Từ "lớn" đến "mịn": cách máy cắt và tua lại có thể trở thành động cơ hiệu quả của sản xuất linh hoạt

Từ "lớn" đến "mịn", cuốn sách tóm tắt chính xác sự phát triển cốt lõi của máy cắt và tua lại trong sản xuất hiện đại, đặc biệt là trong làn sóng sản xuất linh hoạt. Nó không còn là thiết bị phụ trợ đơn thuần của "cuộn lớn chia thành thể tích nhỏ", mà đã được chuyển đổi và nâng cấp thành "động cơ hiệu suất" thúc đẩy toàn bộ quy trình sản xuất phát triển theo hướng hiệu quả, linh hoạt và thông minh.

Dưới đây, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết về cách máy cắt cuộn đã hoàn thành vai trò thay đổi này và trở thành một phần quan trọng của quá trình sản xuất linh hoạt.

1. Vai trò truyền thống: những hạn chế và điểm yếu của "lớn"

Máy cắt và tua lại truyền thống chủ yếu giải quyết các nhu cầu cơ bản theo quy mô kinh tế:

• Mục đích sử dụng đơn lẻ: Cắt cuộn giấy gốc (ví dụ như giấy, màng phim, giấy bạc) thành nhiều khổ hẹp hơn hoặc thay lõi để dễ vận chuyển và sử dụng sau này.

• Các chỉ số cốt lõi: tốc độ, chiều rộng, khả năng chịu tải - theo đuổi mục tiêu "to hơn, nhanh hơn".

• Định vị trong sản xuất cứng nhắc: một mắt xích chuẩn hóa ở cuối dây chuyền sản xuất quy mô lớn và ít biến thể. Thiết bị cồng kềnh, mất nhiều thời gian để thay đổi công cụ và điều chỉnh thông số, không thể phản ứng nhanh với những thay đổi.

Trước nhu cầu sản xuất linh hoạt, loại thiết bị "lớn" và "ngớ ngẩn" này bộc lộ những điểm yếu rõ ràng:

1. Chuyển đổi không hiệu quả: Việc thay đổi thông số kỹ thuật của sản phẩm (chẳng hạn như chiều rộng khác nhau) đòi hỏi phải điều chỉnh thủ công vị trí dụng cụ, độ căng và tốc độ, mất nhiều giờ và không thể đáp ứng yêu cầu sản xuất của các lô nhỏ và nhiều lô.

2. Lãng phí vật liệu đáng kể: Mỗi lần bật và điều chỉnh đều tạo ra một lượng lớn chất thải, gây tốn kém cho các vật liệu có giá trị cao như màng quang học, bộ tách pin lithium.

3. Chất lượng phụ thuộc vào công sức lao động: Chất lượng của việc cắt (chẳng hạn như độ sắc nét và gọn gàng) phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người vận hành, khiến việc đảm bảo tính nhất quán trở nên khó khăn và dễ xảy ra tổn thất tiềm ẩn.

4. Đảo thông tin: Việc thiếu liên kết dữ liệu với các khâu đầu vào (như dây chuyền sản xuất phủ, đúc) và cuối cùng (như quy trình cắt khuôn, đóng gói) là một "hộp đen" trong toàn bộ quá trình sản xuất.

2. Sự tiến hóa hướng tới “sự tinh tế”: trở thành bốn trụ cột của động cơ hiệu quả sản xuất linh hoạt

Để thích ứng với sản xuất linh hoạt, các máy cắt và tua lại hiện đại đã có bước nhảy vọt về chất lượng về độ chính xác, trí thông minh, tự động hóa và kết nối.

Trụ cột 1: Độ chính xác cực cao – đảm bảo chất lượng và giá trị

Đây chính là hiện thân cốt lõi của “mịn”, quyết định trực tiếp đến chất lượng và giá trị của sản phẩm cuối cùng.

• Kiểm soát độ căng chính xác cao: Hệ thống kiểm soát độ căng vòng kín đa giai đoạn được áp dụng, từ tháo cuộn, kéo đến quấn, toàn bộ quá trình được kiểm soát chính xác. Điều này rất quan trọng đối với các vật liệu nhạy cảm với độ co giãn (ví dụ: PE, CPP) và các vật liệu cực mỏng (ví dụ: lá đồng ≤3μm), giúp tránh hiệu quả hiện tượng kéo giãn, nhăn, uốn lượn và các vấn đề khác.

• Công nghệ cắt chính xác: Động cơ tuyến tính dẫn động giá đỡ dụng cụ, thay thế cho việc điều chỉnh vít thủ công truyền thống, thông qua các thông số đầu vào HMI, giá đỡ dụng cụ có thể tự động di chuyển đến vị trí chỉ định một cách nhanh chóng và chính xác, độ chính xác định vị có thể đạt ±0,1mm hoặc thậm chí cao hơn. Đạt được "thay đổi sản xuất chỉ bằng một cú nhấp chuột".

• Phát hiện khuyết tật vi mô: Hệ thống kiểm tra trực quan trực tuyến tích hợp (CCD/AVI) để theo dõi các khuyết tật vi mô như gờ, bụi và điểm sáng trên cạnh cắt theo thời gian thực và báo động hoặc đánh dấu kịp thời để đạt được kiểm soát chất lượng 100%.

Trụ cột 2: Tự động hóa cao – Nâng cao hiệu quả và tính ổn định

Tự động hóa là chìa khóa để giảm sự phụ thuộc của con người và đạt được hoạt động "không người lái".

• Hệ thống thay đổi dụng cụ tự động: Nhiều loại lưỡi dao và chức năng quản lý tuổi thọ có thể được cài đặt sẵn để tự động thay đổi và mài dụng cụ, giúp giảm thời gian chết và sự can thiệp của con người.

• Giao diện hậu cần tự động: kết nối liền mạch với AGV/bộ điều khiển giàn để thực hiện tự động cấp cuộn dây chính, tự động dỡ cuộn dây thành phẩm và tự động cung cấp lõi cuộn, mở ra vòng hậu cần khép kín từ kho nguyên liệu thô đến kho thành phẩm.

• Công nghệ ghép nối tự động: sử dụng các phương pháp ghép nối không tiếp xúc như siêu âm và tĩnh điện để thực hiện ghép nối tự động các vật liệu tháo cuộn và đứt cũng như các cuộn dây mới nhằm đảm bảo tính liên tục của sản xuất.

Trụ cột 3: Trí tuệ sâu sắc – Dự đoán và tối ưu hóa

Đây là bộ não của máy cắt, trở thành "động cơ".

• Thuật toán PLC và AI tích hợp: Thiết bị được tích hợp PLC mạnh mẽ và cơ sở dữ liệu quy trình, có thể lưu trữ các thông số quy trình cắt chính xác (đường cong lực căng, tốc độ khớp, v.v.) cho hàng trăm loại vật liệu. Khi chuyển đổi sản phẩm, chỉ cần nhớ lại công thức và mọi cài đặt sẽ được thực hiện tự động.

• Bảo trì phòng ngừa và bản sao kỹ thuật số: Giám sát độ rung, nhiệt độ và các dữ liệu khác của các thành phần chính (như ổ trục và động cơ) theo thời gian thực thông qua cảm biến, sử dụng thuật toán AI để dự đoán các lỗi tiềm ẩn, sắp xếp bảo trì trước và tránh thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch. Công nghệ bản sao kỹ thuật số mô phỏng và tối ưu hóa quy trình cắt trong không gian ảo.

• Hệ thống truy xuất nguồn gốc chất lượng: Tạo "thẻ ID" duy nhất (mã QR/RFID) cho mỗi khối lượng thành phẩm, ghi lại thông tin cuộn chính, thông số cắt, người vận hành, dữ liệu chất lượng, v.v. để đạt được khả năng truy xuất nguồn gốc toàn bộ vòng đời.

Trụ cột 4: Kết nối liền mạch – tích hợp vào các hệ thống Công nghiệp 4.0

Máy cắt không còn là một hòn đảo nữa mà là một nút thông minh trong mạng lưới sản xuất linh hoạt.

• Hỗ trợ các giao thức truyền thông công nghiệp (như OPC UA, MQTT): Có khả năng tương tác dữ liệu hai chiều với MES (Hệ thống thực thi sản xuất) và ERP (Hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp) cấp cao hơn.

• Nhận hướng dẫn đặt hàng: Sau khi MES phát lệnh sản xuất, máy cắt tự động lấy thông tin như thông số kỹ thuật cắt, số lượng và thứ tự ưu tiên, rồi tự động chuẩn bị cho sản xuất.

• Phản hồi trạng thái sản xuất: Báo cáo theo thời gian thực về trạng thái thiết bị (hoạt động, tắt máy, hỏng hóc), sản lượng, mức tiêu thụ vật liệu, dữ liệu chất lượng, v.v. cho MES để cung cấp cơ sở theo thời gian thực cho việc lập lịch sản xuất và ra quyết định.

3. Làm thế nào để phát huy vai trò “động cơ hiệu quả”?

Trong bối cảnh thực tế của sản xuất linh hoạt, máy cắt và tua lại "tinh gọn" này thúc đẩy cải thiện hiệu quả tổng thể theo những cách sau:

1. Phản ứng nhanh với những thay đổi của thị trường: Sản xuất 10 loại màng phim có độ rộng khác nhau theo yêu cầu của khách hàng A vào buổi sáng, và chuyển sang 5 loại giấy chuyên dụng cho khách hàng B vào buổi chiều. Khả năng "chuyển đổi nhanh chóng chỉ bằng một cú nhấp chuột" giúp việc sản xuất các lô hàng nhỏ trở nên hiệu quả về mặt kinh tế.

2. Tối đa hóa việc sử dụng vật liệu: Công nghệ cắt có độ chính xác cao và công nghệ ghép nối gần như không có chất thải giúp giảm đáng kể vật liệu cạnh và phế liệu ban đầu, trực tiếp giảm chi phí nguyên liệu thô, điều này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu kim loại quý như vật liệu điện cực.

3. Cải thiện hiệu quả thiết bị tổng thể (OEE): Cải thiện đáng kể các chỉ số OEE bằng cách giảm thời gian chuyển đổi (cải thiện tính khả dụng), loại bỏ các lỗi chất lượng (cải thiện tỷ lệ hiệu suất) và cho phép bảo trì dự đoán (cải thiện tỷ lệ chất lượng).

4. Tăng cường “tùy chỉnh hàng loạt”: Là cầu nối giữa sản xuất hàng loạt liên tục (đúc đầu, phủ) và tùy chỉnh hàng loạt nhỏ rời rạc (cắt khuôn, đóng gói), chuyển đổi hiệu quả và chính xác “số lượng lớn” thành “số lượng nhỏ” để đáp ứng nhu cầu cá nhân hóa, là thiết bị cốt lõi để hiện thực hóa mô hình “tùy chỉnh hàng loạt”.

Phần kết luận

Máy cắt cuộn đã phát triển từ một thiết bị "vật lý" cồng kềnh thành một hệ thống "thông minh" tích hợp máy móc chính xác, tự động hóa, công nghệ cảm biến, trí tuệ nhân tạo và Internet công nghiệp. Sự chuyển đổi của nó từ "lớn sang tinh" là một ví dụ thu nhỏ về quá trình chuyển đổi từ "sản xuất" sang "sản xuất thông minh" của ngành công nghiệp sản xuất Trung Quốc.

Trong thời đại sản xuất linh hoạt, nó không còn chỉ là điểm cuối của dây chuyền sản xuất nữa mà là trung tâm chuyển đổi giá trị kết nối giữa quá trình trước và sau, thông qua tính linh hoạt, độ chính xác và trí thông minh cực cao, lợi thế về quy mô của quá trình trước được chuyển hóa thành năng lực cung ứng chính xác để đáp ứng nhu cầu phân mảnh của thị trường và thực sự trở thành "động cơ hiệu quả" thúc đẩy hoạt động hiệu quả của các nhà máy hiện đại.