Đo lường: Yếu tố không thể thiếu trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp

Toàn cảnh hội thảo.

Hội thảo do Hội Hợp tác các Phòng Thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh (Vinatest) tổ chức ngày 05/7/2023 tại TP. Hồ Chí Minh có sự tham dự của gần 100 đại  biểu đến từ các đơn vị Hội viên của Vinatest, phòng thí nghiệm, doanh nghiệp và những người quan tâm đến lĩnh vực đo lường. Đây là dịp để các đại biểu khám phá thêm nhiều khía cạnh cải tiến trong đo lường công nghiệp, tập trung vào phương tiện đo độ dài trong sản xuất, phương pháp đo lực, ngẫu lực, các loại cảm biến mới và xu hướng của đo lường, hiệu chuẩn thiết bị đo lường công nghiệp trong thời đại của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.

Phát biểu tại hội thảo, ông BT Tee, Tổng Giám đốc Công ty Informa Markets Việt Nam cho biết, nhanh hơn, rẻ hơn và tốt hơn là tất cả những gì nhà sản xuất thiết bị hướng đến nhằm nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường trong việc cung cấp hàng hóa. Tuy nhiên điều này không thể đạt được nếu như yếu tố cuối cùng là kiểm tra chất lượng để đảm bảo các bộ phận và sản phẩm được sản xuất theo các thông số kỹ thuật. Do đó, đo lường vật lý trở thành quá trình quan trọng để xác định được chất lượng sản xuất và chất lượng sản phẩm.

Phó Chủ tịch Vinatest - ông Đinh Văn Trữ phát biểu khai mạc hội thảo.

Đồng quan điểm trên, ông Đinh Văn Trữ, Phó Chủ tịch Vinatest nhấn mạnh rằng, trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, đo lường có vai trò rất quan trọng và không thể thiếu trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Sự đóng góp và vai trò vị trí của đo lường góp phần nâng cao chất lượng, giá trị sản phẩm, từ đó nâng cao chất lượng và tối ưu hóa dây chuyền sản xuất tại doanh nghiệp, tăng năng suất lao động và hiệu quả hoạt động của đơn vị.

Trên quan điểm đó, tại hội thảo đã có 04 đề tài được các diễn giả trình bày liên quan đến đo lường trong công nghiệp.

Diễn giả Huỳnh Thị Thu Vân tham luận tại hội thảo.

Trình bày về chủ đề “Phương tiện đo độ dài trong công nghiệp”, diễn giả Huỳnh Thị Thu Vân (Phòng Đo lường Độ dài - Quatest3) khẳng định, đo lường độ dài có vị trí khá quan trọng trong các ngành công nghiệp: Cơ khí chế tạo, sản xuất ô tô, tàu thủy; xây dựng, công trình; công nghiệp điện, điện tử; công nghiệp hóa chất, thực phẩm..; bảo trì sửa chữa;…

Để đảm bảo đo lường trong công nghiệp cần thiết có các yếu tố: có cơ chế, chính sách phù hợp; xác định rõ các đối tượng, phép đo, nguồn lực để có cơ sở đầu tư; nhân sự, tổ chức, đào tạo; trang thiết bị (phương tiện đo, chuẩn, phòng ốc); hiệu chuẩn (quy trình, chuẩn, liên kết chuẩn, chu kỳ hiệu chuẩn, môi trường, so sánh liên phòng…); hệ thống đảm bảo chất lượng.

Cùng với giới thiệu tổng quan về đo lường độ dài, các yếu tố chính ảnh hưởng trong phép đo độ dài, các sai số thường gặp trong phép đo độ dài, chuẩn độ dài thông dụng: căn mẫu (gage blocks), bảo quản chống ăn mòn cho phương tiện đo độ dài, chọn chuẩn để hiệu chuẩn độ dài, phương pháp hiệu chuẩn,… diễn giả Huỳnh Thị Thu Vân cũng đã giới thiệu nhấn mạnh rằng, các dụng cụ đo phổ biến như panme, thước cặp,… nếu không chú ý sẽ vấp phải những sai sót không đáng có, đặc biệt đối với các phương tiện đo độ dài tương đối phức tạp như máy đo độ dài vạn năng, máy đo tọa độ ba chiều, máy đo độ nhám bề mặt,…

Diễn giả Lý Đạt Minh tham luận tại hội thảo.

Đối với phương pháp đo lực, ngẫu lực trong công nghiệp (Introduction of methods for measuring force and torque in industries), diễn giả Lý Đạt Minh Trưởng phòng Đo lường Cơ (Quatest3) cho biết, các phương tiện đo lực thường được dùng hiện nay được phân loại theo chỉ thị cơ và chỉ thị số: Chỉ thị cơ: vòng lực (proving ring), lực kế (force gauge), lực kế kéo đẩy (push-pull gauge)…; Chỉ thị điện tử: cảm biến lực (loadcell, force transducer…).

Tuy các loại phương tiện đo lường này chiếm một tỉ lệ tương đối nhỏ trong công nghiệp, nhưng lại có vai trò khá lớn vì ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn, ổn định, tuổi thọ và tính bền vững của sản phẩm.

Nếu không có các máy thử lực để xác định sức chịu vật liệu thì các công trình, kết cấu xây dựng, thiết bị cơ khí sẽ rất nguy hiểm. Chỉ một công việc xiết đai ốc vào bu lông của cấu kiện, máy móc mà không kiểm soát được ngẫu lực thì độ tin cậy trở thành một vấn đề rất đáng quan tâm. Hoặc với một chai mỹ phẩm, khi sản xuất cần có dụng cụ đo ngẫu lực khi đóng nắp nhằm đảm bảo độ kín khi chuyên chở cũng như cho phép người tiêu dùng khui mở dễ dàng.

“Một lĩnh vực đo lường tương đối mới nhưng đã đi vào đời sống và công nghiệp hiện nay, đó là sự phổ biến của các loại cảm biến đo lường ngày càng được ứng dụng rộng rãi, chẳng hạn như trong một ô tô đời mới, có hàng chục, hàng trăm cảm biến.” – ông Minh chia sẻ và khẳng định:

“Trong công nghiệp, việc áp dụng cảm biến dao động nhằm tiên liệu, chẩn đoán các hư hỏng có thể xảy ra đối với các loại máy móc, thiết bị có chịu sự rung động sẽ là một công cụ hữu hiệu và tiết kiệm chi phí khi chẩn đoán tình trạng cấu kiện, thiết bị, từ đó có những giải pháp phù hợp để xử lý”.

Diễn giả Nguyễn Anh Triết tham luận tại hội thảo.

Chia sẻ về việc "Sử dụng các loại cảm biến trong công nghiệp" (Apply the transducers in industries), ông Nguyễn Anh Triết, Phó Giám đốc Quatest 3 cho biết, có nhiều loại cảm biến gia tốc được ứng dụng đo rung động trong công nghiệp, thông dụng có các kiểu cảm biến gia tốc sau:

+ Cảm biến gia tốc kiểu áp điện (piezoelectric accelerometer), nguyên lý hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện. Dưới tác động của lực căng, nén hoặc kéo, sẽ tạo ra trên bề mặt của tinh thể một điện tích tỉ lệ với lực tác động. Trái tim của một cảm biến gia tốc là miếng tinh thể áp điện.

Cảm biến gia tốc kiểu áp điện có ưu điểm vượt trội hơn các loại cảm biến khác: có dải tần rộng, phạm vi đo lớn, độ tuyến tính cao, tính ổn định cao trong thời gian dài, đây là loại cảm biến tích cực, không cần nguồn nuôi bên ngoài. Đầu ra tỉ lệ thuận với giá trị gia tốc đo được và có thể thực hiện tích phân để thu được giá trị vận tốc và dịch chuyển.

Với cảm biến gia tốc kiểu điện trở (Piezoresistive Accelerometer), thông số điện trở của vật liệu bán dẫn thay đổi do tác động cơ học, khắc phục được các nhược điểm của gia tốc kế áp điện xảy ra ở tần số cao, hoạt động được ở môi trường có nhiệt độ cao. Tuy nhiên, loại cảm biến này có nhược điểm là phải có nguồn điện cung cấp, nên không phù hợp với các sản phẩm chạy bằng pin hoặc có năng lượng thấp, giá thành cao và chế tạo phức tạp hơn.

Còn với cảm biến gia tốc kiểu điện dung (Capacitive Sensor), khi có tác động cơ học, khoảng cách giữa các tấm tụ điện thay đổi, màng ngăn trong cảm biến di chuyển, từ đó làm thay đổi điện dung; ưu điểm là với tần số rung động của cảm biến nhỏ (khoảng vài trăm Hz) nên phù hợp với các thiết bị thụ động hoặc công suất thấp như thiết bị viễn thông, di động.

PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn tham luận tại hội thảo.

Cũng tại hội thảo, một khái niệm mới, một tư duy mới của ngành công nghiệp đã được PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn (Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh - Ủy viên BCH Hội Vinatest) đề cập, đó là “Đo lường trong bối cảnh Công nghiệp 4.0” (Metrology in the context of Industry 4.0).

Khái niệm “Industry 4.0” hay “Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư” lần đầu tiên được đề cập trong bản “Kế hoạch hành động chiến lược công nghệ cao” được chính phủ Đức thông qua vào năm 2012.

Tháng 01/2016, Diễn đàn kinh tế thế giới đã khai mạc với chủ đề: “Làm chủ Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư”. Diễn đàn có sự tham dự của 2.500 đại biểu từ hơn 100 quốc gia, trong đó có nhiều quan chức và doanh nhân: Phó tổng thống Mỹ Joe Biden, Thủ tướng Anh David Cameron, Bill Gates, CEO Microsoft Satya Nadella, Chủ tịch Alibaba Jack Ma,...

Theo PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn, trong bối cảnh Công nghiệp 4.0, lĩnh vực đo lường gặp phải những thách thức như: Khối lượng dữ liệu và độ phức tạp, chất lượng và tính toàn vẹn của dữ liệu, khả năng tương tác, đo lường theo thời gian thực, tích hợp và hiệu chuẩn cảm biến, khả năng truy xuất nguồn gốc của phép đo, an ninh mạng, khả năng thích ứng và tính linh hoạt, tương tác giữa người và máy, đào tạo và phát triển kỹ năng, điện toán đám mây, chuỗi khối, tự động hóa quy trình bằng robot (RPA), phần mềm quản lý chất lượng (QMS), kiểm tra chất lượng dùng kỹ thuật số, bảng điều khiển và KPI dùng kỹ thuật số,  an ninh mạng và quyền riêng tư dữ liệu,… Những thách thức này làm nổi bật bản chất phát triển của các yêu cầu đo lường trong bối cảnh Công nghiệp 4.0, nhu cầu đổi mới liên tục, hợp tác và tiêu chuẩn hóa trong đo lường để tận dụng tối đa lợi ích của Công nghiệp 4.0, đảm bảo các phép đo đáng tin cậy và chính xác trong quy trình sản xuất của tương lai.

Đại biểu đặt câu hỏi với diễn giả tại hội thảo.

Liên quan đến lĩnh vực hiệu chuẩn trong đo lường công nghiệp thời đại cách mạng công nghiệp 4.0, PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn cho biết, việc đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của thiết bị, hệ thống đo lường được sử dụng hiện nay bao gồm việc tích hợp công nghệ số và tự động hóa trong sản xuất. Các thiết bị đo lường trong Công nghiệp 4.0 thường bao gồm: Thiết bị đo lường kỹ thuật số và cảm biến, Máy đo tọa độ (CMM), Hệ thống đo lường quang học, máy quét 3D và máy theo dõi laser, hệ thống thị giác máy,… và bảo trì dự đoán AI có thể cho phép bảo trì dự đoán thiết bị đo lường thông qua việc phân tích dữ liệu lịch sử, các thuật toán AI có thể dự đoán thời điểm một công cụ đo lường hoặc hệ thống có khả năng bị lỗi hoặc cần bảo trì. Cách tiếp cận chủ động này giúp tránh thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến và đảm bảo rằng thiết bị đo lường luôn ở tình trạng tối ưu. Đồng thời, AI có thể bù các lỗi đo lường do các yếu tố môi trường hoặc hạn chế của hệ thống gây ra. Bằng cách phân tích dữ liệu lịch sử và tương quan dữ liệu với các điều kiện môi trường, thuật toán AI có thể ước tính và sửa lỗi đo lường, đảm bảo kết quả chính xác và đáng tin cậy.

Ban tổ chức và các diễn  giả chụp ảnh lưu niệm.

Thuật toán AI tận dụng dữ liệu hiệu chuẩn lịch sử để tối ưu hóa khoảng thời gian hiệu chuẩn và giảm độ không đảm bảo đo. Bằng cách phân tích các xu hướng về hiệu suất và dữ liệu hiệu chuẩn, AI cung cấp thông tin chuyên sâu về thời điểm và tần suất hiệu chuẩn, duy trì độ chính xác trong giới hạn chấp nhận được…

Đo lường trong công nghiệp là một lĩnh vực hoạt động rất rộng lớn và đa dạng, tại hội thảo lần này, tuy chưa đi sâu vào chuyên môn, kỹ thuật của đo lường nhưng các diễn giả đã giới thiệu khái quát một số lĩnh vực chung nhất, tạo cơ hội để các nhà khoa học, kỹ thuật trong lĩnh vực đo lường cùng trao đổi, thảo luận và chia sẻ kinh nghiệm thực tiễn.

Vũ Hải, Nguyễn Hoài