Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ điện tử: Cải tiến hệ thống robot đóng gói bột ngọt bằng cách áp dụng thuật toán tự động phân bổ tác vụ

TỔNG QUAN

Tên đề tài

Cải tiến hệ thống robot đóng gói bột ngọt bằng cách áp dụng thuật toán tự động phân bổ tác vụ.

Tính cấp thiết, mục đích của đề tài, tổng quan tài liệu

Xuyên suốt theo các thời kỳ phát triển, vận động và biến đổi không ngừng của cuộc CMCN thì có thể tóm tắt một cách cơ bản: CMCN lần thứ nhất là cuộc cách mạng đánh dấu sự ra đời của kỷ nguyên cơ khí, cơ giới hóa với điểm nhấn là sự kiện phát minh ra động cơ hơi nước của James Watt, CMCN lần thứ hai là sự ra đời của các dây chuyền sản xuất hàng loạt trên quy mô lớn với điểm nhấn là việc sử dụng năng lượng điện, CMCN lần thứ ba là sự bùng nổ và lan rộng của công nghệ thông tin và tự động hóa Ở thời điểm hiện tại, nhân loại đang bước những bước đầu tiên của CMCN lần thứ tư mà ở đó được dự báo rằng sẽ sự đột phá của các lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI), dữ liệu lớn (Big Data) và sự áp dụng của nó vào các lĩnh vực khác – tiến đến sự xóa nhòa ranh giới giữa các ngành trong cuộc sống Tuy nhiên, để có một nên tảng chắc chắn trước khi bước vào CMCN lần thứ 4 thì việc áp dụng các thành tựu của của cuộc CMCN lần thứ 3 – tự động hóa để thay thế con người phải thật sự diễn ra đồng bộ, hiệu quả, rủi ro trong các khâu là tối thiểu hoặc phải được kiểm soát một cách chặt chẽ Một trong những thiết bị tự động hóa tiêu biểu có khả năng linh hoạt thay thế được các công việc phức tạp của con người đó chính là Robot, chính xác hơn là cánh tay Robot, Industrial Robot

Theo World Robotics Report 2020 của IFR đã thống kê hiện tại có khoảng 2,7 triệu robot công nghiệp đang hoạt động trong các nhà máy trên khắp thế giới - tăng 12% Châu Á vẫn là thị trường mạnh nhất đối với robot công nghiệp - nguồn cung hoạt động cho người sử dụng lớn nhất trong khu vực là Trung Quốc tăng 21% và đạt

2 khoảng 783.000 chiếc vào năm 2019 Nhật Bản đứng thứ hai với khoảng 355.000 chiếc - cộng 12% Á quân là Ấn Độ với kỷ lục mới khoảng 26.300 chiếc - cộng thêm 15% Trong vòng 5 năm, Ấn Độ đã tăng gấp đôi số lượng robot công nghiệp hoạt động trong các nhà máy của nước này Thị phần robot mới được lắp đặt ở châu Á chiếm khoảng 2/3 nguồn cung toàn cầu [1]

Từ số liệu trên có thể thấy được rằng xu hướng sử dụng robot công nghiệp - Industrial Robot để thay thế con người trong các quy trình trên dây chuyển sản xuất đã và đang tiến triển rất mạnh mẽ trong các năm trở lại đây Việc gia tăng mạnh mẽ này ngoài nguyên nhân chính là về khả năng tăng năng suất trong sản xuất, khả năng đáp ứng đa dạng trong công việc của robot thì còn là vì ưu tiên cấp bách trong giai đoạn dịch bệnh COVID-19 như ở thời điểm hiện tại – giai đoạn mà việc tập trung đông đúc nguồn nhân lực trong các lĩnh vực sản xuất là vô cùng rủi ro

1.2.2 Mục đích của đề tài

Trong xu hướng tăng mạnh sử dụng robot công nghiệp vào các lĩnh vực sản xuất thì có thể thấy, thực tế việc sử dụng robot với các quỹ đạo, các tác vụ lập trình sẵn để thay thế được công việc nào đó trong công đoạn sản xuất đã không còn là vấn đề mới Nếu như trong triết lý kinh doanh của người Nhật có thuật ngữ KAIZEN để nói về tinh thần cải tiến không ngừng các công việc của con người, của quy trình thì với robot công nghiệp - Industrial Robot cũng không nằm ngoài tinh thần đó Việc áp

Hình 1.1 Số lượng robot công nghiệp được lắp đặt hàng năm [1] dụng các giải thuật mới và kết hợp với các thiết bị hỗ trợ (cảm biến vision, cảm biến force, cảm biến nhiệt độ,…) để nâng cao hiệu quả làm việc của robot, giúp hệ thống có thể đáp ứng các mục tiêu khác của người vận hành (tiết kiệm thời gian, không gian, chi phí, ) ngày càng được chú trọng và đẩy mạnh song song với việc đẩy mạnh áp dụng robot

Một ví dụ điển hình như robot hàn, khi tiến hành gia công hàn trong môi trường sản xuất thực tế thì chất lượng của mối hàn sẽ phụ thuộc rất nhiều vào sai số khi gá đặt phôi, tính đồng nhất về biên dạng, bề mặt của phôi Do đó, để xử lý các sai lệch này thì các robot hàn thường được tích hợp thêm cảm biến laser dò đường và dẫn mỏ hàn đi theo biên dạng đúng, từ đó giúp nâng cao độ chính xác của mối hàn

Chính vì vấn đề đó, đi vào cụ thể thì đề tài này sẽ tập trung vào việc cải tiến một hệ thống robot trong lĩnh vực sản xuất, cụ thể là một hệ thống robot đóng gói trong dây chuyền sản xuất MSG để giúp tăng hiệu quả vận hành của hệ thống, tiết kiệm chi phí bảo trì Hơn nữa là giúp tối ưu không gian làm việc để qua đó đáp ứng yêu cầu mở rộng sản xuất trong tương lai

1.2.3.1 Một số thuật toán liên quan đã được nghiên cứu

Hình 1.2 Robot hàn kết hợp cảm biến laser để tăng độ chính xác [2]

- Dynamicmulti-robot task allocation under uncertainty and temporal constraints (Choudhury,S., Gupta,J.K., Kochenderfer,M.J., Sadigh,D., & Bohg,J.(2022) [3]:

Trong nghiên cứu này, với mục đích là làm tối thiểu số lượng tác vụ thực hiện không thành công ở vị trí cuối trong mô hình hoạt động, nhóm tác giả đã trình bày một thuật toán phân bổ tác vụ cho hệ nhiều robot Cụ thể, thuật toán sẽ tiến hành giải quyết các đối tượng một cách tuần tự thông qua quá trình tính toán tương đối của hệ thống nhiều robot phối hợp, sau đó là giải quyết các đối tượng đó theo cách phân cấp Nhóm tác giả đã giới thiệu khả năng áp dụng thuật toán này thông qua một số ứng dụng điển hình trong các lĩnh vực:

+ Robot công nghiệp: Hệ thống gồm nhiều cánh tay robot để thực hiện công việc gắp các vật thể chạy liên tục trên băng tải

+ Lĩnh vực logistic: Ứng dụng vận hành hệ nhiều máy bay không người lái

(Drone) thực hiện công việc giao hàng

Hình 1.3 Hệ thống robot Pick & Place vật thể trên băng tải [3]

Kết quả mô phỏng thuật toán với hệ robot – băng tải: Nhóm tác giả đã tạo một mô hình gồm 3 cánh tay robot giống nhau sắp xếp dọc theo một băng tải, robot sẽ tiến hành gắp các vật thể trên băng tải và bỏ vào thùng Mỗi robot có không gian là việc là 0.3 đơn vị, bắt đầu từ X = 0.05 đến X = 0.95

Hình 1.4 Hệ thống máy bay không người lái thực hiện công việc giao hàng [3]

Hình 1.5 Mô hình dạng nhánh cây xử lý các tác vụ theo trình tự [3]

Hình 1.6 Kết quả mô phỏng thuật toán với hệ robot-conveyor [3]

Hình 1.7 Kết quả mô phỏng thuật toán với hệ các drone giao hàng [3]

- Multi-Robot Task Allocation Games in Dynamically Changing Environments (Park, S., Zhong, Y D., & Leonard, N E (2021, May)) [4]:

Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã trình bày 2 nội dung chính:

+ Lý thuyết về phân bổ nhiệm vụ trong môi trường thay đổi linh hoạt:

Nhóm tác giả đã đề xuất 1 nền tảng về phân bổ nhiệm vụ nhiều robot bao gồm mô hình tổng hợp mô tả động lực cơ bản của môi trường và thuật toán ra quyết định quy định cách robot có thể sửa đổi hiệu quả các lựa chọn nhiệm vụ của chúng

+ Phân tích hội tụ và xác thực thông qua thử nghiệm: Bằng cách tận dụng các công cụ phân tích được phát triển gần đây, nhóm tác giả đã thiết lập thuật toán ra quyết định đảm bảo sự hội tụ để phân bổ nhiệm vụ hiệu quả mà tại đó môi trường các biến tài nguyên được giảm thiểu Ngoài ra, tác giả thực hiện thuật toán đề để đánh giá hiệu suất của nó ở quy mô các thí nghiệm lớn

Hình 1.8 Ứng dụng robot thu gom rác: Mỗi tay máy di động có nhiệm vụ thu thập qi rác, được hiển thị dưới dạng các vật thể màu đỏ, trong một patch i [4]

- Kết quả mô phỏng với các điều kiện ban đầu của thí nghiệm lần lượt là q(0) = (0; 0; 0; 0), x(0) = (0:25; 0:25; 0:25; 0:25) và w = (0: 5; 0: 5; 0: 5; 0 : 5):

Hình 1.9 Robot thu gom rác: (a) Môi trường (b) Hoạt động của hệ robot [4]

Hình 1.10 Kết quả thử nghiệm với việc thay đổi tốc độ tăng trưởng và sự suy giảm của các robot riêng lẻ [4]

- Kết quả mô phỏng với các điều kiện ban đầu của thí nghiệm lần lượt là

Trong nghiên cứu này, tác giả đã đề xuất một thuật toán ra quyết định để phân bổ nhiệm vụ cho nhiều robot trong các môi trường thay đổi linh động Các kết quả chính của nghiên cứu đã thiết lập sự đảm bảo hội tụ theo thuật toán được đề xuất, robot có thể học và đạt được phân bổ nhiệm vụ tối ưu và mạnh mẽ chống lại sự xáo trộn trong quá trình ra quyết định của chúng Cuối cùng là đánh giá hiệu suất của thuật toán trong ứng dụng cụ thể là xây dựng hệ thống robot thu gom rác

1.2.3.2 Một số hệ thống thực tế

- Robotic packaging solution for high speed packing of cookies into retail trays (Supplier: PWR) [5]:

Thông số kĩ thuật của hệ thống:

+ Số lượng robot: 32 (5-axis PWR delta robot)

+ Tốc độ đóng gói: 3000 bánh quy/ phút

+ Nhà cung cấp: PWR Pack International B.V

Chức năng của hệ thống: Hệ thống sử dụng 32 robot delta để thực hiện quy trình đóng gói bánh quy với tốc độ 3000 bánh quy/phút Cụ thể, trong hệ thống sẽ có 2 robot cấp khay và 30 robot có nhiệm vụ gắp bánh quy trên băng tải (chạy liên tục) để đặt vào khay

Hình 1.11 Kết quả thử nghiệm với các lựa chọn khác nhau của tham số v [4]

- StrongPoints Cartoners (Supplier: StrongPoint Automation) [4]:

Thông số kĩ thuật của hệ thống:

+ Số lượng robot: 5 (4 FANUC M-2iA/3SL robots & 1 FANUC M-20iA robot) + Camera: FANUC iRVision

+ Tốc độ đóng gói: 400 bịch/ phút

+ Nhà cung cấp: StrongPoint Automation

Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi của luận văn

1.3.1 Mục tiêu của luận văn Đề tài sẽ tập trung vào việc cải tiến một hệ thống robot đóng gói hiện tại đang được vận hành ở xưởng đóng gói MSG - nhà máy Ajinomoto Việt Nam (KCN Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai)

Hệ thống robot đóng gói MSG được sắp xếp nằm trong khu vực B của xưởng (B ZONE) Sản phẩm được sản xuất ở khu A (A ZONE) → Được đóng gói vào thùng carton ở khu B (B ZONE) → Được xếp lên pallet ở khu C (C ZONE)

Hình 1.14 Hệ thống robot đóng gói MSG

Hình 1.15 Gói MSG từ 2 máy đóng gói (Khu A) sang hệ thống robot (khu B)

Hình 1.16 Gói MSG được đóng gói ở mỗi robot tương ứng (khu B)

- Thông số của hệ thống robot đóng gói:

+ Tên line sản xuất: Line 01

+ Số lượng máy đóng gói: 02 máy đóng gói

+ Các loại sản phẩm: Gói MSG 1KG, 900G, 454G, 400G

+ Tốc độ sản phẩm: 52 gói/phút/lane (Tổng gồm 2 lanes = 104 gói/phút) + Robot sử dụng: Robot YASKAWA - Motoman GP8 (SL: 02)

- Vấn đề hiện tại của hệ thống:

Với thiết kế & cách thức vận hành như hiện tại, hệ thống robot đóng gói gặp phải 06 vấn đề tập trung vào 03 khía cạnh chính, lần lượt là:

+ Khi 02 robot hoạt động bình thường:

(1.1) Vấn đề về tối ưu công suất làm việc cho robot

(1.2) Vấn đề về lãng phí các hoạt động bảo trì định kỳ cho robot

+ Khi 01 trong 02 robot ngưng hoạt động (Do sự cố, do cần bảo trì định kỳ): (2) Vấn đề về gián đoạn sản xuất ở robot bị ngưng (dừng máy đóng gói) + Khi hệ thống cần mở rộng sản xuất trong tương lai:

(5) Vấn đề về diện tích xưởng bị hạn chế khi mở rộng quy mô sản xuất (6) Vấn đề về chi phí khi mở rộng quy mô sản xuất

Tổng hợp các vấn đề hiện tại của hệ thống, ta có bảng như sau:

Bảng 1-1 Tổng hợp các vấn đề hiện tại và ảnh hưởng

VẤN ĐỀ HIỆN TẠI ẢNH HƯỞNG

Mô tả chi tiết Đối tượng

Nếu 1 trong 2 lane đầu vào không có sản phẩm

→ 1 robot hoạt động, 1 robot ở chế độ chờ

(1.1) Công suất làm việc của 02 robot

(1.1) Không tối ưu được công suất làm việc của hệ thống 02 robot đóng gói (Robot, băng tải, )

(1.2) Lãng phí cho các hoạt động bảo trì định kỳ (Time-based maintenance): Bảo trì robot, bảo trì hệ băng tải

Nếu 1 trong 2 robot gặp sự cố cần ngưng

→ 1 robot hoạt động, 1 robot ngưng

(2) Hoạt động chung của hệ thống robot

(2) Dừng sản xuất ở máy đóng gói có robot bị ngưng (Ảnh hưởng đến sản lượng)

Với thiết kế hệ thống robot như hiện tại & điều kiện diện tích xưởng bị hạn chế

→ Nếu mở rộng sản xuất thì phải tăng thêm diện tích theo chiều ngang & đầu tư thêm hệ thống băng tải mới

(3.1) Tăng thêm diện tích theo chiều ngang

(3.2) Tốn chi phí mua thêm hệ băng tải mới, chi phí bảo trì cho băng tải

1.3.2 Nhiệm vụ của luận văn Để giải quyết các vấn đề được liệt kê (Bảng 1-1 Tổng hợp các vấn đề hiện tại và ảnh hưởng), cụ thể đề tài sẽ tiến hành:

- Tìm hiểu tổng quan, đánh giá cụ thể các vấn đề hiện tại của hệ thống

- Xây dựng thuật toán tự động phân bổ tác vụ (automatic task allocation) cho hệ robot để thực hiện công việc đóng gói

- Mô phỏng thuật toán trên phần mềm với các thông số sản xuất thực tế để kiểm chứng khả năng đáp ứng

- Thiết kế lại toàn bộ hệ thống cho phù hợp

- Đánh giá lại kết quả của cải tiến, đưa ra hướng phát triển trong tương lai

1.3.3 Phạm vi của luận văn

Hệ thống sau khi thiết kế lại có khả năng đáp ứng các thông số vận hành sản xuất như hiện tại (Tốc độ sản xuất, nhân lực để vận hành), giải quyết được các vấn đề đã được liệt kê ban đầu

Việc mô phỏng là cần thiết để chứng minh được tính đúng đắn của giải thuật cũng như khả năng hoạt động của hệ thống.

Tổ chức luận văn

Với mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi đề ra Luận văn được tổ chức gồm các chương có nội dung như sau:

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Hệ thống robot đóng gói hiện tại, vấn đề phát sinh và hướng cải tiến

2.1.1 Hệ thống robot đóng gói hiện tại

Cơ chế vận hành của hệ thống:

Bước 1: Thùng carton & gói MSG được cấp vào hệ thống robot

- Thùng carton di chuyển từ bên ngoài (khu C) vào hệ thống:

- Thùng carton di chuyển đến vị trí máy mở nắp để chuẩn bị robot xếp gói vào:

Hình 2.1 Thùng carton được cấp từ bên ngoài (khu C) vào hệ thống

Hình 2.2 Thùng carton vào vị trí mở nắp thùng để tiến hành xếp gói

- Gói MSG được cấp vào hệ thống & đến vị trí băng tải xếp mí: Ở bước này, các gói sản phẩm đi từ băng tải belt bên khu sản xuất (khu A) khi đi vào hệ thống robot (khu B) sẽ được tạo thành cụm bởi băng tải xếp mí (1 cụm gồm

3 gói sản phẩm xếp chồng lên nhau)

- Cụm xếp mí (chứa 3 gói) di chuyển đến một điểm gắp cố định của Robot: Ở bước này, cụm xếp mí sẽ di chuyển đến 1 vị trí cố định trước khi robot gắp

Hình 2.3 Gói từ 2 máy đóng gói vào 2 băng tải xếp mí (xếp 3 gói/cụm)

Hình 2.4 Cụm xếp mí di chuyển đến vị trí gắp cố định (3 gói/cụm)

Bước 2: Robot gắp các cụm xếp mí (3 gói/cụm) vào thùng carton:

Hình 2.5 Gói bột ngọt từ cụm xếp mí được 2 robot lần lượt gắp vào thùng

Bước 3: Các thùng carton sau khi được xếp đủ gói (12 gói/thùng) sẽ được đẩy qua máy gấp nắp & máy dán băng keo, sau đó đi tiếp đến khu vực palletizing robot

Hình 2.6 Thùng carton chứa thành phẩm đi qua máy gấp & dán nắp

Với layout và cách thức vận hành như trên, chi tiết các thông số hoạt động của hệ thống như sau:

Bảng 2-1 Bảng thông số hoạt động của hệ thống 02 robot hiện tại

SỐ STT ĐỐI TƯỢNG GIÁ TRỊ ĐƠN

1 Số lượng máy đóng gói 02 máy /

2 Tốc độ mỗi máy đóng gói 52 gói/phút /

4 Diện tích hệ thống robot 34.5 m 2 /

5 Khối lượng tải của robot

(tool hút + sản phẩm) 06 kg /

6 Chu kỳ cụm xếp mí

(3 gói/cụm) vào hệ thống 3.46 s /

7 Quãng đường di chuyển của Robot 1,2 / chu kỳ 1985 mm /

8 Tốc độ (MOVL) cài đặt hiện tại của Robot 1 1500 mm/s Max:

9 Tốc độ (MOVL) cài đặt hiện tại của Robot 2 1500 mm/s Max:

10 Chu kỳ làm việc thực tế đo được của Robot 1 2.87 s /

11 Chu kỳ làm việc thực tế đo được của Robot 2 2.94 s /

12 Thời gian delay hút & thả của Robot 1,2 / chu kỳ 0.85 s /

13 Tốc độ trung bình thực tế của Robot 1 982.7 mm/s /

14 Tốc độ trung bình thực tế của Robot 2 949.8 mm/s /

Trong chương trình điều khiển của robot 1,2: Biến tốc độ (MOVL) được gán mặc định V = D004

Hình 2.7 Biến tốc độ của robot 1,2 (V = D004)

Hình 2.8 Tốc độ cài đặt của robot 1

Hình 2.9 Tốc độ cài đặt của robot 2

Từ bảng thống kê thông số vận hành của hệ thống robot (Bảng 2-1), ta có một số đánh giá chung như sau:

- Tốc độ cài đặt của 02 robot trong quá trình hoạt động đang ở mức 100% tốc độ cài đặt tối đa cho phép (Mức tối đa: 1500 mm/s) [7]

- Công suất dự trữ của cả 02 robot khoảng 32.1 %

→ Hệ thống 02 robot hiện tại hoạt động đáp ứng đủ với tốc độ gói đầu vào từ 02 máy đóng gói tương ứng Trong trường hợp tăng thêm lượng gói vào vượt quá 32.1 % so với lượng hiện tại thì hệ thống sẽ không đáp ứng được

2.1.2 Vấn đề phát sinh và hướng cải tiến

Bảng 2-2 Tổng hợp các vấn đề hiện tại, ảnh hưởng, giải pháp đề xuất

GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT STT (2) Điều kiện vận hành

Mô tả chi tiết Đối tượng (5) Ảnh hưởng (5)

Nếu 1 trong 2 lane đầu vào không có sản phẩm

→ 1 robot hoạt động, 1 robot ở chế độ chờ

(1.1) Công suất làm việc của

(1.1) Không tối ưu được công suất làm việc của hệ thống 02 robot đóng gói (Robot, băng tải, )

Thiết kế lại hệ thống để các Robot luôn trong trạng thái hoạt động (có sản phẩm) khi sản xuất

(1.2) Lãng phí cho các hoạt động bảo trì định kỳ (Time-based maintenance):

Bảo trì robot, bảo trì hệ băng tải

Nếu 1 trong 2 robot gặp sự cố cần ngưng

→ 1 robot hoạt động, 1 robot ngưng

(2) Hoạt động chung của hệ thống robot

(2) Dừng sản xuất ở máy đóng gói có robot bị ngưng (Ảnh hưởng đến kế hoạch sản xuất)

Thiết kế lại hệ thống thêm Robot dự phòng và đáp ứng yêu cầu mở rộng sản xuất trong tương lai:

- Chiều ngang / chiều cao của hệ thống không tăng lên

- Chi phí do mua thêm thiết bị (robot, băng tải) là tối thiểu

Với thiết kế hệ thống robot như hiện tại & điều kiện diện tích xưởng bị hạn chế

→ Nếu mở rộng sản xuất thì phải tăng thêm diện tích theo chiều ngang & đầu tư thêm hệ thống băng tải mới

(3.1) Tăng thêm diện tích theo chiều ngang

(3.2) Tốn chi phí mua thêm hệ băng tải mới, chi phí bảo trì cho băng tải

Từ bảng 2-2, tổng hợp lại ta có 02 giải pháp cải tiến:

(1) Thiết kế lại hệ thống để các Robot luôn trong trạng thái hoạt động (có sản phẩm) khi sản xuất

→ Tối ưu về vận hành cho hệ thống

(2) Thiết kế thêm robot để đáp ứng cho dự phòng và khi mở rộng sản xuất thì diện tích của hệ không tăng, chi phí đầu tư thêm thiết bị là tối thiểu:

→ Đáp ứng yêu cầu sản lượng của sản xuất trong trường hợp robot sự cố

→ Tối ưu với điều kiện không gian tại xưởng

→ Tối ưu về mặt chi phí

So sánh và lựa chọn phương án tối ưu cho các giải pháp cải tiến

Thiết kế ban đầu của hệ thống:

2.2.1 Phương án phân bổ gói để tối ưu vận hành cho hệ robot

- Phương án 1-A: Sử dụng cơ cấu phân chia sản phẩm đầu vào giữa 2 lane để robot ở hai bên đều hoạt động

- Phương án 1-B: Thiết kế robot 1 và 2 cùng gắp sản phẩm chung 1 lane

Hình 2.10 Thiết kế ban đầu của hệ thống

Hình 2.11 Phương án 1-A: Chia gói đều vào 2 lane cho các robot

Hình 2.12 Phương án 1-B: Thiết kế 2 robot gắp chung 1 lane

Bảng 2-3 So sánh các phương án phân bổ gói để tối ưu vận hành cho hệ robot

(Tiêu chí so sánh: Thiết kế - Lắp đặt - Vận hành - Bảo trì)

Sử dụng cơ cấu phân chia sản phẩm đầu vào giữa 2 lane để robot ở hai bên đều hoạt động

Thiết kế robot 1 và 2 cùng gắp sản phẩm chung 1 lane Ưu điểm

Dễ lắp đặt do hệ thống không thay đổi nhiều

+1 Hệ thống giảm được tiết diện theo chiều ngang

Tách biệt mỗi robot theo từng máy đóng gói nên thuận tiện cho việc kiểm soát chất lượng

Giảm bớt khối lượng công việc bảo trì do đã giảm đi 1 lane

Gói dễ bị mất ổn định hơn do di chuyển qua lại 2 lane bằng cơ cấu chuyển hướng

Nếu băng tải chung bị hư thì cả hệ robot phải dừng hoạt động

Tăng thêm cơ cấu: Tăng thêm hạng mục bảo trì, tăng thêm chi phí bảo trì

2.2.2 Thiết kế lại hệ thống thêm robot dự phòng và đáp ứng yêu cầu mở rộng sản xuất trong tương lai

Công suất dự phòng hiện tại của hệ thống 02 robot là 18.6%, do đó nếu 1 robot bị sự cố không thể hoạt động hoặc sản lượng tăng thêm thì hệ thống phải bổ sung thêm robot để đáp ứng công việc đóng gói

- Phương án 2-A: Bổ sung ở mỗi lane thêm 1 robot dự phòng

- Phương án 2-B: Bổ sung thêm 1 lane dự phòng

- Phương án 2-C: Bổ sung thêm 1 robot và thiết kế lại hệ thống để các robot gắp sản phẩm trên cùng 1 lane

Hình 2.13 Phương án 2-A: Thiết kế thêm 1 robot dự phòng ở mỗi lane

Hình 2.14 Phương án 2-B: Thiết kế thêm 1 lane dự phòng cho hệ thống

Hình 2.15 Phương án 2-C: Thiết kế cho các robot cùng gắp trên 1 lane

Bảng 2-4 So sánh các phương án thiết kế thêm robot dự phòng và đáp ứng yêu cầu mở rộng sản xuất trong tương lai

(Tiêu chí so sánh: Thiết kế - Lắp đặt - Vận hành - Bảo trì)

Bổ sung ở mỗi lane thêm 1 robot dự phòng

Bổ sung thêm 1 lane dự phòng

Bổ sung thêm 1 robot và thiết kế lại hệ thống để các robot gắp sản phẩm trên 1 lane Ưu điểm

Tiết diện bề ngang của hệ thống không tăng lên

Tách biệt mỗi robot theo từng máy đóng gói nên thuận tiện cho việc truy vết khi có sự cố chất lượng

Hệ thống sau khi thiết kế lại được giảm bớt về diện tích

Tách biệt mỗi robot theo từng máy đóng gói nên thuận tiện cho việc truy vết khi có sự cố chất lượng

Giảm bớt khối lượng công việc bảo trì do đã giảm đi 1 lane

Sử dụng 4 robot gây lãng phí công suất cho hệ thống

Hệ thống chiếm nhiều diện tích theo chiều ngang

Nếu băng tải chung bị hư thì cả hệ robot phải dừng hoạt động

Tăng thêm các hạng mục bảo trì cho 2 robot dự phòng (giác hút, hộp giảm tốc, motor, )

Gói dễ bị mất ổn định hơn do di chuyển qua lại các lane bằng cơ cấu chuyển hướng

/ TỔNG ĐIỂM: 0 TỔNG ĐIỂM: -1 TỔNG ĐIỂM: +1

XÂY DỰNG GIẢI THUẬT VÀ MÔ PHỎNG

Quy trình hoạt động chung

Giải thuật vận hành chung của hệ thống:

Hình 3.1 Giải thuật vận hành chung của hệ thống

1 “INPUT BAG ?”: Kiểm tra có sản phẩm vào / không có sản phẩm vào

2 “ROBOT AT HOME ?”: Kiểm tra robot ở HOME / không ở HOME

3 “TASK ALLOCATION”: Thực hiện tính toán và ra quyết định

4 “READY = ON ?”: Kiểm tra tín hiệu có sản phẩm sẵn sàng để gắp

5 “SEND DATA TO ROBOT”: Gửi dữ liệu tọa độ, tốc độ cho robot

6 “ERROR ?”: Kiểm tra chương trình có phát sinh lỗi hay không

Khi bắt đầu mỗi chu kỳ làm việc mới, robot sẽ xác định các sản phẩm có khả năng gắp được hoặc không gắp được dựa trên vị trí của sản phẩm trên băng tải Nếu tính toán không thể gắp được thì robot sẽ chờ sản phẩm tiếp theo, ngược lại nếu có khả năng gắp thành công thì robot sẽ tiến hành di chuyển xuống gắp Tại thời điểm tool gắp chạm vào sản phẩm, robot sẽ ra quyết định lần cuối về việc gắp hay không dựa trên giá trị áp suất cài đặt.

Xây dựng các thông số của hệ thống

3.2.1 Vị trí các thiết bị và sản phẩm

Như phương án đã chọn ở chương 2:

- Hệ thống robot đóng gói mới sẽ gồm có 03 cánh tay robot cùng thực hiện gắp sản phẩm trên một băng tải chung

- Mỗi robot sẽ làm việc trong phạm vi 1 (m) trên băng tải Điểm xa nhất của robot khi gắp đảm bảo nhỏ hơn giới hạn làm việc cho phép của robot [7]

Hình 3.2 Bố trí các thiết bị và sản phẩm trong quá trình làm việc

- Chi tiết các kích thước trong khu vực làm việc của robot:

Ta có bảng tổng hợp các kích thước như sau:

Bảng 3-1 Ký hiệu khoảng cách giữa các thiết bị và sản phẩm

1 X1 Độ dài băng tải làm việc của robot

2 X2 Khoảng cách giữa tâm robot và đầu băng tải

3 X3 Khoảng cách giữa tâm robot và tâm thùng carton

4 X4 Chiều dài tool hút của robot

5 Y1 Khoảng cách giữa tâm băng tải và tâm thùng carton

6 Y2 Khoảng cách giữa tâm băng tải và tâm robot

7 Z1 Khoảng cách giữa TCP robot và bề mặt băng tải khi robot ở

8 Z2 Khoảng cách giữa bề mặt sản phẩm và bề mặt băng tải

9 Z3 Khoảng cách giữa bề mặt băng tải và bề mặt thùng carton

Hình 3.3 Khoảng cách chi tiết giữa các thiết bị và sản phẩm

3.2.2 Các thông số vận hành của hệ thống

Hệ thống robot thực hiện công việc gắp sản phẩm vào thùng gồm có các thông số vận hành cơ bản như sau:

Bảng 3-2 Thống kê các thông số vận hành cơ bản của hệ thống ĐỐI

TƯỢNG STT THÔNG SỐ GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ

1 Số lượng robot làm việc trên dây chuyền 3 robot

2 Tốc độ di chuyển tối đa của robot 1000 mm/s

3 Tốc độ gói sản phẩm đầu vào 104 gói / phút

4 Số lượng gói sản phẩm trong một cụm xếp mí (một lượt gắp) 3 gói

5 Khối lượng 01 gói sản phẩm 1 kg

TẢI 6 Tốc độ băng tải 300 mm/s

7 Quãng đường robot bám theo sản phẩm để kiểm tra áp suất 75 mm

8 Ngưỡng áp suất cài đặt cho sensor hệ giác hút -60 kPa

9 Thời gian chờ để robot thả gói vào thùng carton trong 1 chu kỳ 0.25 giây

Phân bổ tác vụ

3.3.1 Mục tiêu Để thực hiện quá trình phân bổ tác vụ thì đầu tiên cần phải biết thông số đầu vào của hệ thống và số lượng robot cùng thực hiện nhiệm vụ Từ đó, mục tiêu của phân bổ tác vụ sẽ là tính toán cách thức giúp robot linh hoạt hoàn thành công việc trong các điều kiện khác nhau để đạt được nhiệm vụ được giao ban đầu

Cụ thể hơn, với hệ thống gồm 03 cánh tay robot thực hiện công việc gắp sản phẩm thì mục tiêu của giải thuật là tính toán tốc độ của 03 robot để thực hiện gắp

100% số lượng các sản phẩm đi vào hệ thống (trừ các sản phẩm bị lỗi) và đồng thời số lượng sản phẩm gắp được của các robot là tương đương nhau

3.3.2 Giải thuật robot gắp sản phẩm trên băng tải chạy liên tục

Giải thuật là như nhau cho mỗi robot Để robot thực hiện gắp sản phẩm trên băng tải chạy liên tục, tiến hành chia quá trình thành 03 trạng thái chính như sau: (1) Robot ở “HOME” và sẵn sàng di chuyển xuống để gắp sản phẩm

(2) TCP của robot chạm vào bề mặt sản phẩm chạy trên băng tải

(3) Robot và sản phẩm cùng di chuyển trên băng tải (với quãng đường được quy định) trước khi được gắp lên và di chuyển đến thùng

Quy trình cụ thể như sau:

- Trạng thái 1: Robot ở HOME và sẵn sàng gắp sản phẩm: Ở trạng thái HOME, Robot sẽ trả về tín hiệu sẵn sàng (READY = ON) cho hệ thống và bắt đầu xử lý dữ liệu các gói sản phẩm Sau khi xử lý và lựa chọn được mục tiêu, robot sẽ tiến hành di chuyển xuống gắp

Hình 3.4 Robot sẵn sàng gắp sản phẩm (Trạng thái 1)

+ Z1 : Khoảng cách giữa TCP robot và bề mặt băng tải khi robot ở "HOME" + X0 : Vị trí của sản phẩm (mục tiêu) trên băng tải ở thời điểm robot sẵn sàng + Z2 : Chiều dày của sản phẩm

- Trạng thái 2: TCP của robot chạm vào điểm giữa trên bề mặt sản phẩm: Ở trạng thái này, tool của robot đã chạm vào sản phẩm, giữ nguyên trạng thái để chuẩn bị di chuyển cùng với gói trên băng tải

- Trạng thái 3: Robot và sản phẩm di chuyển trên băng tải trước khi hút lên: Đây là quá trình cần có để hệ thống tiến hành kiểm tra chất lượng tiếp xúc giữa tool hút và bề mặt gói, kết thúc quá trình sẽ có 02 trường hợp xảy ra:

Hình 3.5 TCP robot chạm vào tâm sản phẩm (Trạng thái 2)

+ Nếu kết quả tiếp xúc tốt (áp suất hút đạt chuẩn): Robot sẽ tiến hành hút sản phẩm lên và cho vào thùng carton, sau đó kết thúc một chu kỳ làm việc

+ Ngược lại, nếu kết quả tiếp xúc không tốt (áp suất hút không đạt chuẩn), robot sẽ tiến hành ngắt áp suất hút, di chuyển về lại HOME

Phương trình mối quan hệ giữa tọa độ robot, tọa độ sản phẩm, thời gian di chuyển của robot từ vị trí HOME đến vị trí TCP của robot chạm vào sản phẩm (t 1 ):

√(V rb ∗ t 1 ) 2 − (Z 1 − Z 2 ) 2 = |X 2 − (V cv ∗ t 1 )| (3.1) Phương trình thể hiện quãng đường di chuyển của robot và sản phẩm để kiểm tra áp suất trước khi tiến hành gắp lên (t 2 ): d = V cv ∗ t 2 (3.2)

Hình 3.6 Robot và sản phẩm cùng di chuyển trên băng tải (Trạng thái 3)

Tổng thời gian robot gắp sản phẩm (t pick ): t pick = t 1 + t 2 (3.3)

- V rb (mm/s) : Tốc độ dài của robot

- V cv (mm/s) : Tốc độ dài của băng tải

- (X 1 , Z 1 ) : Tọa độ TCP của robot ở vị trí sẵn sàng (vị trí HOME)

- (X 2 , Z 2 ) : Tọa độ tâm bề mặt sản phẩm ở thời điểm robot bắt đầu di chuyển

Từ phương trình (3.1), (3.2), (3.3), tìm được thời gian t 1 , t 2 , t pick để robot tiến hành bám và gắp sản phẩm trong một chu kỳ làm việc

Ta có bảng tổng hợp:

Bảng 3-3 Bảng thông số tọa độ của robot và sản phẩm trong quá trình gắp:

2 Sản phẩm (X 2 , Z 2 ) [X 2 − (V cv ∗ t 1 ) , Z 2 ] [X 2 − (V cv ∗ t pick ) , Z 2 ]

Sau khi kết thúc quá trình bám theo sản phẩm để kiểm tra áp suất hút, nếu áp suất không đủ thì robot sẽ tiến hành quay trở về vị trí sẵn sàng (vị trí HOME) để chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo Thời gian quay về (t pick fail ) sẽ được tính như sau: t pick fail = √[X 2

Sau khi robot bám theo sản phẩm đến vị trí kết thúc quá trình kiểm tra áp suất, nếu áp suất đạt thì robot sẽ tiến hành gắp sản phẩm lên và di chuyển tới vị trí thùng carton để tiến hành công đoạn xếp gói vào thùng Thời gian di chuyển đến vị trí thùng carton (t place ) được tính như sau: t place =

Sau khi thả sản phẩm vào thùng carton, robot sẽ di chuyển về lại vị trí sẵn sàng (vị trí HOME) để chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo Thời gian di chuyển về vị trí sẵn sàng (t back ) được tính như sau: t back = (Z 1 +Z 3 )+√(X 3 ) 2 +(Y 1 ) 2

- X 3 (mm) : Khoảng cách giữa tâm robot và tâm thùng carton

- Y 1 (mm) : Khoảng cách giữa tâm băng tải và tâm thùng carton

- Z 1 (mm) : Khoảng cách TCP robot và bề mặt băng tải khi robot ở "HOME"

- Z 3 (mm) : Khoảng cách giữa bề mặt băng tải và bề mặt thùng carton

Quy trình tính toán thời gian, tọa độ các điểm để gắp sản phẩm trên băng tải:

- P 1 : Vị trí của sản phẩm ở thời điểm robot bắt đầu di chuyển xuống gắp

- P 2 : Vị trí robot chạm vào sản phẩm trên băng tải

- P 3 : Vị trí kết thúc quá trình gắp sản phẩm trên băng tải (kiểm tra áp suất hút)

3.3.3 Giải thuật lựa chọn tác vụ và tính toán tốc độ cho robot

Giải thuật sẽ là như nhau cho mỗi robot Từ điểm trễ nhất để kết thúc quá trình gắp trên băng tải, giải thuật sẽ tính ra điểm trễ nhất để bắt đầu quá trình gắp Từ đó, trong quá trình hoạt động robot sẽ tự động loại bỏ các tác vụ không có khả năng thực hiện do vượt quá điều kiện làm việc (phạm vi, tốc độ) của robot

Hình 3.7 Quy trình tính toán thời gian, tọa độ điểm gắp của sản phẩm Điểm trễ nhất để kết thúc quá trình gắp sản phẩm (P 3 ) được tính từ độ dài băng tải làm việc của robot (X 1 ) và chiều dài tool hút của robot (X 4 ) như sau:

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Thiết lập các thông số của hệ thống

4.1.1 Các thông số kích thước của hệ thống Để tiến hành mô phỏng và đánh giả kết quả của giải thuật, đề tài sẽ tiến hành chọn các kích thước như trong thực tế vận hành hệ thống (Giới hạn vùng làm việc, giới hạn an toàn để gắp sản phẩm, thả sản phẩm, )

Kích thước trong khu vực làm việc của robot:

Từ mô tả trên, ta có bảng tổng hợp các thông số kích thước trong khu vực phạm vi làm việc của robot như sau:

Hình 4.1 Các kích thước trong khu vực làm việc của robot

Bảng 4-1 Thông số các kích thước trong khu vực làm việc của robot

THƯỚC MÔ TẢ GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ

1 X1 Độ dài băng tải làm việc của robot 1000 (mm)

2 X2 Khoảng cách giữa tâm robot và đầu băng tải 500 (mm)

3 X3 Khoảng cách giữa tâm robot và tâm thùng carton 400 (mm)

4 X4 Chiều dài tool hút của robot 300 (mm)

5 Y1 Khoảng cách giữa tâm băng tải và tâm thùng carton 320 (mm)

6 Y2 Khoảng cách giữa tâm băng tải và tâm robot 320 (mm)

7 Z1 Khoảng cách giữa TCP robot và bề mặt băng tải khi robot ở "HOME" 150 (mm)

8 Z2 Khoảng cách giữa bề mặt sản phẩm và bề mặt băng tải 30 (mm)

9 Z3 Khoảng cách giữa bề mặt băng tải và bề mặt thùng carton 475 (mm)

4.1.2 Các thông số vận hành của hệ thống

Từ các thông số kích thước đã chọn, tiếp tục tiến hành chọn các thông số vận hành như thực tế của hệ thống như sau:

Bảng 4-2 Các thông số vận hành của hệ thống ĐỐI

TƯỢNG STT THÔNG SỐ GIÁ

1 Số lượng robot làm việc trên dây chuyền 03 robot

2 Tốc độ di chuyển tối đa của robot 1000 mm/s

3 Tốc độ gói sản phẩm đầu vào 104 gói / phút

4 Số lượng gói sản phẩm trong một cụm xếp mí (một lượt gắp) 03 gói

5 Khối lượng 01 gói sản phẩm 01 kg

TẢI 6 Tốc độ băng tải 300 mm/s

7 Quãng đường robot bám theo sản phẩm để kiểm tra áp suất 75 mm

8 Ngưỡng áp suất cài đặt cho sensor hệ giác hút -60 kPa

9 Thời gian chờ để robot thả gói vào thùng carton trong 1 chu kỳ 0.25 giây

Kết quả mô phỏng

Từ các thông số kích thước và các thông số vận hành liệt kê trong “Bảng 4-1” và “Bảng 4-2”, tiến hành mô phỏng tính toán giải thuật trên phần mềm Matlab để kiểm chứng với các trường hợp khác nhau

4.2.1 Điểm kết thúc trễ nhất và điểm bắt đầu trễ nhất để robot gắp

Với điểm kết thúc trễ nhất P 3 (latest) = −350 (mm) Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa tốc độ robot và điểm bắt đầu trễ nhất P 1 (latest) của quá trình robot gắp sản phẩm như sau:

- Với điểm kết thúc gắp trễ nhất P 3 (latest) = −350 (mm), điểm bắt đầu gắp trễ nhất cho phép giảm dần theo chiều giảm dần của tốc độ robot Dựa trên cơ sở đó, ta có thể tiến hành lựa chọn điểm giới hạn để robot tiến hành gắp sản phẩm trong thực tế vận hành

- Với tốc độ tối đa của robot V rb = 1000 (mm/s) và vị trí kết thúc trễ nhất của quá trình gắp x = -350 (mm) Tính được vị trí bắt đầu trễ nhất:

4.2.2 Tốc độ đáp ứng của robot và số lượng tác vụ thực hiện được

❖ Trường hợp 1: Các sản phẩm đầu vào của hệ thống là lý tưởng 100%, áp suất hút ở mỗi lần gắp đều đạt tiêu chuẩn

Cho các điều kiện để mô phỏng như sau:

Hình 4.2 Quan hệ giữa tốc độ robot và điểm bắt đầu gắp trễ nhất cho phép

+ Số lượng sản phẩm (Input) : 120

+ Tốc độ gói đầu vào của 2 máy đóng gói (Speed of input) : 104 (gói / phút) + Số lượng robot tham gia quá trình gắp sản phẩm (Active robot) : 03

+ Số lượng sản phẩm bị lỗi khi vào hệ thống (Pressure error) : 0

Số lượng sản phẩm gắp được và tốc độ đáp ứng mỗi chu kỳ của robot 1,2,3:

Phân bố vị trí gắp sản phẩm của các robot trên băng trải:

Hình 4.3 [TH1] Số lượng sản phẩm gắp được và tốc độ đáp ứng của robot

Hình 4.4 [TH1] Phân bố vị trí của các sản phẩm được gắp trên băng tải

Ta có bảng tổng hợp kết quả mô phỏng của trường hợp 1 (TH1):

Bảng 4-3 Kết quả mô phỏng trường hợp 1

- Từ kết quả mô phỏng cho thấy: Với tốc độ gói đầu vào giữ nguyên như hiện tại (104 gói / phút) thì 100% số lượng các sản phẩm đều được gắp thành công bởi hệ thống 03 robot

- Số lượng tác vụ phân bổ cho 03 robot là tương đương nhau, chênh lệch trong khoảng 1-2 sản phẩm

- Tốc độ của 03 robot tham gia quá trình gắp sản phẩm là tương đương nhau và dao động trong khoảng từ 549 → 575 (mm/s)

→ Hệ thống robot đáp ứng được các điều kiện vận hành của TH1

+ Tốc độ gói đầu vào của 2 máy đóng gói (Speed of input): 104 (gói / phút)

+ Số lượng robot tham gia quá trình gắp sản phẩm (Active robot) : 02 + Số lượng sản phẩm bị lỗi khi vào hệ thống (Pressure error) : 0

Số lượng sản phẩm gắp được và tốc độ đáp ứng mỗi chu kỳ của 02 robot:

Phân bố vị trí gắp của các robot trên băng trải:

- Từ kết quả mô phỏng cho thấy: Với tốc độ gói đầu vào giữ nguyên như hiện tại (104 gói / phút) thì 100% số lượng các sản phẩm đều được gắp thành công bởi hệ thống 02 robot

- Tốc độ của 02 robot tham gia quá trình gắp sản phẩm tương đương nhau và dao động trong khoảng từ 880 → 894 (mm/s)

❖ Trường hợp 3: Các sản phẩm đầu vào của hệ thống không lý tưởng 100% (do các sản phẩm bị lỗi xếp mí), áp suất hút ở một số lần không đạt tiêu chuẩn

Cho các điều kiện ban đầu để mô phỏng như sau:

+ Tốc độ gói đầu vào của 2 máy đóng gói (Speed of input): 104 (gói / phút)

+ Số lượng robot tham gia quá trình gắp sản phẩm (Active robot) : 03 + Số lượng sản phẩm bị lỗi khi vào hệ thống (Pressure error) : 05

Cho 05 sản phẩm lỗi ngẫu nhiên lần lượt ở các vị trí: 1, 15, 23, 34, 45

- Từ kết quả mô phỏng cho thấy: Với tốc độ gói đầu vào giữ nguyên như hiện tại (104 gói / phút), trừ 5 gói bị lỗi ra thì tất cả các gói còn lại trên hệ thống đều gắp thành công bởi hệ thống 03 robot

- Số lượng tác vụ phân bổ cho 03 robot là tương đương nhau ở robot 1 và 2, chênh lệch khoảng 1-2 sản phẩm Ở robot 3 số lượng tác vụ thực hiện được là ít hơn do phần lớn các gói đạt và thực hiện thành công đã phân bố đều về robot 1 và 2

- Tốc độ của hệ 03 robot tham gia quá trình gắp sản phẩm dao động trong khoảng 549.3 → 880.2 (mm/s), các vị trí robot thay đổi tốc độ đột ngột rơi vào các lượt gắp đằng sau các lượt gắp bị lỗi áp suất trước đó

+ Tốc độ gói đầu vào của 3 máy đóng gói (Speed of input): 156 (gói / phút) + Số lượng robot tham gia quá trình gắp sản phẩm (Active robot) : 03 + Số lượng sản phẩm bị lỗi khi vào hệ thống (Pressure error) : 0

- Từ kết quả mô phỏng cho thấy: Với tốc độ gói đầu vào tăng lên 1 máy đóng gói (156 gói / phút) thì 100% số lượng các sản phẩm đều được gắp thành công bởi hệ thống 03 robot

- Tốc độ của 03 robot tham gia quá trình gắp sản phẩm tương đương nhau và dao động trong khoảng từ 849 → 866.1 (mm/s)

TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Tổng kết các kết quả đạt được

Layout của hệ thống trước khi cải tiến (Layout cũ):

Layout của hệ thống sau khi cải tiến (layout mới):

Hình 5.1 Layout của hệ thống trước khi cải tiến

Hình 5.2 Layout của hệ thống sau khi cải tiến Đề tài "CẢI TIẾN HỆ THỐNG ROBOT ĐÓNG GÓI BỘT NGỌT BẰNG CÁCH ÁP DỤNG THUẬT TOÁN TỰ ĐỘNG PHÂN BỔ TÁC VỤ" đã giải quyết được các vấn đề hiện tại của hệ thống (Các vấn đề, ảnh hưởng đã được liệt kê chi tiết trong “Bảng 1-1 Tổng hợp các vấn đề hiện tại và ảnh hưởng”), tổng hợp lại như sau:

Bảng 5-1 Tổng hợp kết quả cải tiến của đề tài

Công suất làm việc của

Robot chỉ hoạt động khi có sản phẩm vào lane tương ứng:

→ Không tối ưu được công suất làm việc của hệ thống 02 robot đóng gói (Robot, băng tải, )

Các robot luôn hoạt động khi có sản phẩm:

→ Tối ưu được công suất làm việc của hệ thống các robot đóng gói

→ Đơn giản cho việc quản lý kế hoạch bảo trì, chi phí mời chuyên gia ĐẠT

Thời gian hoạt động của các robot khác nhau do tùy vào kế hoạch sản xuất:

→ Lãng phí cho các hoạt động bảo trì định kỳ (Time-based maintenance): Bảo trì robot, bảo trì hệ băng tải

Hoạt động chung của hệ thống robot

Dừng sản xuất ở máy đóng gói có robot bị ngưng

→ Ảnh hưởng đến sản lượng của nhà máy

Bổ sung thêm 1 robot dự phòng trên dây chuyền:

→ Linh hoạt đáp ứng sản xuất trong điều kiện có robot ngưng (Do sự cố, cần bảo trì) ĐẠT

Nếu mở rộng quy mô sản xuất (tăng thêm máy đóng gói):

Hệ thống được thiết kế lại:

→ Diện tích hệ thống giảm ~ 15%

→ Không tốn thêm chi phí mua thêm băng tải mới nếu mở rộng quy mô sản xuất ĐẠT

Nếu mở rộng quy mô sản xuất (tăng thêm máy đóng gói):

→ Tốn chi phí mua thêm hệ băng tải mới, chi phí bảo trì ĐẠT

Hướng phát triển của đề tài

- Hiện tại, đề tài đã bước đầu chứng minh được tính khả thi (về mặt lý thuyết) của giải pháp cải tiến – giải thuật tự động phân bổ tác vụ cho hệ robot Do đó ở bước tiếp theo trong kế hoạch triển khai dự án, giải thuật cần phải được xây dựng và vận hành thử nghiệm trên hệ thống robot công nghiệp hoặc mô hình có khả năng đáp ứng tương tự Qua đó, đánh giá được hiệu quả vận hành của thuật toán trong các điều kiện về: Tốc độ, khí nén, tải trọng, chất liệu sản phẩm, các sai số vận hành của thiết bị (robot, băng tải, sensor, ) và đưa ra các điều chỉnh về mặt xử lý tín hiệu trong giải thuật nhằm ổn định vận hành cho hệ thống

- Trong hệ thống đã cải tiến hiện tại, ở cuối băng tải làm việc của robot 3 là vị trí thùng để đựng các sản phẩm nếu không kịp gắp bởi robot Do đó, vị trí này vẫn phải cần công nhân để tiến hành xử lý đóng gói lại trong quá trình sản xuất

Hướng cải tiến: Thiết kế hệ thống tự động chuyển các gói sản phẩm bị loại quay trở lại quy trình đóng gói (kèm theo các thiết bị để kiểm tra chất lượng)

Hình 5.3 Vị trí chứa gói do robot gắp không kịp hoặc bị lỗi trong quá trình gắp

Tiêu đề	Cải tiến hệ thống robot đóng gói bột ngọt bằng cách áp dụng thuật toán tự động phân bổ tác vụ
Tác giả	Nguyễn Trọng Nhân
Người hướng dẫn	PGS. TS. Lê Đức Hạnh
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ thuật Cơ Điện Tử
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	3,29 MB