Hàn và cắt thực sự là cốt lõi của công việc gia công công nghiệp, về cơ bản là nối và tạo hình tất cả những bộ phận kim loại mà chúng ta thấy ở khắp mọi nơi. Những gì bắt đầu hoàn toàn bằng thao tác thủ công ngày xưa nay đã thay đổi hoàn toàn theo thời gian. Các xưởng sản xuất hiện đại ngày nay sử dụng những hệ thống tự động khá tinh vi, tích hợp robot, công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) và nhiều công cụ phân tích dữ liệu khác nhau hoạt động theo thời gian thực. Thiết bị hàn và cắt thông minh hiện đại thực tế được trang bị đầy đủ cảm biến và các công nghệ học máy, cho phép chúng đôi khi tự ra quyết định, điều chỉnh thông số ngay lập tức khi cần thiết và liên tục kiểm tra chất lượng trong suốt quá trình. Tất cả công nghệ này đang mở đường cho cái mà người ta gọi là nhà máy thông minh ngày nay. Trong những nơi này, các máy móc khác nhau liên tục giao tiếp với nhau, giúp tối ưu hóa dây chuyền sản xuất và giữ cho người lao động tránh khỏi những tình huống nguy hiểm hoặc các công việc lặp đi lặp lại gây mệt mỏi theo thời gian.
Sản xuất đã tiến bộ rất nhiều kể từ những ngày thực hiện hoàn toàn các thao tác hàn và cắt thủ công. Vào những ngày đầu của tự động hóa, các công ty bắt đầu với những thiết lập cơ khí cơ bản giúp giảm bớt phần nào gánh nặng thể chất cho người lao động, nhưng vẫn cần con người giám sát liên tục. Đến thời điểm hiện nay, chúng ta chứng kiến những hệ thống tinh vi đang hoạt động. Các robot hợp tác (collaborative robots) hiện nay làm việc song hành cùng người lao động trên dây chuyền sản xuất, các thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI) liên tục điều chỉnh quy trình trong quá trình vận hành, và phân tích dữ liệu chi tiết cung cấp cái nhìn sâu sắc cho các nhà quản lý về hiệu quả sản xuất. Kết quả đã nói lên tất cả. Những nhà máy đã áp dụng công nghệ hàn thông minh thường ghi nhận tốc độ sản xuất tăng từ 18% đến 22%. Đồng thời, độ đồng nhất của sản phẩm được cải thiện đáng kể, và nhu cầu sửa chữa lỗi sau đó cũng giảm đi rất nhiều.
Các nguyên tắc đằng sau Công nghiệp 4.0 thực sự đang thúc đẩy cách các công ty triển khai các hệ thống hàn và cắt thông minh trong toàn bộ nhà máy của họ. Những thiết lập hiện đại này kết nối mọi thứ với nhau, giúp các nhà sản xuất vận hành các hoạt động thông minh hơn, có khả năng phản ứng nhanh chóng trước bất kỳ tình huống nào xảy ra trên sàn sản xuất. Hãy nghĩ theo cách này: khi các thiết bị hàn được kết nối vào mạng IoT, truy cập kho lưu trữ đám mây để lấy dữ liệu lịch sử và chạy các công cụ phân tích phức tạp, thì cuối cùng họ sẽ có những dây chuyền sản xuất gần như tự khắc phục sự cố ngay lập tức khi có thay đổi xảy ra. Một số hệ thống hiện nay được trang bị công nghệ hợp nhất cảm biến có thể phát hiện những khác biệt nhỏ trong vật liệu xuống tới độ dày nửa milimét! Khi điều đó xảy ra, máy tự động điều chỉnh để duy trì chất lượng mối hàn ở mức cao nhất. Điều này mang lại điều gì cho doanh nghiệp? Ít thời gian hơn dành cho việc sửa chữa sự cố, hóa đơn điện rẻ hơn do máy móc hoạt động hiệu quả hơn, và các sản phẩm rời khỏi dây chuyền lắp ráp trông hoàn toàn giống nhau dù được sản xuất cho ô tô hay tàu vũ trụ. Thật ấn tượng khi bạn suy ngẫm về điều này.
Những tiến bộ mới nhất trong tự động hóa hàn đã kết hợp trí tuệ nhân tạo với các robot hợp tác mà chúng ta gọi là cobot, giúp cho mặt bằng sản xuất linh hoạt hơn nhiều. Các robot công nghiệp truyền thống cần những lồng bảo vệ lớn xung quanh, nhưng cobot có thể làm việc ngay cạnh con người trên sàn nhà máy. Chúng thực hiện tất cả những công việc hàn lặp đi lặp lại nhàm chán với độ chính xác khá ấn tượng, khoảng trong phạm vi một phần mười milimét. Các hệ thống này được trang bị camera thông minh để xác định vị trí các mối hàn, sau đó điều chỉnh góc và tốc độ của mỏ hàn theo yêu cầu. Những cơ sở áp dụng các cobot tích hợp AI này cũng đang ghi nhận những lợi ích rõ rệt. Thời gian chuyển đổi chỉ còn gần một nửa so với trước đây, và lượng phế liệu kim loại thải ra giảm khoảng 30% theo số liệu hiệu suất ngành công nghiệp năm ngoái. Điều làm nên sự vượt trội của hệ thống này chính là cách nó kết hợp giữa công nhân và các cỗ máy thông minh. Toàn bộ hệ thống thích nghi tốt với các tổ hợp sản phẩm khác nhau mà không làm giảm tiêu chuẩn chất lượng.
AI đã thay đổi hoàn toàn robot hàn, biến chúng từ những cỗ máy được lập trình đơn giản thành các hệ thống thông minh hơn có khả năng đưa ra quyết định trong lúc làm việc. Các mạng nơ-ron xử lý mọi loại dữ liệu cảm biến như số liệu điện áp hồ quang, hình ảnh nhiệt và thông tin theo dõi đường hàn để điều chỉnh các thông số hàn theo thời gian thực khi cần thiết. Khi độ dày vật liệu thay đổi, độ khít của mối nối không đồng đều, hay khi biến dạng do nhiệt xảy ra, các hệ thống thông minh này tự động bù trừ để đảm bảo chất lượng mối hàn, độ ngấu phù hợp và hình dạng rãnh hàn đẹp. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng hàn bằng hệ thống AI đạt tỷ lệ chấp nhận ngay lần kiểm tra đầu tiên khoảng 99,7%, trong khi hàn tự động thông thường chỉ đạt khoảng 92% theo tạp chí Manufacturing Technology Review năm ngoái. Đối với các hình dạng phức tạp và các tình huống điều kiện liên tục thay đổi, khả năng tự chủ này thực sự quan trọng vì các chương trình robot được lập trình sẵn trước đây không còn hiệu quả nữa.
Một nhà sản xuất ô tô lớn gần đây đã giới thiệu robot hàn được hỗ trợ bởi trí tuệ nhân tạo để giải quyết các vấn đề liên quan đến việc lắp ráp khung gầm không đồng đều. Hệ thống của họ dựa trên các thuật toán học sâu, được cung cấp dữ liệu từ khoảng 50.000 mối hàn trước đó để xác định các thiết lập tối ưu cho các loại mối nối khác nhau. Họ bổ sung thêm công nghệ hình ảnh nhiệt để theo dõi sự lan tỏa nhiệt trên bề mặt kim loại, cùng với công nghệ quét laser để kiểm tra hình dạng đường hàn trong quá trình hình thành. Sau khoảng nửa năm triển khai tại phân xưởng, nhà máy ghi nhận tỷ lệ lỗi rỗ khí giảm gần 60%, và gần như toàn bộ công việc phát sinh do hàn lỗi cũng biến mất hoàn toàn. Điều thú vị là hệ thống AI ngày càng trở nên thông minh hơn theo thời gian. Nó phát hiện ra những biến thể tinh vi trong vật liệu mà trước đây không ai để ý, cho phép các kỹ thuật viên điều chỉnh quy trình trước khi các sự cố xảy ra. Theo tạp chí Automotive Production Quarterly năm ngoái, điều này đã giúp nâng cao hiệu suất thiết bị khoảng 22%. Nhìn vào ví dụ này cho thấy vì sao công nghệ hàn thông minh lại quan trọng đến vậy đối với các nhà máy sản xuất số lượng lớn, nơi mà ngay cả những cải tiến nhỏ cũng có thể tạo ra sự khác biệt lớn về chất lượng sản phẩm và tốc độ sản xuất.
Các xưởng gia công ngày nay thu thập hàng tấn dữ liệu thông qua mọi loại cảm biến, máy móc và kiểm tra chất lượng trong suốt quá trình vận hành. Khi các nhà sản xuất phân tích thông tin này theo thời gian thực, họ có được cái nhìn rõ ràng hơn nhiều về những gì đang diễn ra trong các công việc hàn và quá trình cắt. Điều này giúp phát hiện sớm khi mọi thứ bắt đầu lệch hướng, dù là do vật liệu đầu vào không đồng đều hay máy móc không hoạt động như mong đợi. Theo các báo cáo ngành từ Number Analytics năm ngoái, các công ty áp dụng phân tích dữ liệu như vậy thường ghi nhận mức tăng năng suất từ khoảng 10 đến 25 phần trăm, cùng với mức tăng khoảng 18% về hiệu quả thiết bị nói chung. Tuy nhiên, điều thực sự quan trọng là chuyển đổi tất cả những con số đó thành thông tin hữu ích đối với các quản lý nhà máy và kỹ thuật viên tại chỗ, để họ có thể phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và tránh được những lần ngừng sản xuất tốn kém hoặc các lỗi sản phẩm xảy ra sau đó.
Khi nói đến hàn tự động, việc giám sát thời gian thực đóng vai trò then chốt trong kiểm soát chất lượng. Hệ thống cung cấp phản hồi ngay lập tức về các yếu tố như độ ổn định hồ quang, lượng nhiệt được áp dụng, và mức độ thấu nhiệt của kim loại. Phần mềm thông minh có thể nhận diện các xu hướng báo hiệu nguy cơ sự cố hàn trước khi chúng trở thành khuyết tật thực tế, nhờ đó người vận hành có thể điều chỉnh thông số kịp thời. Các xưởng đã áp dụng công nghệ này báo cáo giảm khoảng 13 phần trăm số lần ngừng hoạt động bất ngờ và chu kỳ sản xuất nhanh hơn khoảng 7 phần trăm mà không làm ảnh hưởng đến độ đồng nhất của mối hàn. Điểm tốt nhất là các vấn đề được xử lý ngay lập tức thay vì phải đợi đến khâu kiểm tra cuối cùng mới phát hiện. Cách tiếp cận này giúp giảm thiểu việc sửa chữa tốn kém và tiết kiệm vật liệu vốn có thể bị lãng phí.
Điều mà hầu hết mọi người không nhận ra về hàn ngày nay thực ra không phải là thiếu thông tin. Vấn đề thực sự nằm ở việc làm thế nào để hiểu được tất cả dữ liệu chúng ta thu thập. Các công cụ phân tích thông minh hiện nay áp dụng các kỹ thuật học máy để tách biệt các tín hiệu hữu ích khỏi nhiễu nền, xác định chính xác những yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng mối hàn. Những hệ thống tiên tiến này xếp hạng các cảnh báo theo mức độ nghiêm trọng và tác động của chúng, giúp người lao động tập trung vào những vấn đề thực sự quan trọng thay vì bị lạc trong biển thông báo. Khi kết hợp với hình ảnh nhiệt, chi tiết về hồ quang hàn và kiến thức về các loại vật liệu khác nhau, các nền tảng này cung cấp thông tin có giá trị giúp cải thiện toàn diện các hoạt động hàn và cắt. Chúng được thiết kế để đưa ra các lời khuyên thực tế dựa trên điều kiện thực tế, thay vì chỉ hiển thị hàng núi con số mà không ai biết phải xử lý thế nào.
Thiết bị hàn ngày nay kết hợp các kỹ thuật học máy xem xét tất cả các loại thông tin cảm biến để phát hiện ra các vấn đề khi chúng xảy ra trong quá trình. Các thuật toán thông minh thu thập dữ liệu từ các camera theo dõi hồ hàn, cảm biến nhiệt đo biến động nhiệt độ và các thiết bị theo dõi chính vòng hàn. Những hệ thống này phát hiện ra những bất thường nhỏ trước khi bất kỳ thiệt hại nào có thể ảnh hưởng đến độ bền của sản phẩm cuối cùng. Điều làm cho chúng thực sự có giá trị là khả năng cải thiện theo thời gian. Khi họ thu thập thêm dữ liệu từ các đợt sản xuất thực tế, họ bắt đầu nhận ra các mẫu trong các vật liệu khác nhau và tự động điều chỉnh khi điều kiện thay đổi xung quanh sàn nhà máy. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất có thể duy trì các tiêu chuẩn chất lượng cao trên tất cả các lô mà không cần sự giám sát liên tục từ các kỹ thuật viên.
Các hệ thống hàn và cắt thông minh hiện nay sử dụng mạng nơ-ron để điều chỉnh cài đặt điện áp, mức dòng điện và tốc độ di chuyển của mỏ hàn trên vật liệu. Hệ thống liên tục theo dõi tình trạng thực tế của vũng hàn và đọc thông tin về hồ quang để xác định chính xác lượng năng lượng cần cung cấp, cũng như thời điểm và vị trí cần điền đầy vật liệu một cách phù hợp. Loại điều khiển thông minh này giúp giảm đáng kể các vấn đề phổ biến trong quá trình hàn như các túi khí nhỏ (rỗ khí) hoặc hiện tượng kim loại bị ăn mòn dọc theo các cạnh (hở chân). Đồng thời, nó làm cho toàn bộ quá trình hoạt động hiệu quả hơn, từ đó giảm nguy cơ phải sửa chữa sau khi hàn, tiết kiệm thời gian và chi phí trong các xưởng sản xuất.
Các nhà sản xuất báo cáo giảm 37% việc tái chế sau khi thực hiện tối ưu hóa tham số dựa trên AI (Journal of Intelligent Manufacturing 2020). Các thuật toán học máy dự đoán điều kiện hàn tối ưu cho các vật liệu và loại khớp cụ thể, tinh chỉnh mô hình của chúng dựa trên hiệu suất lịch sử. Chuỗi phản hồi này dần dần giảm thiểu các khiếm khuyết và cải thiện tỷ lệ năng suất vượt qua đầu tiên.
Các đột phá gần đây trong công nghệ hàn và cắt thông minh hiện nay trang bị các hệ thống có khả năng tự tối ưu hóa thông qua các kỹ thuật học tăng cường. Về cơ bản, những máy móc này thử nghiệm với những thay đổi nhỏ trong các thông số của chúng trong thời gian bảo trì định kỳ hoặc khi sản xuất chưa đạt công suất tối đa. Chúng tự tìm ra cách vận hành hiệu quả nhất mà không cần kỹ sư phải điều chỉnh cài đặt bằng tay liên tục. Điều làm nên giá trị của công nghệ này là thiết bị hàn luôn duy trì độ chính xác và hiệu suất cao ngay cả khi xử lý các loại kim loại khác nhau, dụng cụ đã mài mòn hoặc nhiệt độ tại xưởng sản xuất dao động. Một số nhà sản xuất báo cáo cải thiện đến 30% về độ ổn định sau khi triển khai các hệ thống thích ứng này, mặc dù kết quả có thể khác nhau tùy thuộc vào chất lượng dữ liệu huấn luyện ban đầu.
Các hệ thống hàn và cắt thông minh ngày nay kết hợp nhiều cảm biến để tích hợp thông tin từ các nguồn như theo dõi quang học, hình ảnh nhiệt và giám sát âm thanh vào một hệ thống phản hồi liên tục. Nhờ sự tích hợp này, robot có thể hiểu rõ hơn về những gì đang diễn ra xung quanh trong quá trình hàn. Chúng phát hiện được những thay đổi nhỏ trong cách các mối nối ghép với nhau, sự khác biệt về vật liệu được sử dụng, và cả những biến động trong phân bố nhiệt trên chi tiết gia công. Khi các hệ thống này xử lý đồng thời tất cả các nguồn dữ liệu khác nhau bằng các mô hình toán học phức tạp, chúng tự động điều chỉnh các thông số quan trọng như tốc độ di chuyển mỏ hàn, các thiết lập điện và lượng dây hàn đưa vào vũng hàn. Kết quả là gì? Tỷ lệ mối hàn lỗi giảm và nhu cầu sửa chữa sai sót sau đó cũng ít đi. Điều này tạo nên sự khác biệt lớn, đặc biệt khi làm việc trên các bộ phận chính xác dùng cho linh kiện máy bay hoặc ô tô sản xuất hàng loạt, nơi mà thậm chí những khuyết tật rất nhỏ cũng không thể chấp nhận được.
AI có vai trò gì trong tự động hóa hàn?
AI đóng một vai trò quan trọng trong tự động hóa hàn bằng cách cho phép robot đưa ra các quyết định theo thời gian thực dựa trên dữ liệu cảm biến, điều chỉnh thông số ngay lập tức và cải thiện kiểm soát chất lượng mà không cần sự can thiệp của con người.
Các nguyên tắc sản xuất thông minh ảnh hưởng đến hệ thống hàn và cắt như thế nào?
Các nguyên tắc sản xuất thông minh kết nối các hệ thống để tích hợp tốt hơn, cho phép thiết bị hàn và cắt hoạt động hiệu quả hơn, từ đó giảm chi phí năng lượng và tăng tính nhất quán của sản phẩm.
Các công ty thu được lợi ích gì khi sử dụng các hệ thống hàn thông minh?
Các công ty trải nghiệm tốc độ sản xuất được cải thiện, tính nhất quán sản phẩm được nâng cao, ít lỗi hơn, giảm lãng phí vật liệu và chi phí điện thấp hơn khi triển khai các hệ thống hàn thông minh được trang bị AI và học máy.
Phân tích dữ liệu theo thời gian thực cải thiện quy trình gia công như thế nào?
Phân tích dữ liệu thời gian thực cung cấp tính minh bạch bằng cách đưa ra cái nhìn ngay lập tức về các hoạt động hàn và cắt, cho phép người vận hành xử lý nhanh chóng các vấn đề, từ đó cải thiện năng suất và hiệu quả thiết bị.
Tin Tức Nổi Bật
EN
