4 BƯỚC TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG PALLETIZER THEO SẢN LƯỢNG ĐÓNG GÓI

Tính toán công suất hệ thống palletizer là bước khởi đầu quyết định để chọn palletizer phù hợp với yêu cầu sản xuất. Bài viết trình bày phương pháp tính chi tiết dựa trên số kiện/giờ, chiều cao xếp, tốc độ robot và hệ số làm việc thực tế, kèm biện pháp an toàn khi tích hợp AGV/robot và đề xuất tiêu chí lựa chọn thiết bị.

1. Giới thiệu về tính toán công suất hệ thống palletizer

Tính toán công suất là quá trình chuyển yêu cầu sản lượng (cases per hour) thành các thông số thiết kế palletizer: chu kỳ chuỗi (cycle time), tốc độ robot (mm/s hoặc picks/min), thời gian handshake với AGV/chuỗi băng chuyền, và chiều cao xếp tối đa (stacking height) để đảm bảo ổn định pallet. Mục tiêu là xác định throughput thực tế, buffer cần thiết và thông số servo/drive để đảm bảo OEE ≥ 95%.

2. Các bước tính toán công suất hệ thống palletizer

Để bắt đầu tính toán công suất hệ thống palletizer, cần thu thập: sản lượng mục tiêu (cases/hour), kích thước kiện (L×W×H mm), khối lượng kiện (kg/case), số kiện/giờ mục tiêu, chiều cao pallet tối đa (mm), yêu cầu xếp (pattern stacking), khoảng thời gian giao hàng (shift length), và hệ số an toàn vận hành (availability factor, ví dụ 0.92). Giả định môi trường: tầng bằng, hệ thống băng tải tốc độ ổn định ±2%.

Các tham số kỹ thuật trọng yếu

Các chỉ số cần theo dõi khi tính toán công suất hệ thống palletizer: cycle time target (s/case), robot speed (m/s hoặc picks/min), robot acceleration (m/s²), gripper dwell time (s), indexing time của conveyor (s), pallet changeover time (s), và stacking height limit (mm). Ngoài ra cần tính hệ số takt time theo ca: takt = (ca_hours × 3600 × availability) / (cases_required).

1. Bước 1 — Chuyển sản lượng thành takt time và chu kỳ thao tác
   Từ số kiện/giờ, tính takt time cơ bản: takt_time (s) = 3600 / cases_per_hour. Ví dụ: với số kiện/giờ = 1,800, thì takt_time = 2.0 s/kiện. Sau đó chia takt_time thành các phân đoạn thao tác: pick time, transfer time, place time, pallet indexing, và safety margin. Mục tiêu đặt cycle_time_target = takt_time / (efficiency_factor), với efficiency_factor thường 0.92–0.96 để bù downtime nhỏ.
2. Bước 2 — Xác định yêu cầu robot và tốc độ cơ khí
   Dựa trên cycle_time_target, xác định tốc độ robot và thông số drive cần thiết. Ví dụ: nếu pick+place+transfer phải hoàn thành trong 1.4 s (trong takt 2.0 s), robot cần đạt picks/min ≈ 42.9 (tương đương 0.7 picks/s). Chọn robot delta hoặc 6-axis có tốc độ vị trí chuyển ≤ 0.3 s cho pick/transfer và ≤ 0.4 s cho place, acceleration ≥ 5 m/s². Với palletizer tầng cao, tính thời gian nâng hạ (lift time) theo chiều cao xếp và tốc độ nâng (m/s) để đảm bảo place time không vượt ngưỡng.
3. Bước 3 — Thiết kế chuỗi vật liệu và buffer

Một phần quan trọng trong tính toán công suất hệ thống palletizer là xác định dung lượng buffer và chuỗi băng tải.

Thông số cần xem xét:

• Thời gian vận chuyển kiện từ máy đóng gói đến palletizer (conveyor travel time).
• Số lượng kiện tồn trung gian trên băng tải (buffer cases).
• Tốc độ băng tải (m/min), hệ số đồng bộ hóa (synchronization factor).

Ví dụ: với số kiện/giờ = 2,400, mỗi 1.5 s có 1 kiện đến palletizer. Băng tải dài 15 m, tốc độ 30 m/min, có thể chứa 75 kiện. Buffer này tương đương 47 s sản xuất, đủ thời gian robot đổi pallet (average pallet changeover = 40–45 s).

Ngoài ra, khi tính buffer, phải cộng thêm hệ số dao động ±10% do kiện có thể xếp chồng không đều hoặc lệch sensor. Điều này đảm bảo tốc độ robot không bị quá tải khi xảy ra spike input.

4. Bước 4 — Kiểm toán năng lực hệ thống và chiều cao xếp

Trong tính toán công suất hệ thống palletizer, bước cuối cùng là kiểm toán toàn bộ các tham số để đảm bảo hệ thống đạt throughput yêu cầu.

Thông số cần xác nhận:

• Chiều cao xếp: nếu pallet tối đa 1,600 mm, với kiện cao 250 mm, mỗi pallet chứa tối đa 6 layers (24 kiện).
• Thời gian đổi pallet (pallet exchange) phải < 50 s để không ảnh hưởng đến chu kỳ.
• Tỷ lệ an toàn (safety factor): hệ thống phải duy trì sản lượng ≥ 105% yêu cầu trong 15 phút stress test.

Ví dụ tính: sản lượng yêu cầu = 2,000 số kiện/giờ, tương đương 0.55 kiện/s. Nếu robot đạt 45 picks/min (0.75 kiện/s), hiệu suất sử dụng robot = 0.55 / 0.75 = 73%. Điều này đảm bảo robot hoạt động ở vùng tối ưu (70–80%), vừa tránh quá tải, vừa có margin cho downtime.

3. Ví dụ tính toán tổng hợp

Giả sử một nhà máy bia yêu cầu palletizer cho 2,400 số kiện/giờ.

• Case: 350×250×240 mm, khối lượng 12 kg.
• Pallet: 1,200×1,000 mm, chiều cao tối đa 1,600 mm.
• Pattern: 10×6 kiện/layer = 60 kiện/layer.

Khi tính toán:

• Pallet chứa 6 layer = 360 kiện.
• Với sản lượng 2,400 số kiện/giờ, cần 6.67 pallet/h.
• Thời gian xếp một pallet = 360 / 0.67 kiện/s = 538 s (≈ 9 phút).
• Robot cần tốc độ pick/place ~0.67 s/kiện, tương đương 90 picks/min.

Do đó, cần chọn robot tốc độ cao (delta hoặc 4-axis gantry) có tốc độ robot ≥ 100 picks/min, chiều cao thao tác ≥ 1,600 mm, gripper chịu tải ≥ 15 kg, và thời gian changeover < 45 s.

4. Yêu cầu an toàn trong tính toán hệ thống palletizer

Khi triển khai hệ thống, ngoài throughput, phải xét đến an toàn:

• Palletizer cần vùng an toàn ảo (safety zone) với scanner 2D hoặc 3D, bán kính phát hiện ≥ 3 m.
• Robot phải có nút dừng khẩn cấp (E-stop) phản ứng < 100 ms.
• Băng tải tích hợp cảm biến overload: dừng hệ thống nếu kiện kẹt > 3 s.
• Khi xếp kiện lên pallet cao, cần kiểm tra ổn định tâm khối: tâm trọng lực phải nằm trong 2/3 diện tích pallet để tránh đổ.

5. Các cấu hình palletizer trong công nghiệp

Trong tính toán công suất hệ thống palletizer, việc lựa chọn cấu hình ảnh hưởng lớn đến năng suất và an toàn. Có hai loại phổ biến: palletizer cơ khí truyền thống (conventional) và palletizer robot.

Palletizer truyền thống sử dụng hệ thống đẩy (pusher), bàn nâng, và cơ cấu phân lớp. Ưu điểm: ổn định, tốc độ cao, có thể đạt 200–250 số kiện/giờ × layer. Nhược điểm: linh hoạt thấp, khó thay đổi pattern stacking.

Palletizer robot (robotic palletizer) gồm robot 4-axis, 6-axis hoặc delta. Ưu điểm: linh hoạt, thay đổi pattern nhanh, tích hợp dễ với AGV. Công suất phụ thuộc tốc độ robot và số đầu gắp. Robot 4-axis có thể đạt 25–35 cycles/min, trong khi robot delta có thể đạt 120 picks/min.

6. Bảng so sánh công suất các cấu hình

Qua bảng, ta thấy robot phù hợp hơn khi yêu cầu linh hoạt, trong khi palletizer cơ khí thích hợp cho dây chuyền khối lượng lớn, pattern ít thay đổi.

7. Tiêu chí chọn palletizer theo ngành

Ngành FMCG: yêu cầu throughput cao, thường > 3,000 số kiện/giờ, ưu tiên palletizer cơ khí hoặc robot 4-axis tốc độ cao.

Ngành dược phẩm: kích thước kiện nhỏ, cần xếp chính xác, chiều cao xếp thường thấp ≤ 1,400 mm. Robot 6-axis với tầm với lớn phù hợp.

Ngành thực phẩm tươi sống: trọng lượng kiện thay đổi, yêu cầu robot có cảm biến lực và tốc độ robot linh hoạt để tránh hư hại sản phẩm.

Ngành logistics: đa dạng kích thước, cần palletizer robot 6-axis có khả năng adaptive gripping, throughput 1,200–1,800 số kiện/giờ.

8. Tại sao chọn ETEK trong triển khai hệ thống palletizer

ETEK là đơn vị tiên phong tại Việt Nam trong lĩnh vực tự động hóa xếp dỡ, đặc biệt trong tính toán công suất hệ thống palletizer.

• Đội ngũ kỹ sư có hơn 15 năm kinh nghiệm triển khai hơn 200 dự án.
• Hệ thống tính toán công suất chuẩn xác, dựa trên thông số thực tế: số kiện/giờ, chiều cao xếp, tốc độ robot và hiệu suất dây chuyền.
• Hỗ trợ triển khai tại các khu vực Đông Nam Á, Trung Đông, Nam Á với dịch vụ trọn gói: khảo sát, thiết kế, lắp đặt, bảo trì.
• Tích hợp an toàn: vùng quét LiDAR 3D, E-stop < 100 ms, PLC an toàn đạt chuẩn SIL3.
• Cung cấp giải pháp tùy biến: robot delta tốc độ cao cho ngành bao bì nhẹ, robot 4-axis tải lớn cho ngành FMCG, robot 6-axis linh hoạt cho logistics.

ETEK cam kết hệ thống palletizer vận hành với OEE ≥ 95%, downtime < 2%, và tuổi thọ trung bình > 10 năm.

9. Yêu cầu an toàn nâng cao trong hệ thống palletizer

Trong tính toán công suất hệ thống palletizer, vấn đề an toàn luôn song hành với công suất. Một hệ thống dù đạt 5,000 số kiện/giờ cũng vô nghĩa nếu gây nguy cơ tai nạn cho công nhân hoặc gây hỏng sản phẩm.

Các yêu cầu kỹ thuật cần kiểm soát:

• Vùng an toàn (safety zone) thiết lập bằng scanner 2D/3D, bán kính phát hiện ≥ 3 m, cảnh báo trong 200 ms.
• Tốc độ robot phải giảm xuống chế độ an toàn (≤ 250 mm/s) khi con người vào vùng cảnh báo.
• Hệ thống băng tải phải có cảm biến overload: dừng khẩn nếu kiện kẹt > 3 s hoặc lực đẩy vượt 50 N.
• Cơ cấu nâng pallet yêu cầu sensor chống rơi (anti-drop), độ lệch ≤ 5 mm khi tải ≥ 1 tấn.
• Toàn bộ hệ thống phải có tối thiểu 2 nút E-stop song song, thời gian phản ứng < 100 ms.

10. Lộ trình 12 tháng triển khai palletizer chuẩn công suất

ETEK khuyến nghị doanh nghiệp tuân theo lộ trình 12 tháng để vừa đảm bảo công suất vừa duy trì an toàn:

Tháng 1–3

• Thu thập dữ liệu thực tế: số kiện/giờ, kích thước kiện, chiều cao xếp.
• Mô phỏng 3D layout để dự đoán throughput, bottleneck, độ ổn định pallet.

Tháng 4–6

• Thiết kế chi tiết: chọn loại robot, xác định tốc độ robot cần thiết, chọn băng tải.
• Đánh giá FMEA (Failure Mode and Effect Analysis), RPN < 100.

Tháng 7–9

• Lắp đặt hệ thống, chạy thử tải giả (dummy load) với 120% sản lượng yêu cầu.
• Kiểm tra E-stop, safety zone, sensor overload.

Tháng 10–12

• Chạy thử nghiệm sản xuất thực tế, stress test ≥ 72 giờ liên tục.
• Đánh giá OEE, yêu cầu ≥ 95%.
• Lập báo cáo chuẩn ISO 9001 và bàn giao vận hành chính thức.

11. Xu hướng công nghiệp 4.0 trong tính toán công suất palletizer

Các nhà máy hiện đại không chỉ dừng lại ở việc tính toán công suất hệ thống palletizer mà còn tích hợp IoT và AI:

Giám sát thời gian thực

• Sensor IoT ghi lại throughput từng phút, tốc độ pick/place, tình trạng gripper.
• Hệ thống cảnh báo sớm khi số kiện/giờ giảm > 5% so với chuẩn.

Bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance)

• Thu thập dữ liệu rung động và nhiệt độ motor.
• AI dự đoán hỏng vòng bi trước 200–300 giờ vận hành.

Kết nối hệ thống ERP/MES

• Palletizer đồng bộ với kế hoạch sản xuất.
• Điều chỉnh chiều cao xếp theo đơn hàng khác nhau mà không cần dừng máy.

Chuẩn hóa toàn cầu

• Các khu vực Đông Nam Á, Trung Đông, Nam Á đang dần áp dụng ISO 10218 và ISO 13849.
• Điều này giúp ETEK triển khai hệ thống đồng bộ, không cần hiệu chỉnh lại tiêu chuẩn.

12. Kết luận

Tính toán công suất hệ thống palletizer là bước chiến lược giúp doanh nghiệp chọn đúng giải pháp, tránh đầu tư sai và tối ưu năng suất. Bằng việc phân tích chi tiết số kiện/giờ, xác định đúng chiều cao xếp, lựa chọn robot theo tốc độ robot, và tuân thủ quy chuẩn an toàn, doanh nghiệp có thể đạt throughput ổn định, chi phí hợp lý và tuổi thọ thiết bị dài hơn 10 năm.

ETEK tự tin mang đến giải pháp palletizer toàn diện: từ khảo sát, mô phỏng, thiết kế, lắp đặt, đến bảo trì. Không chỉ triển khai thành công tại Việt Nam, ETEK còn sẵn sàng cung cấp dịch vụ cho các dự án ở Đông Nam Á, Trung Đông, Nam Á, đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế và yêu cầu an toàn khắt khe.

BÀI VIẾT LIÊN QUAN:

Tư vấn các hệ thống Palletizer

Dịch vụ công nghệ khác của ETEK