Trả lời trực tiếp: Trong một dây chuyền robot tự động vận hành máy móc, cánh tay robot hầu như không hoạt động trong suốt chu kỳ. Thời gian chu kỳ vận hành máy được xác định bởi quá trình xử lý của máy, trình tự đóng mở cửa và mâm cặp, và độ tin cậy của việc đưa các chi tiết vào máy — chứ không phải bởi tốc độ tối đa của robot. Trước tiên, hãy tính toán kích thước của dây chuyền dựa trên chu kỳ hoạt động của máy, sau đó quyết định xem một robot phục vụ một máy hay nhiều máy. Cánh tay robot nhanh hơn chỉ rút ngắn thời gian thao tác.
Cái này dành cho ai: Hướng dẫn này được viết dành cho các kỹ sư sản xuất và tự động hóa khi thiết kế hệ thống vận hành robot tự động, và cho những người mua đã được báo giá thời gian chu kỳ và cần biết thời gian đó thực sự phụ thuộc vào những yếu tố nào.
Phạm vi: Nội dung sách đề cập đến việc thời gian trong một chu kỳ gia công thực sự được sử dụng như thế nào, robot điều khiển những gì và không điều khiển những gì, và cách đo lường kết quả một cách trung thực. Sách không đề cập đến việc lựa chọn thông số cắt, khả năng của máy công cụ hoặc thiết kế đồ gá bên trong máy.
Thời gian chu kỳ vận hành máy thực sự được sử dụng vào đâu?
Thời gian chu kỳ vận hành máy chỉ có ý nghĩa khi chu kỳ được chia nhỏ thành các phân đoạn thực tế, và bức tranh sẽ thay đổi nhanh chóng khi điều đó xảy ra. Có các bước: lấy sản phẩm từ vị trí chuẩn bị, di chuyển đến máy, nạp và kẹp phôi, rút sản phẩm, khoảng thời gian máy gia công, dỡ phôi và quay trở lại vị trí chuẩn bị. Trong đoạn phim tham khảo cho hướng dẫn này, robot lấy một chi tiết hình vòng từ khay đã được chuẩn bị sẵn, đặt nó vào mâm cặp máy tiện, sau đó rút khỏi khu vực làm việc trong khi máy gia công.
EVST chia báo giá gia công thành chính xác những phân đoạn đó. Trong những phân đoạn đó, robot điều khiển các chuyển động và việc bàn giao. Nó không điều khiển thời gian gia công, và đối với hầu hết các công việc tiện, phay và mài, thời gian gia công là khối lớn nhất. Đó là lý do tại sao tốc độ cánh tay robot có ảnh hưởng hạn chế đến sản lượng của dây chuyền, và tại sao việc báo giá một dây chuyền chỉ dựa trên tốc độ cánh tay robot lại không cung cấp nhiều thông tin.
Điều này cũng giải thích một kết quả khiến mọi người ngạc nhiên khi đo lần đầu: việc làm cho robot nhanh hơn có thể không làm thay đổi chu trình, vì cánh tay robot đơn giản là đến vị trí chờ sớm hơn. Lợi ích chỉ xuất hiện nếu phân đoạn xử lý ban đầu nằm trên đường dẫn quan trọng. Robot tự vận hành là gì và nó hoạt động như thế nào? Điều quan trọng là phải hiểu rõ phân khúc nào là trọng yếu.
Việc chuyển giao mới là yếu tố hạn chế, chứ không phải chính cánh tay.
Quá trình chuyển giao phôi — tiếp cận, đặt phôi vào, kẹp chặt, xác nhận, nhả phôi, rút phôi — là nơi mà sự biến thiên thực sự xảy ra. Thời gian đóng mâm cặp hoặc ê tô, thời gian mở và đóng cửa, thời gian làm mát và loại bỏ phôi vụn, và tín hiệu xác nhận cho biết chi tiết đã được đặt đúng vị trí đều nằm trong khoảng thời gian này. Mỗi yếu tố đó là thuộc tính của máy móc hoặc đồ gá, chứ không phải thuộc tính của robot.
EVST coi quá trình chuyển giao là đặc tả kỹ thuật, chứ không phải là nhánh xử lý. Đây cũng là yếu tố quyết định độ tin cậy. Một quá trình chuyển giao hoạt động tốt 99 lần trong 100 lần sẽ tạo ra một ô xử lý không cần giám sát, nhưng lại phải được giám sát sau đó. Việc xác nhận sự hiện diện một phần tích cực, một quy trình khôi phục được xác định rõ ràng cho một vị trí bị lỗi và một chiến lược quản lý chip có giá trị hơn đối với hiệu suất thực tế so với một cấu hình di chuyển nhanh hơn.
Các tín hiệu này cần được thống nhất sớm với nhà sản xuất máy công cụ. Những thông tin mà hệ thống điều khiển có thể hiển thị — kết thúc chu trình, trạng thái cửa, trạng thái mâm cặp, trạng thái báo động — sẽ quyết định mức độ chặt chẽ của trình tự hoạt động của dây chuyền sản xuất. Theo tiêu chuẩn IEC 60204-1:2016, các yêu cầu chung áp dụng cho thiết bị điện của máy móc, đây là khuôn khổ mà trong đó giao diện được quy định và đấu dây chứ không phải là tự ý thiết kế.
Việc trình bày từng phần quyết định xem tế bào có chạy tự động hay không.
Một dây chuyền sản xuất chỉ hoạt động tự động cho đến khi nó tìm thấy được linh kiện tiếp theo ở vị trí đã biết. Khay và pallet cung cấp vị trí đã biết nhưng phải trả giá bằng một bước phân loại ở khâu trước đó. Thùng chứa và băng tải giảm bớt bước này nhưng đòi hỏi phải có cảm biến và làm tăng sự biến động. Việc lựa chọn là một quyết định về luồng vật liệu với hệ quả tự động hóa, và thường thì quyết định này được đưa ra quá muộn.
Cách thức trình bày cũng quyết định thiết kế bộ kẹp. Một chi tiết luôn được đặt ở cùng một hướng có thể sử dụng bộ kẹp hai hàm đơn giản; một chi tiết được đặt ở vị trí không cố định cần đến trạm kẹp lại, phương pháp tiếp cận linh hoạt hoặc hệ thống thị giác. Mỗi yếu tố đó đều là sự bổ sung thực sự cho khâu xử lý, và đó cũng là khâu mà robot thực sự điều khiển.
Chi tiết hoàn thiện cũng cần được chăm sóc tương tự. Trong đoạn phim tham khảo, robot đưa chi tiết đã gia công trở lại khay đã được chuẩn bị sẵn, đây là mô hình đơn giản và đáng tin cậy nhất: cùng một nhóm vị trí cho cả đầu vào và đầu ra, do đó một chương trình lập trình duy nhất có thể bao quát cả hai.
Bảng quyết định: bằng chứng nào chứng minh cấu hình xu hướng nào
Mỗi hàng ở đây đều có thể được giải quyết bằng dữ liệu bạn đã có hoặc có thể đo lường trong một buổi chiều. Không cần phải chọn robot trước.
| Bằng chứng từ máy móc và bộ phận | Cấu hình mà nó biện minh | Bằng chứng bạn vẫn còn nợ |
|---|---|---|
| Thời gian xử lý dài, một máy | Một robot phục vụ nhiều máy móc. | Thời gian chờ đợi tệ nhất khi hai máy cùng hoàn thành, thời gian đi bộ hoặc di chuyển bằng tàu hỏa, xử lý báo động |
| Thời gian xử lý ngắn, chỉ cần một máy. | Một robot chuyên dụng cho máy đó, tập trung vào việc bàn giao. | Phân tích thời gian bàn giao, trình tự đóng mở cửa và mâm cặp, độ tin cậy của tín hiệu xác nhận |
| Các bộ phận được sắp xếp lỏng lẻo. | Trạm cảm biến hoặc trạm kẹp lại trước khi tải | Thêm thời gian xử lý, chế độ lỗi khi không tìm thấy hướng, quy trình phục hồi |
| Cần vận hành tự động trong suốt ca làm việc. | Khả năng lưu trữ nguyên vật liệu được điều chỉnh theo ca làm việc, quản lý vụn kim loại và chất làm mát. | Số lượng bộ đệm thực sự cần thiết, khoảng thời gian xóa chip, điều gì giúp dừng cell một cách an toàn |
| Các bộ phận khác nhau trên cùng một máy | Chương trình quản lý và bộ kẹp với nhận dạng chính xác | Quy trình và thời gian chuyển đổi, phòng ngừa lỗi chương trình, quy tắc ưu tiên khởi động đầu tiên. |
Một robot, nhiều máy móc
Việc sử dụng một robot để phục vụ nhiều máy móc là cách tiêu chuẩn để chuyển đổi thời gian xử lý dài thành hiệu suất sử dụng cao. Tuy nhiên, nó cũng tạo ra một kiểu lỗi mới: xung đột. Khi hai máy hoàn thành công việc trong cùng một khoảng thời gian, một trong số chúng phải chờ, và sản lượng thực tế của dây chuyền được xác định bởi tần suất xảy ra tình trạng đó chứ không phải bởi giá trị trung bình.
Mô hình EVST mô phỏng rõ ràng tình trạng xung đột giữa các máy trước khi bố trí nhiều máy được cố định. Cách đánh giá trung thực nhất là mô phỏng trường hợp xấu nhất, chứ không phải trường hợp trung bình, và bao gồm việc di chuyển giữa các máy, xử lý cảnh báo và các can thiệp của người vận hành thực tế sẽ xảy ra. Nếu các máy có thời gian chu kỳ tương tự và khởi động cùng nhau, xung đột sẽ thường xuyên xảy ra; nếu chu kỳ của chúng khác nhau, xung đột sẽ hiếm hơn. Cả hai trường hợp đều không phải là lý do để tránh vận hành nhiều máy, nhưng cả hai đều cần được nêu rõ trước khi bố trí được cố định.
Bố cục được xây dựng dựa trên quyết định đó. Một bố trí tuyến tính trên đường ray, một robot trung tâm phục vụ các máy móc xung quanh và một bố trí di động đều đánh đổi thời gian di chuyển lấy diện tích mặt bằng và độ phức tạp trong việc bảo vệ, và mỗi bố trí đều cần được so sánh chứ không phải được mặc định.
Bảo vệ máy móc và robot được kết nối với nhau.
Một cụm vận hành gồm hai máy móc cùng chia sẻ không gian và trình tự hoạt động. Việc đánh giá rủi ro phải bao gồm sự kết hợp này, bao gồm cả những gì xảy ra khi cửa máy mở ra trong khi robot đang di chuyển, và trạng thái của mỗi máy khi xảy ra sự dừng bảo vệ. Theo... ISO 12100: 2010Các nguyên tắc chung về thiết kế bao gồm đánh giá rủi ro và giảm thiểu rủi ro, và theo đó, ISO 10218-2: 2025Các yêu cầu an toàn áp dụng cho ứng dụng và cụm robot công nghiệp.
Kết quả thực tiễn của việc đánh giá đó thường là một bộ khóa liên động được xác định rõ ràng và một trạng thái an toàn được xác định rõ ràng cho mỗi trong hai bộ điều khiển, được ghi chép lại và kiểm tra khi nghiệm thu chứ không phải được phát hiện trong quá trình xảy ra lỗi. Quá trình khắc phục – cách người vận hành lấy chi tiết bị kẹt trong mâm cặp mà không làm hỏng bộ phận bảo vệ – cũng cần được ghi trong cùng một tài liệu.
Đây cũng là phần của bản đặc tả kỹ thuật tồn tại lâu nhất. Các tế bào được lập trình lại và trang bị lại; khái niệm bảo vệ và hợp đồng khóa liên động thường vẫn được giữ nguyên.
Đánh giá kết quả một cách trung thực
Khi một dây chuyền sản xuất hoạt động, người ta thường có xu hướng báo cáo thời gian chu kỳ vận hành máy dưới dạng một con số duy nhất. Tuy nhiên, cách ghi chép hữu ích hơn là tách biệt thời gian thao tác, thời gian xử lý của máy và thời gian chờ đợi, và báo cáo chúng trong một khoảng thời gian đủ dài để bao gồm cả những gián đoạn thực sự xảy ra. Theo... ISO 22400-2: 2014Các chỉ số hiệu suất chính cho quản lý hoạt động sản xuất được định nghĩa, tạo ra một vốn từ vựng chung cho việc báo cáo thay vì một vốn từ vựng được tự tạo ra tại địa phương.
Về bản thân robot, theo... ISO 9283: 1998Các tiêu chí hiệu suất và phương pháp thử nghiệm liên quan để điều khiển robot công nghiệp bao gồm các điều kiện mà theo đó độ chính xác tư thế và độ lặp lại được thiết lập. Điều đáng lưu ý là các số liệu này được đo trong điều kiện tải và tốc độ xác định, bởi vì con số trong bảng dữ liệu được trích dẫn ngoài các điều kiện đó không phải là lời đảm bảo về sản phẩm của bạn.
Hướng dẫn này không nêu rõ thời gian chu kỳ, sản lượng hoặc tỷ lệ sử dụng cho bất kỳ dây chuyền sản xuất nào. Đoạn phim phía sau minh họa quá trình lấy sản phẩm, nạp vào mâm cặp, lấy sản phẩm ra và dỡ sản phẩm; nó không thể hiện tốc độ sản xuất và cũng không có tuyên bố nào về tốc độ sản xuất ở đây. Nếu bạn đang so sánh... giải pháp hệ thống hàn tự động và chăm sóc các tế bào trên khắp cây, sự khác biệt đó là điều giữ cho sự so sánh có ý nghĩa.
Nên gửi những gì để tiến hành nghiên cứu chăm sóc
Một nghiên cứu hữu ích bắt đầu từ máy móc, chứ không phải robot. Hãy gửi bản vẽ chi tiết với khối lượng và bề mặt kẹp, thời gian xử lý của máy và trình tự đóng mở cửa và mâm cặp, cách thức giao hàng hiện tại, số lượng máy cần được bao phủ và các tín hiệu khóa liên động mà hệ thống điều khiển máy có thể cung cấp. Với những thông tin đó, phân đoạn xử lý có thể được ước tính và phân đoạn chờ đợi có thể được tính toán thay vì chỉ phỏng đoán.
Kết quả trả về sẽ cho bạn biết phân đoạn nào là quan trọng và cần thay đổi điều gì để cải thiện nó. Nếu câu trả lời là máy móc chiếm ưu thế, thì lời khuyên chân thành có thể là sử dụng robot đơn giản hơn và bố trí tốt hơn thay vì một cánh tay robot nhanh hơn.
Các câu hỏi thường gặp
Liệu robot nhanh hơn có rút ngắn thời gian chu kỳ bảo trì máy móc của chúng ta không?
Chỉ khi công đoạn xử lý nằm trên đường găng của quy trình. Khi thời gian xử lý của máy chiếm ưu thế, cánh tay robot nhanh hơn sẽ đến vị trí chờ sớm hơn và chu trình không thay đổi. Hãy đo lường hiệu suất của các công đoạn trước khi trả tiền cho tốc độ.
Một robot có thể phục vụ nhiều máy móc cùng lúc không?
Thường thì đúng vậy, và đó là cách thông thường để sử dụng thời gian xử lý dài. Điều cần đánh giá là sự cạnh tranh: tần suất hai máy hoàn thành trong cùng một khoảng thời gian, và chi phí trong trường hợp xấu nhất là bao nhiêu. Hãy mô hình hóa trường hợp xấu nhất, chứ không phải trường hợp trung bình.
Điều gì thường ngăn cản việc chăm sóc tế bào mà không có người trông coi?
Trình bày linh kiện và quản lý chip hoặc chất làm mát, tiếp theo là các lỗi xác nhận bàn giao. Không vấn đề nào trong số đó là vấn đề về tốc độ robot, và tất cả đều dễ giải quyết hơn nếu thực hiện ngay từ giai đoạn thiết kế so với sau khi lắp đặt.
Thời gian chu kỳ nên được báo cáo như thế nào tại thời điểm nghiệm thu?
Phân tích riêng biệt theo từng giai đoạn — xử lý, chế biến, chờ đợi — trong một khoảng thời gian đủ dài để bao gồm cả những gián đoạn thực tế. Tiêu chuẩn ISO 22400-2:2014 định nghĩa các chỉ số hiệu suất chính cho quản lý hoạt động sản xuất và cung cấp một thuật ngữ chung cho báo cáo đó.
Các thông tin đầu vào của dự án cho quá trình xem xét đơn đăng ký
Hãy gửi những thông tin sau và chu trình bảo dưỡng có thể được xem xét dựa trên máy móc của bạn thay vì một con số chung chung:
- Bản vẽ chi tiết bao gồm khối lượng, bề mặt kẹp và yêu cầu về hướng.
- Chu trình máy: thời gian xử lý, thời gian hoạt động của cửa và mâm cặp, và bất kỳ phép đo nào trong chu trình.
- Phương pháp sắp xếp hiện tại — khay, thùng, băng chuyền hoặc pallet — và cách thức các bộ phận được vận chuyển đến.
- Số lượng máy mà bạn muốn một robot phục vụ, cùng với bố cục của chúng.
- các tín hiệu khóa liên động mà hệ thống điều khiển máy của bạn đã có thể cung cấp
Hãy gửi bản vẽ chi tiết với khối lượng và bề mặt kẹp, thời gian gia công của máy với trình tự đóng mở cửa và mâm cặp, cách thức giao hàng hiện tại, số lượng máy mà một robot nên phục vụ, và các tín hiệu khóa liên động mà hệ thống điều khiển máy của bạn có thể cung cấp. Tập hợp thông tin đó đủ để chia chu trình thành các đoạn và xác định đoạn nào thực sự giới hạn sản lượng. (Tài liệu tham khảo liên quan: ) các lựa chọn robot cộng tác.