Robot cộng tác (cobots) trong sản xuất – Giải pháp nâng cao hiệu suất cho doanh nghiệp hiện đại

Trong thời đại công nghiệp 4.0, khi nhu cầu nâng cao năng suất, giảm chi phí và tối ưu hóa chất lượng sản phẩm ngày càng trở nên cấp thiết, robot cộng tác (cobots) trong sản xuất đã nổi lên như một giải pháp công nghệ thông minh và hiệu quả.

Không còn là xu hướng của tương lai, cobots hiện đang được ứng dụng rộng rãi tại nhiều doanh nghiệp, trong đó có công ty Minh Triệu, nhằm thay đổi cách thức vận hành truyền thống và xây dựng một môi trường sản xuất hiện đại, an toàn và linh hoạt hơn.

1. Robot Cộng Tác (Cobots) Là Gì?

Robot cộng tác (cobots) là những thiết bị robot tiên tiến được thiết kế để làm việc an toàn và trực tiếp cùng với con người trong môi trường sản xuất mà không cần rào chắn bảo vệ truyền thống.

Cobots, một từ ghép của “collaborative robots,” đại diện cho một bước tiến lớn trong lĩnh vực tự động hóa, tập trung vào sự hợp tác hài hòa giữa máy móc và con người.

Lịch sử của cobots bắt đầu từ những năm 1990 tại Đại học Northwestern, với mục tiêu ban đầu là tạo ra các hệ thống hỗ trợ con người thực hiện các tác vụ nặng nhọc hoặc lặp đi lặp lại một cách an toàn hơn.

Trải qua quá trình nghiên cứu và phát triển không ngừng, đặc biệt là trong thập kỷ gần đây, cobots đã trở nên tinh vi hơn, dễ lập trình hơn và an toàn hơn, tạo tiền đề cho sự bùng nổ ứng dụng của chúng trong nhiều ngành công nghiệp.

• Sự khác biệt cơ bản giữa cobots và robot công nghiệp truyền thống nằm ở khả năng tương tác an toàn với con người và tính linh hoạt trong lập trình.

Trong khi robot công nghiệp thường hoạt động ở tốc độ cao, thực hiện các nhiệm vụ nguy hiểm hoặc yêu cầu sức mạnh lớn và đòi hỏi phải có khu vực làm việc riêng biệt được rào chắn để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho con người, thì cobots lại được trang bị các cảm biến lực, hệ thống dừng khẩn cấp thông minh và các tính năng an toàn tích hợp khác.

Điều này cho phép chúng nhận biết và phản ứng với sự hiện diện của con người, tự động giảm tốc độ hoặc dừng lại để tránh va chạm. Về mặt lập trình, robot công nghiệp truyền thống yêu cầu kỹ năng lập trình chuyên sâu và thường được lập trình cho một tác vụ cụ thể, ít linh hoạt.

Ngược lại, cobots được thiết kế với giao diện người dùng trực quan, thường cho phép lập trình bằng tay (lead-through programming), nơi người vận hành có thể di chuyển cánh tay robot đến các điểm mong muốn để thiết lập đường đi hoặc thao tác, giúp việc triển khai và tái cấu hình trở nên nhanh chóng và dễ dàng.

2. Ứng Dụng của Robot Cộng Tác trong Sản Xuất

Cobots đã chứng minh khả năng ứng dụng linh hoạt trong nhiều khâu của quy trình sản xuất, tối ưu hóa hiệu quả và độ chính xác.

Trong lĩnh vực lắp ráp, cobots thường được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ lắp ráp chi tiết, đòi hỏi độ chính xác cao và lặp lại.

Chúng có thể hỗ trợ công nhân trong việc định vị các bộ phận nhỏ, vặn vít, hoặc lắp ráp các mô-đun phức tạp, giúp giảm thiểu sai sót do con người và tăng tốc độ sản xuất.

• Các tác vụ gia công và hoàn thiện bề mặt cũng là một thế mạnh của cobots, đặc biệt là các quy trình lặp đi lặp lại và yêu cầu sự tỉ mỉ.

Cobots có thể được trang bị các công cụ như máy chà nhám, máy đánh bóng, hoặc máy mài để thực hiện các công đoạn hoàn thiện sản phẩm một cách đồng nhất và chính xác.

Khả năng điều khiển lực thông minh của cobots cho phép chúng duy trì áp lực ổn định lên bề mặt, đảm bảo chất lượng hoàn thiện cao hơn so với thao tác thủ công, đồng thời giảm thiểu rủi ro cho người lao động khi tiếp xúc với bụi bẩn hoặc hóa chất.

• Trong khâu vận chuyển và nâng hạ, cobots đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển linh kiện và sản phẩm, giảm gánh nặng cho người lao động.

Với khả năng tải trọng vừa phải, cobots có thể nhấc, di chuyển và đặt các vật liệu, chi tiết hoặc thành phẩm từ băng chuyền này sang băng chuyền khác, hoặc từ nơi lưu trữ đến khu vực đóng gói.

Điều này không chỉ giúp tăng tốc độ luân chuyển hàng hóa mà còn hạn chế tối đa các chấn thương liên quan đến việc nâng nhấc vật nặng trong môi trường nhà máy.

• Kiểm tra chất lượng là một ứng dụng quan trọng khác nơi cobots mang lại giá trị đáng kể, đặc biệt trong việc đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm.

Cobots có thể được tích hợp với các hệ thống thị giác máy (machine vision) hoặc cảm biến để thực hiện các tác vụ kiểm tra bằng hình ảnh, đo lường kích thước, hoặc phát hiện lỗi bề mặt một cách nhanh chóng và chính xác.

Sự khách quan và khả năng lặp lại của cobots giúp loại bỏ những sai sót do mỏi mệt hoặc chủ quan của con người, từ đó nâng cao chất lượng tổng thể của sản phẩm và giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi.

• Ngành hàn và sơn cũng chứng kiến sự gia tăng ứng dụng của cobots, giúp cải thiện chất lượng mối hàn và độ đồng đều của lớp sơn, đồng thời bảo vệ sức khỏe công nhân.

Đối với các tác vụ hàn, cobots có thể thực hiện các đường hàn chính xác và đồng đều, đặc biệt trong các không gian hẹp hoặc vị trí khó tiếp cận mà con người khó có thể thực hiện liên tục.

Trong khi đó, cobots được trang bị súng sơn có thể phủ đều lớp sơn lên bề mặt sản phẩm, giảm thiểu lượng sơn hao phí và đảm bảo chất lượng thẩm mỹ cao.

Việc sử dụng cobots trong những môi trường có khói hàn hoặc hóa chất sơn cũng giúp giảm thiểu phơi nhiễm cho người lao động, góp phần tạo ra một môi trường làm việc an toàn hơn.

• Phục vụ máy móc (machine tending) là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của cobots, nơi chúng tự động hóa quá trình nạp và lấy phôi từ các máy công cụ.

Cobots có thể được lập trình để đặt phôi vào máy CNC, máy ép phun, hoặc các loại máy gia công khác, sau đó lấy thành phẩm ra.

Điều này giúp tối ưu hóa thời gian hoạt động của máy, giảm thiểu thời gian chết do chờ đợi con người thao tác, và cho phép công nhân tập trung vào các nhiệm vụ giám sát hoặc có giá trị gia tăng cao hơn.

• Ngoài ra, cobots còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đặc thù khác, từ phòng thí nghiệm cho đến ngành thực phẩm và đồ uống.

Trong phòng thí nghiệm, chúng có thể tự động hóa các quy trình lấy mẫu, pha chế hóa chất hoặc thực hiện các thí nghiệm lặp lại với độ chính xác cao.

Trong ngành thực phẩm, cobots có thể xử lý các sản phẩm nhạy cảm, đóng gói thực phẩm hoặc thực hiện các nhiệm vụ vệ sinh với tiêu chuẩn cao, đáp ứng các quy định an toàn vệ sinh thực phẩm nghiêm ngặt. Sự đa dạng trong ứng dụng này cho thấy tiềm năng to lớn của cobots trong việc chuyển đổi nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau.

3. Lợi Ích và Thách Thức Khi Triển Khai Cobots

Việc triển khai cobots mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho các doanh nghiệp sản xuất, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh và hiệu quả hoạt động.

Một trong những lợi ích hàng đầu là tăng năng suất và hiệu quả sản xuất.

Cobots có thể làm việc liên tục 24/7 mà không cần nghỉ ngơi, thực hiện các tác vụ lặp đi lặp lại với tốc độ và độ chính xác ổn định, từ đó giảm thời gian chu kỳ sản xuất và tăng sản lượng tổng thể.

Bên cạnh đó, chúng góp phần cải thiện chất lượng sản phẩm thông qua việc loại bỏ sai sót do yếu tố con người, đảm bảo mỗi sản phẩm được sản xuất ra đều đạt tiêu chuẩn cao nhất về độ chính xác và đồng nhất.

• An toàn lao động được nâng cao đáng kể khi cobots đảm nhận các công việc nguy hiểm hoặc gây căng thẳng thể chất cho con người.

Cobots có thể thực hiện các tác vụ nâng vật nặng, làm việc trong môi trường độc hại, nhiệt độ cao, hoặc tiếp xúc với máy móc sắc bén, từ đó giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động và bệnh nghề nghiệp cho công nhân.

Hơn nữa, việc sử dụng cobots còn giúp giảm chi phí vận hành về lâu dài.

Mặc dù có chi phí đầu tư ban đầu, nhưng cobots giúp tiết kiệm chi phí nhân công cho các tác vụ đơn giản, giảm chi phí năng lượng nhờ hiệu quả hoạt động, và giảm tỷ lệ sản phẩm lỗi, từ đó tối ưu hóa chi phí sản xuất.

• Tính linh hoạt cao là một điểm cộng lớn của cobots, giúp doanh nghiệp dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của thị trường và nhu cầu sản xuất.

Khả năng tái cấu hình nhanh chóng cho phép cobots chuyển đổi giữa các nhiệm vụ khác nhau một cách dễ dàng, đặc biệt phù hợp với các mô hình sản xuất đa dạng, sản xuất theo lô nhỏ hoặc cá nhân hóa sản phẩm.

Ngoài ra, cobots còn là giải pháp hiệu quả để khắc phục vấn đề thiếu hụt lao động trong các ngành công nghiệp đang đối mặt với sự khan hiếm nguồn nhân lực.

Cuối cùng, việc triển khai cobots không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn cải thiện tinh thần và kỹ năng của người lao động, giúp họ chuyển dịch sang các công việc có giá trị gia tăng cao hơn, đòi hỏi tư duy phân tích, giải quyết vấn đề và quản lý, thúc đẩy sự phát triển kỹ năng cho lực lượng lao động trong kỷ nguyên Công nghiệp 4.0.

Việc triển khai cobots cũng đi kèm với những thách thức nhất định mà doanh nghiệp cần cân nhắc kỹ lưỡng.

Chi phí đầu tư ban đầu vẫn là một rào cản đối với một số doanh nghiệp nhỏ và vừa, mặc dù cobots có giá thành thấp hơn so với robot công nghiệp truyền thống.

Bên cạnh đó, yêu cầu về kỹ năng là một thách thức khác; mặc dù dễ lập trình hơn, nhưng việc vận hành, bảo trì và khắc phục sự cố cobots vẫn đòi hỏi nhân viên phải có những kiến thức và kỹ năng mới, đòi hỏi các chương trình đào tạo phù hợp.

• Một thách thức quan trọng là tích hợp hệ thống, đảm bảo cobots hoạt động đồng bộ và hiệu quả với các hệ thống sản xuất hiện có.

Điều này có thể bao gồm việc kết nối cobots với các máy móc khác, hệ thống quản lý sản xuất (MES), hoặc hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP), đòi hỏi sự phức tạp trong việc lập trình và cấu hình.

Nhận thức và chấp nhận từ phía người lao động cũng là một yếu tố cần được quan tâm.

Sự lo ngại về việc robot thay thế con người có thể gây ra tâm lý phản đối hoặc thiếu hợp tác, do đó cần có chiến lược truyền thông rõ ràng và minh bạch về vai trò của cobots là hỗ trợ chứ không phải thay thế con người.

Cuối cùng, giới hạn về tải trọng và tốc độ của cobots so với robot công nghiệp truyền thống có thể là một yếu tố hạn chế đối với các doanh nghiệp có nhu cầu xử lý vật liệu nặng hoặc yêu cầu tốc độ sản xuất cực cao.

4. Tương Lai của Robot Cộng Tác trong Sản Xuất

Tương lai của robot cộng tác trong sản xuất hứa hẹn những bước tiến vượt bậc về công nghệ, mở rộng phạm vi ứng dụng và tác động sâu sắc đến lực lượng lao động.

Xu hướng phát triển công nghệ sẽ tập trung vào việc tạo ra các cobots thông minh hơn, có khả năng tự học hỏi và thích nghi tốt hơn với môi trường làm việc thay đổi.

Sự tích hợp của Trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (machine learning) sẽ cho phép cobots không chỉ thực hiện các tác vụ được lập trình sẵn mà còn có thể phân tích dữ liệu, đưa ra quyết định tối ưu và học hỏi từ kinh nghiệm thực tế.

Điều này sẽ giúp cobots tự động điều chỉnh hành vi của chúng để đạt hiệu suất cao nhất, thậm chí trong các tình huống không lường trước.

• Phạm vi ứng dụng của cobots sẽ tiếp tục mở rộng, không chỉ giới hạn trong các ngành sản xuất truyền thống mà còn vươn ra các lĩnh vực mới.

Chúng ta có thể thấy cobots ngày càng phổ biến trong ngành y tế (hỗ trợ phẫu thuật, pha chế thuốc), dịch vụ (phục vụ khách hàng, giao hàng), xây dựng (kiểm tra công trình, hỗ trợ lắp đặt), và thậm chí cả nông nghiệp (thu hoạch, kiểm tra cây trồng).

Sự phát triển của các bộ phận cuối (end-effectors) chuyên dụng và khả năng kết nối không dây mạnh mẽ hơn cũng sẽ góp phần đa dạng hóa các nhiệm vụ mà cobots có thể đảm nhận.

• Tác động đến lực lượng lao động sẽ là một quá trình chuyển đổi hơn là thay thế hoàn toàn.

Cobots sẽ không loại bỏ việc làm mà sẽ thay đổi bản chất của các công việc hiện có.

Người lao động sẽ chuyển từ việc thực hiện các tác vụ lặp lại, nặng nhọc sang các vai trò có giá trị gia tăng cao hơn như giám sát cobots, lập trình, bảo trì, phân tích dữ liệu, và quản lý quy trình.

Điều này đòi hỏi sự đầu tư vào đào tạo lại và nâng cao kỹ năng cho lực lượng lao động hiện tại, giúp họ thích nghi với những vai trò mới trong môi trường làm việc được tự động hóa.

Các chính phủ và doanh nghiệp cần có những chính sách hỗ trợ và chương trình đào tạo rõ ràng để chuẩn bị cho sự chuyển dịch này.

• Vai trò của chính phủ và doanh nghiệp trong việc thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng cobots là cực kỳ quan trọng.

Chính phủ có thể ban hành các chính sách hỗ trợ nghiên cứu và phát triển (R&D) trong lĩnh vực robot và AI, cung cấp các ưu đãi thuế cho các doanh nghiệp đầu tư vào tự động hóa, và xây dựng các tiêu chuẩn an toàn rõ ràng cho việc triển khai cobots.

Các doanh nghiệp, về phần mình, cần chủ động đầu tư vào công nghệ cobots, xây dựng văn hóa đổi mới, và quan trọng nhất là đầu tư vào con người thông qua các chương trình đào tạo và phát triển kỹ năng liên tục.

Sự hợp tác giữa các bên liên quan sẽ là chìa khóa để khai thác tối đa tiềm năng của cobots, đưa ngành sản xuất tiến lên một tầm cao mới.

5. Kết Luận

Robot cộng tác (cobots) trong sản xuất đã và đang trở thành một yếu tố không thể thiếu trong bức tranh toàn cảnh, định hình lại tương lai của tự động hóa công nghiệp.

Chúng đại diện cho một sự tiến hóa quan trọng từ các robot công nghiệp truyền thống, mang lại sự an toàn, linh hoạt và hiệu quả chưa từng có trong việc hợp tác giữa con người và máy móc.

Từ việc hỗ trợ các tác vụ lắp ráp tinh vi, gia công bề mặt, vận chuyển vật liệu, đến kiểm tra chất lượng và phục vụ máy móc, cobots đã chứng minh khả năng nâng cao năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm, và đặc biệt là tăng cường an toàn cho người lao động.