TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP: LỊCH SỬ, ĐẶC ĐIỂM VÀ CÁC LOẠI - CÔNG NGHỆ - 2026

Các tự động hóa công nghiệp là công nghệ được sử dụng bởi hệ thống điều khiển như máy tính, robot và công nghệ thông tin để cho phép thực hiện tự động các quá trình và máy móc khác nhau trong một ngành công nghiệp, mà không cần đến các nhà khai thác của con người.

Nó tìm cách thay thế việc ra quyết định của con người và các hoạt động phản hồi lệnh thủ công bằng việc sử dụng thiết bị cơ giới hóa và các lệnh lập trình logic.

Nguồn: pixabay.com

Trước đây, mục đích của tự động hóa là tăng năng suất, vì các hệ thống tự động có thể hoạt động 24 giờ một ngày và giảm chi phí liên quan đến con người vận hành, chẳng hạn như tiền lương và phúc lợi.

Sự tự động hóa này đã đạt được bằng nhiều phương tiện khác nhau, chẳng hạn như các thiết bị cơ khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính, thường được kết hợp giữa chúng.

Bộ điều khiển mục đích chung cho các quy trình công nghiệp bao gồm: bộ điều khiển logic có thể lập trình, mô-đun I / O độc lập và máy tính.

Tình hình hiện tại

Gần đây, tự động hóa công nghiệp đã nhận thấy sự chấp nhận ngày càng tăng của các loại hình công nghiệp, do những lợi ích to lớn của nó trong quá trình sản xuất, chẳng hạn như tăng năng suất, chất lượng, tính linh hoạt và bảo mật với chi phí thấp.

Nó cũng có lợi ích trong việc tiết kiệm nhân công, chi phí điện và chi phí vật liệu, cũng như độ chính xác cao hơn trong các phép đo.

Một xu hướng quan trọng là tăng cường sử dụng thị giác máy tính để cung cấp các chức năng kiểm tra tự động. Một xu hướng khác là sự gia tăng liên tục trong việc sử dụng robot.

Hiệu quả năng lượng trong các quy trình công nghiệp hiện đã trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu.

Ví dụ, các công ty bán dẫn cung cấp các ứng dụng vi điều khiển 8-bit, được tìm thấy trong các điều khiển động cơ và máy bơm đa năng, để giảm tiêu thụ điện năng và do đó tăng hiệu suất.

Báo cáo Phát triển Thế giới năm 2018 của Ngân hàng Thế giới cho thấy bằng chứng rằng trong khi tự động hóa công nghiệp thay thế công nhân, đổi mới tạo ra các ngành công nghiệp và việc làm mới.

Lịch sử

Kể từ khi ra đời, tự động hóa công nghiệp đã có những bước tiến vượt bậc so với các hoạt động trước đây được thực hiện thủ công.

Cuộc cách mạng công nghiệp

Sự ra đời của những động cơ đầu tiên và động cơ hơi nước đã tạo ra một yêu cầu mới đối với các hệ thống điều khiển tự động, chẳng hạn như bộ điều chỉnh nhiệt độ và bộ điều chỉnh áp suất.

Năm 1771, nhà máy kéo sợi hoàn toàn tự động đầu tiên chạy bằng năng lượng thủy lực được phát minh. Năm 1785, một máy xay bột tự động được phát triển, trở thành quy trình công nghiệp hoàn toàn tự động đầu tiên.

Ford Motor

Năm 1913, Ford Motor Company giới thiệu dây chuyền lắp ráp sản xuất ô tô được coi là một trong những loại hình tự động hóa tiên phong trong ngành sản xuất.

Trước đó, một chiếc xe được chế tạo bởi đội ngũ thợ lành nghề và phổ thông. Việc tự động hóa sản xuất đã cải thiện tỷ lệ sản xuất của Ford và tăng lợi nhuận của hãng.

Dây chuyền lắp ráp và sản xuất hàng loạt ô tô là dây chuyền đầu tiên trên thế giới. Nó đã cắt giảm thời gian lắp ráp ô tô từ 12 giờ cho mỗi chiếc xe xuống còn khoảng một giờ rưỡi.

Những tiến bộ trong thế kỷ 20

Các phòng điều khiển trở nên phổ biến vào những năm 1920. Cho đến đầu những năm 1930, việc kiểm soát quá trình chỉ được bật / tắt.

Bộ điều khiển bắt đầu được giới thiệu vào những năm 1930, với khả năng thực hiện các thay đổi được tính toán để đáp ứng với sự sai lệch so với con số điều khiển.

Các phòng điều khiển đã sử dụng đèn mã màu để báo hiệu cho công nhân nhà máy thực hiện một số thay đổi thủ công.

Trong suốt những năm 1930, Nhật Bản là nước đi đầu trong việc phát triển thành phần. Công nghệ siêu nhỏ đầu tiên, rơ le bảo vệ và bộ đếm thời gian điện chính xác cao đã được phát triển.

Năm 1945, Nhật Bản bắt đầu chương trình tái thiết công nghiệp. Chương trình dựa trên công nghệ mới, trái ngược với các phương pháp cổ xưa mà phần còn lại của thế giới sử dụng.

Nhật Bản trở thành nước dẫn đầu thế giới về tự động hóa công nghiệp. Các công ty xe hơi như Honda, Toyota và Nissan đã có thể sản xuất ra nhiều loại xe chất lượng cao, đáng tin cậy.

nét đặc trưng

Cơ giới hóa là hoạt động thủ công của một công việc sử dụng máy móc cơ giới, nhưng phụ thuộc vào quyết định của con người.

Tự động hóa đại diện cho một bước bổ sung đối với cơ khí hóa, vì nó thay thế sự tham gia của con người bằng việc sử dụng các lệnh lập trình logic và máy móc mạnh mẽ.

Giảm chi phí vận hành

Với tự động hóa công nghiệp, chi phí đi nghỉ, chăm sóc sức khỏe và tiền thưởng liên quan đến con người được loại bỏ. Tương tự như vậy, nó không yêu cầu các phúc lợi khác mà người lao động có, chẳng hạn như bảo hiểm lương hưu, tiền thưởng, v.v.

Mặc dù nó liên quan đến chi phí ban đầu cao, nhưng nó tiết kiệm tiền lương hàng tháng của người lao động, dẫn đến tiết kiệm đáng kể cho công ty.

Chi phí bảo trì liên quan đến thiết bị được sử dụng cho tự động hóa công nghiệp thấp hơn, bởi vì chúng không có xu hướng bị hỏng. Nếu chúng không thành công, chỉ các kỹ sư CNTT và bảo trì mới được sửa chữa.

Năng suất cao

Trong khi nhiều công ty thuê hàng trăm nhân viên sản xuất để vận hành nhà máy 3 ca trong tối đa 24 giờ, nó vẫn cần phải đóng cửa vào các ngày lễ và bảo trì.

Tự động hóa công nghiệp đáp ứng mục tiêu của công ty, cho phép nhà máy sản xuất hoạt động 24 giờ một ngày, 7 ngày một tuần và 365 ngày một năm. Điều này mang lại sự cải thiện đáng kể trong năng suất của tổ chức.

Chất lượng cao

Tự động hóa khắc phục lỗi liên quan đến con người. Ngoài ra, robot không có kiểu vắt kiệt, cho ra sản phẩm có chất lượng đồng đều, thậm chí có thể sản xuất vào các thời điểm khác nhau.

Tính linh hoạt cao

Nếu một nhiệm vụ mới được thêm vào dây chuyền lắp ráp, thì người vận hành sẽ cần phải đào tạo.

Mặt khác, robot có thể được lập trình để thực hiện bất kỳ loại công việc nào. Điều này làm cho quá trình sản xuất linh hoạt hơn.

Độ chính xác thông tin cao

Dữ liệu tự động được thu thập cho phép bạn phân tích thông tin sản xuất chính, với độ chính xác cao của dữ liệu này, giảm chi phí biên dịch của bạn.

Điều này cho phép đưa ra các quyết định chính xác khi cố gắng cải tiến quy trình và giảm lãng phí.

Bảo mật cao

Tự động hóa công nghiệp có thể làm cho dây chuyền sản xuất an toàn cho người lao động bằng cách thực hiện các robot để điều động các tình huống nguy hiểm.

Chi phí ban đầu cao

Vốn đầu tư ban đầu khi chuyển từ dây chuyền sản xuất con người sang dây chuyền tự động là rất cao.

Ngoài ra, việc đào tạo nhân viên để vận hành thiết bị mới tinh vi này liên quan đến chi phí đáng kể.

Các loại

Tự động hóa cố định

Nó được sử dụng để thực hiện các hoạt động lặp đi lặp lại và cố định nhằm đạt được tốc độ sản xuất cao.

Sử dụng một nhóm có mục đích đặc biệt để tự động hóa các quy trình trình tự cố định hoặc các hoạt động lắp ráp. Trình tự hoạt động được xác định bởi cấu hình của thiết bị.

Các lệnh được lập trình được chứa trong máy dưới dạng bánh răng, hệ thống dây điện và các phần cứng khác không thể dễ dàng thay đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm khác.

Hình thức tự động hóa này có đặc điểm là đầu tư ban đầu cao và tỷ lệ sản xuất cao. Vì vậy, nó phù hợp với những sản phẩm được làm với khối lượng lớn.

Tự động hóa có thể lập trình

Nó là một hình thức tự động hóa để sản xuất các sản phẩm theo lô. Sản phẩm được sản xuất theo lô từ vài chục đến vài nghìn chiếc một lúc.

Đối với mỗi lô mới, thiết bị sản xuất phải được lập trình lại cho phù hợp với loại sản phẩm mới. Việc lập trình lại này đòi hỏi thời gian, với một khoảng thời gian không mang lại hiệu quả, sau đó là quá trình sản xuất cho từng lô.

Tốc độ sản xuất thường thấp hơn so với tự động hóa cố định, vì thiết bị được thiết kế để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi sản phẩm, thay vì chuyên môn hóa sản phẩm.

Ví dụ về hệ thống tự động hóa này là máy móc được điều khiển bằng số, rô bốt công nghiệp, nhà máy thép, v.v.

Tự động hóa linh hoạt

Với hệ thống này, một thiết bị điều khiển tự động được cung cấp, mang lại sự linh hoạt tuyệt vời để thực hiện các thay đổi cho từng sản phẩm. Nó là một phần mở rộng của tự động hóa có thể lập trình.

Nhược điểm của tự động hóa có thể lập trình là thời gian cần thiết để lập trình lại thiết bị sản xuất cho mỗi lô sản phẩm mới. Điều này làm mất thời gian sản xuất, gây tốn kém.

Trong tự động hóa linh hoạt, việc lập trình lại được thực hiện nhanh chóng và tự động tại một thiết bị đầu cuối máy tính mà không cần phải sử dụng thiết bị sản xuất như vậy.

Những thay đổi này được thực hiện bởi các hướng dẫn được đưa ra dưới dạng mã do con người vận hành.

Do đó, không cần thiết phải nhóm các sản phẩm thành lô. Một hỗn hợp các sản phẩm khác nhau có thể được sản xuất lần lượt.

Các ứng dụng

Công nghiệp 4.0

Sự gia tăng của tự động hóa công nghiệp liên quan trực tiếp đến "cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư", được biết đến nhiều hơn với tên Công nghiệp 4.0. Có nguồn gốc từ Đức, Công nghiệp 4.0 bao gồm nhiều thiết bị, khái niệm và máy móc.

Công nghiệp 4.0 hoạt động với Internet vạn vật công nghiệp, là sự tích hợp hoàn hảo của các đối tượng vật lý khác nhau trên Internet, thông qua đại diện ảo và với phần mềm / phần cứng để kết nối nhằm bổ sung các cải tiến cho quy trình sản xuất.

Có thể tạo ra sản xuất thông minh hơn, an toàn hơn và tiên tiến hơn với những công nghệ mới này. Nó mở ra một nền tảng sản xuất đáng tin cậy, nhất quán và hiệu quả hơn trước đây.

Công nghiệp 4.0 bao gồm nhiều lĩnh vực sản xuất và sẽ tiếp tục như vậy theo thời gian.

Người máy công nghiệp

Robot công nghiệp là một nhánh của tự động hóa công nghiệp hỗ trợ trong các quy trình sản xuất khác nhau, chẳng hạn như gia công, hàn, sơn, lắp ráp và xử lý vật liệu.

Robot công nghiệp sử dụng các hệ thống cơ, điện và phần mềm khác nhau để có độ chính xác và tốc độ cao, vượt xa mọi hiệu suất của con người.

Các hệ thống này đã được sửa đổi và cải tiến đến mức một robot duy nhất có thể hoạt động 24 giờ một ngày mà không cần bảo trì hoặc bảo dưỡng rất ít. Năm 1997, có 700.000 robot công nghiệp được sử dụng, con số đã tăng lên 1,8 triệu vào năm 2017.

Bộ điều khiển logic có thể lập trình

Tự động hóa công nghiệp kết hợp các bộ điều khiển logic lập trình (PLC) vào quá trình sản xuất. Chúng sử dụng một hệ thống xử lý cho phép bạn thay đổi các điều khiển đầu vào và đầu ra, thông qua lập trình đơn giản.

PLC có thể nhận nhiều loại đầu vào và trả về nhiều loại đầu ra logic khác nhau. Thiết bị đầu vào là cảm biến và thiết bị đầu ra là động cơ, van, v.v.

PLC tương tự như máy tính. Tuy nhiên, trong khi máy tính được tối ưu hóa cho tính toán, thì PLC được tối ưu hóa cho các tác vụ điều khiển và sử dụng trong môi trường công nghiệp.

Chúng được xây dựng theo cách mà chỉ cần có kiến ​​thức lập trình dựa trên logic cơ bản để xử lý rung động, nhiệt độ cao, độ ẩm và tiếng ồn.

Ưu điểm lớn nhất mà PLC mang lại là tính linh hoạt của chúng. Họ có thể vận hành một loạt các hệ thống điều khiển khác nhau. Họ làm cho nó không cần thiết phải cuộn lại một hệ thống để thay đổi hệ thống điều khiển. Tính linh hoạt này làm cho chúng có lợi cho các hệ thống phức tạp và đa dạng.

Ví dụ

Trong ngành công nghiệp ô tô, việc lắp đặt các piston trong động cơ được thực hiện thủ công, có tỷ lệ sai số từ 1-1,6%. Hiện tại, tác vụ tương tự này được thực hiện bằng máy tự động, có tỷ lệ lỗi là 0,0001%.

Trí tuệ nhân tạo (AI) được sử dụng với robot để tạo nhãn tự động, sử dụng cánh tay robot làm bộ dán nhãn tự động và AI để phát hiện các sản phẩm được dán nhãn.

Tự động hóa tại Audi

Tại nhà máy Audi ở Đức, số lượng robot gần như tương đương với 800 nhân viên. Chúng thực hiện hầu hết các công việc nặng nhọc, cũng như hàn có thể nguy hiểm, cũng như thử nghiệm lặp đi lặp lại một cách tẻ nhạt.

Trong số những lợi ích của tự động hóa tại Audi là năng suất cao hơn nhiều và yêu cầu thấp hơn đối với lao động phổ thông.

Các robot được sử dụng tại Audi không chỉ đảm nhận những công việc nguy hiểm do những nhân viên chưa qua đào tạo làm trước đây mà còn thu thập vô số dữ liệu có thể được phân tích và sử dụng để cải thiện hoạt động của nhà máy.

Tuy nhiên, vẫn có những nhiệm vụ mà robot không thể thực hiện và con người được trang bị tốt hơn để xử lý.

Bằng cách đảm nhận những nhiệm vụ nguy hiểm nhất và nâng cao hiệu quả và năng suất của những nhiệm vụ đó, Audi có thể thu hút thêm nhiều công nhân có tay nghề và kỹ năng cao để thực hiện các nhiệm vụ tập trung vào con người.

Dây chuyền sản xuất tự động

Nó bao gồm một loạt các máy trạm được kết nối với nhau bằng hệ thống trung chuyển để di chuyển các bộ phận giữa các trạm.

Đây là một ví dụ về tự động hóa cố định, vì các dây chuyền này thường được thiết lập để vận hành sản xuất lâu dài.

Mỗi trạm được thiết kế để thực hiện một hoạt động xử lý cụ thể, do đó, bộ phận hoặc sản phẩm được sản xuất từng bước, khi nó tiến triển dọc theo dây chuyền.

Trong vận hành dây chuyền bình thường, một bộ phận được xử lý tại mỗi trạm, do đó nhiều bộ phận được xử lý đồng thời, tạo ra một bộ phận hoàn thiện theo từng chu kỳ của dây chuyền.

Các hoạt động khác nhau diễn ra phải được trình tự và điều phối hợp lý để dây chuyền hoạt động hiệu quả.

Các dây chuyền tự động hiện đại được điều khiển bởi các bộ điều khiển logic có thể lập trình được. Chúng có thể thực hiện các loại chức năng định thời và trình tự cần thiết cho hoạt động của bạn.

Người giới thiệu

1. Terry M. Brei (2018). Tự động hóa công nghiệp là gì? Sure Controls Inc. Lấy từ: surecontrols.com.
2. Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí (2018). Tự động hóa. Lấy từ: en.wikipedia.org.
3. Công nghệ Điện (2018). Tự động hóa công nghiệp là gì - Các loại tự động hóa công nghiệp. Lấy từ: electrotechnology.org.
4. Unitronics (2018). Tự động hóa công nghiệp là gì? Lấy từ: unitronicsplc.com.
5. Bách khoa toàn thư Britannica (2018). Các Ứng Dụng Của Tự Động Hóa Và Người Máy. Lấy từ: britannica.com.
6. Adam Robinson (2014). Tự động hóa Công nghiệp: Lược sử Ứng dụng Sản xuất & Hiện trạng và Triển vọng Tương lai. Chứng mất ngủ. Lấy từ: cerasis.com.
7. Eagle Technologies (2013). Tự động hóa nhà máy, một ví dụ của Đức. Lấy từ: Eagletechnologies.com.