Dùng robot để thúc đẩy xe chạy điện và chế tạo van an toàn cho ắc-quy

Sự bùng nổ về xe chạy điện cũng khiến nhu cầu về ắc-quy và các bộ phận của ắc-quy tăng vọt. Nhà cung cấp ô tô Hugo Benzing có trụ sở tại Korntal-Münchingen gần Stuttgart và là nhà sản xuất đĩa nổ của ắc-quy cũng như các bộ phận khác, đang cảm nhận được tác động của việc này. Trong trường hợp nhiệt độ tăng quá cao, các van sẽ làm giảm áp suất trong ắc-quy, do đó góp phần đáng kể để đảm bảo an toàn cho những chiếc xe ô tô điện. Sản xuất van là một quy trình khó khăn và có tính đồng bộ cao - và do đó là quy trình lý tưởng để áp dụng các giải pháp tự động hóa.

Các phương tiện di chuyển bằng điện đang là xu hướng. Xe ô tô điện sử dụng điện, có thể sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo, nhờ đó giảm lượng khí thải CO2 – một bước quan trọng hướng tới bảo vệ khí hậu. Những nhà lãnh đạo của công ty có quy mô vừa Hugo Benzing GmbH & Co. KG ở Korntal-Münchingen đã nhanh chóng nhận ra rằng xu hướng sử dụng xe điện sẽ là xu hướng lâu dài. Nhà sản xuất các bộ phận an toàn hàng đầu thế giới cũng nhận ra rằng chuyên môn của họ sẽ giúp ích trong việc chế tạo ô tô điện. Vì vậy, các chuyên gia an toàn bắt đầu phát triển các bộ phận màng nổ và đĩa nổ cho ắc-quy ô tô điện. Trong trường hợp ắc-quy trở nên quá nóng, các van an toàn được cấp bằng sáng chế sẽ giải phóng áp suất ra bên ngoài. Chúng đảm bảo an toàn cho ắc-quy cũng như của xe ô tô điện bằng cách ngăn chặn tình trạng tăng áp suất trong ắc-quy.

Chú trọng an toàn trong quá trình sản xuất

Để sản xuất van xả này cho ắc-quy xe ô tô điện, cần liên tục kiểm soát chất lượng trong suốt quá trình sản xuất để đáp ứng các yêu cầu về an toàn. Van có cấu tạo gồm ba phần, được lắp ráp trong một khu vực sản xuất nhỏ tự động tại Benzing. Giám đốc Điều hành Christian Benzing nhớ lại: “Ban đầu chúng tôi chế tạo các van bằng tay. Tuy nhiên, chúng tôi nhanh chóng nhận ra nhu cầu của ngành công nghiệp ô tô đối với các loại van xả cho xe ô tô điện này sẽ tăng lên đáng kể.

Tại cơ sở của nhà cung cấp ô tô Hugo Benzing ở Korntal-Münchingen, van an toàn cho ắc-quy lithium trong xe ô tô điện được sản xuất bằng quy trình tự động.

Benzing cho biết: “Vì vậy, chúng tôi cần số lượng lớn”. Công suất chỉ có thể tăng mạnh nếu áp dụng tự động hóa. Hơn nữa, các bước kiểm tra an toàn giờ đây có thể được chuẩn hóa theo các quy trình xác định, được lập trình và sử dụng công nghệ tiên tiến. Đây là lúc cần đến chuyên môn của công ty kỹ thuật cơ khí và tự động hóa WAFIOS Tube Automation GmbH có trụ sở tại Simonswald ở Black Forest.

Hai triệu van mỗi năm

"Chúng tôi đã nhận được đơn đặt hàng cho khu vực sản xuất nhỏ tự động hóa đầu tiên vào tháng 10 năm 2019. Năm sau, khu vực sẽ đi vào hoạt động ở Korntal,” Boris Kühn, Giám đốc Điều hành của WAFIOS Tube Automation cho biết khi nhìn lại những ngày đầu của khu vực sản xuất nhỏ tự động hóa. Kể từ năm 2023, hai khu vực sản xuất nhỏ gần như giống hệt nhau đã đi vào hoạt động, sản xuất tổng cộng hai triệu van mỗi năm. Trong mỗi đơn vị có sáu robot KUKA làm việc cùng nhau. Các robot KR AGILUS lắp ráp van xả từ ba bộ phận riêng lẻ – bệ đỡ, lò xo và bộ phận khóa.

Sáu robot KR AGILUS lắp ráp các đĩa nổ cho ắc-quy trong một khu vực sản xuất nhỏ tự động hóa.

Các robot cũng có khả năng xoay 360 độ. Các phép tính chính xác đã được thực hiện để đảm bảo chúng không va chạm trong quá trình làm việc và được lập trình theo các trình tự xác định. Các trạm trung chuyển, nơi các robot đặt xuống và lấy lên các bộ phận riêng lẻ, là yếu tố then chốt cho quá trình này. Việc thực hiện liên tiếp các thao tác lấy và đặt đảm bảo công việc trong khu vực sản xuất nhỏ không bị gián đoạn.

Cần có độ chính xác tối đa khi gắp từng bộ phận riêng lẻ.

Khu vực sản xuất nhỏ có thể di động nhờ thiết kế theo mô-đun

Các chuyên gia tự động hóa chọn sử dụng robot KUKA để thực hiện đơn đặt hàng Benzing vì hai lý do: thứ nhất, WAFIOS Tube Automation là đối tác hệ thống của chuyên gia về robot có trụ sở tại Augsburg từ năm 2013 và thứ hai, Benzing từng sử dụng KUKA cho các quy trình tự động hóa khác và đã có những trải nghiệm rất tích cực. Nhiều quy trình khác nhau được thực hiện ở tốc độ cao trong khu vực sản xuất nhỏ có kích thước 7 x 5 mét. Để thực hiện các quy trình này đòi hỏi phải có một robot nhanh, chính xác và nhỏ gọn. Quyết định được đưa ra là tạo một bộ gồm sáu robot KR AGILUS có độ chính xác cao cho mỗi khu vực sản xuất nhỏ - được thiết kế cho các quá trình có tốc độ làm việc cực cao. Ngoài robot linh hoạt, toàn bộ hệ thống còn có thể di chuyển. Hệ thống không bị cố định tại một vị trí cụ thể trong nhà máy mà được gắn trên ba tấm thép và có thể di chuyển sang địa điểm khác vô cùng nhanh chóng. “Đây là một yếu tố quan trọng đối với chúng tôi vì quy trình sản xuất luôn cần được điều chỉnh. Giải pháp di động này có nghĩa là hoạt động sản xuất của chúng tôi không bị gián đoạn", Christian Benzing nói.

Robot di chuyển các bộ phận riêng lẻ trong khu vực sản xuất nhỏ

Van dùng cho ắc-quy trong xe ô tô điện được sản xuất tại Benzing theo hệ thống ba bước. Nhân viên bắt đầu quy trình sản xuất tự động bằng cách đưa các bộ phận vận chuyển vào hệ thống thông qua hệ thống xếp dỡ. Tại đó, KR AGILUS lấy bộ phận bệ đỡ và chuyển nó đến điểm kiểm tra ánh sáng để kiểm tra bằng camera xử lý hình ảnh. Những camera này là một phần quan trọng của quá trình kiểm tra. Sau bộ phận bệ đỡ, lò xo cũng được đo lường trước khi sử dụng, sẽ được đưa vào kiểm tra. Cuối cùng, bộ phận khóa cũng được chuyển đến để kiểm tra. Nếu phát hiện bộ phận lỗi, KR AGILUS sẽ để riêng bộ phận đó vào hộp được cung cấp để chứa các bộ phận lỗi.

Các bộ phận riêng lẻ được lấy lên và đặt xuống một cách chính xác tại các trạm trung chuyển.

Người vận hành máy có thể can thiệp bất cứ lúc nào

Sau khi kiểm tra tất cả các bộ phận, robot sẽ chuyển chúng đến trạm lắp ráp. Dietmar Dengler, đồng thời là Giám đốc Điều hành của WAFIOS Tube Automation giải thích: “Ở đó, chúng được hàn bằng sóng siêu âm - ở tần số cao”. Hơi thoát ra trong quá trình này sẽ được chiết xuất để đảm bảo an toàn cho nhân viên. Sau đó, robot sẽ chuyển các bộ phận đã hàn đến trạm mài nhẵn để loại bỏ cặn hàn. Lúc này một trạm thử nghiệm khác sẽ được tích hợp vào quy trình. Nếu bộ phận thành phẩm đáp ứng các yêu cầu, nó sẽ trải qua kiểm tra rò rỉ, được thực hiện trong buồng chứa khí heli. Dengler cho biết: “Nếu tất cả đều tốt thì bộ phận đó sẽ được khắc bằng laser và sẵn sàng để sử dụng”. Người vận hành cũng có thể yêu cầu kiểm tra từng bộ phận trong suốt quá trình nếu thấy cần thiết. Sau khi tất cả các bước sản xuất tự động đã hoàn tất, người vận hành sẽ tháo các van an toàn đã hoàn thành.

Tay gắp yêu cầu độ chính xác tối đa

Việc chế tạo các tay gắp cho robot dùng để nhặt và đặt các bộ phận mỏng manh là một thử thách. Dengler giải thích: “Lò xo có sáu tay có thể uốn cong nếu bạn giữ chúng quá chặt”. Tuy nhiên, các nhân viên của WAFIOS Tube Automation đã quen thuộc với các yêu cầu này đối với tay gắp và do đó đã tự phát triển chúng cho khu vực sản xuất nhỏ lắp ráp. Hệ thống điều khiển toàn diện được sử dụng để vận hành hệ thống và sáu robot KR AGILUS thông qua một bảng điều khiển duy nhất cũng được phát triển nội bộ và đã được khách hàng sử dụng trong nhiều năm nay. Kühn nhấn mạnh: “Người vận hành chỉ cần lập trình hệ thống điều khiển, họ không cần phải có bất kỳ kiến thức nào về robot”.

Christian Benzing (ở giữa) chọn WAFIOS Tube Automation là nhà cung cấp giải pháp tự động hóa - cùng với Giám đốc Điều hành Dietmar Dengler (bên trái) và Boris Kühn (bên phải)

Để trở thành nhà cung cấp tốt nhất trong lĩnh vực này, chúng tôi cần kiểm soát hoàn toàn quy trình. Chúng tôi chỉ có thể đạt được điều này bằng tự động hóa.

Christian Benzing, Giám đốc Điều hành của Hugo Benzing GmbH & Co. KG

Các nhân viên tại Hugo Benzing GmbH & Co. KG cảm thấy hài lòng về hệ thống tự động hóa.Nhờ có những “đồng nghiệp robot”, các nhân viên có thể dành thời gian và sức lực cho các hoạt động sản xuất khác.Hơn nữa, việc sản xuất van an toàn bằng tay cũng không phù hợp do sự phức tạp của quy trình lắp ráp, vô số bước thử nghiệm và sản lượng tăng mạnh. Do đó, công ty đang có những đóng góp lớn vào sự phát triển không ngừng của ngành xe ô tô điện.