Không phải cứ dùng robot là tự động hóa tốt: Bài toán chọn đúng công nghệ trong nhà máy

Ở bài trước mình có chia sẻ về câu chuyện tự động hóa đang thay đổi nhà máy như thế nào trong thời đại AI. Có một ý mình thấy khá thú vị nhưng chưa nói sâu: khi nhắc đến tự động hóa, chúng ta thường nghĩ ngay tới robot.
Robot 6 trục, robot SCARA, camera AI, AGV chạy khắp xưởng… nhìn rất “Industry 4.0”. Nhưng trong thực tế sản xuất, công nghệ hiện đại nhất chưa chắc là lựa chọn tốt nhất.
Đôi khi một cơ cấu rất đơn giản lại hiệu quả hơn robot. Có công đoạn chỉ cần một chiếc máy chuyên dụng. Có công đoạn thực sự cần robot. Và cũng có trường hợp AI chưa phải thứ nên đầu tư đầu tiên.
Vấn đề không phải “dùng công nghệ gì cho hiện đại?”, mà là “bài toán sản xuất này nên được giải quyết bằng công nghệ nào?”

Robot thực ra chỉ là một trong nhiều cách để tự động hóa

Một nhà máy có thể tự động hóa mà không cần bất kỳ cánh tay robot nào.
Ví dụ một sản phẩm cần được đưa vào đúng vị trí, kẹp lại, bơm một đường keo cố định rồi lấy ra. Nếu sản phẩm gần như không thay đổi và quỹ đạo luôn giống nhau, một máy XYZ chuyên dụng hoàn toàn có thể xử lý công việc đó.
Tương tự với những thao tác như:

Vặn cùng một số lượng vít ở những tọa độ cố định.
Hàn lặp lại tại các điểm xác định.
Bơm keo theo cùng một đường chạy.
Kiểm tra một số thông số điện của sản phẩm.
Cấp hoặc phân loại linh kiện theo một quy luật xác định.

Đây cũng là lý do thị trường tự động hóa tồn tại song song rất nhiều nhóm thiết bị: robot công nghiệp, máy bơm keo, máy vặn vít, máy hàn, máy kiểm tra, jig, băng tải và máy chuyên dụng chứ không phải tất cả đều được giải quyết bằng một cánh tay robot. Danh mục thiết bị thực tế trên thị trường cũng phản ánh khá rõ sự đa dạng này.
Vậy robot có lợi thế ở đâu?

Sự linh hoạt.
Khi sản phẩm thay đổi, vị trí thao tác thay đổi, cần nhiều hướng tiếp cận hoặc một cơ cấu phải thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, robot bắt đầu có lợi thế lớn hơn.

Một bài toán đơn giản: bơm keo bằng máy hay bằng robot?

Giả sử một nhà máy có sản phẩm hình chữ nhật và cần chạy một đường keo giống nhau hàng nghìn lần.
Nếu tọa độ gần như cố định, hệ thống ba trục XYZ có thể đã đủ.
Nhưng giả sử nhà máy có nhiều model sản phẩm:

Model A cần chạy đường keo phía trên.
Model B có bề mặt nghiêng.
Model C cần tiếp cận từ cạnh bên.
Một model khác lại có hình dạng phức tạp.

Khi đó số bậc chuyển động cần thiết tăng lên và robot có thể trở nên hợp lý hơn.
Điều tương tự xảy ra ở vặn vít, hàn, gắp đặt và nhiều công đoạn khác.
Vì vậy mình thấy một nguyên tắc khá dễ nhớ:
Quy trình càng cố định → máy chuyên dụng càng đáng cân nhắc.
Quy trình càng biến đổi → giá trị của robot càng tăng.
Tất nhiên đây không phải công thức tuyệt đối, nhưng là một cách khá hữu ích để bắt đầu phân tích.
Nếu muốn hình dung trực quan hơn các dạng thiết bị thực tế, có thể xem thử nhóm robot và giải pháp tự động hóa công nghiệp. Nhìn qua các cấu hình robot, máy bơm keo, máy vặn vít hay máy hàn sẽ thấy cùng một mục tiêu “tự động hóa” nhưng cách giải quyết có thể rất khác nhau.

Và AI nằm ở đâu trong câu chuyện này?

Một hiểu lầm khác là cứ nhắc Smart Factory thì máy nào cũng phải có AI. Thực tế, rất nhiều thao tác sản xuất không cần AI. Nếu robot luôn lấy sản phẩm từ tọa độ A và đặt vào tọa độ B thì lập trình chuyển động thông thường có thể đã giải quyết rất tốt. AI bắt đầu hữu ích hơn khi bài toán chứa nhiều biến số hoặc dữ liệu khó mô tả bằng những điều kiện cố định.
Ví dụ:

Nhận diện sản phẩm: camera phải tìm vị trí của một vật nằm không cố định.
Kiểm tra ngoại quan: hình dạng lỗi có nhiều biến thể và khó mô tả bằng một bộ rule đơn giản.
Bảo trì: cần phân tích dữ liệu cảm biến để nhận ra xu hướng bất thường.
Tối ưu sản xuất: cần tìm mối liên hệ giữa nhiều biến như cycle time, downtime, nhiệt độ, tốc độ hoặc tỷ lệ lỗi.

Đây là điểm mình thấy rất quan trọng: AI không thay thế nền tảng tự động hóa. Nó thường được xây trên nền tảng đó.

Nếu một sản phẩm chưa được định vị ổn định, jig chưa chuẩn, cảm biến chưa đáng tin và dữ liệu đầu vào còn lộn xộn thì thêm AI vào chưa chắc giải quyết được vấn đề.

Có những lúc một cái jig đáng tiền hơn một con robot

Nghe hơi ngược đời, nhưng trong sản xuất chuyện này hoàn toàn có thể xảy ra. Giả sử robot có độ lặp lại rất tốt nhưng sản phẩm được đặt lên bàn mỗi lần lệch vài milimet. Robot vẫn đi đúng tọa độ đã lập trình. Chỉ có điều sản phẩm không còn nằm ở tọa độ đó. Kết quả là hệ thống vẫn sai.
Lúc này thứ cần sửa trước có thể không phải robot hay AI mà là cách định vị sản phẩm. Một jig tốt giúp sản phẩm luôn nằm đúng vị trí trước khi máy thực hiện thao tác. Đây là ví dụ rất điển hình cho việc trong tự động hóa, những chi tiết ít “wow” về mặt công nghệ đôi khi lại quyết định độ ổn định của cả hệ thống.
Humanoid Robot-0.webp

Khi nào mình nghĩ một công đoạn thực sự đáng tự động hóa?

Nếu đứng ở góc nhìn người đầu tư, mình sẽ không bắt đầu từ danh sách robot. Mình sẽ tìm các công đoạn có một số dấu hiệu sau.

1. Công việc lặp đi lặp lại rất nhiều

Một thao tác thực hiện vài lần mỗi ngày không giống một thao tác phải thực hiện vài nghìn lần.
Càng nhiều lần lặp, lợi ích của việc chuẩn hóa thao tác càng dễ nhận thấy.

2. Chất lượng phụ thuộc nhiều vào người thao tác

Nếu cùng một sản phẩm nhưng kết quả thay đổi nhiều giữa người này và người khác, giữa đầu ca và cuối ca, đây là vị trí đáng phân tích.

3. Công đoạn đang trở thành bottleneck

Một máy phía trước sản xuất 60 sản phẩm/phút nhưng công đoạn tiếp theo chỉ xử lý được 40 thì việc nâng tốc độ của máy phía trước gần như không giải quyết được vấn đề.
Tự động hóa nên tập trung vào điểm nghẽn chứ không nhất thiết là công đoạn nhìn “thủ công nhất”.

4. Công việc gây mệt mỏi, nặng nhọc hoặc khó duy trì lâu dài

Robot và máy đặc biệt phù hợp với những công việc lặp lại đều đặn trong thời gian dài.
Con người thì có một lợi thế khác: xử lý ngoại lệ, quan sát những tình huống không dự đoán trước và đưa ra quyết định linh hoạt.

Cái khó nhất không phải làm máy chạy, mà là làm máy chạy ổn định

Một demo chạy được 10 sản phẩm và một hệ thống chạy trong nhà máy nhiều ca mỗi ngày là hai câu chuyện khá khác nhau. Khi đưa máy vào sản xuất sẽ bắt đầu xuất hiện những thứ rất đời thường:

Vít có kích thước hơi khác.
Keo thay đổi độ nhớt.
Linh kiện bị lệch.
Công nhân đặt phôi chưa sát.
Đầu dụng cụ bị mòn.
Cảm biến bị bụi.
Một model sản phẩm mới xuất hiện.
Cycle time thực tế khác với tính toán.

Vì vậy mình ngày càng thấy một hệ thống tự động hóa tốt không phải hệ thống có nhiều công nghệ nhất. Nó là hệ thống: dễ vận hành, dễ bảo trì, xử lý lỗi rõ ràng và vẫn ổn định sau hàng nghìn chu kỳ. Một robot rất đắt nhưng mỗi lần đổi sản phẩm phải mất vài giờ setup chưa chắc tốt hơn một máy đơn giản có thể đổi jig nhanh trong vài phút.

Tương lai có lẽ sẽ là “đúng công nghệ cho đúng việc”

AI chắc chắn sẽ tiếp tục đi sâu hơn vào nhà máy. Robot cũng sẽ dễ lập trình hơn, camera thông minh hơn và dữ liệu sản xuất ngày càng được kết nối nhiều hơn. Nhưng mình không nghĩ tương lai của sản xuất sẽ là một nhà máy trong đó mọi thứ đều được thay bằng robot. Có lẽ nó sẽ là sự kết hợp:

Con người làm những việc cần tư duy và xử lý ngoại lệ.
Máy chuyên dụng xử lý những công việc ổn định, lặp lại.
Robot đảm nhiệm những thao tác cần linh hoạt.
Cảm biến biến trạng thái vật lý thành dữ liệu.
AI tìm ra những mẫu mà con người khó nhận thấy trong lượng dữ liệu lớn.

Và hệ thống quản lý kết nối tất cả những thứ đó với nhau. Theo mình, đây mới là phần thú vị nhất của tự động hóa: không phải tìm ra công nghệ mạnh nhất, mà là ghép đúng những mảnh công nghệ vào đúng vị trí trong dây chuyền.
Cũng muốn nghe thêm góc nhìn của anh em làm sản xuất hoặc automation: trong thực tế, mọi người thấy công đoạn nào thường được đầu tư “quá tay” nhất – robot, vision hay hệ thống quản lý dữ liệu?