TỰ ĐỘNG HÓA TRONG CÔNG NGHIỆP

Bài viết sau xin giới thiệu khái quát về tự động hóa trong công nghiệp, hy vọng sẽ giúp người đọc có cái nhìn tổng quát về một trong các lĩnh vực đang rất được quan tâm phát triển và ứng dụng trong các ngành công nghiệp hiện nay.

Khái niệm “tự động hóa” (automation), bắt nguồn từ “tự động” (automatic) và trở nên phổ biến từ năm 1947, khi tập đoàn General Motors thành lập Bộ phận Tự động hóa. Đây cũng là lúc các ngành công nghiệp bắt đầu ứng dụng cơ chế điều khiển phản hồi (feedback controller) một cách mạnh mẽ, mặc dù công ngệ này đã được phát minh từ những năm 1930.

Trong những năm 1970, hệ thống điều khiển phân tán (DCS) đầu tiên đã được phát triển bởi một nhóm các kỹ sư tại hãng Honeywell, và cũng trong thời gian này, thiết bị điều khiển lập trình (PLC) đã được phát minh bởi Dick Morley. Cho đến ngày nay, đây vẫn là hai trong số các hệ thống tự động hóa phổ biến nhất trên thế giới.

Các kỹ sư công nghiệp từng kỳ vọng rằng các nhà máy sẽ trở nên hoàn toàn tự động ít nhất là từ giữa thế kỷ 20. Các cuộc chạy đua tự động hóa bắt đầu từ những năm 1980, khi các nhà sản xuất xe hơi của Mỹ đã đưa ra tầm nhìn về một “dây chuyền sản xuất không con người”, nghĩa là toàn bộ quy trình sản xuất sẽ do robot thực hiện. Tuy nhiên, cho đến tận ngày nay, đây vẫn mới chỉ là một ý tưởng xa vời.

Viễn cảnh về một nhà máy tự động hóa hoàn toàn có thể sẽ rất lâu mới trở thành hiện thực, song hiện nay, tự động hóa đã được ứng dụng phổ biến và có ý nghĩa quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Một hệ thống tự động hóa cũng có những ưu và nhược điểm nhất định.

Những ưu điểm chính của tự động hóa là:

• Giảm chi phí vận hành: tự động hóa công nghiệp giúp giảm thiểu số nhân công cần thiết để vận hành máy móc dẫn đến việc giảm được các chi phí liên quan đến con người như tiền lương, tiền bảo hiểm y tế, tiền lương nghỉ lễ, nghỉ ốm, tiền làm thêm giờ hay lương hưu.

• Tăng năng suất: Hệ thống tự động hóa có thể cho phép một nhà máy họat động 24/7 trong một tuần, một tháng và thậm chí là cả năm. Nhờ vậy, năng suất sản xuất sẽ được cải thiện và nâng cao đáng kể.

• Cải thiện chất lượng sản phẩm: tự động hóa có khả năng giảm các sai sót mà con người có thể gặp phải. Hơn nữa, các sản phẩm được tạo nên bởi hệ thống tự động hóa sẽ có chất lượng đồng đều hơn.

• Tăng tính linh hoạt: khi thêm một bước mới vào quy trình sản xuất, các nhà quản lý sẽ thường phải hướng dẫn, đào tạo người lao động về bước mới đó. Tuy nhiên, robot và các hệ thống máy tính hoàn toàn có thể được lập trình để thực hiện các thao tác mới mà không cần qua đào tạo hay hướng dẫn, nhờ đó giúp quy trình sản xuất trở nên linh hoạt hơn.

• Tăng mức độ an toàn: hệ thống tự động hóa có thể thay thế con người trong những môi trường nguy hiểm như ở dưới nước, khu vực có lửa, cơ sở hạt nhân hay ngoài vũ trụ,v.v.

Tuy nhiên, tự động hóa trong công nghiệp cũng có các hạn chế như:

• Chi phí đầu vào cao: việc chuyển từ sử dụng nhân công con người sang dây truyền sản xuất tự động đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu rất cao. Ngoài ra, cũng cần có chi phí cho việc đào tạo nhân công vận hành các loại thiết bị, máy móc hiện đại và phức tạp.
• Các mối đe dọa an ninh: hệ thống tự động điều khiển bằng máy tính hay robot hoàn toàn có nguy cơ bị hack. Khi hệ thống tự động hóa bị tấn công hay xâm nhập, sản xuất của một nhà máy sẽ bị đình trệ và gây ra những thiệt hại nghiêm trọng.

Mặc dù có một số hạn chế nhất định, song có thể thấy những ưu điểm của tự động hóa trong công nghiệp là rất lớn. Đây cũng chính là lí do tại sao tự động hóa đã, đang và sẽ được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Trong năm 2016, các chuyên gia dự đoán tự động hóa trong công nghiệp sẽ có những xu hướng nổi bật sau:

• Cảm ứng đa điểm

Cảm ứng đa điểm bắt đầu trong lĩnh vực dịch vụ thương mại và đang dần dịch chuyển sang tự động hóa công nghiệp. Động lực cho xu hướng này chính là yêu cầu về tốc độ, sức mạnh và tính linh hoạt của cảm ứng đa điểm trên các thiết bị giao diện điều hành nhà máy. Các nhà cung cấp tự động hóa đang thích ứng với xu hướng này bằng cách kết hợp công nghệ đa cảm ứng vào sản phẩm của họ. Các phiên bản mới nhất của Windows đã được thiết kế với hỗ trợ cảm ứng đa điểm cũng như màn hình cảm ứng hiện đại. Nhiều hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) và phần mềm giao diện giữa người điều hành và máy móc (HMI) trên máy tính cũng đã có hỗ trợ công nghệ này, giúp người sử dụng tận dụng đầy đủ các tính năng như phóng to, thu nhỏ, xoay, trượt, v.v.

• Kết nối không dây

Đây là xu hướng truyền dẫn dữ liệu qua đường truyền không dây từ các máy cảm biến đến hệ thống quản lý. Trong một ứng dụng điển hình, một bộ cảm biến được cài đặt ở một vị trí từ xa, ví dụ như một bể chứa, và sẽ truyền thông tin qua một mạng lưới không dây đến hệ thống điều khiển. Trong những ứng dụng như vậy, việc lắp đặt và bảo dưỡng thiết bị liên lạc không dây sẽ tiết kiệm chi phí hơn nhiều sơ với việc duy trì một hệ thống có dây.

• Điện toán mạng lưới (grid) và công nghệ “ảo hóa” (virtualize)

Điện toán mạng lưới có nghĩa là tất cả hoặc một phần của một nhóm máy tính, máy chủ và thiết bị lưu trữ trong mạng doanh nghiệp, được “ảo hóa” (virtualize) thành một cỗ máy tính lớn. “Ảo hóa” cho phép nhiều hệ điều hành chạy trên cùng một máy tính, và giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí. Một ứng dụng tiêu biểu trong tự động hóa công nghiệp chính là tích hợp nhiều chức năng như nhập/ xuất thông tin, lưu trữ dữ liệu và SCADA vào một số lượng máy tính ít hơn so với thông thường.

• Công nghệ robot

Không giống như nhiều xu hướng tự động hóa khác, xu hướng này xuất phát trực tiếp từ lĩnh vực công nghiệp. Robot từng chỉ là các thiết bị được thiết kế nhằm thực hiện các hoạt động đơn giản, như di chuyển một vật từ một địa điểm này sang một địa điểm khác. Nhưng ngày nay, robot được điều khiển bởi các hệ thống phần mềm và có thể được lập trình để thực hiện nhiều công việc phức tạp hơn, phù hợp với nhu cầu sản xuất linh hoạt và đa dạng của các nhà máy. Hơn nữa, với việc giá thành các thiết bị làm ra robot đang ngày càng giảm, xu hướng sử dụng robot trong tự động hóa sẽ tiếp tục tăng trưởng trong các năm tới.