Nghiên cứu áp dụng Robot trong nhà máy sản xuất bột giặt

Yêu cầu từ thực tiễn

Trước những yếu tố rủi ro, nguy hiểm từ hóa chất trực tiếp đến con người và môi trường làm việc, yêu cầu đặt ra cần phải tự động hóa dây chuyền sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất bột giặt và chất tẩy rửa. Điều này giúp các doanh nghiệp giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động, tăng năng suất và đảm bảo an toàn trong quá trình bốc xếp hàng hóa.

Với mục đích trên nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu cơ khí (Bộ Công Thương) đã đầu tư hợp tác, đầu tư nguồn lực để từng bước làm chủ công tác tính toán, thiết kế, tích hợp các hệ thống tự động hóa cho các đơn vị thuộc Tập đoàn Công nghiệp Hóa chất Việt Nam.

Hình ảnh trạm cân lớn (bên trong) và trạm cân nhỏ (bên ngoài) đang làm việc (Ảnh: Narime)

Qua đó, Viện Nghiên cứu cơ khí đã thiết kế, chế tạo, tích hợp hệ thống tự động hóa có sử dụng robot (tại hai công đoạn đóng gói và đóng kiện) cho Công ty Cổ phần Bột giặt LIX, góp phần hoàn thiện dây chuyền tự động hóa sản xuất của đơn vị này.

Theo đó, quá trình sản xuất bột giặt trải qua 3 công đoạn: Gia công bột giặt, đóng gói bột giặt, đóng kiện và vận chuyển.

Hiện nay, trong các doanh nghiệp sản xuất bột giặt, công đoạn gia công bột giặt đều đã được thực hiện với các thiết bị tự động, con người đóng vai trò trong việc thiết lập thông số, vận hành và giám sát hệ thống.

Đối với công đoạn đóng gói túi bột giặt, thực tế cho thấy bột giặt được chuyển qua công đoạn đóng gói theo túi với nhiều trọng lượng khác nhau. Việc định lượng sản phẩm để đóng gói dựa trên hệ thống cân định lượng. Công đoạn này đòi hỏi độ chính xác cao, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và chi phí sản xuất của doanh nghiệp. Với phương thức thủ công truyền thống như cân không tự động hay cân tự động với công nghệ cũ, sai số về trọng lượng đóng gói bột giặt thường lớn và năng suất đầu ra rất thấp, gây ra tốn kém về chi phí nhân công, khó đáp ứng được nhu cầu mở rộng.

Còn công đoạn đóng kiện và vận chuyển, thùng carton chứa các túi bột giặt được đóng kiện trên pallet để thuận tiện cho quá trình vận chuyển và lưu trữ. Trong các doanh nghiệp sản xuất bột giặt, số lượng chủng loại hàng hóa và dải trọng lượng của các sản phẩm thường rất đa dạng, do đó các thùng carton đóng gói có nhiều loại kích thước khác nhau cùng với quy cách đóng kiện khác nhau. Đa số hiện nay các đơn vị này đều sử dụng nhân công cho công việc đóng kiện hàng, điều này ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng đóng kiện.

Đề xuất giải pháp tự động hóa dây chuyền sản xuất

TS Phan Đăng Phong- Viện trưởng Viện nghiên cứu cơ khí- Trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: Theo phân tích ở trên, tại công đoạn đóng gói bột giặt và công đoạn đóng kiện, vận chuyển thì hệ thống hiện tại đa số chưa đáp ứng yêu cầu doanh nghiệp về độ chính xác, chất lượng, năng suất và nguồn nhân lực. Các hệ thống này có hàm lượng khoa học và tính ứng dụng cao tại các nhà máy sản xuất tại Việt Nam. Từ đó, Viện Nghiên cứu Cơ khí (NARIME) đã triển khai nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo các giải pháp tự động hóa bao gồm hệ thống cân định lượng và robot bốc xếp tự động.

Cụ thể, tại công đoạn đóng gói, hệ thống cân định lượng sẽ có nhiệm vụ kiểm soát khối lượng bột giặt được đóng vào các túi theo từng chủng loại sản phẩm. Hệ thống cân định lượng sản phẩm bao gồm kết cấu cơ khí, loadcell, cụm khí nén, động cơ và tủ điện điều khiển kết nối trực tiếp thiết bị hiện hữu tại nhà máy.

Do hệ thống hoạt động trong môi trường hóa chất, có tính chất ăn mòn, phá hủy nên để đảo bảo độ bền, độ ổn định lâu dài thì các phương án đưa ra đều sử dụng thiết bị và loại cân bằng vật liệu thép không gỉ (SUS 304, SUS 316). Băng tải PVC chịu mài mòn, chịu hóa chất và đặc biệt là có độ mềm giúp tăng độ chính xác khi cân liệu với khối lượng nhỏ.

Hệ thống Robot bốc xếp tự động tại nhà máy LIX (Ảnh: Narime)

Bột giặt được xả xuống cụm phễu cấp và 03 bộ băng tải. Để đảm bảo về năng suất cũng như độ chính xác khi cân, băng tải cấp liệu sẽ được lập trình (điều khiển biến tần, động cơ servo) với nhiều cấp tốc độ (cấp nhanh, cấp chậm). Lượng xả ban đầu vào phễu định lượng sẽ được cấp nhanh – cân thô (băng tải tốc độ cao), sau đó tốc độ băng tải được điều chỉnh giảm tốc độ - cân tinh (tốc độ băng tải thấp). Đối với mỗi loại sản phẩm (khối lượng túi đóng gói) sẽ được cài đặt, lập trình điều khiển tốc độ băng tải tương ứng.

Còn tại công đoạn đóng kiện và vận chuyển, để thay thế hoàn toàn con người, nhóm nhà khoa học đưa ra giải pháp sử dụng hệ thống bốc xếp tự động tích hợp tay máy robot. Việc sử dụng robot mang lại sự linh hoạt cho hệ thống bốc xếp hàng tự động với số lượng chủng loại hàng hóa ngày càng đa dạng. Một cánh tay robot có thể được lập trình để xử lý các gói hàng có kích thước khác nhau hoặc sắp xếp chúng lên pallet theo nhiều cách mà không cần thay đổi thiết kế từ trước.

Hệ thống Robot bốc xếp sẽ tự động hóa toàn bộ quá trình đóng kiện và vận chuyển kiện hàng gồm các thành phần chính như sau: Cánh tay robot công nghiệp: thực hiện công việc bốc xếp thùng hàng theo quy cách đã được định sẵn, việc lập trình cho Robot sẽ được nhóm đề tài tự thực hiện; Máy cấp pallet, máy quấn màng, máy dán nhãn; hệ thống băng tải để vận chuyển các thùng hàng, pallet trống, pallet hàng. Bên cạnh đó, hệ thống Robot bốc xếp còn có các thành phần khác như: Hệ thống thiết bị điện-tự động hóa (cảm biến, khí nén,…), tủ điện và hàng rào bảo vệ.

Cơ hội cho nội địa hóa các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp

Theo đó, các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu cơ khí đã nghiên cứu, chế tạo, tích hợp hệ thống tự động hóa có sử dụng robot thành công cho dây chuyền sản xuất tại Công ty Cổ phần Bột giặt LIX.

Cụ thể, hệ thống cân định lượng gồm các trạm cân được thiết kế, chế tạo để có thể làm việc với các khối lượng đóng gói khác nhau của túi bột giặt, các trạm cân nhỏ với các size 100-1500 gam, các trạm cân lớn với các size 2-7 kilôgam và đảm bảo sai số lượng bột khi đóng gói từ 0,5% đến 0,7%. Cùng với đó, tốc độ đóng gói các túi bột giặt lên tới 65 túi/phút (đối với size túi 350 g) yêu cầu cơ cấu cơ khí, thiết bị điện phải hoạt động tuần tự liên tục với tốc độ cao.

“Đây được coi như là thách thức đối với đội ngũ kỹ sư của Viện trong quá trình tính toán, thiết kế và lựa chọn thiết bị cho hệ thống.”- TS Phan Đăng Phong cho hay “hiện hệ thống cân định lượng đã được kết nối vào các hệ thống khác trên dây chuyền sản xuất bột giặt của nhà máy, hoạt động liên tục trong ca làm việc với năng suất của mỗi trạm cân nhỏ là 3 tấn/giờ, của mỗi trạm cân lớn là 10 tấn/giờ”.

Đối với quá trình đóng kiện và vận chuyển, tại Công ty Cổ phần Bột giặt LIX, có nhiều khó khăn đặt ra so với các hệ thống xếp thùng tự động thông thường như: Hạn chế về không gian hoạt động, năng suất của dây chuyền sản xuất và quy cách xếp thùng hàng. Các vấn đề khó khăn này ảnh hưởng trực tiếp để quá trình thiết kế hệ thống.

Để giải quyết các khó khăn trên, TS Phong chia sẻ: "Không gian xung quanh hệ thống đã được cải tạo lại một cách tối ưu nhất để đảm bảo Robot hoạt động ổn định cũng như tiết kiệm diện tích mặt bằng sử dụng. Việc bố trí các băng tải đưa thùng hàng cũng đã được sắp xếp khéo léo nhằm mục đích giảm tải cho các Robot. Cơ cấu tay gắp và chương trình robot cũng đã được kỹ sư của Viện thiết kế phù hợp để đáp ứng nhiều loại quy cách xếp khác nhau tại nhà máy."

Đến nay, hệ thống Robot bốc xếp tự động tại Công ty Cổ phần Bột giặt LIX đang hoạt động để phục vụ xếp thùng lên pallet, đóng kiện và vận chuyển cho 8 máy sản xuất của nhà máy, với tối đa 6 loại sản phẩm xếp khác nhau cùng lúc và tốc độ máy có thể lên tới 15 thùng/phút. Qua theo dõi hoạt động, sản lượng trung bình một ngày hệ thống Robot bốc xếp tự động có thể thực hiện khoảng 500 tấn/ngày, hoạt động liên tục 24 giờ.

TS Phong khẳng định, chúng tôi đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, tích hợp và đưa vào vận hành chính thức hệ thống tự động hóa có sử dụng robot tại hai công đoạn đóng gói và đóng kiện của Công ty Cổ phần Bột giặt LIX thành công. Từ tháng 12/2023 đến nay hệ thống luôn vận hành ổn định, đáp ứng yêu cầu sản xuất và được đơn vị sử dụng đánh giá cao.