Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghiệp ô tô và xu hướng công nghiệp 4.0, việc tự động hóa các công đoạn sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết. Theo ước tính, năng suất làm sạch linh kiện vỏ bọc cảm biến khí thải (Housing part) hiện tại đạt khoảng 400 linh kiện/giờ với phương pháp bán tự động, phụ thuộc nhiều vào sức lao động thủ công. Điều này gây ra tồn đọng linh kiện và ảnh hưởng đến hiệu quả dây chuyền sản xuất. Mục tiêu của nghiên cứu là thiết kế và chế tạo hệ thống tự động làm sạch linh kiện Housing với năng suất 700 linh kiện/giờ, đảm bảo lượng dầu còn sót lại trên linh kiện sau làm sạch không vượt quá 0,7 mg/linh kiện, đồng thời công suất tiêu thụ máy không quá 10 kW. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dây chuyền sản xuất linh kiện Housing tại công ty Maruei Việt Nam trong năm 2017. Ý nghĩa của đề tài thể hiện qua việc nâng cao năng suất, giảm chi phí sản xuất và cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân, đồng thời góp phần thúc đẩy tự động hóa trong ngành cơ khí ô tô.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Nguyên lý hoạt động cảm biến khí thải (Oxygen sensor): Cảm biến đo nồng độ oxy trong khí thải, phát sinh điện thế tỷ lệ nghịch với hàm lượng oxy, giúp điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu và không khí trong động cơ để duy trì hiệu suất cháy tối ưu (Lamda = 1).

  • Lý thuyết làm sạch cơ học và hóa học: Sử dụng nước nóng kết hợp áp lực khí để tẩy dầu mỡ bám trên linh kiện, dựa trên nguyên lý giảm sức căng bề mặt và lực bám dính của dầu.

  • Lý thuyết băng tải và băng đai: Tính toán thiết kế băng tải vận chuyển linh kiện dựa trên trọng lượng, vận tốc và lực căng băng đai, đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả.

  • Mô hình điều khiển tự động: Sử dụng PLC (Programmable Logic Controller) và HMI (Human-Machine Interface) để lập trình, điều khiển quá trình làm sạch và giám sát hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ dây chuyền sản xuất linh kiện Housing tại công ty Maruei Việt Nam, kết hợp với tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước về cảm biến khí thải và công nghệ làm sạch tự động.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích lý thuyết, mô hình hóa thiết kế cơ khí và điện tử, tính toán lựa chọn thiết bị (xy lanh, bơm, van solenoid, PLC), thiết kế giao diện điều khiển HMI. Thực nghiệm kiểm tra hiệu quả làm sạch, đo lượng dầu còn sót lại trên linh kiện bằng máy phân tích dầu.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu kéo dài trong năm 2017, bao gồm các giai đoạn: khảo sát thực trạng, thiết kế hệ thống, chế tạo và lắp ráp, lập trình điều khiển, chạy thử và hiệu chỉnh, đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Lựa chọn phương pháp làm sạch: Qua thử nghiệm, phương pháp phun nước nóng kết hợp áp lực khí được chọn làm giải pháp tối ưu, giúp giảm lượng dầu còn sót lại trên linh kiện xuống dưới 0,7 mg/linh kiện, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng.

  2. Thiết kế cơ khí: Hệ thống băng tải và các cơ cấu kẹp, di chuyển linh kiện được tính toán và thiết kế phù hợp với trọng lượng và kích thước linh kiện Housing, đảm bảo vận chuyển ổn định với vận tốc băng tải khoảng 0,8 m/s, đạt năng suất 700 linh kiện/giờ.

  3. Hệ thống điều khiển: PLC Keyence và màn hình HMI được lựa chọn để lập trình và giám sát quá trình làm sạch. Chương trình điều khiển đảm bảo đồng bộ hoạt động các xy lanh, van solenoid và bơm nước, giúp hệ thống vận hành tự động, ổn định.

  4. Hiệu quả vận hành: Sau khi lắp ráp và chạy thử, hệ thống đạt công suất tiêu thụ dưới 10 kW, giảm đáng kể sức lao động thủ công, tăng năng suất làm sạch lên gần gấp đôi so với phương pháp bán tự động trước đây.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc ứng dụng công nghệ tự động hóa trong công đoạn làm sạch linh kiện Housing không chỉ nâng cao năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm. So với các nghiên cứu trước đây về máy rửa siêu âm hay hệ thống làm sạch tự động nhập khẩu có giá thành cao (≥40.000 USD), hệ thống thiết kế trong nghiên cứu có chi phí hợp lý hơn, phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh lượng dầu còn sót lại và năng suất làm sạch giữa các phương pháp, cũng như bảng thống kê công suất tiêu thụ và chi phí vận hành. Việc sử dụng PLC và HMI giúp tăng tính linh hoạt và dễ dàng bảo trì, điều chỉnh hệ thống theo yêu cầu sản xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai hệ thống tự động làm sạch tại các dây chuyền sản xuất linh kiện Housing: Động từ hành động "triển khai" nhằm nâng cao năng suất làm sạch lên 700 linh kiện/giờ trong vòng 6 tháng, do bộ phận kỹ thuật công ty thực hiện.

  2. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì hệ thống: Tổ chức khóa đào tạo chuyên sâu về PLC và HMI trong 3 tháng, giúp nhân viên chủ động xử lý sự cố và tối ưu hóa hoạt động hệ thống.

  3. Nâng cấp và mở rộng hệ thống làm sạch cho các loại linh kiện khác: Nghiên cứu thiết kế thêm các module làm sạch phù hợp với linh kiện khác trong dây chuyền sản xuất, dự kiến hoàn thành trong 1 năm.

  4. Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng sau làm sạch: Thiết lập tiêu chuẩn đo lường lượng dầu còn sót lại và kiểm tra định kỳ, đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định, do bộ phận QC thực hiện hàng tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư cơ khí và tự động hóa: Nắm bắt quy trình thiết kế, tính toán và chế tạo hệ thống làm sạch tự động, áp dụng vào các dự án tương tự.

  2. Quản lý sản xuất trong ngành công nghiệp ô tô: Hiểu rõ lợi ích và cách thức triển khai tự động hóa công đoạn làm sạch linh kiện, từ đó tối ưu hóa dây chuyền sản xuất.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, thiết kế và lập trình điều khiển hệ thống tự động trong môi trường công nghiệp thực tế.

  4. Doanh nghiệp sản xuất linh kiện ô tô: Áp dụng giải pháp làm sạch tự động để nâng cao năng suất, giảm chi phí nhân công và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống làm sạch tự động có thể áp dụng cho các loại linh kiện khác không?
    Có, hệ thống có thể được điều chỉnh và thiết kế lại để phù hợp với các loại linh kiện khác nhau, tuy nhiên cần khảo sát đặc tính và yêu cầu làm sạch riêng biệt.

  2. Chi phí đầu tư hệ thống tự động có cao không?
    Chi phí đầu tư thấp hơn nhiều so với các hệ thống nhập khẩu, đồng thời tiết kiệm chi phí vận hành và nhân công trong dài hạn.

  3. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng làm sạch đạt tiêu chuẩn?
    Hệ thống được trang bị cảm biến và quy trình kiểm tra định kỳ lượng dầu còn sót lại, đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định.

  4. Hệ thống có dễ dàng bảo trì và sửa chữa không?
    Việc sử dụng PLC và HMI giúp việc bảo trì, sửa chữa và nâng cấp hệ thống trở nên thuận tiện và nhanh chóng.

  5. Năng suất làm sạch có thể tăng lên bao nhiêu so với phương pháp thủ công?
    Nghiên cứu cho thấy năng suất tăng gần gấp đôi, từ khoảng 400 linh kiện/giờ lên 700 linh kiện/giờ.

Kết luận

  • Đã thiết kế và chế tạo thành công hệ thống tự động làm sạch linh kiện vỏ bọc cảm biến khí thải với năng suất 700 linh kiện/giờ.
  • Hệ thống đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng với lượng dầu còn sót lại ≤ 0,7 mg/linh kiện và công suất tiêu thụ dưới 10 kW.
  • Giải pháp giúp giảm sức lao động thủ công, tăng hiệu quả sản xuất và giảm chi phí vận hành.
  • Hệ thống điều khiển PLC và giao diện HMI đảm bảo vận hành ổn định, dễ dàng giám sát và bảo trì.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi trong dây chuyền sản xuất và nghiên cứu mở rộng cho các loại linh kiện khác.

Next steps: Triển khai hệ thống tại nhà máy, đào tạo nhân viên vận hành, đồng thời tiếp tục nghiên cứu nâng cấp và mở rộng ứng dụng.

Call-to-action: Các doanh nghiệp và kỹ sư trong ngành cơ khí ô tô nên tham khảo và áp dụng giải pháp tự động hóa làm sạch linh kiện để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.