Nghiên Cứu Giải Pháp Tự Động Hóa Bôi Keo Dán Đế Giày Sử Dụng Robot

Nghiên cứu giải pháp tự động hóa bôi keo dán đế giày bằng robot trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ điện tử, nâng cao hiệu suất sản xuất.

• Tác giả: Hà Lê Như Ngọc Thành
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tấn Tiến
• Trường học: Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử
• Đề tài: Giải Pháp Tự Động Hóa Bôi Keo Dán Đế Giày Sử Dụng Robot
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Giải Pháp Tự Động Hóa Bôi Keo Dán Đế Giày

Ngành công nghiệp giày da đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, đặc biệt là ở các nước đang phát triển như Việt Nam. Quy trình sản xuất giày bao gồm hai công đoạn chính: chế biến mũ giày và giáp đế giày. Trong đó, công đoạn giáp đế, đặc biệt là khâu bôi keo, thường được thực hiện thủ công hoặc bán tự động. Điều này không chỉ làm tăng chi phí nhân công mà còn tiềm ẩn nhiều rủi ro về sức khỏe cho người lao động do tiếp xúc với các hóa chất độc hại. Vì vậy, việc tự động hóa khâu bôi keo dán đế giày là một yêu cầu cấp thiết, mang lại nhiều lợi ích về kinh tế, xã hội và môi trường.

1.1. Quy Trình Sản Xuất Giày Da Tổng Quan Các Công Đoạn

Quy trình sản xuất giày da bao gồm nhiều công đoạn, từ thiết kế, cắt, may mũ giày đến gò, bôi keo và giáp đế. Mỗi công đoạn đều đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác. Công đoạn chế biến mũ giày bao gồm thiết kế và tách chi tiết, cắt chi tiết, dãy chi tiết, may chi tiết và hoàn thiện chi tiết. Công đoạn giáp đế giày bao gồm gò và giáp đế. Khâu bôi keo là một trong những khâu quan trọng nhất, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và chất lượng của sản phẩm. Theo tài liệu gốc, 'Một đôi giày hoàn chỉnh thì phải trải qua quy trình sản xuất gồm hai công đoạn chính đó là công đoạn chế biến mũ giày và giáp đế giày'.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Khâu Bôi Keo Trong Sản Xuất Giày

Khâu bôi keo đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo độ bền và tính thẩm mỹ của sản phẩm giày. Việc bôi keo không đều hoặc sử dụng loại keo không phù hợp có thể dẫn đến tình trạng bong tróc, ảnh hưởng đến chất lượng và uy tín của nhà sản xuất. Hơn nữa, đây là công đoạn đòi hỏi nhiều nhân công, đặc biệt là trong các xưởng sản xuất quy mô lớn. Theo tài liệu gốc, 'Trong tất cả những khâu trên thì khâu bôi keo giày là quan trọng nhất, độ bền và chắc chắn của một đôi giày phụ thuộc vào khâu bôi keo và đây cũng là công đoạn cần một lượng lao động lớn nhất.'

II. Thách Thức Rủi Ro Khi Bôi Keo Dán Đế Giày Thủ Công

Bôi keo dán đế giày thủ công tiềm ẩn nhiều thách thức và rủi ro, đặc biệt là về sức khỏe của người lao động. Các loại keo sử dụng trong ngành giày da thường chứa các hóa chất độc hại như DMHC, benzen, toluen, xylen, có thể gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ tạo máu và các cơ quan khác. Ngoài ra, môi trường làm việc thường xuyên tiếp xúc với bụi, tiếng ồn và khí hậu nóng ẩm cũng gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe của công nhân. Việc tự động hóa khâu bôi keo giúp giảm thiểu tối đa những rủi ro này.

2.1. Tác Hại Của Hóa Chất Trong Keo Dán Đến Sức Khỏe Công Nhân

Các hóa chất độc hại trong keo dán, như DMHC, benzen, toluen, xylen, có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho công nhân. Tiếp xúc lâu dài với các hóa chất này có thể dẫn đến các bệnh về thần kinh, máu, hô hấp và thậm chí là ung thư. Việc sử dụng các biện pháp bảo hộ lao động như khẩu trang, găng tay chỉ giúp giảm thiểu phần nào nguy cơ, nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn. Theo tài liệu gốc, 'Các chất dung môi hữu cơ có ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ tạo máu, gây giảm sức nghe và những ảnh hưởng khác.'

2.2. Ảnh Hưởng Đến Năng Suất Chất Lượng Do Bôi Keo Không Đều

Bôi keo thủ công thường dẫn đến sự không đồng đều về lượng keo và độ phủ, ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của sản phẩm. Sự mệt mỏi của công nhân cũng có thể làm giảm năng suất và tăng tỷ lệ lỗi. Việc tự động hóa giúp đảm bảo sự đồng đều và chính xác trong quá trình bôi keo, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất lao động.

III. Giải Pháp Robot Bôi Keo Tự Động Cho Đế Giày Ưu Điểm

Giải pháp tự động hóa bôi keo dán đế giày bằng robot là một giải pháp hiệu quả, giúp giải quyết các vấn đề về sức khỏe, năng suất và chất lượng. Hệ thống robot bôi keo có thể được thiết kế để phù hợp với nhiều loại giày khác nhau, đảm bảo độ chính xác và đồng đều trong quá trình bôi keo. Hệ thống thường bao gồm cơ cấu định vị giày, robot 6 bậc tự do và cơ cấu chổi quét keo. Việc lập trình quỹ đạo chuyển động cho robot giúp bám sát đường cong bôi keo trên đế giày.

3.1. Cấu Tạo Nguyên Lý Hoạt Động Của Robot Bôi Keo Đế Giày

Hệ thống robot bôi keo đế giày thường bao gồm ba thành phần chính: cơ cấu định vị giày, robot 6 bậc tự do và cơ cấu chổi quét keo. Cơ cấu định vị giày có nhiệm vụ cố định và định vị chính xác đế giày. Robot 6 bậc tự do có nhiệm vụ di chuyển đầu phun keo hoặc chổi quét keo theo quỹ đạo đã được lập trình. Cơ cấu chổi quét keo giúp đảm bảo keo được bôi đều trên bề mặt đế giày. Theo tài liệu gốc, 'Hệ thống gồm ba phần, đầu tiên là cơ cấu định vị giày. Phần thứ hai là robot 6 bậc tự do dùng để bôi keo. Phần thứ ba là cơ cấu gồm một chổi quét, được gắn trên đầu keo.'

3.2. Ưu Điểm Vượt Trội Của Robot So Với Phương Pháp Thủ Công

So với phương pháp thủ công, robot bôi keo đế giày có nhiều ưu điểm vượt trội. Robot có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài mà không bị mệt mỏi, đảm bảo năng suất ổn định. Robot có thể bôi keo chính xác và đồng đều, giảm thiểu lãng phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. Robot giúp giảm thiểu rủi ro về sức khỏe cho người lao động do tiếp xúc với hóa chất độc hại.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Kết Quả Nghiên Cứu Robot Bôi Keo

Nhiều công ty trên thế giới đã nghiên cứu và ứng dụng thành công robot bôi keo dán đế giày. Các hệ thống này đã chứng minh được tính hiệu quả và khả thi trong thực tế. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy robot có thể bám sát đường cong bôi keo trên đế giày với độ chính xác cao. Việc ứng dụng robot bôi keo giúp các doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh và đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường.

4.1. Các Mô Hình Robot Bôi Keo Đã Được Triển Khai Trên Thế Giới

Các công ty như CERIM, VISIO NERF, OMAV và Dongguan YILI Auto Technology đã phát triển các mô hình robot bôi keo khác nhau. Một số sử dụng phương pháp phun keo, trong khi một số khác sử dụng phương pháp quét keo bằng chổi. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại giày và yêu cầu sản xuất khác nhau. Theo tài liệu gốc, 'Công ty CERIM [1] là một trong những công ty dẫn đầu trong lĩnh vực tự động hóa trong ngành công nghiệp giày da.'

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Độ Chính Xác Của Hệ Thống Robot Bôi Keo

Hiệu quả và độ chính xác của hệ thống robot bôi keo được đánh giá dựa trên nhiều tiêu chí, bao gồm độ đồng đều của lớp keo, độ bám dính, năng suất và chi phí vận hành. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng robot bôi keo có thể đạt được độ chính xác cao hơn so với phương pháp thủ công, đồng thời giảm thiểu lãng phí keo và nâng cao năng suất.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Giải Pháp Tự Động Bôi Keo

Giải pháp tự động hóa bôi keo dán đế giày bằng robot là một xu hướng tất yếu trong ngành công nghiệp giày da. Việc ứng dụng robot không chỉ giúp giải quyết các vấn đề về sức khỏe, năng suất và chất lượng mà còn góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của các doanh nghiệp. Trong tương lai, các hệ thống robot bôi keo sẽ ngày càng được hoàn thiện và tích hợp nhiều tính năng thông minh hơn, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Tóm Tắt Lợi Ích Của Việc Ứng Dụng Robot Bôi Keo Đế Giày

Việc ứng dụng robot bôi keo đế giày mang lại nhiều lợi ích, bao gồm giảm thiểu rủi ro về sức khỏe cho người lao động, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, giảm thiểu lãng phí keo và nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp.

5.2. Các Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Tiềm Năng Trong Tương Lai

Trong tương lai, các hướng nghiên cứu và phát triển tiềm năng trong lĩnh vực robot bôi keo đế giày bao gồm tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động của robot, phát triển các loại keo thân thiện với môi trường và nâng cao khả năng linh hoạt của robot để phù hợp với nhiều loại giày khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về qui trình sản xuất giày Ngành công nghiệp giày da được xem như là một ngành thủ công truyền thống. Ngày nay, ngành công nghiệp này đã và đang mang lại giá trị xuất khẩu lớn cho các nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Một đôi giày hoàn chỉnh thì phải trải qua quy trình sản xuất gồm hai công đoạn chính đó là công đoạn chế biến mũ giày và giáp đế giày. Chế tạo mũ giày Bôi keo và giáp đế - Thiết kế và tách chi tiết - Bôi keo lên đế mũ giày - Cắt chi tiết - Sấy khô - Dãy chi tiết - Giáp đế giày - May chi tiết - Hoàn thiện chi tiết Hình 1.

Quy trình sản xuất giày Công đoạn chế biến mũ giày gồm có 5 công đoạn nhỏ: Thiết kế và tách chi tiết: Đây là công đoạn quan trọng của quy trình sản xuất. Mẫu mã có thu hút được người tiêu dùng hay không sẽ phụ thuộc chủ yếu vào công đoạn này. Người thợ cần phải tách từng chi tiết của đôi giày ra mẫu bìa, phân loại chi tiết ngoài, chi tiết trong. Tùy từng mẫu, mã giày sẽ có những phần tách chi tiết khác nhau.

Mỗi chi tiết sẽ được tách nhỏ để thuận tiện trong quá trình sản xuất. Công đoạn cắt các chi tiết của mũ giày 13 Cắt chi tiết: Công đoạn này đòi hỏi người lao động phải làm việc trực tiếp với da. Từ những bản vẽ trên bìa giấy những người thợ phải cắt tỉa sao cho đúng kích cỡ, số đo đã có sẵn. Người thợ sẽ phải làm việc một cách tỷ mỉ để đảm bảo độ chính xác về số đo và nhằm tiết kiệm tối đa lượng da dư thừa bỏ phế.

Dãy chi tiết: Những chi tiết được cắt sẵn trên da sẽ được chuyển xuống bộ phận dãy để gấp chi tiết. Bộ phần này có trách nhiệm gấp các đường theo đúng kích cỡ của giày May chi tiết: Sau khi các chi tiết được gấp sẽ được chuyển đến bộ phận may. Ở đây, các chi tiết được may tách biệt nhau. Công đoạn may mũ giày Hoàn thiện chi tiết: Các chi tiết sau khi đã được thiết kế, cắt, gấp, may.

Phần này là phần ghép các chi tiết theo bản thiết kế đã có sẵn. Kết thúc phần này việc chế biến mũ giày cũng sẽ được hoàn thiện. Song song với việc sản xuất mũ giày thì phần giáp đế giày được thực hiện. Với công đoạn này thì người thợ phải thực hiện 2 nhiệm vụ chính đó là gò và giáp đế.

Công đoạn gò mũi giày Công đoạn bôi keo và giáp đế: Sau khi đế giày đã được gò xong thì sẽ tiến hành đến phần giáp đế. Công đoạn này chủ yếu được thực hiện bằng máy. Nhưng trước khi tiến hành giáp đế thì công nhân phải bôi keo lên phần đế của mũ giày và dùng máy sấy khô trong vòng 5 phút, việc bôi keo phải thực hiện bằng phương pháp thủ công. Công đoạn bôi keo và giáp đế giày Tiếp sau đó, phần mũ giày và phần đế sẽ được giáp lại với nhau bằng các máy chuyên dụng như máy ép 2 chiều và máy ép 6 chiều chia đều 2 bên sườn và phần hậu của đôi giày.

Kết thúc công đoạn này là việc bắn đinh cho các sản phẩm và như vậy chúng ta có được một đôi giày hoàn chỉnh. 15 Trong tất cả những khâu trên thì khâu bôi keo giày là quan trọng nhất, độ bền và chắc chắn của một đôi giày phụ thuộc vào khâu bôi keo và đây cũng là công đoạn cần một lượng lao động lớn nhất.2 Vấn đề cấp bách hiện nay trong ngành sản xuất giày Một vấn đề khá nan giải trong ngành da giày là sự độc hại đối với công nhân do các hóa chất trong ngành sản xuất giày. Có 3 nguyên liệu chính để sản xuất giày là: Da, giả da và đế, cộng thêm các nguyên liệu phụ trợ như keo dán, chỉ khâu, cúc, gót.Trong quy trình sản xuất giầy đã phát sinh nhiều yếu tố độc hại đối với sức khỏe người lao động đặc biệt là DMHC (chiếm tỷ lệ 90,3% trong keo mủ cao su và 50% trong keo polychloprene). Các chất dung môi hữu cơ có ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ tạo máu, gây giảm sức nghe và những ảnh hưởng khác.

Đó là benzen hoặc đồng đẳng của nó như toluen, xylen, và xăng, hỗn hợp hexane - axeton - toluen. Ngoài ra còn có nhiều các yếu tố khác ảnh hưởng tới sức khỏe của người công nhân trong sản xuất giầy như: Bụi, tiếng ồn, khí hậu nóng ẩm. Chính vì vậy việc nghiên cứu môi trường lao động cũng như sức khỏe công nhân giày là rất cần thiết. Như phân tích ở trên, vấn đề độc hại của hóa chất sẽ làm ảnh hưởng sức khỏe công nhân, làm giảm khả năng xuất khẩu khi mà sản phẩm được sản xuất tại nhà máy có nguy cơ độc hại đến con người.

Để khắc phục tình trạng trên, các công ty sản xuất da giày đang cố gắng tránh sự tiếp xúc trực tiếp của công nhân với các nguồn hóa chất phát sinh trong quá trình sản xuất giày. Nhằm thực hiện vấn đề này, họ hoặc làm tự động hóa khâu đó để tránh công nhân trực tiếp tham gia, hoặc dùng quạt hút để đưa hóa chất độc thoát ra khỏi môi trường làm việc của công nhân. Với các khâu đã làm tự động hóa thì khâu bôi keo đế giày là khâu đến nay, tại Việt Nam vẫn chưa tự động hóa được. Nhận thấy đây là vấn đề hết sức cấp bách hiện nay.

Do đó, đề tài hướng đến mục tiêu tự động hóa một khâu quan trọng trong ngành sản xuất giày có hàm lượng độc hại cao là khâu bôi keo đế mũ giày. ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Các phương pháp bôi keo trong thực tế của ngành công nghiệp giày da.1 Phương pháp bôi keo truyền thống (Phương pháp thủ công) Đa số các doanh nghiệp hoạt động trong ngành giày da hiện nay ở nước chúng ta đều sử dụng hình thức bôi keo thủ công là chủ yếu. Người công nhân sẽ dùng 1 tay giữ đế giày và tay còn lại dùng cọ để thấm vào keo và bôi lên mặt đế giày, tùy thuộc vào kinh nghiệm làm việc mà người công nhân sẽ bôi đi bôi lại nhiều lần hay ít lần và độ dày của keo cũng khác nhau (hình 2. Bôi keo giày thủ công 2.2 Phương pháp bôi keo bán tự động Phương pháp bôi keo bán tự động cũng được áp dụng, với phương pháp này người công nhân không cần phải dùng cọ để thấm keo thủ công, mà cọ bôi keo sẽ được gắn với một bộ phận bơm keo sẵn có, và keo sẽ tự động phun ra, người lao động chỉ việc cầm cọ và bôi lên mặt đế giày.3 Phương pháp bôi keo tự động.

Một số nước tiên tiến trên thế giới như Đức, Italy, Trung Quốc,…đã phát minh ra những máy móc để tự động hóa khâu bôi keo dán đế giày, phương pháp bôi keo được sử dụng nhiều nhất trong tất cả những máy móc trên là phương pháp phun keo và phương pháp quét keo bằng cọ trực tiếp lên đế giày. a) Phương pháp phun keo: Với phương pháp bôi keo này, một số loại máy móc đã được phát minh và áp dụng vào việc bôi keo dán đế giày như: Công ty CERIM [1] (Hình 2.2a) là một trong những 17 công ty dẫn đầu trong lĩnh vực tự động hóa trong ngành công nghiệp giày da. Công ty này chế tạo ra loại máy có thể bôi keo đế giày bằng phương pháp phun keo, đây là một loại máy có cấu tạo gần giống với máy CNC, loại máy này có thể bôi keo nhiều loại giày khác nhau, các mô hình giày đã được scan 3D sẵn và lưu thành dữ liệu, người sử dụng chỉ việc chọn loại giày cụ thể mà mình muốn bôi keo theo những mẫu giày có sẵn, sau khi chọn mẫu giày trên máy, người sử dụng sẽ đặt chiếc giày vào hệ thống kẹp và một đầu keo sẽ tự động chạy và phun keo theo biên dạng của giày. Hệ thống bôi keo giày này gồm có 3 phần chính đó là: Bộ phận kẹp và cố định biên dạng giày, bộ phận phun keo hay còn gọi là đầu keo được gắn trên một hệ thống tự động xoay để bôi keo, và bộ phận màn hình cảm ứng để thực hiện việc nhập và chọn kiểu giày cần bôi keo.

Phương pháp này có khả năng tự động hóa cao, bôi keo chính xác nhưng chỉ thích hợp với việc bôi keo một số loại giày cố định. Sản phẩm tự động hóa của CERIM và VISIO NERF Tiếp theo là công ty VISIO NERF [2] (Hình 2.2b), sử dụng một máy quét 3D để quét biên dạng đế giày sau đó dữ liệu này sẽ được xử lý và một tay máy 6 bậc tự do được sử dụng để điều khiển quỹ đạo của đầu phun keo, và keo được phun keo lên đế giày dựa theo dữ liệu đã quét trước, với cách thức này hệ thống tự động cũng bao gồm ba phần chính: Phần thứ nhất là máy quét 3D quét biên dạng giày để lấy biên dạng quét keo. Sau khi xác định được biên dạng quét keo thì phần thứ hai đó là một hệ thống xoay sẽ đưa chiếc giày vào khu vực phun keo của robot, phần thứ ba đó là một robot 6 bậc tự do mang đầu keo sẽ đi xuống và phun keo lên bề mặt vừa mới scan. Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng máy quét 3D nên có thể quét keo bất kỳ loại 18 giày nào, sai số thấp, khả năng tự động hóa cao, nhưng phương pháp này cũng chỉ thích hợp với việc phun keo lên bề mặt bôi keo là đế ngoài giày và mặt bôi keo phẳng, ít lồi lõm.

Công ty OMAV [3] là một công ty về giải pháp tự động hóa trong lĩnh vực bôi keo, OMAV cũng đã đưa ra một hệ thống có khả năng phun keo lên mặt đế giày, chiếc giày được scan và sau đó chạy theo băng tải đến khu vực quét keo. Một robot ABB mang đầu phun keo chạy theo băng tải để phun keo lên mặt đế giày vừa phun robot vừa di chuyển theo hướng của băng tải (Hình 2. Với phương pháp này thì hệ thống cũng bao gồm robot mang đầu keo và một băng tải, ưu điểm của phương pháp là năng suất cao vì băng tải chạy liên tục, keo cũng được phun liên tục, khả năng tự động hóa cao nhưng cũng chỉ thích hợp với phun lên đế ngoài giày, bề mặt phun keo phẳng và với một loại giày cố định.