ngày càng nhiều công nghệ tự động hóa.
Mặc dù các quy trình cơ bản của gia công kim loại vẫn giữ ổn định qua nhiều năm, các doanh nghiệp ngày càng phụ thuộc vào máy móc tự động để thực hiện các công việc. Sự chuyển dịch này, không chỉ trong lĩnh vực chế tạo, đang có động lực phát triển đặc biệt mạnh mẽ trong lĩnh vực gia công kim loại, điều này yêu cầu sự quan tâm sát sao từ các đơn vị trong ngành.
Sự phát triển nhanh chóng của tự động hóa trong ngành chế tạo kim loại Theo truyền thống, ngành gia công kim loại thường tụt hậu so với ngành sản xuất nói chung về mặt tự động hóa, nhưng xu hướng này đang thay đổi nhanh chóng. Năm 2023, có gần 101.700 robot công nghiệp được triển khai trong các hoạt động chế tạo kim loại trên khắp nước Mỹ. Dự báo cho thấy con số này sẽ tăng hơn gấp ba lần vào năm 2030.
Sự gia tăng đột biến này trải dài trên nhiều ứng dụng khác nhau. Các quy trình như cắt, hàn, gia công và xử lý vật liệu đều đã được tự động hóa ở mức cao trong những năm gần đây. Trong một số trường hợp, những tiến bộ về tự động hóa đã cho phép tạo ra các quy trình làm việc hoàn toàn mới, điển hình là việc sản xuất các linh kiện kim loại in 3D.
Sự ủng hộ ngày càng tăng của ngành đối với các giải pháp robot không chỉ là một trào lưu nhất thời; nó báo hiệu một sự chuyển dịch cơ bản trên toàn ngành, đang làm thay đổi cách thức sản xuất vật liệu và sản phẩm kim loại. Các doanh nghiệp hàng đầu trong ngành, những người nếu chưa áp dụng robot ở quy mô này, nên xem xét những lý do thúc đẩy sự tăng trưởng này và những tác động của nó trong tương lai.
Động lực thúc đẩy sự phát triển của tự động hóa trong ngành gia công kim loại là gì? Sự gia tăng mạnh mẽ của robot trong ngành chế tạo kim loại có thể được quy cho nhiều yếu tố hội tụ khác nhau. Việc hiểu rõ những động lực này sẽ giúp các doanh nghiệp tận dụng hiệu quả của các công nghệ mới.
Độ chính xác được cải thiện Một động lực chính thúc đẩy các doanh nghiệp chế tạo áp dụng rộng rãi tự động hóa bắt nguồn từ độ chính xác vượt trội mà hệ thống robot mang lại so với các phương pháp thủ công. Ưu điểm này rất quan trọng vì nhu cầu giảm thiểu lãng phí vật liệu và tối thiểu hóa lỗi ngày càng tăng. Gia công kim loại thường bao gồm các công việc lặp lại thường xuyên, dễ bị sai sót do con người, trong khi robot duy trì sự tập trung và hiệu suất ổn định mà không bị mệt mỏi.
Thiết bị tự động đạt được độ chính xác mà con người thường khó đạt được, và duy trì các tiêu chuẩn này một cách liên tục. Do đó, sản phẩm tạo ra ít khuyết tật và phế liệu hơn. Xét đến việc Mỹ thải ra gần 19,2 triệu tấn phế liệu kim loại hàng năm, ngay cả những cải tiến hiệu suất khiêm tốn cũng có thể giảm đáng kể tổn thất vật liệu.
Tăng năng suất Tự động hóa thường hoạt động với tốc độ nhanh hơn so với sức lao động của con người. Hiệu suất của nó không chỉ đến từ tốc độ vận hành cao mà còn từ việc giảm thiểu sai sót và nhu cầu làm lại. Việc tự động hóa các chức năng thông thường cho phép các doanh nghiệp chế tạo mở rộng quy mô sản xuất để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng, mà không cần mở rộng nhà máy hoặc lực lượng lao động tốn kém.
Mặc dù một số công ty lo ngại rằng tự động hóa có thể thay thế người lao động, nhưng trên thực tế, nó giúp khắc phục tình trạng thiếu hụt kỹ năng đáng kể. Ngành gia công kim loại hiện đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt gần 375.000 thợ hàn lành nghề, khiến robot trở thành công cụ bổ trợ cho sức lao động của con người, chứ không phải là sự thay thế.
Tích hợp internet vạn vật (IoT – internet of things) Sự phát triển của tự động hóa càng được củng cố bởi các công nghệ giúp tăng tính thực tiễn của robot. Kết nối internet vạn vật (IoT) đóng một vai trò quan trọng. Các cảm biến kết nối, các hệ thống tự động hóa với độ chính xác cao hơn hoặc các chế độ điều khiển mới, có thể mang lại lợi tức đầu tư tốt hơn cho các doanh nghiệp chế tạo.
Ví dụ, bảo trì dự đoán được hỗ trợ bởi IoT có thể tăng tuổi thọ của thiết bị. Mặc dù việc bảo trì phòng ngừa định kỳ đã được biết là có thể giúp tăng tuổi thọ của máy móc, nhưng việc sửa chữa không cần thiết lại làm tăng thời gian ngừng hoạt động và chi phí. Các cảm biến được hỗ trợ IoT có thể dự báo lỗi và cảnh báo nhân viên bảo trì một cách chủ động, từ đó tối đa hóa thời gian hoạt động của robot và giảm chi phí.
Khả năng của công nghệ trí tuệ nhân tạo Việc tích hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) vào robot gia công kim loại mang lại những lợi ích tương đương. Tự động hóa truyền thống thường bị hạn chế bởi tính cứng nhắc; nó sẽ hoạt động hiệu quả cho đến khi một sai lệch bất ngờ làm gián đoạn quy trình làm việc, gây ra các lỗi liên hoàn. Công nghệ AI mang lại cho robot khả năng thích ứng để tự điều chỉnh khi có sai lệch xảy ra.
Hệ thống thị giác máy có thể phát hiện các bộ phận bị sai lệch vị trí và hướng dẫn cánh tay robot điều chỉnh hoạt động tương ứng. Ngoài ra, các mô hình công nghệ AI có thể phân tích các đặc tính vật liệu để xác định các chiến lược xử lý tối ưu thay vì áp dụng các quy trình đồng nhất. Tính linh hoạt này cho phép robot hợp tác hiệu quả hơn với con người và đối phó với các nhu cầu sản xuất thay đổi.
Cải thiện tính an toàn ở nơi làm việc Việc chú trọng hơn đến an toàn lao động cũng đã thúc đẩy việc áp dụng robot. Ngành chế tạo kim loại cơ bản đã ghi nhận tỷ lệ chấn thương là 3,9 trường hợp trên 100 công nhân vào năm 2020 – một con số cao hơn nhiều so với mức trung bình của tất cả các ngành công nghiệp. Nhận thức ngày càng tăng về độ an toàn này khiến tự động hóa trở thành một giải pháp thay thế có giá trị cho việc thực hiện các công việc thủ công nguy hiểm.
Trong số các quy trình có thể tự động hóa, những quy trình có nguy cơ tai nạn cao nhất là những quy trình được ưu tiên. Việc triển khai robot giúp giảm sự tiếp xúc của công nhân với các điều kiện nguy hiểm. Hơn nữa, robot hiện đại còn được tích hợp hướng dẫn bằng công nghệ AI và kết nối IoT, làm cho chúng an toàn hơn so với các mẫu trước đây.
Triển khai đơn giản hóa Việc triển khai robot đã trở nên dễ dàng hơn đáng kể theo thời gian. Trước đây, trình độ kỹ thuật hạn chế đã cản trở việc tích hợp công nghệ vào các ngành công nghiệp nặng như chế tạo kim loại. Tuy nhiên, những tiến bộ đã giảm bớt yêu cầu chuyên môn cần thiết để lắp đặt và vận hành các hệ thống này, giúp giảm bớt tình trạng thiếu hụt kỹ năng.
Nhiều nền tảng tự động hóa hiện nay có tính mô-đun và hỗ trợ giao diện lập trình không cần mã hoặc ít mã (no-code or low-code programming interfaces). Điều này cho phép các doanh nghiệp có nền tảng công nghệ hạn chế, có thể quản lý các giải pháp tự động hóa mà không cần trải qua thời gian đào tạo và học tập kéo dài. Việc loại bỏ rào cản này sẽ đẩy nhanh lợi nhuận đầu tư và khuyến khích áp dụng rộng rãi hơn trong ngành.
Chiến lược được đề xuất cho các công ty gia công kim loại Trước những diễn biến này, các công ty chế tạo kim loại cần đưa ra những lựa chọn chiến lược. Mặc dù hiện tại vẫn có thể hoạt động mà không cần tự động hóa rộng rãi, nhưng tình trạng này khó có thể duy trì. Robot đang ngày càng trở nên giá trị và dễ tiếp cận hơn, vì vậy các công ty không áp dụng chúng sẽ có nguy cơ mất lợi thế cạnh tranh.
Các doanh nghiệp gia công kim loại cần tận dụng tiềm năng này nhưng nên tránh đầu tư quá mức ngay từ đầu. Nhiều doanh nghiệp đã lãng phí hàng trăm triệu đô la vào các nỗ lực tự động hóa kém hiệu quả, do đó cần tiếp cận một cách thận trọng.
Sự thành công phụ thuộc vào việc khởi xướng các dự án dựa trên các mục tiêu cụ thể và phù hợp. Việc áp dụng công nghệ chỉ vì lợi ích riêng lẻ hiếm khi mang lại hiệu quả tích cực. Thay vào đó, doanh nghiệp nên xác định những điểm nghẽn trong quy trình làm việc hiện tại và kết hợp những khó khăn này với khả năng của robot để tìm ra những ứng dụng phù hợp nhất.
Một lộ trình tự động hóa có mục tiêu và tập trung cho phép các doanh nghiệp triển khai robot ở những nơi chúng mang lại tác động tối đa trong hoạt động riêng biệt của mình. Từ nền tảng này, việc mở rộng có thể diễn ra một cách tự tin, với việc triển khai chính xác ngay từ đầu là yếu tố then chốt để mang lại lợi ích bền vững.
Tự động hóa đang định hình lại ngành gia công kim loại Các quy trình sản xuất kim loại trong tương lai sẽ được tự động hóa rõ rệt hơn so với hiện nay. Các doanh nghiệp đi trước xu hướng này sẽ có vị thế tốt hơn để dẫn đầu thị trường. Các tổ chức nhận thức được cách thức và vị trí áp dụng robot ngay từ bây giờ, sẽ đạt được thành công lớn hơn về lâu dài.
Để xem các tin bài khác về “Tự động hóa”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Metalworking World Magazine
