Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến gỗ Việt Nam giữ vị thế là ngành hàng xuất khẩu chủ lực đứng thứ 5 cả nước, ghi nhận kim ngạch xuất khẩu gỗ và lâm sản đạt 5,48 tỷ USD trong 4 tháng đầu năm 2022, tăng 4,9% so với cùng kỳ năm 2021. Riêng thị trường Hoa Kỳ và Liên minh Châu Âu (EU) đã chiếm tới 80% tổng thị phần xuất khẩu của toàn ngành. Mặc dù diện tích rừng trồng trong nước đạt khoảng 3,2 triệu ha với trữ lượng 60 triệu m3, nguồn nguyên liệu nội địa chủ yếu là keo và bạch đàn đường kính nhỏ, khai thác ở chu kỳ 6 đến 10 năm nên chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe về độ bền và tính thẩm mỹ cho sản phẩm nội thất cao cấp. Do đó, các doanh nghiệp chế biến gỗ phải nhập khẩu từ 30% đến 50% lượng gỗ nguyên liệu từ Bắc Mỹ và Châu Âu, đối mặt với sự gia tăng chi phí từ 5% đến 7% đối với gỗ xẻ thông thường và từ 30% đến 40% đối với gỗ cứng giá trị cao.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là giải quyết tình trạng tỷ lệ lợi dụng gỗ chưa cao, việc bố trí dây chuyền gia công chưa tối ưu và tỷ lệ phế phẩm phát sinh còn lớn tại các nhà máy sản xuất đơn hàng nội thất dự án. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài là khảo sát toàn diện quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm ghế ăn nhà hàng Sushi (thuộc chuỗi nhà hàng Sushi Tei của tập đoàn Novaland F&B), phân tích kết cấu sản phẩm, tính toán chính xác tỷ lệ lợi dụng gỗ, tỷ lệ khuyết tật qua từng công đoạn và hệ số sử dụng máy móc, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật hoàn thiện dây chuyền sản xuất.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Nhà máy Chế biến Gỗ TTT (thuộc Công ty Cổ phần Xây dựng và Thương mại TTT) tại Khu công nghiệp Sóng Thần, thành phố Dĩ An, tỉnh Bình Dương. Nhà xưởng có quy mô diện tích 1,8 ha (17.954 m2) với lực lượng lao động gồm 45 nhân viên văn phòng và 384 công nhân kỹ thuật. Thời gian khảo sát thực nghiệm diễn ra liên tục từ ngày 15/09/2022 đến ngày 15/01/2023. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc khi cung cấp giải pháp nâng cao tỷ lệ lợi dụng gỗ tổng thể từ mức 50% hiện tại lên trên 55%, cắt giảm tỷ lệ phế phẩm hoàn thiện bề mặt từ 6% xuống dưới 3%, góp phần hạ giá thành sản phẩm và nâng cao năng lực cạnh tranh cho doanh nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết cắt gọt gỗ và gia công cơ học gỗ kết hợp với lý thuyết quản trị sản xuất tinh gọn (Lean Manufacturing) trong công nghiệp chế biến lâm sản. Quá trình gia công phôi gỗ tuân thủ các quy luật động lực học cắt gọt trên máy cưa đĩa (đường kính lưỡi cưa 300 mm, vận tốc quay từ 2500 đến 4000 vòng/phút), nguyên lý gia công phẳng trên máy bào hai mặt (trục dao quay 3500 vòng/phút, vận tốc đẩy phôi từ 8 đến 10 m/phút) và công nghệ phay mộng định hình CNC.

Mô hình nghiên cứu phân tích dòng chuyển dịch vật chất qua 6 trạm sản xuất chuyên biệt: trạm máy mộc, trạm định hình, trạm hoàn thiện, trạm cơ khí, trạm bọc nệm và trạm lắp ráp đóng gói. Ba khái niệm khoa học then chốt được ứng dụng xuyên suốt bao gồm:

Thứ nhất, đặc tính công nghệ của gỗ Tần bì tự nhiên (Fraxinus americana) với khối lượng thể tích cơ bản đạt 0,55 kg/cm3, khối lượng thể tích ở độ ẩm cân bằng 12% đạt 0,67 kg/cm3, độ cứng đạt 587 kG, ứng suất uốn tĩnh đạt 1035 kG, tỷ lệ co rút xuyên tâm đạt 4,9%, co rút tiếp tuyến đạt 7,8% và độ co rút thể tích tổng thể đạt 13,3%.

Thứ hai, chỉ số tỷ lệ lợi dụng gỗ (K), phản ánh tỷ lệ phần trăm giữa thể tích chi tiết gỗ thực tế thu được sau gia công so với thể tích phôi nguyên liệu đưa vào ban đầu qua từng công đoạn riêng biệt và toàn bộ quy trình.

Thứ ba, hệ số sử dụng máy móc (H), xác định tỷ lệ giữa tổng thời gian tác nghiệp hữu ích thực tế so với tổng thời gian khảo sát ca làm việc của thiết bị.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp quan sát thực nghiệm kết hợp bấm giờ định mức trực tiếp tại hiện trường sản xuất. Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, nghiên cứu thực hiện phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo từng ca làm việc trong 15 ngày khảo sát liên tiếp, mỗi ngày chọn ngẫu nhiên 30 thanh gỗ Tần bì nhập khẩu có quy cách chuẩn 50,8 x 300 x 3048 mm, đạt tổng cỡ mẫu khảo sát nguyên liệu đầu vào là 450 thanh gỗ. Đối với quy trình chế tạo sản phẩm, tác giả theo dõi toàn bộ 10 cấu phần chi tiết của sản phẩm ghế ăn bao gồm chân trước, chân sau, vai ghế, thanh gác tay, tựa lưng gỗ, tấm tựa Winmax và mê ngồi bọc nệm.

Lý do lựa chọn phương pháp quan sát trực tiếp và đo kiểm cơ học bằng thước kẹp cơ khí, thước cuộn và panme là nhằm thu thập số liệu khách quan, loại bỏ các sai lệch chủ quan và phản ánh trung thực mức độ ổn định của hệ thống máy móc cũng như tay nghề công nhân. Dữ liệu hình học và liên kết chi tiết được mô phỏng chính xác trên phần mềm AutoCAD để xây dựng bản vẽ 3 hình chiếu và sơ đồ phân rã cụm lắp ráp.

Dữ liệu định lượng về kích thước, thời gian gia công và số lượng phế phẩm được xử lý bằng các công thức toán học thống kê trên phần mềm Microsoft Excel. Phương pháp xác định tỷ lệ lợi dụng gỗ tổng thể được tính bằng tích số tỷ lệ lợi dụng của các công đoạn thành phần theo chuỗi công nghệ liên tục. Toàn bộ quá trình thu thập và phân tích dữ liệu được tiến hành chặt chẽ trong khoảng thời gian 4 tháng khảo sát tại nhà máy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực nghiệm tại Nhà máy Chế biến Gỗ TTT đã ghi nhận 4 phát hiện kỹ thuật quan trọng:

Thứ nhất, chất lượng nguồn nguyên liệu gỗ Tần bì đầu vào có tỷ lệ khuyết tật tự nhiên chiếm 8,89% (tương ứng 40 thanh lỗi trên tổng số 450 thanh khảo sát). Phân tích chi tiết các dạng khuyết tật cho thấy: mắt gỗ chiếm tỷ lệ cao nhất với 3,56% (16 thanh), nứt tét đầu và thân gỗ chiếm 2,00% (9 thanh), cong vênh biến dạng chiếm 2,00% (9 thanh), và khuyết tật tim gỗ chiếm 1,33% (6 thanh).

Thứ hai, tỷ lệ lợi dụng gỗ qua công đoạn sơ chế đạt 75% và công đoạn tinh chế đạt 67%. Do đó, tỷ lệ lợi dụng gỗ tổng thể tích hợp qua toàn bộ các công đoạn chế biến sản phẩm ghế ăn chỉ đạt mức 50,0%.

Thứ ba, tỷ lệ phát sinh phế phẩm và khuyết tật gia công cơ học qua các công đoạn được xác định cụ thể: công đoạn sơ chế chiếm 5%, công đoạn tinh chế định hình chiếm 5%, và công đoạn trang sức hoàn thiện bề mặt chiếm tỷ lệ cao nhất là 6%.

Thứ tư, hệ số sử dụng thời gian của các thiết bị máy móc chính đạt mức khá nhưng chưa tối ưu hoàn toàn: máy cắt ngắn đạt hệ số trung bình 0,82; máy rong cạnh đạt hệ số trung bình 0,85; và máy bào hai mặt đạt hệ số trung bình 0,80.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tỷ lệ hao hụt nguyên liệu lên đến 50% trong chu trình sản xuất xuất phát từ đặc thù thiết kế của ghế ăn nhà hàng Sushi (kích thước bao 850 x 580 x 580 mm). Sản phẩm đòi hỏi các chi tiết chân trước (40 x 40 x 632 mm) và chân sau (40 x 40 x 710 mm) phải trải qua khâu tiện tròn vuốt côn, làm thất thoát một lượng lớn thể tích gỗ vuông ban đầu. Bên cạnh đó, khâu rong cạnh và cắt tinh đòi hỏi loại bỏ hoàn toàn các phần dính giác, mắt chết và nứt tét để đảm bảo tiêu chuẩn bề mặt gỗ xuất khẩu loại 1.

Tỷ lệ khuyết tật ở khâu trang sức bề mặt đạt mức 6% (cao hơn mức 5% của sơ chế và tinh chế) do quá trình chà nhám tinh chưa triệt để các vết xước thớ gỗ ngược chiều từ máy bào, kết hợp với kỹ thuật dặm vá bột bả keo 502 thủ công chưa đồng màu trước khi phun sơn lót PU và sơn bóng hoàn thiện.

Trong các báo cáo kỹ thuật chuyên ngành, dữ liệu thực nghiệm này có thể được trình bày trực quan thông qua biểu đồ tròn biểu diễn cơ cấu 4 dạng khuyết tật nguyên liệu đầu vào, biểu đồ cột xếp chồng thể hiện độ suy giảm thể tích gỗ qua chuỗi 7 bước gia công (cắt ngắn, bào 2 mặt, rong cạnh, ghép phôi, chà nhám thùng, tiện tròn, cắt tinh), và bảng ma trận đối sánh định mức vật tư phụ kiện (bao gồm 4 đế đinh nhựa D20x5, 5 bas đồng tiền D8/D35, 2 bulong lục giác 8x40 mm, vải bọc nệm và mút mouse D3050).

So sánh với các nghiên cứu tương tự trong ngành sản xuất đồ gỗ nội thất xuất khẩu (thường đạt tỷ lệ lợi dụng gỗ từ 55% đến 62%), mức tỷ lệ lợi dụng 50% tại nhà máy TTT phản ánh sự nghiêm ngặt trong kiểm soát thẩm mỹ của dòng nội thất nhà hàng cao cấp, nhưng cũng chỉ ra tiềm năng to lớn để tối ưu hóa việc thu hồi phôi gỗ vụn làm ke góc và các chi tiết phụ trợ.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả khảo sát thực tế, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật đồng bộ nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất:

Thứ nhất, ứng dụng phần mềm tối ưu hóa sơ đồ cắt xẻ tự động trong khâu pha phôi sơ chế. Phòng Kỹ thuật cần lập trình trước các phương án kết hợp kích thước phôi đa dạng trên máy tính thay vì để công nhân tự tính toán thủ công. Mục tiêu là nâng tỷ lệ lợi dụng gỗ sơ chế từ 75% lên 82%, giảm tỷ lệ hao hụt do mạch cưa và đầu mẩu xuống dưới 18%. Thời gian triển khai hoàn thiện trong vòng 3 tháng do Trưởng phòng Kỹ thuật và Tổ trưởng trạm máy mộc trực tiếp thực hiện.

Thứ hai, thiết lập quy trình thu hồi và tái chế triệt để nguồn phôi gỗ Tần bì bị hạ quy cách. Tận dụng 100% các thanh gỗ dính mắt hoặc nứt tét nhẹ sau khâu cắt ngắn để bào ghép finger tạo phôi làm chi tiết ke góc (quy cách 50 x 50 x 50 mm) và thanh gác tay dưới (quy cách 25 x 40 x 440 mm). Giải pháp này giúp nâng tỷ lệ lợi dụng gỗ tổng thể của toàn nhà máy tăng thêm từ 5% đến 7% trong vòng 6 tháng, do Quản đốc phân xưởng và Bộ phận Kế hoạch sản xuất phối hợp giám sát.

Thứ ba, cải tiến công nghệ xử lý bề mặt và kiểm soát bụi sơn tại trạm hoàn thiện. Thay thế hoàn toàn phương pháp trét bả matit thủ công bằng sáp trám nhiệt chuyên dụng đồng màu thớ gỗ Tần bì, đồng thời trang bị hệ thống buồng phun sơn áp lực cao có màng nước dập bụi kết hợp sấy hồng ngoại IR công suất 17 kW. Mục tiêu là kéo giảm tỷ lệ khuyết tật bề mặt từ 6% xuống dưới 2,5% trong thời gian 2 tháng, do Trạm trưởng trạm Hoàn thiện và Đội ngũ Kiểm tra chất lượng (KCS) chịu trách nhiệm.

Thứ tư, chuẩn hóa quy trình bảo dưỡng định kỳ và cân chỉnh cữ chặn cơ khí cho toàn bộ hệ thống 85 chủng loại máy móc. Thực hiện việc mài sắc lưỡi cưa đĩa 300 mm và thay thế định kỳ dao bào hợp kim sau mỗi 40 giờ làm việc liên tục. Giải pháp này giúp loại bỏ hiện tượng xơ xước bề mặt phôi, đồng thời nâng hệ số sử dụng máy cắt ngắn và máy bào hai mặt từ mức 0,80 lên trên 0,90 trong vòng 4 tháng, do Tổ Cơ điện đảm nhận.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng cụ thể:

Một là, Ban Giám đốc, Quản đốc và Trưởng bộ phận sản xuất tại các nhà máy chế biến gỗ nội thất: Luận văn cung cấp mô hình tổ chức phân xưởng 6 trạm khoa học, phương pháp hạch toán định mức phôi chi tiết và giải pháp cắt giảm lãng phí nguyên liệu trong sản xuất đơn hàng nội thất dự án quy mô lớn.

Hai là, Kỹ sư công nghệ chế biến lâm sản và Chuyên viên R&D sản phẩm gỗ: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về chuỗi lưu trình gia công sản phẩm ghế ăn phức hợp (kết hợp gỗ Tần bì tự nhiên, ván nhựa uốn cong Winmax và đệm mút bọc vải), cùng các thông số vận hành máy bào, máy cắt, máy tiện chính xác.

Ba là, Giảng viên, Nghiên cứu sinh và Sinh viên chuyên ngành Lâm nghiệp, Công nghệ Chế biến Gỗ: Tài liệu đóng vai trò là một case study mẫu mực về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm tại doanh nghiệp, từ khâu thiết kế mẫu khảo sát, đo đạc thống kê đến cách tính toán tỷ lệ lợi dụng gỗ và hệ số sử dụng thiết bị.

Bốn là, Các đơn vị thiết kế thi công nội thất phân khúc khách sạn, resort và nhà hàng cao cấp: Giúp các nhà thiết kế hiểu rõ giới hạn kỹ thuật của vật liệu gỗ Tần bì, các dạng liên kết mộng, chốt, vis, bas đồng tiền chịu lực, từ đó tối ưu hóa bản vẽ kỹ thuật nhằm giảm giá thành gia công cho chủ đầu tư.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân cốt lõi khiến tỷ lệ lợi dụng gỗ tổng thể của ghế ăn Sushi Tei chỉ đạt 50% là gì? Tỷ lệ lợi dụng gỗ 50% bắt nguồn từ việc kết hợp tỷ lệ lợi dụng khâu sơ chế đạt 75% và tinh chế đạt 67%. Do sản phẩm đòi hỏi chân ghế thon tròn phải tiện từ phôi vuông 40 x 40 mm và yêu cầu khắt khe loại bỏ toàn bộ mắt gỗ, nứt tét trên bề mặt lộ diện nên lượng phôi bị gọt bỏ thành phoi bào và mùn cưa là rất lớn.

Gỗ Tần bì nhập khẩu có những đặc tính kỹ thuật nào phù hợp cho nội thất nhà hàng cao cấp? Gỗ Tần bì (Fraxinus americana) sở hữu độ cứng cao 587 kG và ứng suất uốn tĩnh 1035 kG, cho phép sản phẩm chịu tải trọng lớn và chống va đập tốt. Khối lượng thể tích 0,67 kg/cm3 ở độ ẩm 12% cùng vân gỗ elip sáng đẹp giúp bề mặt dễ bám sơn PU, tôn lên vẻ sang trọng và ấm cúng cho không gian ẩm thực.

Nguồn nguyên liệu đầu vào thường gặp các dạng khuyết tật nào và tỷ lệ ra sao? Khảo sát trên 450 thanh gỗ nguyên liệu cho thấy tỷ lệ khuyết tật chiếm 8,89%. Trong đó, mắt gỗ xuất hiện nhiều nhất với 3,56%, nứt tét chiếm 2,00%, cong vênh chiếm 2,00% và tim gỗ chiếm 1,33%. Nhà máy xử lý bằng cách cắt ngắn loại bỏ phần nứt, hạ quy cách làm chi tiết nhỏ hoặc dặm vá bột gỗ cho các chi tiết khuất.

Cấu trúc liên kết chịu lực của sản phẩm ghế ăn nhà hàng Sushi bao gồm những dạng nào? Sản phẩm được lắp ráp dạng liên kết cố định chắc chắn, sử dụng chốt gỗ bôi keo AB để nối vai ghế và gác tay với chân; liên kết vis gia cố ke góc 50 x 50 x 50 mm; liên kết bulong lục giác 8 x 40 mm kết hợp bas đồng tiền D8/D35 để liên kết tấm tựa lưng bọc nệm với khung ghế gỗ.

Làm thế nào để nâng cao hệ số sử dụng máy móc từ mức 0,80 - 0,85 lên trên 0,90? Doanh nghiệp cần chuẩn hóa thao tác cấp và thoát phôi của công nhân, bố trí mặt bằng hợp lý để giảm thời gian chờ vận chuyển giữa các trạm, đồng thời áp dụng bảo trì dự phòng định kỳ cho hệ thống lưỡi cưa, trục dao nhằm hạn chế tối đa thời gian dừng máy do sự cố kỹ thuật đột xuất.

Kết luận

Nghiên cứu khảo sát quy trình công nghệ sản xuất ghế ăn nhà hàng Sushi tại Nhà máy Chế biến Gỗ TTT đã mang lại những đóng góp khoa học và thực tiễn nổi bật thông qua 5 kết luận then chốt:

• Khảo sát toàn diện dây chuyền sản xuất trên diện tích nhà xưởng 1,8 ha với 384 công nhân, chuẩn hóa lưu trình công nghệ qua 6 trạm gia công từ pha phôi thô đến đóng gói thành phẩm.

• Định lượng chính xác tỷ lệ khuyết tật nguồn nguyên liệu gỗ Tần bì đầu vào ở mức 8,89%, chỉ ra mắt gỗ (3,56%) và nứt tét (2,00%) là các dạng khuyết tật chủ yếu cần kiểm soát.

• Xác định tỷ lệ lợi dụng gỗ qua công đoạn sơ chế đạt 75%, tinh chế đạt 67%, mang lại tỷ lệ lợi dụng gỗ tổng thể toàn chu trình đạt mức 50%.

• Đánh giá khách quan hệ số sử dụng thiết bị với máy cắt ngắn đạt 0,82, máy rong cạnh đạt 0,85 và máy bào hai mặt đạt 0,80.

• Xây dựng 4 giải pháp kỹ thuật khả thi giúp nâng tỷ lệ lợi dụng gỗ lên trên 55% và giảm tỷ lệ phế phẩm hoàn thiện bề mặt xuống dưới 2,5%.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là cung cấp bộ dữ liệu định mức thực nghiệm chuẩn xác, làm cơ sở khoa học vững chắc để cải tiến công nghệ sản xuất nội thất gỗ tự nhiên chất lượng cao. Kế hoạch tiếp theo của đề tài là triển khai thử nghiệm phần mềm cắt phôi tự động trong quý 2 và mở rộng quy trình định mức cho toàn bộ các dòng sản phẩm bàn ghế xuất khẩu khác. Các doanh nghiệp chế biến lâm sản nên áp dụng ngay những khuyến nghị kỹ thuật từ nghiên cứu này để tối ưu hóa chi phí sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh bền vững.