Dũng Đỗ
Writer
Các nhà nghiên cứu tại Bắc Kinh đã cải tiến một dây chuyền sản xuất máy bay không người lái (drone) với một cánh tay robot có khả năng khoan vào vật liệu sợi carbon phức tạp, một công việc trước đây đòi hỏi những kỹ thuật viên có tay nghề cao và nhiều năm kinh nghiệm.
Tại một cơ sở sản xuất máy bay không người lái (drone) quốc phòng ở Bắc Kinh, một khung thân máy bay bằng sợi carbon màu đen đang nằm trên bàn làm việc, sẵn sàng cho công đoạn khoan. Vật liệu này có đặc tính rất nhẹ và bền, nhưng cũng rất "khó tính": chỉ một sai số nhỏ về góc độ hoặc vị trí của lỗ khoan cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng tàng hình của chiếc drone, dẫn đến việc phải loại bỏ toàn bộ một bộ phận đắt tiền.
Trước đây, công việc đòi hỏi sự chính xác và khéo léo bậc thầy này thường được thực hiện bởi các kỹ thuật viên lành nghề, những người phải dựa vào nhiều năm kinh nghiệm của mình. Tuy nhiên, dù có kỹ năng cao, những giới hạn của con người vẫn làm hạn chế tốc độ sản xuất và khiến cho chi phí ở mức cao.
Điều đó giờ đây đã thay đổi với một đột phá đến từ Viện Công nghệ Vũ trụ Trung Quốc (CAST). Các nhà nghiên cứu tại đây đã làm thay đổi hoàn toàn dây chuyền sản xuất này và giảm thiểu các sai số xuống chỉ còn 0,04 đến 0,1 mm.
Hiện nay, một con robot đang đứng trên sàn nhà máy. Cánh tay mạnh mẽ của nó đang định vị một cơ cấu song song chính xác, với phần đầu cuối là một mũi khoan. Các cảm biến thời gian thực của nó mô phỏng lại cảm giác của con người, liên tục điều chỉnh áp lực để có thể tạo ra những lỗ khoan thẳng đứng và những lỗ khoan chìm một cách hoàn hảo. Tốc độ của nó nhanh gấp đôi so với một con người, và không có một sản phẩm nào bị loại bỏ do lỗi về chất lượng.
Trong một bài báo được đăng trên tạp chí Manufacturing Technology & Machine Tool, nhà nghiên cứu Le Yi của CAST và nhóm của ông đã ghi nhận rằng xu hướng quân sự trên toàn cầu đang phát triển theo hướng không người lái và các hoạt động thông minh.
"Để có thể giảm trọng lượng và tối đa hóa tải trọng, các loại drone hiện đại sử dụng một cách rộng rãi các vật liệu hợp chất (composite) từ sợi carbon, thường chiếm từ 60% đến 80% cấu trúc của chúng, một tỷ lệ cao hơn đáng kể so với các máy bay chiến đấu có người lái," nhóm nghiên cứu cho biết.
"Độ chính xác khi thực hiện công đoạn khoan ở các bộ phận này ảnh hưởng trực tiếp đến việc lắp đặt các tải trọng, hiệu suất khí động học và cả khả năng tàng hình của drone. Việc khoan thủ công truyền thống gặp rất nhiều khó khăn trong việc đảm bảo chất lượng đồng nhất về vị trí, dung sai kích thước, độ chuẩn xác của các đường viền và bề mặt hoàn thiện."
Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn một cánh tay robot nặng và mạnh mẽ, có khả năng xử lý các chuyển động thô, được sản xuất bởi Kuka, một thương hiệu robot công nghiệp nổi tiếng của Đức hiện đang thuộc sở hữu của tập đoàn Midea (Trung Quốc). Theo họ, phần đầu chấp hành (end-effector) có cơ cấu song song của cánh tay này có thể thực hiện các điều chỉnh chính xác tới mức micron (một micron bằng một phần triệu của mét). Nhóm nghiên cứu cũng đã đạt được một đột phá trong công nghệ cảm biến bề mặt, khi sử dụng 3 tia laser để có thể quét bề mặt cong của thân drone, trong khi một đầu dò nổi sẽ đo mức độ biến dạng của vật liệu để có thể kiểm soát độ sâu của mũi khoan một cách chính xác.
Để đảm bảo độ chính xác, các nhà khoa học và kỹ sư cũng đã xây dựng một "bản sao kỹ thuật số" (digital twin) của toàn bộ trạm làm việc để có thể mô phỏng các phản ứng của vật liệu yếu trước khi tiến hành khoan trên thực tế.
Kết quả đã chứng minh rằng, hệ thống tự động này đã hoàn thành tất cả các lỗ khoan trên thân của chiếc drone với những tiêu chuẩn cao nhất. Các đinh tán sau đó đã được lắp vào một cách vừa khít, với độ lệch chỉ dưới 0,48 độ / 0,1 mm, một con số vượt trội hơn so với yêu cầu của quân sự là 0,5 độ / 0,2 mm.
Sự thành công của dự án này là một minh chứng nữa cho thấy vai trò ngày càng quan trọng của robot và tự động hóa trong các ngành công nghiệp sản xuất công nghệ cao, giúp tăng năng suất, cải thiện chất lượng và giải phóng con người khỏi những công việc nguy hiểm, lặp đi lặp lại.
Khi robot đảm nhận công việc đòi hỏi sự khéo léo bậc thầy
Tại một cơ sở sản xuất máy bay không người lái (drone) quốc phòng ở Bắc Kinh, một khung thân máy bay bằng sợi carbon màu đen đang nằm trên bàn làm việc, sẵn sàng cho công đoạn khoan. Vật liệu này có đặc tính rất nhẹ và bền, nhưng cũng rất "khó tính": chỉ một sai số nhỏ về góc độ hoặc vị trí của lỗ khoan cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng tàng hình của chiếc drone, dẫn đến việc phải loại bỏ toàn bộ một bộ phận đắt tiền.
Trước đây, công việc đòi hỏi sự chính xác và khéo léo bậc thầy này thường được thực hiện bởi các kỹ thuật viên lành nghề, những người phải dựa vào nhiều năm kinh nghiệm của mình. Tuy nhiên, dù có kỹ năng cao, những giới hạn của con người vẫn làm hạn chế tốc độ sản xuất và khiến cho chi phí ở mức cao.
Điều đó giờ đây đã thay đổi với một đột phá đến từ Viện Công nghệ Vũ trụ Trung Quốc (CAST). Các nhà nghiên cứu tại đây đã làm thay đổi hoàn toàn dây chuyền sản xuất này và giảm thiểu các sai số xuống chỉ còn 0,04 đến 0,1 mm.
Hiện nay, một con robot đang đứng trên sàn nhà máy. Cánh tay mạnh mẽ của nó đang định vị một cơ cấu song song chính xác, với phần đầu cuối là một mũi khoan. Các cảm biến thời gian thực của nó mô phỏng lại cảm giác của con người, liên tục điều chỉnh áp lực để có thể tạo ra những lỗ khoan thẳng đứng và những lỗ khoan chìm một cách hoàn hảo. Tốc độ của nó nhanh gấp đôi so với một con người, và không có một sản phẩm nào bị loại bỏ do lỗi về chất lượng.
Bài toán "đau đầu" của ngành sản xuất drone
Trong một bài báo được đăng trên tạp chí Manufacturing Technology & Machine Tool, nhà nghiên cứu Le Yi của CAST và nhóm của ông đã ghi nhận rằng xu hướng quân sự trên toàn cầu đang phát triển theo hướng không người lái và các hoạt động thông minh.
"Để có thể giảm trọng lượng và tối đa hóa tải trọng, các loại drone hiện đại sử dụng một cách rộng rãi các vật liệu hợp chất (composite) từ sợi carbon, thường chiếm từ 60% đến 80% cấu trúc của chúng, một tỷ lệ cao hơn đáng kể so với các máy bay chiến đấu có người lái," nhóm nghiên cứu cho biết.
"Độ chính xác khi thực hiện công đoạn khoan ở các bộ phận này ảnh hưởng trực tiếp đến việc lắp đặt các tải trọng, hiệu suất khí động học và cả khả năng tàng hình của drone. Việc khoan thủ công truyền thống gặp rất nhiều khó khăn trong việc đảm bảo chất lượng đồng nhất về vị trí, dung sai kích thước, độ chuẩn xác của các đường viền và bề mặt hoàn thiện."
Công nghệ đột phá và kết quả vượt trội
Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn một cánh tay robot nặng và mạnh mẽ, có khả năng xử lý các chuyển động thô, được sản xuất bởi Kuka, một thương hiệu robot công nghiệp nổi tiếng của Đức hiện đang thuộc sở hữu của tập đoàn Midea (Trung Quốc). Theo họ, phần đầu chấp hành (end-effector) có cơ cấu song song của cánh tay này có thể thực hiện các điều chỉnh chính xác tới mức micron (một micron bằng một phần triệu của mét). Nhóm nghiên cứu cũng đã đạt được một đột phá trong công nghệ cảm biến bề mặt, khi sử dụng 3 tia laser để có thể quét bề mặt cong của thân drone, trong khi một đầu dò nổi sẽ đo mức độ biến dạng của vật liệu để có thể kiểm soát độ sâu của mũi khoan một cách chính xác.
Để đảm bảo độ chính xác, các nhà khoa học và kỹ sư cũng đã xây dựng một "bản sao kỹ thuật số" (digital twin) của toàn bộ trạm làm việc để có thể mô phỏng các phản ứng của vật liệu yếu trước khi tiến hành khoan trên thực tế.
Kết quả đã chứng minh rằng, hệ thống tự động này đã hoàn thành tất cả các lỗ khoan trên thân của chiếc drone với những tiêu chuẩn cao nhất. Các đinh tán sau đó đã được lắp vào một cách vừa khít, với độ lệch chỉ dưới 0,48 độ / 0,1 mm, một con số vượt trội hơn so với yêu cầu của quân sự là 0,5 độ / 0,2 mm.
Sự thành công của dự án này là một minh chứng nữa cho thấy vai trò ngày càng quan trọng của robot và tự động hóa trong các ngành công nghiệp sản xuất công nghệ cao, giúp tăng năng suất, cải thiện chất lượng và giải phóng con người khỏi những công việc nguy hiểm, lặp đi lặp lại.
