Xu hướng nổi bật trong đổi mới công nghệ kéo sợi tại ITMA 2019 là việc thiết kế và cho ra đời các máy sợi con, máy đánh ống được tích hợp công nghệ số ở tất cả các bộ phận nhằm theo dõi tình trạng thiết bị, theo dõi tình trạng chất lượng sản phẩm, giúp các thiết bị kéo sợi giao tiếp với nhau và giao tiếp với con người thông qua hệ thống cảm biến được lắp đặt trong các thiết bị kéo sợi này. Các hãng sản xuất thiết bị kéo sợi đi tiên phong trong ứng dụng công nghệ này phải nói tới Marzoli của Italia, Saurer của Cộng hòa liên bang Đức, Jingwei của Trung quốc, Lakshmi của Ấn độ hay Toyota của Nhật bản.
Một trong những sản phẩm nổi bật được Marzoli giới thiệu tại ITMA 2019 là máy sợi con 2400 cọc sợi MDS2.4. Việc thiết kế máy kéo sợi con tăng từ 1824 cọc lên 2400 cọc đã thu được hai lợi ích rất lớn. Lợi ích thứ nhất là: chi phí đầu tư máy giảm, cần ít máy hơn với cùng quy mô cọc sợi nhưng diện tích mặt bằng nhà máy sẽ giảm đi đáng kể. Lợi ích thứ hai là: chi phí vận hành giảm do tiêu hao về điện chiếu sáng, điều hòa không khí, chi phí bảo dưỡng đều giảm; theo tính toán, máy kéo sợi nồi cọc khổng lồ này giúp giảm tiêu hao năng lượng tới 50% so với máy trước đây.
Máy kéo sợi nồi cọc dòng MDS 2 của Marzoli
Một trong những thành tựu hấp dẫn khác được công ty Marzoli giới thiệu tại ITMA 2019 là việc đổi mới nhà máy sợi có quy mô 24.000 cọc. So với các dây chuyền kéo sợi truyền thống, dây chuyền mới của Marzoli đã giảm được 4% chi phí cho hệ thống làm mát, giảm 10% đầu tư vào diện tích mặt bằng sản xuất và tiết kiệm được 9% chi phí vận chuyển nội bộ. Sơ đồ mặt bằng nhà máy sợi quy mô 24.000 cọc của Marzoli được thể hiện ở hình sau:
Mô hình nhà máy sợi 24.000 cọc của Marzoli
Tại Châu âu, Savio cũng là một hãng sản xuất máy sợi hết sức có uy tín. Đối với Savio, công nghiệp 4.0 là xu hướng tự động hóa và trao đổi dữ liệu trong công nghệ sản xuất. Tính kết nối, quản lý dữ liệu, cài đặt thiết bị từ xa, tương tác với người vận hành theo thời gian thực là những giải pháp thông minh mà Savio sử dụng cho các thiết bị của hãng. Tại ITMA 2019, Savio đã giới thiệu công nghệ IOT công nghiệp được ứng dụng trong máy đánh ống từ kết nối đơn giản đến tải dữ liệu máy, cài đặt máy từ xa và giao tiếp người - máy theo thời gian thực. Hệ thống mới cho phép quản lý chất lượng sợi nhờ các chip RFID gắn trong mỗi ống sợi và khi xảy ra vấn đề về chất lượng, tín hiệu sẽ được gửi đến người vận hành qua đồng hồ thông minh đeo tay hay vòng thông minh của Savio để thông báo thông tin về lỗi và chỉ ra các dạng can thiệp cần thiết để khắc phục, qua đó giúp giảm thiểu thời gian ngừng máy. Nhờ có việc phân tích dữ liệu thường xuyên, công nghệ này cho phép quản lý các giải đoạn sản xuất khác nhau theo cách tốt nhất có thể và công nghệ này cũng cho phép giám sát được các thông số quan trọng ở bất cứ đâu, vào bất kỳ lúc nào. Công nghệ này cũng đồng thời sẽ được phát triển để quản lý quá trình bảo dưỡng thiết bị thông qua mạng hỗ trợ từ xa.
Chip RFID, búp sợi thành phẩm gắn chip RFID và thiết bị thu nhận tín hiệu của Savio
Tại ITMA 2019, Saurer cũng là một hãng giới thiệu nhiều công nghệ mới được áp dụng trong thiết bị kéo sợi. Với nguyên lý đảm bảo tiết kiệm năng lượng, đảm bảo tính kinh tế, đảm bảo thuận tiện trong vận hành, Saurer đã phát triển dòng thiết bị có khả năng tự học để tối ưu hóa tốc độ máy phù hợp với nguyên liệu được sử dụng. Các sản phẩm của Saurer trong cùng hệ thống có thể kết nối với nhau giúp tiết kiệm lao động, nâng cao hiệu suất máy, giảm lãng phí và có tác động lớn đến lợi nhuận.
Khi sử dụng máy kéo sợi hoặc máy xe của Saurer, khách hàng sẽ thu được lợi ích từ hệ thống giám sát nhà máy, các cảm biến đo lường thông số để phân tích các dữ liệu về sản xuất, chất lượng và tình trạng máy. Một lợi thế là hệ thống này tương thích với các thiết bị của bên thứ ba giúp cho người sử dụng khai thác tiềm năng tối ưu của nhà máy bằng cách kiểm soát quá trình sản xuất và làm cho quá trình này trở nên minh bạch hơn.
Một trong những thiết bị tự động được Saurer giới thiệu tại ITMA 2019 là máy đánh ống tự động Autoconer X6. Dòng máy này đại diện cho một bước nhảy vọt về tự động hóa trong quá trình kéo sợi. Với việc ứng dụng hệ thống dòng chảy đầu vào là đám mây ống sợi sử dụng công nghệ RFID, Autoconer X6 đã tiến một bước đáng kể vào công nghệ tự động hóa theo hướng công nghiệp 4.0, đó là đánh ống hoàn toàn tự động. Với Autoconer X6, nguyên lý E3 của Saurer được thực hiện tốt gồm: năng lượng giảm tới 20% lượng tiêu thụ, năng suất máy tăng 6%, vận hành đơn giản và thông minh nhờ có các chức năng hiện đại.
Máy đánh ổng Autoconer X6 của Saurer
Bên cạnh các nhà sản xuất máy sợi tại Châu âu, các nhà sản xuất máy sợi tại Châu á như Lakshmi của Ấn độ hay Jingwei của Trung quốc cũng phát triển nhiều giải pháp thông minh cho sản xuất sợi.
Tại ITMA 2019, Lakshmi đã giới thiệu máy kéo sợi nồi khuyên LRJ9SX là máy kéo sợi có độ linh hoạt cao khi sản xuất sợi thường và sợi có độ phức tạp cao. Các máy kéo sợi do Lakshmi sản xuất có thể sử dụng để kéo nhiều loại sợi từ buồng xé trộn đến máy kéo sợi nồi khuyên hay máy kéo sợi sử dụng khí. Tất cả các máy kéo sợi của Lakshmi đều đáp ứng chuẩn công nghiệp 4.0, có thể kết nối với phòng điều khiển trong một nhà máy sợi bằng phần mềm SPINCONNECT do Lakshmi phát triển. Bên cạnh các máy kéo sợi, Lakshmi còn cung cấp hệ thống vận chuyển tự động cho máy chải, hệ thống giám sát cọc sợi và tự động dừng máy khi gặp vấn đề với máy sợi thô…
Trong lĩnh vực vận chuyển tự động trong nhà máy sợi, một công ty của Đức là Neuenhauser đã phát triển thiết bị vận chuyển thùng cúi tự động (Automatic Guided Vehicles - AGV). Công nghệ này đã được phát triển trong nhiều năm nhưng nó chỉ thực sự được tiếp thêm năng lượng trong thời gian gần đây nhờ ứng dụng thành tựu của cách mạng công nghệ lần thứ 4 và Neuenhauser cho rằng đây là một giải pháp phù hợp với các nhà máy sợi.
AGV của Neuenhauser đang vận hành
AGV là một công cụ hữu ích để tự động hóa khâu vận chuyển thúng cúi bằng phương pháp thủ công trong nhà máy sợi. Chỉ trong vòng 12 tháng, Neuenhauser đã chế tạo được hệ thống vận chuyển thùng cúi sử dụng một loạt các AGV được kiểm soát thông minh. Các AGV này làm nhiệm vụ chuyển các thùng cúi đầy vào máy kéo sợi để thay thế cho các thùng cúi đã dùng hết; sau đó chuyển các thùng cúi rỗng vào máy cuộn cúi để thay thế cho thùng cúi đầy và quá trình cứ thế được lặp lại. Đây là khâu được đánh giá là tốn nhiều nhân lực trong nhà máy sợi. Sở dĩ các AGV này có thể tìm được đúng đường đi và không va chạm với con người trong quá trình di chuyển là nhờ ứng dụng các cảm biến hiện đại nhất của công nghiệp 4.0 gắn trên cả AGV và nhân viên để đảm bảo cho AGV vận hành đúng đường đi và tránh va chạm với người lao động được đeo cảm biến.
Về công nghệ vận chuyển tự động trong nhà máy sợi, cũng tại ITMA 2019, Công ty Rimtex đã làm sửng sốt thế giới dệt may với công trình có tên gọi WIZCAN. Công trình này đã thu hút nhiều chuyên gia quản lý khâu vận chuyển thùng cúi bằng công nghệ số đến quan sát, tìm hiểu. Có thể nói rằng, Rimtex đang là công ty dẫn đầu, tạo ra được bước tiến nhảy vọt với tầm nhìn hình thành nhà máy sợi 4.0.
WIZCAN của Rimtex là một hệ thống quản lý thùng cúi thông minh trên nền tảng IOT được điều hành bằng phần mềm độc quyền WISE do công ty Rimtex phát triển. Hệ thống đã đạt được một số thành công qua một vài lần chạy thử trong “môi trường thật”, kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống có thể thích nghi hoàn toàn với nhà máy sợi ở tất cả các quy mô. Các nhà sản xuất sợi mà mong muốn đạt được chất lượng sản phẩm cao thì luôn tìm kiếm sự trợ giúp thông minh trong quản lý, quy định và kiểm soát chất lượng ở bất kỳ giai đoạn nào trong quá trình chuẩn bị kéo sợi.
Bên cạnh công nghệ kéo sợi, các nhà sản xuất còn mang đến ITMA 2019 nhiều công nghệ làm sạch sợi trong đó có máy làm sạch YarnMaster PRISMA của Công ty Loepfe Brothers, Thụy sĩ. Với việc thiết kế đo lường bằng nhiều cảm biến với nhiều tính năng mới, thế hệ máy làm sạch sợi sẽ hỗ trợ cho các máy kéo sợi trên toàn thế giới trong việc làm chủ chất lượng sợi. Điểm nổi bật là YarnMaster PRISMA kết hợp được các cảm biến sẵn có với các cảm biến mới trong cùng một thiết bị. Công nghệ bốn cảm biến cho phép máy làm sạch sợi giao tiếp một cách thông minh và đảm bảo phát hiện được bằng trực quan toàn bộ các lỗi chưa từng phát sinh, đảm bảo thu thập được dữ liệu về chất lượng
Gian hàng của Loepfe Brothers Ltd tại ITMA 2019
Việc kiểm soát tạp chất trong sợi có tầm quan trọng rất lớn đối với các nhà sản xuất sợi. Nhận thức rõ vấn đề này, YarnMaster PRISMA tận dụng một cảm biến để dò xơ ngoại lai dựa trên công nghệ đo màu RGB mới. Cảm biến F RGB minh họa sợi ở dạng phổ ánh sáng, cho phép nhận dạng những sai lệch nhỏ nhất về độ bóng và độ sáng của bất kỳ dạng sợi và màu sắc nào. Tạp chất trong nguyên liệu thô là polypropilen trắng từ vỏ bao nguyên liệu rất khó phát hiện. Để giải quyết việc này, công ty Loepfe Brothers đã phát triển cảm biến P4 sử dụng hiệu ứng điện ma sát. Cảm biến đo sự khác biệt về điện tích gây ra trong quá trình đánh ống của các nguyên liệu thô khác nhau để dò ra các xơ ngoại lai dạng này.
Bên cạnh các thiết bị kéo sợi, nhiều hãng sản xuất cũng đã giới thiệu các thiết bị tự động trong khâu đóng gói búp sợi thành phẩm như Jingwei, Electro-jet…Hệ thống đóng gói tự động cho phép giảm thiểu sức lao động của con người trong khâu này cũng như giảm thiểu những lỗi do con người gây ra trong khâu đóng gói, nâng cao năng suất lao động cho toàn nhà máy sợi. Hình dưới đây mô tả hệ thống đóng gói tự động do ElectroJet phát triển, tuy vậy, Jingwei của Trung quốc cũng có những hệ thống đóng gói tự động tương tự như vậy.
Dây chuyền đóng gói tự động của Electro-Jet
Qua các thông tin về công nghệ sản xuất sợi nêu trên, có thể thấy rằng ITMA 2019 là triển lãm thiết bị dệt may thể hiện rõ nhất, mạnh nhất xu hướng số hóa, tự động hóa và phát triển bền vững trong ngành sợi. Tuy vậy, ITMA 2019 cũng cho thấy điểm mạnh là các hãng tập trung vào số hóa các thiết bị riêng lẻ; ngoài Jingwei của Trung Quốc, tất cả các hãng sản xuất thiết bị còn lại đều chỉ sản xuất một hoặc một vài thiết bị tại các công đoạn sản xuất sợi. Chính vì lý do này mà các thiết bị kéo sợi con, đánh ống, hệ thống vận chuyển tự động nêu trong bài báo này cũng vẫn còn một số nhược điểm như sau:
Thứ nhất: Do các máy sợi con, máy đánh ống, hệ thống vận chuyển tự động hay đóng gói tự động đều do nhiều hãng khác nhau chế tạo nên việc kết nối thiết bị của các hãng này trong cùng một dây chuyền sản xuất sợi vẫn là một bài toán khó cho các hãng sản xuất máy sợi cũng như những nhà máy sản xuất sợi trong thời gian tới. Thực tế cho thấy việc kết nối thiết bị của các hãng khác nhau chỉ có thể thực hiện được nếu hãng sản xuất máy đồng ý hợp tác chia sẻ giao thức kết nối với các hãng khác. Việc chia sẻ này thường đi kèm với các chi phí về bản quyền mà phía nhà sản xuất thiết bị yêu cầu chi trả. Như vậy chi phí đầu tư thiết bị ban đầu của nhà máy sợi sẽ rất cao vì không chỉ bao gồm chi phí mua thiết bị mới mà còn bao gồm chi phí trả bản quyền cho nhà sản xuất thiết bị đang sử dụng.
Thứ hai: Giá thành thiết bị do các nhà sản xuất của châu á thường thấp hơn của châu âu. Tuy vậy, thiết bị của các nhà sản xuất châu á thường có độ ổn định thấp hơn của châu âu khi chạy ở tốc độ cao, như vậy sẽ dẫn đến phải vận hành ở tốc độ thấp hơn dẫn đến năng suất thấp hơn thiết bị của châu âu và có thể tiêu hao năng lượng lớn hơn. Các doanh nghiệp sợi Việt Nam cần cân nhắc kỹ thông số này để chọn thiết bị phù hợp với chi phí đầu tư và năng suất sự kiến.
Thứ ba: Các thành tựu của công nghiệp 4.0 ứng dụng trong các máy sợi chủ yếu là ở khâu điều khiển, còn các cơ cấu chấp hành và các kết cấu cơ khí khác ít có thay đổi, đặc biệt là chất lượng vật liệu kim loại chế tạo máy sợi. Thực tế cho thấy, khi đầu tư thiết bị mới, các thiết bị kéo sợi của châu âu thường có độ bền cao hơn do chất lượng kim loại tốt hơn nên xác suất phải thay thế phụ tùng sẽ nhỏ hơn so với các thiết bị của châu á dù thời gian khấu hao thiết bị của châu á ngắn hơn. Đây cũng là một thông số mà các doanh nghiệp sợi Việt Nam cần cân nhắc khi đầu tư mới, tránh việc đầu tư thiết bị có độ bền thấp mà dự kiến vận hành trong dài hạn thì chi phí thay thế phụ tùng có thể sẽ rất lớn.
Thứ tư: Một trong những thông số quan trọng khi lựa chọn đầu tư các thiết bị tự động như hệ thống vận chuyển tự động hay hệ thống đóng gói tự động…là năng suất dự kiến của dự án. Đối với nhà máy sợi quy mô 2 vạn cọc, nếu năng suất dự kiến khoảng >=19 tấn/ngày thì mới nên đầu tư; nếu năng suất chỉ ở mức 14-15 tấn/ngày thì việc đầu tư hệ thống tự động sẽ ít có hiệu quả vì hệ thống không vận hành đầy đủ công suất.
Tuy vẫn còn tồn tại một số nhược điểm nhưng có thể nói rằng công nghệ kéo sợi của thế giới đã được số hóa một cách nhanh chóng khi tận dụng tối đa các thành tựu của cách mạng công nghiệp 4.0. Xu thế hình thành nhà máy sợi thông minh là một xu thế tất yếu trong tương lai đòi hỏi các doanh nghiệp sản xuất sợi tại Việt Nam phải nhanh chóng nắm bắt để đầu tư cho sản xuất sợi tại Việt Nam nhằm duy trì và nâng cao sức cạnh tranh cho ngành Sợi Việt Nam.