Máy thích ứng

Máy thích ứng (adaptive machine) là một loại máy móc công nghiệp được đặc trưng bởi khả năng tự thích ứng với sản phẩm cần sản xuất, ví dụ như di chuyển từng sản phẩm riêng lẻ qua các trạm sản xuất, lắp ráp, kiểm tra, đóng gói và các công đoạn khác cần thiết để tạo ra chúng.

Ví dụ về các khả năng thích ứng thông minh

Phát hiện kích thước và hình dạng của sản phẩm trong một lô sản xuất hiện tại và tự động điều chỉnh khoảng cách của các bộ chấp hành (actuator) dùng để kẹp và vận chuyển chúng qua dây chuyền xử lýĐiều chỉnh tuyến đường mà sản phẩm đi qua trong dây chuyền xử lý dựa trên thông số kỹ thuật của sản phẩm; mỗi sản phẩm có thể đi theo tuyến riêng trong dây chuyền sản xuất và chỉ dừng tại các trạm xử lý mà nó thực sự cần. Các trạm không cần thiết sẽ bị bỏ qua thông qua tuyến thay thế hoặc đi xuyên qua. Điều này trái ngược rõ rệt với các hệ thống chỉ số cố định như băng tải dây đai, xích hoặc mâm xoay, vốn vẫn chiếm phần lớn thiết bị sản xuất đang được lắp đặt.

Các đặc điểm không tiêu biểu

Sử dụng nhiều loại gá giữ chi tiết riêng biệt cho từng biến thể sản phẩmCần sự can thiệp của người vận hành để thay đổi cơ khí (ví dụ: thay cam cơ khí)

Phương pháp thiết kế

Thoạt nhìn, các khả năng thích ứng có vẻ xuất phát từ phần mềm. Tuy nhiên, khi xem xét kỹ hơn, máy móc phải xử lý các sản phẩm vật lý. Để làm được điều đó, máy cần có thiết kế cơ khí phù hợp cũng như thiết kế điện phù hợp để cung cấp năng lượng cho các chuyển động cơ học. Một máy thích ứng được thiết kế tốt nhất bằng cách áp dụng phương pháp thiết kế cơ điện tử liên ngành, trong đó cơ khí, điện, phần mềm cũng như các giao diện và tương tác giữa chúng được xem xét một cách tổng thể.

Mục đích

Chức năng chính của máy thích ứng là làm cho sản xuất linh hoạt hơn bằng cách cho phép đa dạng hóa sản phẩm (ví dụ: về kích thước và hình dạng) và sản xuất theo lô nhỏ. Mục tiêu cuối cùng của máy thích ứng là tùy biến hàng loạt (mass customization), và “chén thánh” của sản xuất kinh tế là lô sản xuất bằng một, tức là sản phẩm được chế tạo theo đơn đặt hàng của khách hàng thay vì sản xuất tồn kho. Ngay từ năm 1997, Harvard Business Review đã xác định bốn phương pháp tiếp cận tùy biến hàng loạt, trong đó có “tùy biến thích ứng” (adaptive customizers), nơi các sản phẩm tiêu chuẩn được khách hàng điều chỉnh. Máy thích ứng thực tế phù hợp hơn với các cách tiếp cận mang tính hợp tác và mang tính thẩm mỹ của HBR, trong đó sản phẩm và/hoặc bao bì được tùy biến trong quá trình sản xuất.

Mô tả này được cung cấp bởi công ty nghiên cứu Frost & Sullivan vào tháng 10 năm 2017.

Các công nghệ cốt lõi hỗ trợ

Khái niệm máy thích ứng dựa trên các công nghệ cốt lõi sau để tạo khả năng thích ứng và đạt được mức độ linh hoạt cao.

Công nghệ track (đường dẫn chuyển động)Robot: Một công nghệ bổ trợ là robot công nghiệp, vốn theo định nghĩa đã có tính linh hoạt lập trình tương tự. Đặc biệt đáng chú ý là khả năng của cả robot và track systems trong việc hoạt động an toàn cùng con người trong môi trường cộng tác. Sự phát triển gần đây này cho phép kết hợp các tác vụ lắp ráp thủ công và tự động, bảo trì và bổ sung vật liệu mà không cần dừng sản xuất.Thị giác máy (Machine vision): Thị giác máy có thể đóng vai trò then chốt khi được tích hợp vào máy thích ứng. Hệ thống này có thể nhận diện từng shuttle riêng lẻ và nội dung của chúng để dẫn hướng đến các trạm làm việc phù hợp. Thị giác đã được sử dụng từ lâu để tự động hóa dẫn hướng robot, kiểm tra, định hướng và các nhiệm vụ liên quan.Internet vạn vật (Internet of Things) và công nghệ thương mại điện tử: với khả năng linh hoạt của máy thích ứng trong việc đáp ứng tạo nhu cầu (demand generation) của người tiêu dùng, các công nghệ này đóng vai trò bổ trợ, cung cấp kết nối giữa nguồn lực sản xuất nội bộ và các hệ thống thương mại trong mô hình kinh doanh số của nhà sản xuất

Thuật ngữ và lịch sử

Thuật ngữ này được cho là xuất phát từ B&R Industrial Automation, nơi nó được sử dụng trong các mô tả sản phẩm, tài liệu kỹ thuật và các trường hợp ứng dụng. Trong lĩnh vực đóng gói, sự phát triển của công nghệ máy móc được OMAC phân loại đại khái như sau:

Thế hệ 1 – máy dẫn động cơ khíThế hệ 2 – bổ sung động cơ servo vào thiết kế cơ khí thế hệ 1Thế hệ 3 – máy trục truyền động (line shaft) điện tử dẫn động hoàn toàn bằng servo

Thế hệ 4 sẽ là thế hệ của máy thích ứng.

Thuật ngữ máy thích ứng được phát triển nhằm xác định một loại máy, cũng như làm rõ mục đích, chức năng và đặc biệt là lợi ích ứng dụng của các công nghệ này trong việc làm cho quá trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả hơn về mặt thương mại.

Máy thích ứng và học máy

Khái niệm máy thích ứng không nên bị nhầm lẫn với sản xuất thích ứng (adaptive manufacturing) hoặc học máy (machine learning) thích ứng. Máy thích ứng có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường sản xuất thích ứng và có thể tận dụng các ứng dụng học máy thích ứng. Tuy nhiên, chúng không phải là các thuật ngữ thay thế cho nhau và cũng không yêu cầu lẫn nhau để đáp ứng định nghĩa cơ bản của mình.

Máy thích ứng trong thị trường thương mại

Máy thích ứng ngày càng được ứng dụng trong môi trường công nghiệp. Một ví dụ là “đóng chai theo yêu cầu”, trong đó nước giải khát được pha trộn riêng lẻ tại van chiết và được gắn nắp, nhãn và mã sản phẩm tùy chỉnh.

Một ví dụ khác là máy dán nhãn có thể xử lý các chai với kích thước và hình dạng khác nhau mà không cần dừng máy và thay đổi cơ cấu.

Một ví dụ khác là máy sắp chai sử dụng kết hợp robot delta và chuyển động đồng bộ của hai shuttle để hoạt động như các gá giữ có thể điều chỉnh vô hạn, xử lý nhiều hình dạng và kích thước bao bì khác nhau mà không cần thay đổi cơ cấu.

Một máy đóng hộp sử dụng hệ thống track thay cho băng tải gầu có bước thay đổi để gom và nạp các sản phẩm sơ cấp khác nhau vào thùng carton.