Tự động hóa là gì?

Hệ thống điều khiển công nghệ cao vào quá trình sản xuất, đời sống, nhằm đảm bảo cho các máy móc, thiết bị và các ứng dụng khác hoạt động tự động, cùng với đó sự can thiệp của con người được giảm đi một cách đáng kể.

Một số quy trình đã được hoàn toàn tự động có thể nói tới như máy móc xử lý tại các nhà máy, nồi hơi, lò xử lý nhiệt, chuyển mạch trong mạng điện thoại, chỉ đạo và ổn định của tàu, máy bay.

Lợi ích lớn nhất của tự động hóa là tiết kiệm lao động, tuy nhiên, nó cũng được sử dụng để tiết kiệm năng lượng và nguyên vật liệu để nâng cao chất lượng với độ chính xác hơn.

Thuật ngữ “tự động hóa”, lấy cảm hứng từ các máy tự động, chưa được sử dụng rộng rãi trước năm 1947, khi Ford^[1] thành lập một bộ phận tự động hóa. Trong thời gian này, ngành công nghiệp đã được áp dụng nhanh chóng điều khiển phản hồi, mà đã được giới thiệu trong những năm 1930.

Tự động hóa đã được thực hiện bằng phương tiện khác nhau bao gồm cơ khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính kết hợp. Các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như các nhà máy hiện đại, máy bay và tàu thường sử dụng tất cả những kỹ thuật kết hợp.

Một số ví dụ điển hình của tự động hóa hiện nay có thể kể ra như:

-  Tổng đài điện thoại tự động đã được chuyển mạch rơ le là nguồn cảm hứng cho các máy tính kỹ thuật số. [37, 158]

-  Máy thổi chai thủy tinh thương mại thành công đầu tiên là một mô hình tự động được giới thiệu vào năm 1905. [41]

-  Máy công trình, điều hành bởi một phi hành đoàn hai người đàn ông làm việc ca 12 giờ, có thể sản xuất 17.280 chai trong 24 giờ, so với 2.880 chai được thực hiện bởi một phi hành đoàn sáu người đàn ông và trẻ em trai làm việc tại một cửa hàng trong một ngày.  

-  Ổ điện cắt được phát triển bằng cách sử dụng lý thuyết điều khiển. Ổ điện cắt được sử dụng trên các phần khác nhau của một máy mà một khác biệt chính xác phải được duy trì giữa các phần. Ứng dụng đầu tiên của một ổ điện cắt là trên một máy giấy trong năm 1919. Một trong những phát triển quan trọng nhất của ngành công nghiệp thép trong thế kỉ 20 đã liên tục rộng, đgợc phát triển bởi Armco vào năm 1928. [39, 475]

- Máy công cụ tự động di chuyển, được vận hành bởi người lao động có tay nghề thấp được phát triển bởi James Nasmyth trong những năm 1840. Sau đó, máy công cụ được cải tiến, nâng cao hơn, nó được tự động với điều khiển bằng số (NC) sử dụng trong năm 1950. Điều này sớm phát triển thành điều khiển số bằng máy tính (CNC) như ngày nay [40].

Ngày nay, tự động hóa được mở rộng để thực hiện trong tất cả các quy trình thực tế của sản xuất và lắp ráp. Một số quá trình lớn bao gồm hệ điện, lọc dầu, hóa chất, nhà máy thép, nhựa, nhà máy xi măng, nhà máy phân bón, giấy và bột giấy nhà máy, ô tô và lắp ráp xe tải, sản xuất máy bay, sản xuất thủy tinh, nhà máy tách khí tự nhiên, thực phẩm và đồ uống chế biến, đóng hộp đóng chai và sản xuất các loại khác nhau của các bộ phận. Đặc biệt, hệ thống tự động hóa cho thấy tính hữu ích trong các ứng dụng vào những công việc độc hại như xử lý chất thải, phun sơn ô-tô, hàn ô-tô, hàn tự động và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác đòi hỏi tính chi tiết, chính xác cao như sử dụng để lắp ráp bản mạch điện tử...

a. Một vài ưu điểm và hạn chế của tự động hóa Các ưu điểm chính của tự động hóa là:

• Tăng năng suất sản xuất.
• Cải thiện chất lượng hoặc tăng khả năng dự báo về chất lượng.
• Cải thiện mạnh mẽ (thống nhất), quy trình hay sản phẩm.
• Tăng tính nhất quán của đầu ra.
• Giảm chi phí nhân công trực tiếp và chi phí nhân lực.
• Thay thế các nhà khai thác của con người trong các công việc có liên quan đến thể chất hay đơn điệu cứng. Thay thế con người thực hiện công việc trong môi trường nguy hiểm (hoạt động với lửa, không gian, núi lửa, cơ sở hạt nhân, dưới nước...)
• Thực hiện nhiệm vụ đó là vượt quá khả năng của con người về kích thước, trọng lượng, tốc độ, sức chịu đựng...
• Cải thiện kinh tế: Tự động hóa có thể cải thiện điều kiện làm việc, hoạt động sản xuất kinh doanh củacác doanh nghiệp, hay nền kinh tế - xã hội mỗi đất nước. Ví dụ, khi doanh nghiệp đầu tư vào tự động hóa, công nghệ phục hồi đầu tư; hoặc một đất nước đầu tư cho tự động hóa để phát triển nền kinh tế như Đức hay Nhật Bản trong thế kỉ 20.
• Giảm thời gian hoạt động và thời gian xử lý công việc đáng kể.
• Giải phóng người lao động để đảm nhiệm vai trò khác.
• Cung cấp công việc ở cấp cao hơn trong việc phát triển, triển khai, bảo trì và hoạt động của các quá trình tự động.

 Những hạn chế chính của tự động hóa là:

• Các mối đe dọa an ninh/ dễ bị tổn thương: Một hệ thống tự động có thể có một mức giới hạn của trí thông minh và vì thế dễ bị phạm lỗi bên ngoài phạm vi trước mắt của mình về kiến thức (ví dụ, đó là thường không thể áp dụng các quy tắc của logic đơn giản).
• Không thể đoán trước/ chi phí phát triển quá mức: Các nghiên cứu và phát triển chi phí của tự động hóa trong một quá trình có thể vượt quá chi phí tiết kiệm bằng cách tự động hóa bản thân.
• Chi phí ban đầu cao: Việc thiết lập cơ chế tự động hóa cho một sản phẩm mới thường đòi hỏi một sự đầu tư ban đầu rất lớn so với chi phí chi cho các sản phẩm đơn thuần, hơn nữa trong quá trình đầu tư sẽ phát sinh thêm nhiều chi phí kéo theo. VD: Việc chuyển từ sử dụng nhân công con người sang dây truyền sản xuất tự động đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu rất cao. Ngoài ra, cũng cần có chi phí cho việc đào tạo nhân công vận hành các loại thiết bị, máy móc hiện đại và phức tạp.

b. Các ứng dụng phổ biến của tự động hóa

• Robot công nghiệp được sử dụng tại một tiệm bánh.
• Máy bán lẻ tự động đồ ăn, thức uống, tạo nên các chuỗi bán đồ ăn tự động. Nhiều siêu thị và các cửa hàng đã nhanh chóng đưa mô hình tự động hóa vào hoạt động, từ đó gia tăng khả năng bán hàng của hệ thống, và cắt giảm được sức lao động thủ công.
•  Mua sắm trực tuyến có thể được coi là một hình thức bán lẻ tự động như thanh toán và thanh toán được thông qua một tự động xử lý giao dịch trực tuyến của hệ thống. Các hình thức tự động hóa cũng có thể là một phần không thể thiếu của mua sắm trực tuyến, ví dụ như việc triển khai các robot kho tự động được áp dụng bởi Amazon sử dụng Hệ thống Kiva^[2].
• Khai thác tự động

Các ngành công nghiệp khai thác mỏ hiện đang trong quá trình chuyển đổi theo hướng tự động hóa. Hiện nay, nó vẫn có thể đòi hỏi một số lượng lớn các nguồn lực con người, đặc biệt là trong thế giới thứ ba, nơi chi phí lao động thấp nên có ít động lực để tăng hiệu quả thông qua tự động hóa.

• Camera giám sát tự động

Video giám sát tự động: giám sát người và phương tiện trong thời gian thực của một môi trường bận rộn. Hiện có hệ thống giám sát tự động dựa trên các môi trường mà họ được thiết kế chủ yếu để quan sát; ví dụ, trong nhà, ngoài trời hoặc trong không khí, lượng cảm biến mà các hệ thống tự động có thể xử lý và tính di động của cảm biến, như máy ảnh đứng yên so với máy ảnh điện thoại di động.

•  Hệ thống đường cao tốc tự động.

Xây dựng một đường cao tốc tự động từ hệ thống đường cao tốc thông minh hoàn toàn tự động trong tương lai có thể được phát triển. Hệ thống này sẽ chứa lắp đặt thiết bị trong xe có động cơ mới và hiện có. Điều khiển tự động cũng có thể tăng cường an toàn giao thông bằng cách giảm các vụ tai nạn xe cơ giới do các lỗi lái xe. Lợi ích tiềm năng khác bao gồm cải thiện chất lượng không khí, tăng tiết kiệm nhiên liệu và áp dụng công nghệ được tạo ra trong quá trình nghiên cứu và phát triển liên quan đến hệ thống đường cao tốc tự động.

• Quản lý chất thải tự động.

Xe tải sẽ tự động thu gom rác thải, giúp giảm bớt số lượng người lao động làm việc cũng như thời gian lao động cần thiết.

• Tự động hóa công nghiệp.

Chủ yếu là tự động hóa trong quá trình sản xuất, kiểm soát chất lượng và quy trình xử lý vật liệu. Xu hướng chung hiện nay là gia tăng sử dụng máy tầm nhìn để cung cấp các chức năng kiểm tra và hướng dẫn robot tự động phát huy hiệu quả sử dụng hơn nữa.

Như vậy, tự động hóa là một kiến tạo hiệu quả và giá trị của loài người. Nhờ đó, quá trình sản xuất, công nghiệp hóa và nâng cao năng suất lao động, hiệu quả công việc được nâng lên một tầm cao mới, thay đổi cơ bản nền công nghiệp toàn cầu, đưa con người vào thời đại mới của sự tiện nghi và năng suất.

---

[1] Công ty Ford Motor (NYSE: F) là một công ty đa quốc gia Hoa Kỳ và là nhà xản suất xe ôtô lớn hàng thứ 5 trên thế giới theo số lượng xe bán ra toàn cầu, theo sau Toyota, General Motors, Volkswagen và Hyundai-Kia. Có trụ sở tại Dearborn, Michigan, ngoại ô Detroit.

[2] Kiva là một tổ chức phi lợi nhuận, sứ mệnh của Kiva là kết nối mọi người thông qua việc cho vay nhằm xóa đói giảm nghèo. Bằng cách tận dụng Internet và mạng lưới các tổ chức tài chính vi mô trên toàn thế giới, Kiva cho cá nhân vay một khoản tiền rất nhỏ trị giá $25 để giúp tạo ra cơ hội trên toàn cầu.