Đối với nhiều đơn vị chế tạo máy, an toàn chức năng vẫn bị coi là một một yếu tố gây hạn chế. Vấn đề này thường chỉ được cân nhắc vào giai đoạn cuối của dự án, làm tăng thêm độ phức tạp và tạo áp lực đối với công tác kiểm định, lập hồ sơ tài liệu và vận hành thử.
Cách tiếp cận đó không còn hiệu quả nữa.
Trong sản xuất ô tô, đặc biệt là trong các ứng dụng xe điện, máy móc cần phải kết hợp giữa sản lượng cao với cách bố trí linh hoạt, cùng sự tương tác an toàn giữa con người và các cơ cấu chuyển động. Đồng thời, áp lực từ các quy định pháp lý ngày càng gia tăng. Các yêu cầu mới về máy móc, an ninh mạng và tích hợp an toàn đang thay đổi định nghĩa về một thiết kế máy chuẩn mực.
Thách thức đặt ra rất rõ ràng: làm thế nào để đáp ứng các kỳ vọng cao hơn về an toàn mà không biến an toàn thành trở ngại cho sản xuất?
Câu trả lời bắt đầu bằng sự thay đổi trong tư duy. An toàn chức năng không chỉ là giảm thiểu rủi ro. Khi được thiết kế và tích hợp đúng cách từ sớm, nó còn giúp nâng cao tốc độ thiết kế kỹ thuật, hệ số sẵn sàng của máy móc, hiệu quả năng lượng và mức độ sẵn sàng cho tương lai.
Nhiều giải pháp an toàn hiện vẫn được phát triển như một yếu tố bổ sung sau. Các rủi ro chỉ được đánh giá ở giai đoạn muộn của quy trình, các biện pháp bảo vệ được chắp vá thêm vào sau đó, và các chức năng an toàn bị tách rời khỏi thiết kế chung của máy.
Điều đó thường tạo ra các vấn đề mà lẽ ra có thể tránh được:
Việc xử lý những vấn đề này khiến nhiều Nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) ô tô và nhà chế tạo máy bị mất thời gian. Họ biết rằng an toàn là cần thiết, nhưng lại gặp khó khăn vì yếu tố an toàn không được tích hợp vào cấu trúc ngay từ đầu.
An toàn chức năng phải là một phần không thể tách rời trong ý tưởng thiết kế máy, chứ không phải là một thành phần chắp vá thêm vào.
Một phương pháp tiếp cận tối ưu hơn là bắt đầu sớm hơn và tích hợp trực tiếp hệ thống an toàn vào quy trình thiết kế máy.
Trong đó bao gồm việc cân nhắc ba yếu tố ngay từ đầu:
1. Đánh giá rủi ro dựa trên ứng dụng thực tế
Một ý tưởng an toàn đúng đắn bắt đầu từ việc hiểu rõ các phần nào của quy trình có thể gây rủi ro. Trong sản xuất ô tô và pin, các chuyển động được kiểm soát, hoạt động tương tác thủ công và các quy trình giá trị cao thường liên kết chặt chẽ với nhau. Điều đó càng làm tăng tầm quan trọng của việc có một quy trình đánh giá rủi ro chính xác.
Khi rủi ro đã được xác định rõ ràng, mức độ an toàn cần thiết cũng trở nên rõ ràng theo. Từ đó giúp giảm bớt các phán đoán cảm tính về sau.
2. Các chức năng an toàn tương thích với kiến trúc máy móc
Bước tiếp theo là xác định các chức năng an toàn nào cần thiết và nên được tích hợp vào vị trí nào trong hệ thống. Đây là thời điểm nhiều đội ngũ kỹ thuật phải đánh đổi giữa khả năng bảo vệ, độ phức tạp và tính linh hoạt.
Phương pháp tốt nhất là đồng bộ các chức năng an toàn với ứng dụng, đặc tính chuyển động và bố trí máy ngay từ đầu. Điều này giúp các đội ngũ kỹ thuật kiểm soát hiệu quả hơn hành vi của hệ thống và tránh tình trạng quy định thông số quá mức cần thiết.
3. Triển khai hỗ trợ hiệu suất
Thiết kế mạch và lựa chọn linh kiện sẽ quyết định cách hệ thống an toàn vận hành trong thực tế. Thời gian phản hồi, khả năng chẩn đoán lỗi, cơ chế khởi động lại và xử lý lỗi đều ảnh hưởng đến năng suất.
Một thiết kế an toàn chuẩn mực sẽ bảo vệ con người. Ngoài ra còn bảo vệ cả sản lượng đầu ra.
Một trong những thay đổi lớn nhất trong thiết kế máy hiện đại là xu hướng chuyển từ các ý tưởng an toàn tập trung sang các chức năng an toàn được đặt gần cơ cấu chấp hành hơn.
Điều này đặc biệt quan trọng vì hệ thống an toàn càng đặt gần chuyển động bao nhiêu, hệ thống càng có thể phản hồi nhanh và chính xác bấy nhiêu. Cơ cấu này cũng giúp đơn giản hóa cấu trúc trong các phân đoạn máy dạng mô đun và có thể giảm tiêu thụ năng lượng không cần thiết.
Mô hình này mang lại những lợi ích thiết thực sau:
Đây là điểm mà nhiều đội ngũ thường bỏ qua. Hệ thống an toàn không nhất thiết phải làm chậm tiến độ vận hành của máy. Khi được tích hợp đúng cách, nó sẽ giúp máy móc hoạt động hiệu quả hơn.
Hiện có một định kiến phổ biến rằng việc nâng cao tính an toàn luôn dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao hơn và giảm khả năng sẵn sàng hoạt động của máy. Tuy nhiên trong thực tế thường xảy ra điều ngược lại. Khi các chức năng an toàn được lựa chọn và tích hợp đúng cách, chúng sẽ giúp tránh lãng phí và tăng hiệu suất tổng thể của máy móc. Các chiến lược an toàn được xác định rõ ràng cùng quy trình quản lý chuyển động thông minh có thể giảm lượng khí nén tiêu thụ không cần thiết, hạn chế hao hụt và rút ngắn thời gian chu kỳ — tất cả những yếu tố này đều góp phần tạo nên một ý tưởng thiết kế máy có hiệu suất cao. Điều này đặc biệt quan trọng trong sản xuất ô tô, nơi các mục tiêu về hiệu suất liên tục tăng cao bên cạnh các yêu cầu về chất lượng và tính tuân thủ. Do đó, không nên xem xét an toàn chức năng tách biệt khỏi các quyết định về hiệu suất. An toàn chức năng phải là một phần không thể tách rời của các quyết định đó.
Trong sản xuất xe điện, áp lực đặt ra thậm chí còn lớn hơn. Sản xuất pin đòi hỏi sự kết hợp giữa các quy trịnh nhạy cảm, vật liệu giá trị cao và kỳ vọng khắt khe về an toàn. Điều đó càng làm tăng tầm quan trọng của các ý tưởng an toàn mạnh mẽ và được tích hợp toàn diện.
Tuy nhiên, nguyên lý này không chỉ giới hạn trong phạm vi sản xuất pin.
Cho dù ứng dụng nằm ở khâu lắp ráp pin, sản xuất hệ thống truyền động điện hay tự động hóa ngành ô tô nói chung, các đơn vị chế tạo máy đều cần những giải pháp hỗ trợ chuyển động an toàn, đơn giản hóa quy trình thiết kế kỹ thuật và vận hành đáng tin cậy. Máy móc phải đạt hiệu quả đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành và mới nổi.
Đó là lý do tại sao phương pháp tiếp cận trung lập về mặt công nghệ lại đóng vai trò quan trọng. Các chức năng an toàn điện và khí nén đều có vai trò riêng, và nhiều ứng dụng sẽ đạt hiệu quả tối ưu nhờ sự kết hợp chính xác giữa cả hai công nghệ này.
Không phải mọi máy móc đều phải được thiết kế lại từ đầu. Nhiều nhà sản xuất và nhà chế tạo máy cần cải tiến thiết bị hiện có để đáp ứng các quy định an toàn mới hơn hoặc các tiêu chuẩn nội bộ đã được cập nhật.
Đó là lúc các ý tưởng an toàn có thể mở rộng và giải pháp nâng cấp bổ sung phát huy tác dụng. Thay vì thiết kế lại toàn bộ hệ thống, việc hiện đại hóa các chức năng an toàn được lựa chọn, cải thiện khả năng chẩn đoán lỗi hoặc điều chỉnh các phần của máy theo các yêu cầu hiện tại sẽ trở nên dễ dàng hơn.
Quy trình cải tiến không nên biến thành một cuộc đại tu quy mô lớn.
Kiến trúc an toàn phù hợp sẽ giúp bảo vệ các khoản đầu tư hiện có, đồng thời giúp máy móc dễ dàng thích ứng hơn.
Festo đồng hành cùng các nhà chế tạo máy bằng các giải pháp an toàn chức năng kết hợp hài hòa giữa năng lực thiết kế kỹ thuật, tính an toàn và năng suất.
Trong đó bao gồm các hoạt động hỗ trợ cho:
Điều này rất quan trọng vì các nhà chế tạo máy hiếm khi cần các linh kiện riêng lẻ cho ứng dụng ô tô và xe điện. Cái họ cần là các ý tưởng an toàn đáp ứng các yêu cầu thực tế của máy móc, giúp họ đi từ khâu phân tích rủi ro đến khâu triển khai một cách dễ dàng hơn.
Đối với các ý tưởng thiết kế máy có tính cạnh tranh cao nhất, an toàn chức năng hiện là một phần không thể tách rời của hiệu suất máy.
Điều đó thay đổi hoàn toàn mọi thứ.
Bạn có thể thiết kế chuyển động an toàn hơn mà không làm hệ thống trở nên quá phức tạp. Bạn có thể đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành mà không cần tạo ra các nguồn lực thiết kế kỹ thuật không cần thiết. Ngoài ra, bạn có thể cải thiện hiệu suất cùng hệ số sẵn sàng của máy trong khi vẫn bảo vệ con người và quy trình sản xuất.
Đó mới chính là bước chuyển dịch thực sự.
An toàn chức năng không còn chỉ là một bước hoàn thành thủ tục ở giai đoạn cuối cùng. Đó là một phần của việc xây dựng các máy móc ô tô hiệu quả hơn ngay từ đầu.