Cách mạng hóa ngành ô tô: Ưu điểm của dây chuyền sơn tự động

Giới thiệu

Định nghĩa một dây chuyền sơn tự động

Dây chuyền sơn tự động là một hệ thống tự động hoá được thiết kế để thực hiện quá trình phun sơn trên các sản phẩm một cách tự động và hiệu quả. Dây chuyền này thường được áp dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất như ô tô, điện tử, gia dụng, và nhiều ngành công nghiệp khác để đảm bảo rằng việc phun sơn được thực hiện chính xác, đồng nhất và tiết kiệm thời gian.  

Tầm quan trọng của dây chuyền sơn tự động trong ngành công nghiệp ô tô

Sản xuất xe là một quy trình gồm nhiều bước, đi từ các bộ phận nhỏ lẻ đến khi lắp ráp và hoàn thiện toàn bộ xe. Hiện nay toàn bộ các hãng xe đều hướng tới tự động hóa quy trình sản xuất để đạt được hiệu suất và chất lượng cao nhất, đem về lợi nhuận cho công ty. Một số dây chuyền quan trọng trong sản xuất ô tô có thể kể đến như dây chuyền hàn vỏ, dây chuyền lắp ráp và dây chuyền sơn.

Sơn là quy trình bắt buộc đối với tất cả các loại xe trước khi đi vào vận hành, mua bán. Sơn không chỉ giúp tăng thẩm mỹ mà còn có chức năng bảo vệ khung xe khỏi các tác động của môi trường, là một phần không thể thiếu của xe.

Chính vì thế muốn hoàn thiện dây chuyền sản xuất xe, các hãng công ty bắt buộc phải hoàn thiện dây chuyền phun sơn tự động. Dây chuyền phun sơn tự động giúp các hãng xe tự động hóa dây chuyền sản xuất xe, quan trọng hơn cả là nó giúp tạo một lớp sơn đồng đều, chất lượng, ổn định, đảm bảo chất lượng và thương hiệu của hãng.

Tổng quan về dây chuyền sơn tự động

Giải thích quy trình sơn

Sơn là một quy trình gồm nhiều bước, cần trải qua các công đoạn tiêu chuẩn với độ chính xác cao để có thể đạt được lớp sơn mong muốn.

Chất và dỡ sản phẩm: Quá trình chất và dỡ sản phẩm nhằm đưa chi tiết vào vị trí trên băng tải để bước vào công đoạn sơn cũng như sau công đoạn sơn.

Quá trình tiền xử lý: Tiền xử lý là quá trình xử lý bề mặt vật liệu trước khi được đem vào sơn. Quá trình xử lý bề mặt giúp loại bỏ bụi bẩn, han gỉ, phoi thừa, các tạp chất trên bề mặt từ quá trình gia công trước, tạo lớp phủ nền từ đó làm cơ sở để tăng độ bám dính và chất lượng bề mặt của lớp sơn.

Sấy khô: Sản phẩm sau quá trình tiền xử lý sẽ tồn tại một lượng dung môi hoặc tạp chất, nếu không loại bỏ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sơn.

Phun sơn: Đây là quá trình phủ lớp sơn chính lên bề mặt của sản phẩm. Với các dây chuyền tự động, phun sơn thường được thực hiện trong các buồng phun được thiết kế với kết cấu kín cùng với hệ thống thông khí và xử lý khí/bột thải ra trong quá trình sơn, kèm theo hệ thống ánh sáng cũng như kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm.

Làm khô sản phẩm: Sau quá trình sơn, sơn bột và sơn ướt vẫn chưa thể hình thành liên kết đủ chắc chắn với bề mặt. Để có thể tạo liên kết bền vững, các loại sơn cần được làm khô bằng nhiệt với nhiệt độ và thời gian làm khô ứng với từng loại sơn cụ thể để cho ra được lớp sơn cứng và bóng.

Thành phần của một dây chuyền sơn tự động

Hệ thống băng tải: Hệ thống băng tải trong dây chuyền sơn bột thường là các băng tải treo, đi qua mọi công đoạn trong dây chuyền. Băng tải được thiết kế nhỏ gọn, giảm thiểu kích  thước của các buồng xử lý, chịu được nhiệt độ cao và các chất hóa học.

Các thiết bị tiền xử lý: Các thiết bị tiền xử lý thông thường là hệ thống bể hóa chất, dung môi hoặc hệ thống vòi xả để làm sạch bề mặt chi tiết và phủ lớp nền.

Buồng phun sơn: Buồng sơn là không gian được thiết kế phù hợp, sử dụng để phủ lớp sơn lên bề mặt vật liệu mà trong đó các yếu tố ảnh hưởng đến việc sơn được kiểm soát như các thiết bị phun sơn, hệ thống thông khí, hệ thống lọc khí, hệ thống lọc và xử lí lượng sơn dư.

Các hệ thống làm khô: Trong các dây chuyền sơn, để làm khô chi tiết người ta sử dụng các loại lò sấy và lò xử lý nhiệt. Bên cạnh các lò còn các hệ thống làm khô nhanh được tích hợp giữa công đoạn phun sơn và công đoạn làm khô để các loại sơn ướt không bị làm khô đột ngột, gây hỏng lớp sơn so với việc trực tiếp đưa vào lò

Hệ thống thông khí và xử lý khí thải: Hệ thống thông khí đảm bảo quá trình phun sơn thuận lợi; hệ thống xử lý giúp lọc lượng sơn khỏi khí thải trước khi phát ra môi trường, đồng thời xử lý hoặc tái sự dụng lượng sơn dư

Hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển của dây chuyền sơn là một phần quan trọng trong quá trình sản xuất và sơn. Nó giúp quản lý và kiểm soát các hoạt động trên dây chuyền sơn để đảm bảo rằng quá trình sơn diễn ra hiệu quả, đáng tin cậy và đáp ứng các yêu cầu chất lượng.

Hệ thống kiểm tra chất lượng: Hệ thống kiểm tra chất lượng gồm quá trình kiểm tra trước và sau quá trình sơn. Trước khi sơn, người ta thường kiểm tra chất lượng của vật liệu, các phương pháp cơ lý để đo các thông số chất lượng thường được sử dụng nhất. Sau khi sơn, người ta tiến hành kiểm tra chất lượng của lớp sơn như: độ dày, độ đồng đều, khả năng chịu tác động từ môi trường.

Lợi ích của dây chuyền sơn tự động

Cho chất lượng và độ đồng nhất vượt trôi

Toàn bộ quá trình được thực hiện gần như hoàn toàn bằng máy với độ chính xác cao. Quá trình vận chuyển được vận chuyển bằng các băng chuyền với thời gian di chuyển được tính toán và cài đặt đối với từng công đoạn, đảm bảo sự liên tục, nhịp nhàng của dây chuyền.

Đối với các hệ thống phun sơn, các yếu tố như không khí, nhiệt độ, dư lượng được kiểm soát hoàn toàn bằng các hệ thống tự động. Quá trình phun sơn được thực hiện bằng các công nhân với tay nghề cao hoặc bằng các cánh tay robot cho lớp sơn phủ đồng đều, chính xác.

Các chi tiết trải qua các công đoạn với trình tự, nhịp độ, phương pháp cũng như thao tác như nhau một cách hoàn toàn tự động. Từ đó mà chất lượng của sản phẩm được đảm bảo qua toàn bộ quá trình mà không xảy ra sự sai lệch quá nhiều về kết quả giữa những sản phẩm.

Tăng năng suất và hiệu quả

Do toàn bộ quy trình được tự đông hóa hoàn toàn, được phân chia thành các công đoạn cụ thể, dây chuyền tăng sản lượng mà cụ thể ở đây là số chi tiết được sơn, chất lượng và độ đồng đều đảm bảo nên năng suất tăng cao. 

Những dây chuyền sử dụng lao động là con người thường kém hiệu quả khi hoạt động trong thời gian dài, gây ảnh hưởng đến chất lượng, một công đoạn bị lỗi có thể gây ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình. Máy móc nếu được bảo trì, sửa chữa định kì sẽ giữ được tính ổn định, cho hiệu suất không đổi và hiệu quả cao.

Giảm giá thành

Chi phí đầu tư ban đầu cho dây chuyền tự động sẽ lớn hơn so với sử dụng dây chuyên thủ công nhưng lợi nhuận nó mang lại là hoàn toàn xứng đáng. Trước tiên, do quá trình tự động nên lượng nhân công giảm bớt, chi phí nhân công giảm.

Các hệ thống được kiểm tra và theo dõi đảm bảo hoạt động trơn tru nên sẽ giảm lượng chi tiết chất lượng kém hoặc sơn lại, đặc biệt đối với các sản phẩm đắt tiền. Lượng chi tiết làm ra nhiều hơn, chi phí làm ra giảm xuống nên giá thành sản phẩm giảm, tăng mức độ cạnh tranh và thu lợi nhuận cho doanh nghiệp

 Cải tiến việc kiểm soát chất lượng của dây chuyền sơn

Kiểm soát và hiệu chỉnh thời gian thực

Lợi thế của dây chuyền sản xuất là toàn bộ công đoạn được thực hiện theo một quy trình tiêu chuẩn với các thao tác được thực hiện theo lập trình trước. Điều này tạo thuận lợi trong việc kiểm soát dây chuyền cũng như liên kết các công đoạn.

Với sự giúp đỡ của của IoT và chí tuệ nhân tạo sẽ giúp việc kiểm soát dây chuyền trở nên dễ dàng và hiệu quả. Với chí tuệ nhân tạo, các lỗi xảy ra trong quy trình sơn sẽ được phát hiện từ đó cho ra các biện pháp xử lý kịp thời để không làm gián đoạn dây chuyền.

Các tín hiệu thu thập được sẽ được chuyển về và thông báo đến hệ thống IoT, cập nhật liên tục trạng thái của dây chuyền theo thời gian thực, giúp cho người quản lý có cái nhìn trực tiếp vào toàn bộ quy trình vận hành chỉ với vài thao tác.

Thu thập dữ liệu và phân tích

Với hệ thống IoT và AI tích hợp, việc thu thập dữ liệu trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Toàn bộ các thông tin của quá trình sơn sẽ được các loại cảm biến thu thập, tạo thành các bộ dữ liệu và lưu trữ. Người dùng có thể sử dụng AI để phân tích dữ liệu của các công đoạn, đối chiếu với các công đoạn khác để từng bước cải thiện quy trình.

Các lỗi phát sinh ở quá trình kiểm tra chất lượng sẽ được truy hồi dựa vào bộ dữ liệu đã lưu trữ, giúp tìm ra vấn đề và có giải pháp thay thế. Tương tự các công đoạn có thể được thay đổi, từ việc sắp xếp, đặt vị trí, cho đến các thao tác nhằm phân tích tìm ra quy trình tối ưu nhất.

Lợi ích về mặt môi trường

Giảm thiểu phát thải VOC

Lượng sơn dư thừa xuất phát từ việc phun quá mức, thiếu kiểm soát của con người dẫn đến tăng lượng khí VOC phát thải. Điều này có thể được hạn chế bởi các dây chuyền tự động, lượng sơn cho mỗi lần phun, mỗi thao tác phun được sử dụng với lượng không đổi. Từ đó hạn chế lượng sơn dư đồng thời tăng tuổi thọ của hệ thống lọc.

Lượng khí VOC còn được giảm thiểu nhờ quá trình trộn sơn chính xác. Các dây chuyền sơn tự động sử dụng hệ thống trộn, thay thế thao tác trộn thủ công của con người. Một số liệu cho thấy việc sử dụng hệ thống trộn giảm đến 80% lượng khí VOC xả thải đồng thời tăng tốc độ sơn.

Cuối cùng hệ thống tự động sử dụng robot thay thế con người phun sơn, các thao tác được lập trình giúp robot đạt được hiệu suất phun cao nhất với ít lượng sơn nhất. Các động tác thừa, không chính xác đều được loại bỏ, giảm thiểu tối đa lượng khí VOC.

Tăng lợi ích về năng lượng

Lấy ví dụ về một dây chuyền sản xuất ô tô, người ta tính toán có đến 73% năng lượng  dùng vào cho quy trình sơn, 27% còn lại dành cho quá trình lắp ráp và gia công. Chính vì thế, việc sử dụng dây chuyền sơn tự động sẽ giảm thiểu một lượng lớn năng lượng tiêu thụ, giảm chi phí vận hành của dây chuyền.

Toàn bộ công đoạn từ tiền xử lý, phun sơn, làm khô đều sử dụng rất nhiều năng lượng. Bằng cách nghiên cứu, tối ưu hóa quy trình, các dây chuyền sơn tối thiểu hóa năng lượng tiêu thụ. Năng lượng trong quá trình làm sạch, lượng sơn dư được giảm thiểu, hệ thống lọc làm việc hiệu quả, hệ thống làm khô duy trì nhiệt trong khoảng thời gian cố định, tăng lợi ích về năng lượng.

 Các trường hợp nghiên cứu và thành công

Những công ty ô tô ứng dụng thành công dây chuyền sơn tự động

Tesla Gigafactory: Đây là một nhà máy sản xuất xe điện với quy mô cực lớn, được coi là số 1 trong ngành xe điện. Một trong các yếu tố tạo nên dây chuyền tốc độ của Tesla chính là dây chuyền sơn. Dây chuyền sơn của Tesla sở hữu hệ thống điều khiển, quản lý tối tân, hệ thống băng chuyền đa dạng cùng với hệ thống cánh tay robot hiện đại bậc nhất với độ chính xác cao giúp cho quá trình sơn diễn ra nhanh chóng.

Dây chuyền sơn tự động được thiết kế nối tiếp với các quy trình trước đó giúp dây chuyền vận hành 24/24, cho sản lượng 650000  xe một năm với tốc độ trung bình để sản xuất 1 chiếc xe là chưa đầy 1 phút.

Dây chuyền sơn tối ưu của Ford: Ford sử dụng dây chuyền sơn tự động bằng cách tối ưu hóa quy trình, từ đó giảm thiểu chi phí cho quá trình sơn và tăng tốc độ sản xuất của dây chuyền. Dây chuyền này được biết đến với việc phủ hai lớp ướt trong một bước cùng quá trình làm khô trong vài phút.

Để tối ưu quá trình sơn, dây chuyền sơn của Ford hướng tới hoàn thiện hệ thống băng truyền. Ford chủ trương tăng tốc quá trình sơn bằng cách tăng vận tốc của băng chuyền và xử lý các điểm dừng trên dây chuyền. Bên cạnh đó, dây chuyền của Ford còn giúp giảm thiểu năng lượng tiêu thụ của các công đoạn, đồng thời giảm lượng khí phát thải. Tăng công suất, hiệu suất và tuổi thọ của dây chuyền.

Các lợi ích đem lại cho sản xuất, chất lượng và lợi nhuận: Những năm 1920, để hoàn thiện quá trình sơn xe phải mất đến hai tháng để hoàn thiện quá trình phun sơn và làm khô. Đây từng là một công việc tốn thời gian, đòi hỏi tay nghề người thợ cao nhưng chất lượng của lớp sơn thường không bền bỉ, dễ bị bong tróc và hư hỏng sau một vài năm sử dụng.

Cho đến nay, việc hoàn thiện quy trình sơn xe tiêu tốn chỉ vài giờ đồng hồ, ứng dụng vào dây chuyền liên tục, số lượng xe được sơn trong một giờ được tăng lên nhiều lần. Dây chuyền sơn tự động giúp ngành ô tô hoàn chỉnh dây chuyền sản xuất, đồng nhất chất lượng sản phẩm, giảm giá thành, tăng lợi nhuận.

Kết luận

Tổng kết lợi ích của dây chuyền sơn tự động

• Như vậy có thể thấy dây chuyền tự động mang đến nhiều lợi ích trong sản xuất.

• Tăng tính ổn định và đồng nhất

• Tăng chất lượng và hiệu suất

• Giảm chi phí sản xuất, tăng lợi nhuận

• An toàn với môi trường

• Quản lý, nâng cấp và phát triển hệ thống

Suy nghĩ về cách mà dây chuyền sơn tự động cách mạng hóa ngành công nghiệp ô tô

Dây chuyền sơn thay đổi cách thức sản xuất ô tô. Những chiếc ô tô được sản xuất từ dây chuyền lắp ráp có thể tiếp tục được chuyển đến dây chuyền sơn để hoàn tất việc sản xuất. Cuộc đua sản xuất giữa các hãng xe sẽ tiếp tục được nâng cao cả về số lượng và chất lượng.

Với việc sử dụng dây chuyền sơn tự động, hệ thống sản xuất xe sẽ dần chuyển sang quá trình sản xuất tự động với sự quản lý của con người. Việc gia công, sản xuất sẽ không còn là vấn đề chính. Bài toàn đặt ra với các doanh nghiệp sản xuất sẽ là quản lý và nâng cấp sao cho dây chuyền sản xuất đạt hiệu quả cao nhất.