Vận chuyển vật liệu thủ công gây mệt mỏi và chậm chạp: Các nhà máy sản xuất có thể nâng cấp với chi phí thấp như thế nào?

Trong các xưởng sản xuất, nhiều vấn đề về hiệu suất không bắt nguồn từ thiết bị gia công mà thường xuất hiện ở một khu vực dễ bị bỏ qua: luồng vật liệu.

Các chi tiết di chuyển từ kho đến các trạm làm việc, từ lắp ráp sang kiểm tra và sau đó từ kiểm tra sang giao hàng. Việc này có vẻ chỉ đơn giản là di chuyển hàng hóa từ nơi này sang nơi khác, nhưng khi tần suất cao, khoảng cách dài và tải trọng nặng, vận chuyển vật liệu sẽ trở thành một trở ngại tiềm ẩn làm gián đoạn nhịp độ sản xuất.

Việc vận chuyển thủ công không chỉ chiếm thời gian của nhân viên mà còn làm gián đoạn công việc họ đang thực hiện. Điều này đặc biệt đúng đối với các pallet nặng, thùng vật liệu và phôi bán thành phẩm. Khi những công việc này phụ thuộc vào xe đẩy thủ công, vận chuyển bằng tay và chờ đợi trong thời gian dài, ba vấn đề sau có khả năng xảy ra:

Thứ nhất, nhịp độ sản xuất trở nên không ổn định.

Việc vật liệu đến thường phụ thuộc vào việc bố trí nhân sự và tốc độ phản ứng tại hiện trường.

Thứ hai, khối lượng công việc của nhân viên tăng lên.
Việc vận chuyển lặp đi lặp lại, đi bộ quãng đường dài, cúi người, nâng và đặt vật liệu đều làm gia tăng mệt mỏi và cũng có thể ảnh hưởng đến an toàn tại hiện trường.

Thứ ba, công tác quản lý tại hiện trường trở nên kém minh bạch hơn.
Vật liệu đang ở đâu, quy trình gia công đã hoàn tất chưa và liệu chúng có thể chuyển sang công đoạn tiếp theo hay chưa — tất cả đều là những câu hỏi đòi hỏi hồ sơ ghi chép rõ ràng. Nếu thiếu hệ thống theo dõi bài bản, tình trạng chờ đợi, tồn đọng và xác nhận lặp lại rất dễ xảy ra.

Do đó, tối ưu hóa luồng vật liệu không đơn thuần là thay thế con người bằng thiết bị. Đó là việc thay đổi quy trình sản xuất từ 'con người tìm vật liệu và vật liệu chờ con người' sang 'vật liệu di chuyển theo nhịp điệu và thiết bị kết nối các công đoạn một cách chủ động.'

1. Tự động hóa chi phí thấp không có nghĩa là tự động hóa ở mức độ thấp

Khi nhiều doanh nghiệp nghe đến khái niệm tự động hóa, phản ứng đầu tiên của họ thường là chi phí đầu tư cao, thời gian triển khai dài và việc cải tạo gặp nhiều khó khăn.

Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, không phải mọi công đoạn đều yêu cầu cải tạo toàn bộ dây chuyền một cách phức tạp và tốn kém. Việc vận chuyển vật liệu, ghép nối trạm làm việc, đệm hộp vật liệu và tuần hoàn sản phẩm bán thành phẩm đặc biệt phù hợp với phương pháp tự động hóa chi phí thấp.

Cốt lõi của tự động hóa chi phí thấp không phải là làm cho hệ thống trở nên phức tạp nhất có thể. Thay vào đó, những vấn đề có thể giải quyết bằng cấu trúc cơ khí nên được giải quyết bằng cấu trúc cơ khí, trong khi các vấn đề đòi hỏi sự phối hợp bởi hệ thống điều khiển thì cần được xử lý bằng cảm biến, phần mềm và hệ thống điều phối.

Ví dụ, trong việc vận chuyển và đệm vật liệu trong hộp chứa, các băng chuyền con lăn, cấu trúc nghiêng, cơ cấu định vị và các trạm làm việc mô-đun có thể được sử dụng để cho phép vật liệu di chuyển một phần nhờ trọng lực. Điều này giúp giảm nhu cầu về các bộ chấp hành phức tạp như động cơ và xy-lanh, đồng thời cũng làm giảm độ khó trong bảo trì sau này.

Tuy nhiên, tự động hóa chi phí thấp không có nghĩa là hoàn toàn không sử dụng hệ thống điện. Khi hệ thống cần xác định liệu một trạm làm việc đã được tải đầy đủ, liệu vật liệu đã hoàn thành thời gian lưu kho yêu cầu hay liệu một AGV/AMR có thể vào điểm ghép nối, thì cảm biến và hệ thống kỹ thuật số là cần thiết.
Một giải pháp thực sự hiệu quả thường là sự kết hợp giữa các cấu trúc cơ khí, vận chuyển nhờ trọng lực, robot di động và hệ thống thông tin.

2. Từ xử lý thủ công sang dòng chảy tự động, chìa khóa nằm ở việc kết nối các trạm làm việc

Trong các nhà máy truyền thống, vật liệu thường di chuyển theo từng giai đoạn riêng biệt.

Kho hàng được quản lý bởi một nhóm người, lắp ráp bởi một nhóm khác, kiểm tra bởi nhóm thứ ba và vận chuyển xuất kho do một khu vực khác đảm nhiệm. Mỗi quy trình có thể hoạt động bình thường riêng lẻ, nhưng việc kết nối giữa các quy trình thường vẫn phụ thuộc vào thao tác thủ công.

Hệ quả là mỗi trạm làm việc có thể trông khá hiệu quả, nhưng toàn bộ quy trình vẫn không vận hành trơn tru.

Giá trị của dòng chảy vật liệu tự động nằm ở khả năng kết nối những điểm tách biệt này.

Một giải pháp dòng chảy vật liệu hoàn chỉnh thường bao gồm một số thành phần sau:

Kho hàng để lưu trữ và đệm vật liệu.
Các trạm làm việc tự động nhằm mục đích giao vật liệu, lưu trữ tạm thời và trả lại.
Các thanh trượt con lăn hoặc cấu trúc vận chuyển để di chuyển các hộp vật liệu và pallet với lực cản thấp.
Các robot di động tự chủ (AMR) hoặc xe dẫn đường tự động (AGV) dùng để vận chuyển tự động giữa các khu vực khác nhau.
Các cảm biến và hệ thống điều phối nhằm xác định trạng thái trạm làm việc, phân bổ nhiệm vụ vận chuyển và ghi nhận thông tin vật liệu.

Nhờ đó, vật liệu không còn phụ thuộc vào việc một người nào đó tạm thời di chuyển bằng tay nữa; thay vào đó, chúng tự động chuyển sang quy trình tiếp theo theo luồng công việc đã được thiết kế.

Ví dụ, vật liệu có thể được robot di động lấy từ kho và vận chuyển đến trạm lắp ráp. Sau khi hoàn tất lắp ráp, giá đỡ sẽ được chuyển sang quy trình tiếp theo. Sau khi kiểm tra hoặc đông cứng, giá đỡ quay trở lại kho hoặc tiến vào khu vực xuất hàng.
Trong suốt quá trình này, nhân viên không còn phải dành nhiều thời gian cho việc bốc dỡ, vận chuyển vật liệu. Họ có thể tập trung vào các công việc thực sự tạo ra giá trị như lắp ráp, kiểm tra, hiệu chỉnh và các công việc khác.

3. Các thanh nhôm dạng module là nền tảng quan trọng cho tự động hóa chi phí thấp

Trong giải pháp dòng vật liệu loại này, các cấu trúc thanh nhôm thường đóng vai trò rất quan trọng.

Lý do rất đơn giản: tự động hóa chi phí thấp không phải là một dự án cố định một lần. Nó phải được điều chỉnh liên tục theo thực tế tại hiện trường sản xuất.

Ngày nay, chiều cao của trạm làm việc có thể là 750 mm. Ngày mai, nếu sử dụng một loại thùng vật liệu khác, cấu trúc dẫn hướng có thể cần được điều chỉnh.
Hiện tại, việc cấp liệu có thể được thực hiện thủ công. Về sau, nếu tích hợp thêm chức năng ghép nối với robot di động tự hành (AMR), thì phải dự phòng không gian định vị và không gian dẫn hướng.
Nếu nhịp độ sản xuất hiện tại chưa cao, việc đệm đơn giản có thể đã đủ. Khi công suất tăng lên về sau, có thể cần thêm nhiều băng chuyền con lăn, cơ cấu dừng và cấu trúc bảo vệ.

Nếu mọi thứ đều được xây dựng bằng khung thép hàn, các sửa đổi sau này sẽ tốn kém.
Tuy nhiên, thanh nhôm công nghiệp mang lại những lợi thế rõ rệt: cấu trúc nhẹ, độ bền cao, lắp đặt nhanh và điều chỉnh dễ dàng. Chúng cũng có thể kết hợp với các phụ kiện như khớp nối góc, bộ nối, bánh xe, tấm cửa, tấm chắn, ray con lăn và các phụ kiện khác để nhanh chóng xây dựng trạm làm việc, giá kệ vật liệu, xe đẩy, giá đệm và khung thiết bị tự động hóa.

Đối với hệ thống lưu chuyển vật liệu, thanh nhôm không chỉ được sử dụng để tạo khung mà còn là một phần của toàn bộ giao diện tự động hóa.

Chúng phải chịu được trọng lượng hàng hóa đồng thời đảm bảo độ chính xác khi ghép nối.
Chúng phải thích ứng với bố trí mặt bằng hiện trường nhưng vẫn dễ bảo trì về sau.
Chúng phải tương thích với các cấu trúc cơ khí đồng thời dành sẵn vị trí cho cảm biến, thiết bị giới hạn, bộ hãm, tấm cửa, tấm chắn và các chức năng khác.

Do đó, ngay cả một giá kệ vật liệu hay trạm làm việc trông có vẻ đơn giản cũng thực chất kiểm tra toàn diện khả năng hiểu biết về thiết kế kết cấu, nhịp độ vận hành tại hiện trường và các tình huống ứng dụng.

4. Cải thiện hiệu quả thực sự đến từ việc giảm thời gian chờ đợi, giảm thao tác xử lý và giảm gián đoạn

Khi nhiều công ty triển khai tự động hóa, họ thường chỉ tập trung vào thiết bị: liệu xe đẩy có chạy đủ nhanh không, tay robot có đắt tiền không, hay dây chuyền băng tải có đủ dài không.

Tuy nhiên, trong sản xuất thực tế, điều quan trọng hơn cả là tính liên tục của quy trình.

Một giải pháp luồng vật liệu tốt cần đạt được những yêu cầu sau:

Vật liệu không bị tích tụ.
Các trạm làm việc không phải chờ đợi trong tình trạng trống rỗng.
Nhân viên không phải rời vị trí làm việc nhiều lần để vận chuyển vật liệu.
Hệ thống biết trạng thái hiện tại của từng phương tiện vận chuyển.
Thiết bị có thể kết nối ổn định với các thiết bị khác thay vì phải điều chỉnh thủ công mỗi lần.

Khi những vấn đề này được giải quyết, những thay đổi tại hiện trường sản xuất sẽ trở nên rất rõ ràng:

Nhân viên tiêu tốn ít năng lượng thể chất hơn và làm việc ổn định hơn.
Dòng vật liệu trở nên rõ ràng hơn và công tác quản lý tại hiện trường trở nên dễ dàng hơn.
Nhịp độ sản xuất trở nên kiểm soát tốt hơn và thời gian chờ giảm đi.
Việc mở rộng trong tương lai trở nên dễ dàng hơn, không cần xây dựng lại toàn bộ từ đầu mỗi lần.

Đây cũng là phần giá trị nhất của tự động hóa chi phí thấp. Mục tiêu không phải là xây dựng ngay lập tức một xưởng không người vận hành cao cấp, mà là bắt đầu từ những quy trình gây đau đớn nhất, thường xuyên nhất và lãng phí nhất.

Bắt đầu với một giá để vật liệu, một trạm làm việc, một đoạn băng chuyền con lăn hoặc một tuyến vận chuyển.
Khi dòng vật liệu trở nên trơn tru, hiệu suất của hiện trường sản xuất sẽ dần được giải phóng.

5. Nâng cấp sản xuất không nhất thiết phải bắt đầu bằng các dự án lớn

Đối với nhiều doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ, con đường thực tiễn nhất để tự động hóa không phải là hoàn thành mọi thứ cùng một lúc, mà là tiến hành từng giai đoạn.

Bước 1: Xác định các tuyến vận chuyển thường xuyên nhất tại hiện trường.
Những vật liệu nào cần được chuyển hàng ngày? Những trạm làm việc nào thường phải chờ vật liệu? Quy trình nào tiêu tốn nhiều lao động nhất?

Bước 2: Xác định các thao tác nào có thể được thay thế bằng cấu trúc cơ khí.
Ví dụ, các thao tác như đệm tạm, trượt, dẫn hướng, định vị và lưu trữ tạm thời thường có thể thực hiện được thông qua hệ thống băng chuyền con lăn, trạm làm việc khung nhôm định hình và các cơ cấu đơn giản.

Bước 3: Sau đó xem xét xem có cần sử dụng robot di động hoặc hệ thống vận chuyển hay không.
Nếu việc xử lý vật liệu giữa các khu vực diễn ra thường xuyên, khoảng cách dài và nhịp độ tương đối ổn định, có thể triển khai robot di động tự hành (AMR), xe dẫn đường tự hành (AGV) hoặc dây chuyền băng tải để kết nối.

Bước 4: Dự trữ không gian cho việc mở rộng trong tương lai.
Chiều cao trạm làm việc, kích thước thùng chứa vật liệu, vị trí lắp đặt cảm biến, cấu trúc cửa bảo vệ và lối đi bảo trì đều cần được xem xét từ sớm nhằm tránh phải điều chỉnh lại nhiều lần sau này.

Tự động hóa không nhằm thay thế một cá nhân cụ thể nào đó. Mục tiêu của nó là làm cho các hoạt động tại hiện trường ổn định hơn, giải phóng nhân viên khỏi những công việc xử lý lặp đi lặp lại và làm rõ nhịp độ sản xuất.

Kết luận

Trong các nhà máy, việc cải thiện hiệu suất thường không bắt nguồn từ một thiết bị đắt tiền duy nhất, mà từ việc tổ chức lại các chi tiết trong quy trình.

Vật liệu đến như thế nào, di chuyển ra sao, dừng ở đâu, khi nào bước vào quy trình tiếp theo, ai xác định trạng thái của chúng và thiết bị kết nối với các thiết bị khác ra sao — những câu hỏi tưởng chừng bình thường này quyết định liệu hiện trường sản xuất có thực sự hiệu quả hay không.

Giá trị của tự động hóa chi phí thấp nằm ở việc làm cho dòng chảy vật liệu trở nên trơn tru hơn theo cách linh hoạt, điều chỉnh dễ dàng và phù hợp hơn với đặc thù hiện trường.

Đối với khung thiết bị tự động hóa, dây chuyền vận chuyển, giá đựng vật liệu tại trạm làm việc, cấu trúc ray lăn và các ứng dụng thanh nhôm công nghiệp, trọng tâm trong tương lai không chỉ là xây dựng cấu trúc mà còn khiến cấu trúc thực sự tham gia vào nhịp độ sản xuất và trở thành một phần của cơ sở sản xuất thông minh.