Tổng quan nghiên cứu

Bánh tráng rế là một sản phẩm truyền thống đặc trưng của Việt Nam, nổi bật với cấu trúc vân lưới mảnh mai và hình dáng tròn đều, được làm chủ yếu từ bột gạo kết hợp với các loại bột khác như bột mì, bột nếp. Hiện nay, sản lượng bánh tráng rế tại Việt Nam đạt khoảng 40 tấn mỗi ngày, với nhiều công ty lớn như Vissan, Hương Việt, Toàn Ý tham gia sản xuất và phân phối trong nước cũng như xuất khẩu sang các thị trường như Hàn Quốc, Mỹ, Nhật Bản. Tuy nhiên, quy trình sản xuất bánh tráng rế vẫn chủ yếu dựa trên phương pháp thủ công hoặc bán tự động, dẫn đến năng suất thấp, chất lượng không đồng đều và khó kiểm soát vệ sinh an toàn thực phẩm.

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống tự động sản xuất bánh tráng rế dạng tròn nhằm thay thế phương pháp thủ công truyền thống. Mục tiêu cụ thể là nghiên cứu các phương án động học tạo vân bánh, mô phỏng chuyển động bằng phần mềm Matlab, đề xuất giải pháp làm đều vân bánh và thiết kế hệ thống cơ khí hóa, tự động hóa để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào công nghệ chế tạo máy tại Việt Nam, với thời gian thực hiện trong năm 2013.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc cải tiến quy trình sản xuất bánh tráng rế, mà còn góp phần thúc đẩy cơ khí hóa ngành thực phẩm truyền thống, nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường trong và ngoài nước thông qua các chỉ số năng suất, chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết động học cơ khí: Áp dụng các nguyên lý chuyển động của cơ cấu tay quay - con trượt để mô phỏng quỹ đạo chuyển động elip của lon rải bột, kết hợp với chuyển động quay tròn của đĩa chiên nhằm tạo ra vân bánh tráng rế đặc trưng.
  • Mô hình mô phỏng chuyển động bằng Matlab: Sử dụng phần mềm Matlab R2012 để mô phỏng các phương án bố trí lỗ bột trên lon rải theo đường tròn và đường thẳng, từ đó quan sát và đánh giá vân bánh tạo thành.
  • Khái niệm về công nghệ bột và quy trình sản xuất thủ công: Hiểu rõ thành phần bột (bột gạo tinh 60%, bột mì tinh 20%, bột nếp 4%, bột đậu nành và đậu xanh 4%, muối 3%, đường 3%, phụ gia 6%) và các bước phối trộn, nhào, ré bột để đảm bảo chất lượng bánh.

Ba khái niệm chính được tập trung là: quỹ đạo chuyển động elip, mô phỏng động học, và công nghệ phối trộn bột.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm khảo sát thực tế tại các cơ sở sản xuất bánh tráng rế như công ty COFIDEC, Vissan, Toàn Ý, cùng với các tài liệu khoa học, luận văn, và bằng sáng chế liên quan. Phương pháp nghiên cứu kết hợp:

  • Phân tích lý thuyết: Tính toán quỹ đạo chuyển động của lon rải bột và đĩa chiên dựa trên cơ cấu tay quay - con trượt và bánh nhông - đai răng.
  • Mô phỏng bằng Matlab: Thực hiện mô phỏng quỹ đạo chuyển động của các lỗ bột trên lon rải theo hai phương án bố trí lỗ bột (đường tròn và đường thẳng) với các thông số khác nhau để đánh giá vân bánh.
  • Thiết kế và chế tạo: Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu dựa trên kết quả mô phỏng, tiến hành chế tạo hệ thống tự động sản xuất bánh tráng rế.
  • Thử nghiệm thực tế: Đo đạc các thông số bánh như trọng lượng, độ dày, độ đều vân bánh, sử dụng cân điện tử, thước cặp điện tử để đánh giá chất lượng sản phẩm.

Cỡ mẫu thử nghiệm bao gồm nhiều lần vận hành máy với các thông số khác nhau, lựa chọn mẫu bánh có đường kính phổ biến từ 120mm đến 200mm. Phương pháp chọn mẫu dựa trên các kích thước bánh phổ biến trên thị trường nhằm đảm bảo tính đại diện. Phân tích dữ liệu sử dụng các biểu đồ mô phỏng vân bánh và bảng so sánh thông số kỹ thuật.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mô phỏng quỹ đạo chuyển động tạo vân bánh: Qua mô phỏng bằng Matlab, các phương án bố trí lỗ bột theo đường tròn và đường thẳng đều tạo ra các vân bánh có hình dạng đặc trưng. Ví dụ, với đường kính bánh 160mm, mô phỏng cho thấy vân bánh đều và sắc nét khi các lỗ bột bố trí theo đường tròn với 8 lỗ, vận tốc góc của lon rải là 25 rad/s và đĩa chiên quay 9 rad/s.

  2. Ảnh hưởng của thông số cơ cấu đến chất lượng vân bánh: Thay đổi các thông số như bán kính quỹ đạo, góc quay, số lượng lỗ bột ảnh hưởng trực tiếp đến độ đều và sắc nét của vân bánh. Ví dụ, khi giảm vận tốc góc của lon rải từ 25 rad/s xuống 15 rad/s, vân bánh trở nên mảnh mai và đều hơn, phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.

  3. So sánh phương án chuyển động elip và chuyển động tròn của lon rải bột: Phương án chuyển động elip kết hợp với đĩa chiên quay tròn tạo ra vân bánh phức tạp và đẹp mắt hơn so với phương án chuyển động tròn đơn thuần. Tuy nhiên, phương án chuyển động tròn có ưu điểm về cấu tạo đơn giản và dễ chế tạo.

  4. Thử nghiệm thực tế cho thấy năng suất và chất lượng cải thiện rõ rệt: Hệ thống tự động sản xuất bánh tráng rế đạt năng suất cao hơn khoảng 30% so với phương pháp thủ công, đồng thời độ dày bánh được kiểm soát trong khoảng 0.5-0.7 mm, trọng lượng bánh ổn định theo tiêu chuẩn (4-8 gram tùy đường kính). Vân bánh đều và đẹp mắt, đáp ứng yêu cầu về độ dẻo dai và giòn xốp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện chất lượng và năng suất là do việc áp dụng cơ cấu chuyển động chính xác, mô phỏng kỹ thuật số giúp tối ưu hóa các thông số vận hành. Kết quả mô phỏng cho phép lựa chọn bố trí lỗ bột và vận tốc quay phù hợp, từ đó giảm thiểu sự rung động và dao động không mong muốn trong quá trình rải bột.

So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã tiến thêm một bước khi không chỉ dừng lại ở mô phỏng mà còn thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công hệ thống tự động. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc cơ khí hóa ngành sản xuất bánh tráng rế, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm sức lao động thủ công.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ mô phỏng vân bánh với các thông số khác nhau, bảng so sánh trọng lượng và độ dày bánh giữa phương pháp thủ công và tự động, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của hệ thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng hệ thống tự động trong sản xuất quy mô công nghiệp: Đẩy mạnh việc ứng dụng thiết bị tự động đã thiết kế tại các cơ sở sản xuất bánh tráng rế nhằm nâng cao năng suất ít nhất 30% trong vòng 1 năm tới. Chủ thể thực hiện là các doanh nghiệp sản xuất bánh tráng và các nhà đầu tư công nghệ.

  2. Nâng cấp và hoàn thiện cơ cấu chuyển động để giảm rung động: Tập trung cải tiến cơ cấu tay quay - con trượt và hệ thống truyền động bánh nhông - đai răng nhằm giảm thiểu mài mòn và rung động, đảm bảo độ ổn định của vân bánh trong vòng 6 tháng tiếp theo. Chủ thể thực hiện là bộ phận kỹ thuật và nghiên cứu phát triển của doanh nghiệp.

  3. Đào tạo nhân lực vận hành và bảo trì thiết bị tự động: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành, bảo trì hệ thống tự động cho công nhân và kỹ thuật viên nhằm đảm bảo vận hành liên tục và hiệu quả trong vòng 3 tháng. Chủ thể thực hiện là các trường đại học, trung tâm đào tạo nghề và doanh nghiệp.

  4. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong giám sát chất lượng: Phát triển phần mềm giám sát trực tuyến các thông số vận hành và chất lượng bánh tráng rế, giúp kiểm soát chất lượng sản phẩm theo thời gian thực trong vòng 1 năm. Chủ thể thực hiện là các nhóm nghiên cứu công nghệ và doanh nghiệp công nghệ thông tin.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp sản xuất bánh tráng rế và các sản phẩm thực phẩm truyền thống: Giúp nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và giảm chi phí nhân công thông qua cơ khí hóa và tự động hóa.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ chế tạo máy, cơ khí chính xác: Cung cấp kiến thức về ứng dụng lý thuyết động học trong thiết kế máy móc thực phẩm, đồng thời tham khảo phương pháp mô phỏng và thử nghiệm thực tế.

  3. Các cơ quan quản lý và phát triển ngành công nghiệp thực phẩm: Hỗ trợ xây dựng chính sách thúc đẩy cơ khí hóa, tự động hóa trong sản xuất thực phẩm truyền thống, nâng cao năng lực cạnh tranh quốc gia.

  4. Nhà đầu tư và doanh nghiệp công nghệ: Tìm hiểu cơ hội đầu tư vào lĩnh vực thiết bị sản xuất thực phẩm tự động, phát triển sản phẩm mới dựa trên nghiên cứu khoa học và công nghệ hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hệ thống tự động sản xuất bánh tráng rế có thể thay thế hoàn toàn phương pháp thủ công không?
    Hệ thống đã chứng minh khả năng nâng cao năng suất và chất lượng, tuy nhiên trong giai đoạn đầu nên kết hợp với phương pháp thủ công để đảm bảo ổn định vận hành và kiểm soát chất lượng.

  2. Phần mềm Matlab được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Matlab được dùng để mô phỏng quỹ đạo chuyển động của lon rải bột và đĩa chiên, giúp đánh giá và tối ưu hóa vân bánh trước khi thiết kế cơ khí thực tế.

  3. Các thông số kỹ thuật nào quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống?
    Các thông số như vận tốc góc của lon rải và đĩa chiên, số lượng và vị trí lỗ bột trên lon, bán kính quỹ đạo chuyển động ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng vân bánh.

  4. Năng suất của hệ thống tự động so với phương pháp thủ công như thế nào?
    Hệ thống tự động tăng năng suất khoảng 30%, đồng thời đảm bảo độ đồng đều và chất lượng bánh ổn định hơn.

  5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại bánh tráng khác không?
    Công nghệ có thể điều chỉnh để phù hợp với các loại bánh tráng có cấu trúc tương tự, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm về thành phần bột và yêu cầu kỹ thuật riêng biệt.

Kết luận

  • Luận văn đã thành công trong việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống tự động sản xuất bánh tráng rế dạng tròn, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
  • Mô phỏng động học bằng Matlab giúp tối ưu hóa các thông số vận hành, tạo ra vân bánh đều và đẹp mắt.
  • Phương án chuyển động elip của lon rải kết hợp với đĩa chiên quay tròn được đánh giá là hiệu quả nhất.
  • Hệ thống tự động góp phần cơ khí hóa ngành sản xuất bánh tráng rế, giảm sức lao động thủ công và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.
  • Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện thiết kế, đào tạo nhân lực và mở rộng ứng dụng công nghệ thông tin trong giám sát chất lượng sản phẩm.

Để tiếp tục phát triển, các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai áp dụng hệ thống tự động, đồng thời nghiên cứu cải tiến để đạt được tự động hóa hoàn toàn trong sản xuất bánh tráng rế. Hành động ngay hôm nay sẽ giúp ngành công nghiệp thực phẩm truyền thống Việt Nam tiến kịp với xu hướng công nghệ hiện đại toàn cầu.