Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành chế biến thủy sản tại Việt Nam ngày càng phát triển, việc tự động hóa các khâu sản xuất trở thành nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Theo báo cáo của ngành, các nhà máy chế biến tôm xuất khẩu hiện nay vẫn chủ yếu sử dụng lao động thủ công trong khâu cấp tôm vào hệ thống IQF (Individual Quick Freezing), dẫn đến năng suất thấp và chi phí nhân công cao. Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu và đề xuất giải pháp thiết kế hệ thống cấp tôm tự động (Shrimp Loader) cho hệ thống IQF, nhằm thay thế hoàn toàn công việc thủ công, giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả sản xuất.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các loại tôm phổ biến trong xuất khẩu như tôm PD (Peeled and Deveined) kích cỡ 71/90, với các thông số vận hành hệ thống IQF hiện tại tại một số nhà máy ở TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2017-2019. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện các chỉ số như giảm tỷ lệ tôm bị dính, gãy, tăng tốc độ cấp tôm lên hệ thống IQF, đồng thời tiết kiệm chi phí nhân công và nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết tự động hóa trong sản xuất thực phẩm và mô hình thiết kế cơ khí tích hợp hệ thống điều khiển tự động. Các khái niệm trọng tâm bao gồm:

  • Hệ thống IQF: công nghệ cấp đông nhanh từng sản phẩm riêng biệt, yêu cầu cấp nguyên liệu đồng đều, không dính chồng.
  • Cấp tôm tự động: quá trình đưa tôm vào hệ thống IQF bằng thiết bị cơ khí tự động, thay thế thao tác thủ công.
  • Robot Delta và hệ thống cảm biến: ứng dụng trong việc phân loại, sắp xếp và cấp tôm chính xác.
  • Máng rung tĩnh điện và hệ thống băng tải: hỗ trợ phân tách và di chuyển tôm trong dây chuyền.
  • Thiết kế mô hình 3D và mô phỏng cơ khí: đảm bảo tính khả thi và tối ưu không gian làm việc.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các nhà máy chế biến tôm tại TP. Hồ Chí Minh, bao gồm số liệu vận hành hệ thống IQF, khảo sát thực tế quy trình cấp tôm thủ công và các thiết bị tự động hiện có. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 50 ca sản xuất với các loại tôm PD kích cỡ 71/90.

Phương pháp phân tích sử dụng kết hợp mô phỏng 3D, thử nghiệm mô hình thực nghiệm và phân tích số liệu vận hành. Quá trình nghiên cứu kéo dài từ tháng 11/2017 đến tháng 12/2019, bao gồm các giai đoạn khảo sát, thiết kế, chế tạo mẫu thử, thử nghiệm và hiệu chỉnh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả phân tách và cấp tôm: Mô hình cấp tôm tự động đạt khả năng phân tách tôm thành 4 dãy, mỗi dãy cách nhau 5-10mm, đảm bảo tôm không dính chồng sau khi rút với sai số khoảng ±5mm, phù hợp với tiêu chuẩn cấp tôm IQF.

  2. Tốc độ vận hành: Hệ thống cấp tôm tự động có thể vận hành với tốc độ rút tôm khoảng 100mm/s, tốc độ quay thanh rút đạt 200mm/s, nhanh hơn 30% so với thao tác thủ công, giúp tăng năng suất dây chuyền.

  3. Giảm thiểu tổn thất sản phẩm: Tôm sau khi cấp không bị lột vỏ, xoay hoặc dính chồng, tỷ lệ tôm bị gãy giảm xuống dưới 2%, thấp hơn nhiều so với tỷ lệ trung bình 8-10% khi cấp thủ công.

  4. Tính khả thi của thiết kế: Mô hình 3D và thử nghiệm thực tế cho thấy hệ thống có thể lắp đặt trong không gian nhà máy hiện có, tiết kiệm diện tích khoảng 15-20% so với các giải pháp tự động hóa khác.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả trên là do thiết kế tích hợp các module phân tách, tách lẻ và cấp tôm theo chu trình đồng bộ, sử dụng cảm biến phát hiện tôm và điều khiển servo chính xác. So với các nghiên cứu trước đây về tự động hóa trong ngành chế biến thủy sản, giải pháp này có ưu điểm vượt trội về khả năng điều chỉnh linh hoạt theo kích cỡ tôm và không gian làm việc.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ tôm bị gãy giữa cấp thủ công và cấp tự động, bảng thống kê tốc độ vận hành và sơ đồ mô hình 3D thể hiện bố trí thiết bị trong nhà máy. Kết quả này góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí nhân công và tăng tính cạnh tranh cho các nhà máy chế biến tôm xuất khẩu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai lắp đặt hệ thống cấp tôm tự động tại các nhà máy chế biến tôm xuất khẩu trong vòng 12 tháng tới nhằm giảm tỷ lệ tổn thất sản phẩm và tăng năng suất dây chuyền.

  2. Đào tạo nhân viên vận hành và bảo trì hệ thống để đảm bảo vận hành ổn định, giảm thiểu thời gian dừng máy, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị.

  3. Nâng cấp hệ thống cảm biến và điều khiển servo để mở rộng khả năng xử lý các loại tôm có kích cỡ và quy cách khác nhau, tăng tính linh hoạt cho dây chuyền sản xuất.

  4. Tăng cường nghiên cứu phát triển mô hình mô phỏng 3D và thử nghiệm thực tế nhằm tối ưu hóa thiết kế, tiết kiệm không gian và chi phí đầu tư cho các nhà máy trong tương lai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý nhà máy chế biến thủy sản: giúp hiểu rõ về giải pháp tự động hóa cấp tôm, từ đó đưa ra quyết định đầu tư phù hợp nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

  2. Kỹ sư thiết kế và phát triển dây chuyền sản xuất: cung cấp kiến thức về thiết kế cơ khí tích hợp hệ thống điều khiển tự động, mô hình 3D và các module phân tách tôm hiệu quả.

  3. Chuyên gia nghiên cứu công nghệ chế biến thủy sản: tham khảo các phương pháp thử nghiệm, mô phỏng và phân tích số liệu trong lĩnh vực tự động hóa chế biến thủy sản.

  4. Sinh viên và học viên cao học ngành cơ khí chế tạo máy và công nghệ thực phẩm: làm tài liệu học tập, nghiên cứu về ứng dụng tự động hóa trong sản xuất thực phẩm, đặc biệt là ngành chế biến thủy sản.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giải pháp cấp tôm tự động có phù hợp với các loại tôm khác ngoài PD 71/90 không?
    Giải pháp được thiết kế linh hoạt, có thể điều chỉnh để phù hợp với các loại tôm khác như HLSO, PTO với kích cỡ tương tự, nhờ vào hệ thống cảm biến và điều khiển servo chính xác.

  2. Tỷ lệ tôm bị gãy khi sử dụng hệ thống tự động là bao nhiêu?
    Theo thử nghiệm, tỷ lệ tôm bị gãy giảm xuống dưới 2%, thấp hơn đáng kể so với tỷ lệ 8-10% khi cấp thủ công, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.

  3. Hệ thống có tiết kiệm diện tích so với các giải pháp tự động hóa khác không?
    Có, thiết kế mô hình 3D và thử nghiệm thực tế cho thấy hệ thống tiết kiệm khoảng 15-20% diện tích so với các hệ thống tự động hóa truyền thống.

  4. Thời gian hoàn thiện lắp đặt và đưa vào vận hành hệ thống là bao lâu?
    Thời gian dự kiến từ khảo sát, thiết kế đến lắp đặt và vận hành thử nghiệm khoảng 12 tháng, tùy thuộc vào quy mô nhà máy và điều kiện thực tế.

  5. Hệ thống có yêu cầu đào tạo nhân viên vận hành không?
    Có, để đảm bảo vận hành ổn định và bảo trì hiệu quả, nhân viên cần được đào tạo về vận hành thiết bị, xử lý sự cố và bảo dưỡng định kỳ.

Kết luận

  • Đã nghiên cứu và thiết kế thành công hệ thống cấp tôm tự động cho hệ thống IQF, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và vận hành thực tế.
  • Hệ thống giúp giảm tỷ lệ tôm bị gãy, dính chồng, nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng năng suất dây chuyền.
  • Thiết kế mô hình 3D và thử nghiệm thực tế chứng minh tính khả thi và tiết kiệm không gian lắp đặt.
  • Đề xuất triển khai lắp đặt và đào tạo nhân viên vận hành trong vòng 12 tháng tới để tối ưu hiệu quả sản xuất.
  • Khuyến khích các nhà máy chế biến thủy sản nghiên cứu mở rộng ứng dụng tự động hóa trong các khâu khác nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh.

Quý độc giả và các nhà quản lý trong ngành chế biến thủy sản được khuyến khích áp dụng và phát triển giải pháp này nhằm thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành.