Tổng quan nghiên cứu

Trong những năm gần đây, nhu cầu tiêu thụ bánh tráng rế – nguyên liệu chính để làm món chả giò rế truyền thống của Việt Nam – đã tăng mạnh cả trong thị trường nội địa và xuất khẩu. Tại cơ sở sản xuất bánh tráng rế Phong Phú, năng suất hiện tại đạt khoảng 3 đến 4 tấn bánh mỗi tháng, với 7 công nhân lành nghề và 3 công nhân thời vụ vận hành 4 thiết bị bán tự động. Tuy nhiên, năng suất không ổn định do công nhân thời vụ thường xuyên nghỉ làm và thiết bị bán tự động hay hư hỏng kỹ thuật, dẫn đến mất nhiều đơn hàng quan trọng, đặc biệt là đơn hàng xuất khẩu sang Đài Loan. Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát quy trình sản xuất thủ công và thiết bị hiện có, từ đó đề xuất phương pháp tạo hình bánh rế cải tiến, thiết kế và chế tạo thiết bị bán tự động mới nhằm nâng cao năng suất lên 80 kg bột mỗi ngày, với 2 ca làm việc mỗi ca 5 tiếng, đồng thời đảm bảo chất lượng bánh theo tiêu chuẩn về kích thước, khối lượng và hình dạng. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 09/2016 đến tháng 08/2017 tại cơ sở Phong Phú, tỉnh Tiền Giang. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hiện đại hóa sản xuất bánh tráng rế, góp phần giải phóng sức lao động, ổn định năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời mở rộng thị trường tiêu thụ cho cơ sở sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình kỹ thuật cơ khí hiện đại để thiết kế cơ cấu chuyển động đẳng hướng và cơ cấu bốn khâu trong thiết bị làm bánh tráng rế. Cụ thể:

  • Lý thuyết thiết kế kết hợp chuyển động đẳng hướng: Sử dụng bộ truyền đai răng có kiểm soát vị trí để điều khiển chuyển động nội suy theo hai phương X và Y, giúp di chuyển cơ cấu rải bột qua các mâm nướng bánh một cách chính xác và ổn định. Bộ truyền đai răng được lựa chọn do tính kinh tế và khả năng thích ứng với môi trường làm việc, với dung sai kiểm soát vị trí dưới 0,2 mm trên chiều dài 300 mm.

  • Mô hình cơ cấu bốn khâu chuyển đổi điểm: Áp dụng trong thiết kế cần lắc rải bột, giúp tạo chuyển động quỹ đạo cong phù hợp với hình dạng bánh tráng rế. Cơ cấu này cho phép thay đổi bán kính trong khi hoạt động, đảm bảo độ chính xác và ổn định của chuyển động.

  • Lý thuyết điều khiển hệ thống servo và Arduino: Hệ thống servo được sử dụng để điều khiển vị trí và tốc độ chuyển động của các cơ cấu, kết hợp với bộ điều khiển Arduino MEGA 2560 để lập trình và quản lý chu trình hoạt động của thiết bị, đảm bảo vận hành tự động và ổn định.

Các khái niệm chính bao gồm: chuyển động đẳng hướng, cơ cấu nội suy, cơ cấu bốn khâu, điều khiển servo, lập trình Arduino.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa quan sát khoa học, phân tích tổng kết kinh nghiệm và thực nghiệm khoa học:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ khảo sát thực tế quy trình sản xuất thủ công và thiết bị bán tự động tại cơ sở bánh tráng rế Phong Phú, cùng các số liệu kỹ thuật, hình ảnh và bản vẽ thiết kế.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích ưu nhược điểm của thiết bị hiện có, tính toán thiết kế cơ cấu rải bột và cơ cấu nội suy dựa trên lý thuyết cơ khí và tài liệu hướng dẫn thiết kế máy. Sử dụng phần mềm mô phỏng Working Model 2D và ANSYS để mô phỏng chuyển động và kiểm tra ứng suất, biến dạng các chi tiết.

  • Timeline nghiên cứu: Từ tháng 09/2016 đến tháng 08/2017, gồm các giai đoạn khảo sát, thiết kế, chế tạo, lập trình, lắp ráp, vận hành thử nghiệm và đánh giá thiết bị.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung vào một cơ sở sản xuất cụ thể với 4 thiết bị bán tự động và đội ngũ công nhân vận hành, đảm bảo tính thực tiễn và khả năng áp dụng kết quả.

  • Phương pháp thí nghiệm: Thí nghiệm ảnh hưởng của bán kính rải bột đến đường kính bánh, đo đạc kích thước, khối lượng và chất lượng bánh, đánh giá sai số giữa thiết kế và thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phương pháp tạo hình bánh rế cải tiến: Thiết kế quỹ đạo rải bột theo phương pháp kết hợp chuyển động đẳng hướng giúp tạo vòng rế đều, kín và có biên dạng tròn chuẩn hơn so với thiết bị trước. Thí nghiệm cho thấy sai số đường kính bánh so với thiết kế dưới 2%, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

  2. Năng suất thiết bị đạt 80 kg bột/ngày: Thiết bị bán tự động mới vận hành bởi 1 công nhân, làm việc 2 ca mỗi ca 5 tiếng, đạt năng suất 80 kg bột/ngày, tăng khoảng 33% so với năng suất trung bình 40 kg/ngày của sản xuất thủ công.

  3. Ổn định và tiết kiệm năng lượng: Thiết bị hoạt động ổn định, giảm tổn hao công suất do loại bỏ trục chính nặng và cơ cấu phanh đột ngột như thiết bị cũ. Việc sử dụng bộ truyền đai răng và điều khiển servo giúp giảm hao phí năng lượng và tăng tuổi thọ thiết bị.

  4. An toàn và giảm bảo dưỡng: Thiết kế cải tiến hệ thống cấp nhiệt bằng gas với cảm biến nhiệt chính xác, giảm hiện tượng quá nhiệt và rò rỉ gas. Thiết bị ít phải bảo dưỡng hơn, tăng thời gian hoạt động liên tục lên trên 5 ngày.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của cải tiến là việc áp dụng lý thuyết chuyển động đẳng hướng và cơ cấu bốn khâu trong thiết kế cơ cấu rải bột, giúp tạo hình bánh rế đồng đều và chính xác hơn. So với thiết bị do PGS. Trần Doãn Sơn thiết kế, thiết bị mới khắc phục được nhược điểm tổn hao công suất lớn và bảo trì thường xuyên do cơ cấu phanh và cổ góp điện. Việc sử dụng động cơ servo và bộ điều khiển Arduino MEGA 2560 cho phép điều khiển chính xác chuyển động nội suy, giảm sai số và tăng hiệu quả vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh năng suất giữa sản xuất thủ công, thiết bị cũ và thiết bị mới, cũng như bảng số liệu sai số kích thước bánh và tần suất bảo dưỡng thiết bị. Kết quả này phù hợp với xu hướng hiện đại hóa sản xuất nông nghiệp, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm truyền thống.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai thiết bị bán tự động tại các cơ sở sản xuất bánh tráng rế: Động viên các cơ sở áp dụng thiết bị cải tiến để tăng năng suất lên ít nhất 80 kg bột/ngày, giảm phụ thuộc vào lao động thời vụ, thời gian thực hiện trong 6 tháng đầu năm.

  2. Đào tạo công nhân vận hành và bảo trì thiết bị: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật vận hành, lập trình Arduino và bảo dưỡng thiết bị cho công nhân nhằm đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định, giảm thời gian dừng máy, thực hiện liên tục trong 3 tháng đầu sau khi lắp đặt.

  3. Nâng cấp hệ thống điều khiển và cảm biến nhiệt: Cải tiến phần mềm điều khiển và hệ thống cảm biến để tự động điều chỉnh nhiệt độ và tốc độ rải bột, giảm thiểu rủi ro cháy nổ và hao phí năng lượng, hoàn thành trong vòng 1 năm.

  4. Phát triển nghiên cứu mở rộng cho các sản phẩm tương tự: Áp dụng công nghệ và thiết kế này cho các sản phẩm bánh truyền thống khác cần tạo hình phức tạp, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và mở rộng thị trường, kế hoạch nghiên cứu trong 2 năm tiếp theo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các cơ sở sản xuất bánh tráng rế và chả giò truyền thống: Giúp nâng cao năng suất, ổn định chất lượng sản phẩm, giảm chi phí lao động và bảo trì thiết bị.

  2. Kỹ sư thiết kế và chế tạo thiết bị cơ khí: Cung cấp kiến thức về thiết kế cơ cấu chuyển động đẳng hướng, cơ cấu bốn khâu và ứng dụng điều khiển servo trong sản xuất thực phẩm.

  3. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành kỹ thuật cơ khí và tự động hóa: Là tài liệu tham khảo về phương pháp nghiên cứu, thiết kế và thử nghiệm thiết bị bán tự động trong ngành chế biến thực phẩm.

  4. Các tổ chức chuyển giao công nghệ và phát triển sản xuất nông nghiệp: Hỗ trợ trong việc ứng dụng công nghệ hiện đại vào sản xuất truyền thống, góp phần công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành nông nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Thiết bị bán tự động này có thể thay thế hoàn toàn lao động thủ công không?
    Thiết bị giúp giảm đáng kể lao động thủ công, chỉ cần 1 công nhân vận hành và quan sát, nhưng vẫn cần sự giám sát để đảm bảo chất lượng bánh. Ví dụ, công nhân cần lấy bánh và bôi trơn chảo trong quá trình vận hành.

  2. Năng suất thiết bị mới so với thiết bị cũ và thủ công như thế nào?
    Thiết bị mới đạt năng suất khoảng 80 kg bột/ngày, tăng khoảng 33% so với năng suất thủ công trung bình 40 kg/ngày và tương đương hoặc cao hơn thiết bị bán tự động trước đó.

  3. Thiết bị có đảm bảo an toàn khi sử dụng gas làm nhiệt không?
    Thiết bị được cải tiến hệ thống cảm biến nhiệt và thiết kế cấp nhiệt an toàn, giảm hiện tượng rò rỉ và tắt lửa đột ngột, nâng cao an toàn trong vận hành.

  4. Chi phí bảo trì thiết bị mới có cao không?
    Thiết bị mới giảm tần suất bảo trì nhờ loại bỏ các cơ cấu dễ hỏng như cổ góp điện và phanh đột ngột, giúp tăng thời gian hoạt động liên tục trên 5 ngày, tiết kiệm chi phí bảo trì.

  5. Có thể áp dụng thiết kế này cho các sản phẩm bánh khác không?
    Có thể, thiết kế cơ cấu chuyển động đẳng hướng và điều khiển servo có thể điều chỉnh để phù hợp với các sản phẩm bánh truyền thống khác cần tạo hình phức tạp, mở rộng ứng dụng trong ngành thực phẩm.

Kết luận

  • Đã nghiên cứu và đề xuất phương pháp tạo hình bánh tráng rế cải tiến, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm với vòng rế đều, kín và biên dạng tròn chuẩn.
  • Thiết kế và chế tạo thành công thiết bị bán tự động đạt năng suất 80 kg bột/ngày, vận hành bởi 1 công nhân trong 2 ca làm việc mỗi ca 5 tiếng.
  • Thiết bị hoạt động ổn định, tiết kiệm năng lượng, giảm hao phí và bảo trì so với các thiết bị trước đây.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần hiện đại hóa sản xuất bánh tráng rế, giải phóng sức lao động và mở rộng thị trường tiêu thụ.
  • Đề xuất các giải pháp triển khai, đào tạo và nâng cấp thiết bị nhằm phát triển bền vững trong tương lai.

Mời các cơ sở sản xuất và nhà nghiên cứu quan tâm áp dụng và phát triển thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất bánh tráng rế truyền thống.