Đặt vấn đề Trong thời đại công nghiệp 4.0 hiện nay, đặc biệt là trong lĩnh vực lắp ráp điện tử và cơ khí, bắn vít là một phần quan trọng. Công nhân thường bắn vít bằng tay bằng các dụng cụ cầm tay như tua vít hoặc máy bắn vít nhỏ. Nhưng quy trình này có nhiều hạn chế và vấn đề.1 Ảnh quá trình bắn vít thủ công được thực hiện trong nhà máy Hạn chế của việc bắn vít cầm tay: - Tốn thời gian và công sức: Việc bắn vít thủ công đòi hỏi sự tỉ mỉ và sức lực của người lao động, điều này dẫn đến việc mất quá nhiều thời gian và công sức để hoàn thành một sản phẩm. Điều này có thể dẫn đến năng suất lao động giảm và sản xuất tốn kém hơn.
- Sai sót và chất lượng sản phẩm không đồng đều: nguyên nhân là do quá trình bắn vít cầm tay phụ thuộc vào tay nghề và sự cẩn thận của công nhân. Những sai sót như vặn vít không đủ chặt hoặc quá chặt có thể gây hỏng sản phẩm Trang | 1 GVHD: PGS. Trương Đình Nhơn hoặc ảnh hưởng đến chất lượng thành phẩm Lực bắn vít không đồng đều cũng là một vấn đề lớn. - Ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân: việc bắn vít thủ công trong thời gian dài có thể gây ra đau lưng, hội chứng ống cổ tay và mỏi cơ.
Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe của nhân viên mà còn làm giảm hiệu suất làm việc và dẫn đến chi phí y tế cao hơn cho công ty. - Yêu cầu cải tiến và hiện đại hóa: quá trình bắn vít trong sản xuất cần được cải tiến và hiện đại hóa do những hạn chế nêu trên. Chất lượng sản phẩm đồng đều, tăng năng suất và bảo vệ sức khỏe của người lao động là mục tiêu. Tự động hóa là một giải pháp hiệu quả.
Giải pháp vấn đề này đưa máy bắn vít tự động vào công nghiệp thay thế dần công nhân cho các công việc trước đây các lợi ích mà máy bắn vít mang lại.2 Mô hình máy bắn vít 2 đầu bắn với 2 trạm trên thị trường Trang | 2 GVHD: PGS. Trương Đình Nhơn - Tăng năng suất: Máy bắn vít tự động có thể hoạt động không ngừng nghỉ liên tục với tốc độ cao, giúp tăng năng suất sản xuất lên nhiều lần so với việc bắn vít thủ công. - Đảm bảo chất lượng đồng đều: Với các cảm biến và hệ thống kiểm soát, máy bắn vít tự động có thể vặn vít với lực chính xác, các sản phẩm đảm bảo có chất lượng đồng đều. - Giảm thiểu sai sót: Máy bắn vít tự động giúp giảm thiểu các lỗi do con người gây ra, từ đó giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi.
- Bảo vệ sức khỏe nhân công: Công nhân giảm nguy cơ mắc bệnh vì họ không phải làm những việc lặp đi lặp lại và nặng nhọc.1 Khái niệm về máy bắn vít tự động Máy bắn vít tự động là những thiết bị có khả năng gắn vít vào các vật liệu hoặc sản phẩm một cách nhanh chóng, chính xác và tự động. Máy bắn vít tự động thường được sử dụng trong các máy móc sản xuất dây chuyền công nghiệp, nơi cần lắp ráp nhanh nhiều sản phẩm với số lượng lớn và yêu cầu sự chính xác cao.3 Mô hình máy bắn vít trên thị trường Các bộ phận chính của máy bắn vít tự động: - Bộ cấp vít: Chứa và cấp các vít vào đầu vặn một cách tự động. - Đầu vặn vít: Bộ phận trực tiếp tiếp xúc và vặn vít vào sản phẩm. Trang | 3 GVHD: PGS.
Trương Đình Nhơn - Hệ thống điều khiển: Giám sát toàn bộ hoạt động của máy, đảm bảo sự đồng bộ và chính xác. - Cảm biến: Phát hiện vị trí và đánh giá độ chính xác của vít.4 Mô hình máy bắn vít 2 trạm 1 đầu bắn trên thị trường 1.2 Ứng dụng máy bắn vít tự động Máy bắn vít tự động hiện có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Đây là một số ứng dụng phổ biến nhất: - Ngành công nghiệp điện tử: Lắp ráp linh kiện điện tử được sử dụng để lắp ráp các linh kiện trên bo mạch in (PCB) một cách nhanh chóng và chính xác. Tạo các thiết bị gia dụng nhỏ gọn như máy tính bảng, điện thoại di động và máy tính xách tay.
- Ngành công nghiệp ô tô: Lắp ráp các bộ phận xe hơi sử dụng để lắp ráp các bộ phận như động cơ, bảng điều khiển, hệ thống âm thanh và các bộ phận nội thất của xe hơi. Tạo các linh kiện nhỏ, chẳng hạn như cảm biến và hệ thống điện tử trong xe. Trang | 4 GVHD: PGS. Trương Đình Nhơn - Ngành nghề gia dụng: bao gồm máy giặt, máy điều hòa không khí, lò vi sóng, tủ lạnh và các thiết bị gia dụng khác.
Đồ chơi và dụng cụ nhà bếp được lắp đặt nhanh chóng, đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng có độ bền cao và an toàn khi sử dụng.3 Tình hình phát triển trên thị trường thế giới Trên toàn cầu, tình hình phát triển máy bắn vít tự động đang trải qua nhiều thay đổi tích cực do sự gia tăng về cải tiến công nghệ và ứng dụng mới. Xu hướng trong tự động hóa và công nghiệp 4. - Cải thiện chính xác và hiệu quả. Mục tiêu của các nhà sản xuất máy bắn vít tự động là cải thiện độ chính xác và tốc độ của máy.
Điều này bao gồm việc phát triển phần mềm, cảm biến và hệ thống điều khiển tiến trình đầu tiên để tối ưu hóa trình chỉnh sửa vít. - Được tích hợp vào hệ thống máy bay. Đặc biệt trong các dây chuyền sản xuất tự động hóa cao, máy bắn vít tự động có cánh tay robot đang trở nên phổ biến hơn. Khả năng xử lý các nhiệm vụ phức tạp được cải thiện do điều này.
- Ứng dụng trong các lĩnh vực kinh doanh mới. Máy bắn vít tự động được sử dụng không chỉ trong các ngành công nghiệp truyền thống như điện tử và ô tô mà còn trong các ngành mới như năng lượng tái tạo, thiết bị y tế và công nghệ cao. Tình hình phát triển theo khu vực - Châu Á gồm các nước Hàn Quốc, Nhật Bản và Trung Quốc, đang dẫn đầu về sản xuất và ứng dụng máy bắn vít tự động. Nhiều công ty lớn trong khu vực đang đầu tư mạnh mẽ vào nghiên cứu và phát triển để giảm chi phí sản xuất và cải thiện công nghệ.
- Nhiều công ty đứng đầu thị trường máy bắn vít tự động ở châu Âu. Các quốc gia như Thụy Sĩ và Đức nổi tiếng với công nghệ chất lượng cao và tiên tiến. Trang | 5 GVHD: PGS. Trương Đình Nhơn Họ cũng tập trung vào việc phát triển các giải pháp tùy chỉnh cho các ứng dụng cụ thể.
- Các nhóm ngành công nghiệp khác nhau ở Bắc Mỹ, đặc biệt là Canada và Hoa Kỳ, đang sử dụng máy bắn vít tự động. Các doanh nghiệp này thường tập trung vào việc tích hợp công nghệ mới và tạo ra các giải pháp linh hoạt.4 Tình hình phát triển ở thị trường Việt Nam Sự phát triển của các ngành công nghiệp và xu hướng tự động hóa đang cho thấy tình hình phát triển máy bắn vít tự động ở Việt Nam đang có nhiều dấu hiệu tích cực. Nhiều doanh nghiệp tại Việt Nam đang áp dụng các công nghệ tiên tiến để nâng cao hiệu quả và khả năng chuyển đổi sang tự động hóa và nền tảng công nghiệp 4. Máy bắn vít tự động là một phần quan trọng của phương pháp này.
Sự gia tăng đầu tư nước ngoài vào Việt Nam từ các doanh nghiệp lớn của Hàn Quốc, Nhật Bản và châu Âu đã và đang làm tăng nhu cầu về các thiết bị tự động hóa. Các công ty này đưa ra công nghệ hiện đại và quy trình sản xuất tiên tiến, điều này cho phép máy bắn vít tự động được sử dụng. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển giao công nghệ và học hỏi kinh nghiệm từ các đối tác nước ngoài, Việt Nam đã thiết lập nhiều mối quan hệ hợp tác với các quốc gia có nền tảng công nghệ phát triển.5 Tình hình nghiên cứu tại đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Đề tài này tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM trước đây đã tiến hành nghiên cứu về mặt ứng dụng điều khiển nội suy với Servo dòng Q Mitsubishi nhưng đi sâu vào ứng dụng rõ hơn thì với đề tài thì mới và chưa có nhóm nào phát triển trước đây. Nghiên cứu về máy bắn vít tự động có thể đáp ứng nhu cầu của các doanh nghiệp sản xuất hiện nay.
Máy bắn vít tự động được sử dụng trong nhiều trong các ngành công nghiệp khác nhau như điện tử, ô tô, gia dụng, và sản xuất máy móc. Điều này làm cho đề tài có tính ứng dụng cao và cơ hội áp dụng thực tế lớn. Vì những điều trên, nhóm đã Trang | 6 GVHD: PGS. Trương Đình Nhơn chọn lựa chọn "Thiết kế thi công mô hình máy bắn vít tự động" ứng dụng điều khiển nội suy.2 Mục tiêu - Thiết kế và thi công mô hình phần cứng máy bắn vít tự động.
- Lập trình PLC dòng Q Mitsubishi ứng dụng thực tế. - Ứng dụng điều khiển nội suy cho bài toán đã đặt ra trước đó. - Thiết kế giao diện người dùng HMI điều khiển và giám sát máy. - Thu thập dữ liệu, phân tích và đánh giá kết quả đạt được của mô hình.3 Giới hạn đề tài Nghiên cứu và thử nghiệm trên mô hình ở quy mô nhỏ đã không tối ưu hóa hiệu suất làm việc của máy và đảm bảo tính an toàn tuyệt đối trong lao động so với các sản phẩm thương mại được bán trên thị trường.
Các chế độ vận hành đơn giản đã được thiết lập để theo giỏi giá 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp tài liệu: Đọc và tìm hiểu về các loại máy bắn vít tự động, hệ thống điều khiển và công nghệ cảm biến hiện đại. - Phân tích yêu cầu: Cung cấp thiết bị điện tử về độ chính xác và tốc độ của máy bắn vít sau khi xác định nhu cầu cụ thể của nhà sản xuất. - Thiết kế hệ thống: Sử dụng phần mềm CAD và Solidworks để thiết kế mô hình 3D của máy bắn vít và lập trình điều khiển bằng PLC. - Thực nghiệm: Lắp ráp nguyên mẫu và tiến hành thử nghiệm trong môi trường sản xuất mô phỏng, đo lường các thông số về thời gian vặn vít và độ chính xác.
- Phân tích dữ liệu: Phân tích kết quả thử nghiệm, so sánh với các tiêu chuẩn và mục tiêu ban đầu, xác định các điểm cần cải tiến.