Các nhà máy hiện đại đang trải qua một sự chuyển đổi triệt để, phát triển từ các cơ sở sản xuất truyền thống thành các hệ sinh thái năng động, thông minh. Trong các môi trường sản xuất tiên tiến này, cánh tay robot thực hiện các thao tác hàn chính xác với hiệu quả duyên dáng, hệ thống băng tải vận chuyển các bộ phận với sự phối hợp liền mạch và dữ liệu di chuyển giữa các hệ thống với tốc độ ánh sáng. Tầm nhìn này đại diện cho tương lai của sản xuất thông minh, với tự động hóa L1, L2 và L3 đóng vai trò là các công nghệ nền tảng cho cuộc cách mạng công nghiệp này.
Ở cơ sở của hệ thống phân cấp tự động hóa là tự động hóa L1, kiểm soát trực tiếp các máy móc và thiết bị riêng lẻ trên sàn nhà máy. Cấp độ này hoạt động như hệ thần kinh của các hoạt động sản xuất, cung cấp khả năng giám sát theo thời gian thực và kiểm soát chính xác thiết bị sản xuất.
Các thành phần cốt lõi của tự động hóa L1 bao gồm:
- Bộ điều khiển logic khả trình (PLC): Các máy tính công nghiệp này thực thi logic điều khiển, xử lý tín hiệu đầu vào từ cảm biến và tạo ra các lệnh đầu ra cho bộ truyền động.
- Giao diện người-máy (HMI): Các bảng điều khiển này cung cấp khả năng hiển thị trạng thái máy và cho phép điều chỉnh thông số.
- Cảm biến công nghiệp: Các thiết bị đo các thông số vật lý như nhiệt độ, áp suất, vị trí và độ rung.
Trong sản xuất ô tô, tự động hóa L1 điều khiển robot hàn, thiết bị sơn và hệ thống xử lý vật liệu, đảm bảo việc lắp ráp các bộ phận chính xác và các tiêu chuẩn chất lượng nhất quán.
Nằm trên mức điều khiển cấp máy, tự động hóa L2 đóng vai trò là lớp giám sát, giám sát và tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất. Cấp độ này sử dụng các hệ thống tinh vi để thu thập dữ liệu vận hành, phân tích hiệu suất và thực hiện các điều chỉnh để duy trì điều kiện sản xuất tối ưu.
Các công nghệ tự động hóa L2 chính bao gồm:
- Hệ thống SCADA: Hệ thống Thu thập và Điều khiển Dữ liệu Giám sát cung cấp khả năng giám sát và điều khiển toàn nhà máy.
- Nền tảng DCS: Hệ thống Điều khiển Phân tán quản lý các quy trình phức tạp với nhiều biến tương tác.
Trong các nhà máy chế biến thực phẩm, hệ thống L2 liên tục theo dõi các thông số quan trọng như nhiệt độ và áp suất, tự động điều chỉnh các biến quy trình để duy trì chất lượng và tiêu chuẩn an toàn của sản phẩm.
Ở cấp độ cao nhất của kim tự tháp tự động hóa, tự động hóa L3 tập trung vào việc điều chỉnh các hoạt động sản xuất với các mục tiêu kinh doanh rộng lớn hơn. Lớp chiến lược này kết nối các hoạt động của nhà máy với các hệ thống doanh nghiệp, cho phép ra quyết định dựa trên dữ liệu và phân bổ tài nguyên được tối ưu hóa.
Các thành phần chính của tự động hóa L3 bao gồm:
- Hệ thống Thực thi Sản xuất (MES): Các hệ thống này thu hẹp khoảng cách giữa các hoạt động trên sàn nhà máy và lập kế hoạch kinh doanh.
- Hoạch định Nguồn lực Doanh nghiệp (ERP): Phần mềm quản lý kinh doanh toàn diện tích hợp tất cả các lĩnh vực chức năng của một tổ chức.
Trong các cơ sở chế tạo chất bán dẫn, hệ thống L3 điều phối lịch trình sản xuất dựa trên đơn đặt hàng của khách hàng, tính khả dụng của vật liệu và công suất thiết bị, đảm bảo việc sử dụng hiệu quả các nguồn lực bị hạn chế.
Khi được triển khai đúng cách, ba cấp độ tự động hóa tạo ra một hệ thống hiệp đồng mang lại những lợi ích hoạt động đáng kể:
- Nâng cao hiệu quả: Hiệu suất máy được tối ưu hóa, quy trình được sắp xếp hợp lý và lập kế hoạch sản xuất được điều chỉnh giúp giảm thiểu lãng phí và cải thiện thông lượng.
- Cải thiện chất lượng: Kiểm soát quy trình nhất quán và giám sát toàn diện giảm thiểu các khiếm khuyết và đảm bảo tính nhất quán của sản phẩm.
- Tính linh hoạt hơn: Các hệ thống tích hợp cho phép thích ứng nhanh chóng với nhu cầu thị trường thay đổi và các biến thể sản phẩm.
- Tăng cường an toàn: Xử lý tự động các hoạt động nguy hiểm làm giảm tai nạn tại nơi làm việc.
- Ra quyết định tốt hơn: Khả năng cung cấp dữ liệu toàn diện hỗ trợ quản lý dựa trên sự kiện ở mọi cấp độ.
Trong một nhà máy điện tử thông minh, sự tích hợp này có thể biểu hiện dưới dạng robot L1 lắp ráp bảng mạch, hệ thống L2 giám sát tình trạng thiết bị và nền tảng L3 điều phối sản xuất với các yêu cầu của chuỗi cung ứng.
Khi các hoạt động công nghiệp ngày càng trở nên phức tạp và áp lực cạnh tranh ngày càng tăng, các nhà sản xuất phải nắm bắt các công nghệ tự động hóa này để duy trì khả năng tồn tại. Việc triển khai các hệ thống tự động hóa L1, L2 và L3 tích hợp không chỉ đại diện cho một nâng cấp hoạt động mà còn là một sự chuyển đổi cơ bản trong cách các nhà máy tạo ra giá trị.
Các công ty triển khai thành công các công nghệ này sẽ đạt được những lợi thế đáng kể về năng suất, chất lượng và khả năng đáp ứng - những yếu tố khác biệt quan trọng trong bối cảnh sản xuất toàn cầu hiện nay. Tương lai thuộc về những doanh nghiệp có thể khai thác hiệu quả sức mạnh của sản xuất thông minh thông qua các chiến lược tự động hóa toàn diện.