Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp chế biến và xuất khẩu đồ gỗ là ngành hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam. Dù chịu tác động từ dịch bệnh và biến động thị trường quốc tế, xuất khẩu gỗ và sản phẩm gỗ vẫn đạt kim ngạch 5,48 tỷ USD trong 4 tháng đầu năm 2022 (tăng 4% so với cùng kỳ năm 2021), xuất khẩu tới hơn 140 quốc gia, trong đó thị trường Hoa Kỳ và Châu Âu chiếm khoảng 80% thị phần. Để duy trì năng lực cạnh tranh trong bối cảnh năng suất lao động ngành gỗ trong nước còn thấp (ước tính bằng 50% Philippines, 40% Trung Quốc và 20% Châu Âu), các doanh nghiệp sản xuất đòi hỏi phải liên tục cải tiến mẫu mã, tối ưu hóa công nghệ gia công, nâng cao tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu và giảm chi phí sản xuất.

Đề tài "Thiết kế ghế băng dài ngoài trời GH - 01 tại Công ty TNHH Sadaco Bình Dương" do sinh viên Trần Nguyễn Gia Hân thực hiện dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Thị Ánh Nguyệt (Khoa Lâm nghiệp, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh) nhằm giải quyết bài toán thiết kế sản phẩm ngoại thất đáp ứng đồng thời yêu cầu thẩm mỹ, độ bền cơ học và tính khả thi trong dây chuyền sản xuất thực tế tại nhà máy.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được xác định bao gồm:

  1. Khảo sát các sản phẩm ghế ngoài trời cùng loại trên thị trường, lựa chọn nguyên liệu và định hình kiểu dáng sản phẩm theo phong cách hiện đại.
  2. Phân tích kết cấu, xác định kích thước nhân trắc học và kiểm tra độ bền cơ học (chịu uốn, chịu nén) của các chi tiết chịu lực chính.
  3. Tính toán các chỉ tiêu kỹ thuật: độ chính xác gia công, độ nhám bề mặt, lượng dư gia công, dung sai lắp ghép và yêu cầu hoàn thiện trang sức bề mặt.
  4. Tính toán định mức nguyên vật liệu chính, vật liệu phụ và xác định tỷ lệ lợi dụng gỗ.
  5. Thiết kế lưu trình công nghệ gia công chi tiết (chi tiết thẳng, chi tiết cong), lập phiếu công nghệ và quy trình đóng gói sản phẩm.
  6. Tính toán giá thành sản phẩm xuất xưởng và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm hạ giá thành sản xuất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Sản phẩm ghế băng dài ngoài trời mã hiệu GH-01 làm từ gỗ Tràm bông vàng (Acacia auriculiformis).
  • Phạm vi không gian: Thực hiện tại Nhà máy Chi nhánh Công ty Cổ phần Phát triển Sản xuất Thương mại Sài Gòn (Sadaco) Bình Dương (ấp Bình Phước B, Bình Chuẩn, TX. Thuận An, Bình Dương).
  • Phạm vi thời gian: Từ ngày 10/04/2023 đến tháng 06/2023 (bảo vệ tháng 08/2023).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn kỹ thuật

  • Tiêu chuẩn kỹ thuật ngành mộc:
    • Tiêu chuẩn độ chính xác gia công cấp 2 (theo Bảng 10-1 Tiêu chuẩn Liên Xô về dung sai chi tiết gỗ).
    • Quy định số 10/LNSX ngày 08/02/1971 của Cục Lâm nghiệp về lượng dư gia công cơ sở (chiều dài lấy 10–20 mm; chiều dày/rộng $\le 50$ mm lấy 3–5 mm, 60–90 mm lấy 5–7 mm, $\ge 100$ mm lấy 7–15 mm) và định mức hao hụt pha cắt, phế phẩm (15%–20%).
  • Cơ học kết cấu gỗ:
    • Mô hình tính toán ứng suất uốn tĩnh: $\sigma_u = \frac{M_u}{W_u} \le [\sigma_u]$, với $M_u = N_A \times \frac{l}{2}$ và mô-men chống uốn $W_u = \frac{b \times h^2}{6}$.
    • Mô hình tính toán ứng suất nén dọc: $\sigma_z = \frac{N_z}{F_z} \le [\sigma_n]$.
  • Quản lý sản xuất và chất lượng: Ứng dụng mô hình 5S (Seiri - Sàng lọc, Seiton - Sắp xếp, Seiso - Sạch sẽ, Seiketsu - Săn sóc, Shitsuke - Sẵn sàng) kết hợp quy trình kiểm soát chất lượng KCS/QC theo từng công đoạn.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập và phân tích thực địa: Khảo sát hiện trạng nhà xưởng rộng 4.500 m², hệ thống thiết bị gồm 39 chủng loại máy móc và nguồn cung gỗ phách xẻ sấy tại Sadaco Bình Dương.
  • Phương pháp tính toán định mức:
    • Tính thể tích gỗ tinh chế ($V_{TCCT} = a \times b \times c \times n \times 10^{-9}$), thể tích sơ chế ($V_{SCCT}$), thể tích phế phẩm ($V_{SCPP} = (k + 1) \times V_{SCSP}$).
    • Tính hiệu suất pha cắt $N = \frac{V_1}{V} \times 100%$ và tỷ lệ lợi dụng gỗ tổng thể $P = \frac{V_{TCSP}}{V_{NL}} \times 100%$.
  • Ứng dụng phần mềm chuyên ngành: AutoCAD (xây dựng bản vẽ kỹ thuật 2D, mô hình 3D), 3Ds Max (dựng phối cảnh không gian), Microsoft Excel (xử lý số liệu định mức và tính giá thành).

Nguồn dữ liệu

  • Dữ liệu thực nghiệm cơ lý của gỗ Tràm bông vàng (Acacia auriculiformis): Độ ẩm sấy $8% - 12%$, khối lượng thể tích ở độ ẩm 12% đạt $610 \text{ kg/m}^3$, hệ số co rút thể tích trung bình $0,21%$, ứng suất nén dọc tối đa $474 \text{ kg/cm}^2$, ứng suất uốn tĩnh tối đa $1.028 \text{ kg/cm}^2$.
  • Dữ liệu khảo sát thị trường từ các mẫu ghế ngoài trời đối chứng (ghế bập bênh khung nhôm mây nhựa PE Lullary Rocking Chair, ghế sắt sơn tĩnh điện, ghế gỗ Teak Reborn Wood Arina).

Thiết kế kỹ thuật và quy trình công nghệ

1. Đặc tính vật liệu và kích thước sản phẩm

Sản phẩm GH-01 được thiết kế với kích thước phủ bì: Cao 725 mm $\times$ Sâu 820 mm $\times$ Dài 2.200 mm (kích thước khung chính: rộng 600 mm, dài 2.200 mm, cao 725 mm), phù hợp với thông số sinh trắc học người sử dụng.

Chỉ tiêu cơ lý gỗ Tràm bông vàng Giá trị đo nghiệm
Khối lượng thể tích ($\text{W} = 12%$) $610 \text{ kg/m}^3$
Hệ số co rút thể tích trung bình $0,21%$
Ứng suất uốn tĩnh tối đa ($\sigma_u$) $1.028 \text{ kg/cm}^2$
Ứng suất nén dọc tối đa ($\sigma_n$) $474 \text{ kg/cm}^2$
Độ ẩm gỗ sau tẩm sấy $8% - 12%$ ($8% - 14%$)

2. Thống kê chi tiết cấu tạo sản phẩm GH-01

Sản phẩm gồm 19 chi tiết chia thành 4 cụm chính, toàn bộ sử dụng gỗ Tràm bông vàng:

STT Tên chi tiết Dày (mm) Rộng (mm) Dài (mm)
I Cụm khung chân
1 Chân đứng khoan lỗ mộng giả 25 125 600
2 Tay ghế + Đế dưới 25 125 820
3 Đế ngang giữa 25 125 800
4 Đố ngang giữa mặt dưới 25 50 800
5 Ke góc 35 90 70
II Cụm mê ngồi
6 Đố trước ngang mê ngồi 25 80 1950
7 Đố sau ngang mê ngồi 25 50 1980
8 Nan mê ngồi (1) 20 80 498
9 Nan mê ngồi (2) 20 80 538
10 Bọ đỡ lưng 25 38 100
11 Ke đỡ nan mê ngồi 20 20 100
III Cụm tựa lưng
12 Nan tựa lưng (1) 20 80 385
13 Nan tựa lưng (2) 20 80 425
14 Đế đứng tựa lưng 25 80 505
15 Đố ngang tựa lưng 25 80 1950
16 Đố trên ngang sau lưng 25 60 1980
17 Ke góc tam giác 25 25 70
IV Chi tiết rời
18 Kiềng dọc đế chân 35 125 1980
19 Đố sau nối khung chân 25 50 1980

3. Kết cấu liên kết và quy trình công nghệ

  • Hệ thống liên kết: Kết hợp mộng oval, mộng oval dài, liên kết vít xoắn lục giác, liên kết tán sò và bu-lông, chốt gỗ gia cố keo và mộng dẹp (mộng bí).
  • Quy trình gia công chi tiết thẳng: Lựa chọn phôi $\rightarrow$ Cắt sơ chế (máy Ripsaw/cắt phôi) $\rightarrow$ Bào 2 mặt/4 mặt $\rightarrow$ Cắt tinh 2 đầu $\rightarrow$ Đánh mộng/khoan lỗ $\rightarrow$ Chà nhám thùng/nhám chổi $\rightarrow$ Kiểm tra KCS $\rightarrow$ Hoàn thiện bề mặt.
  • Quy trình đóng gói thành phẩm: Sản phẩm được tháo rời theo dạng module bán lắp ghép, trải qua 7 bước đóng gói bằng thùng carton bồi chèn lót góc xốp và màng PE bảo vệ.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này phân tích bối cảnh ngành chế biến gỗ Việt Nam, vai trò của vùng nguyên liệu rừng trồng (keo, bạch đàn với diện tích 3,2 triệu ha, sản lượng trên 5 triệu $\text{m}^3/\text{năm}$). Tác giả làm rõ tính cấp thiết của việc phát triển các mặt hàng đồ gỗ ngoài trời có thiết kế hiện đại, xác định mục tiêu nghiên cứu, đối tượng sản phẩm GH-01 và giới hạn phạm vi đề tài tại Công ty TNHH Sadaco Bình Dương trong thời gian từ tháng 4/2023 đến tháng 6/2023.

Chương 2: Tổng quan

Chương 2 trình bày tổng quan ngành gỗ trong nước và giới thiệu lịch sử hình thành, cơ cấu tổ chức của Công ty Sadaco Bình Dương (tiền thân thành lập năm 1987, cổ phần hóa năm 2005, vốn điều lệ ban đầu 14 tỷ đồng). Khảo sát năng lực sản xuất tại nhà xưởng $4.500 \text{ m}^2$ với 200 công nhân, thống kê hệ thống 39 thiết bị máy móc (máy Ripsaw, Tubi, máy bào 2 mặt/4 mặt, máy khoan giàn 12 đầu, máy mộng âm 4 đầu CNC...). Đánh giá bảng quy cách gỗ phách Tràm bông vàng nhập xưởng (chiều dày 15–45 mm, chiều rộng 50–200 mm, chiều dài 350–2.000 mm) và chính sách quản lý chất lượng theo nguyên tắc 5S.

Chương 3: Mục tiêu, nội dung và phương pháp thiết kế

Nội dung chương thiết lập hệ thống phương pháp luận thiết kế đồ mộc: các bước thu thập thông tin, sử dụng phần mềm hỗ trợ (AutoCAD, 3Ds Max, Excel), cơ sở tính toán kiểm tra bền uốn tĩnh, bền nén dọc và công thức tính toán thể tích tinh chế, sơ chế, phế phẩm, tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu. Xác định các nhóm yêu cầu kỹ thuật (thẩm mỹ, sử dụng, môi trường, kinh tế) và các nguyên tắc thiết kế sản phẩm mộc (tính công năng, nghệ thuật, công nghệ, khoa học, kinh tế, sáng tạo).

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 là phần nội dung trọng tâm của đề tài, bao gồm:

  • Khảo sát sản phẩm đối chứng: So sánh ưu - nhược điểm, vật liệu và giá thành của 3 dòng ghế ngoại thất trên thị trường (bảng tổng hợp bên dưới).
  • Lựa chọn nguyên liệu và tạo dáng: Chọn gỗ Tràm bông vàng có độ ẩm $8% - 12%$, xác lập kích thước bao $725 \times 820 \times 2.200 \text{ mm}$.
  • Xác lập thông số kỹ thuật: Bản vẽ kỹ thuật 19 chi tiết; phân tích liên kết mộng oval, bulong, tán sò, vít gỗ; áp dụng dung sai gia công cấp 2 và lượng dư gia công theo Quy định 10/LNSX.
  • Tính toán định mức và công nghệ: Xác định thể tích tinh chế sản phẩm ($V_{TCSP}$), thể tích nguyên liệu ($V_{NL}$), lưu trình công nghệ chi tiết thẳng và chi tiết cong, lập phiếu công nghệ và quy trình đóng gói hoàn thiện 7 bước.
  • Tính giá thành sản phẩm: Chi phí nguyên liệu chính, nguyên liệu phụ, phụ kiện liên kết, bao bì đóng gói, chi phí nhân công và phân bổ hạ giá thành.
Mẫu khảo sát Vật liệu chính Kích thước (mm) Giá tham khảo (VNĐ)
Lullary Rocking Chair Khung nhôm + Mây nhựa PE $650 \times 1060 \times 1010$ 5.000.000
Ghế ngoài trời bằng sắt Sắt sơn tĩnh điện $570 \times 570 \times 960$ 1.000.000
Reborn Wood Arina Gỗ Teak tự nhiên $700 \times 900 \times 950$ 12.000.000
Sản phẩm thiết kế GH-01 Gỗ Tràm bông vàng $725 \times 820 \times 2200$ 2.863.000

Kết luận và đề nghị

Đánh giá mức độ hoàn thành mục tiêu thiết kế, xác nhận tính phù hợp của sản phẩm trên dây chuyền thiết bị thực tế tại Sadaco Bình Dương và kiến nghị các giải pháp tiếp tục cải tiến đồ gá, quy cách phôi nhằm hạ giá thành.


Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Chỉ tiêu kỹ thuật và định mức:
    • Tỷ lệ lợi dụng gỗ đạt mức: $P = 70,63%$.
    • Kiểm tra độ bền cơ học đạt yêu cầu: Ứng suất uốn tĩnh và ứng suất nén dọc của các thanh chịu lực chính (chân đứng, đố ngang mê ngồi, nan tựa lưng) nằm trong giới hạn bền cho phép của gỗ Tràm bông vàng ($\sigma_u \le 1.028 \text{ kg/cm}^2$, $\sigma_n \le 474 \text{ kg/cm}^2$).
    • Giá thành xuất xưởng tính toán cho 1 sản phẩm ghế băng dài ngoài trời GH-01 là: 2.863.000 VNĐ (hoàn toàn cạnh tranh so với phân khúc ghế ngoại thất gỗ trên thị trường).

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Tối ưu hóa quy cách nguyên liệu: Đặt mua phôi xẻ sấy có kích thước bám sát kích thước sơ chế của chi tiết nhằm giảm thiểu lượng dư thừa và phế phẩm cắt gọt.
  • Cải tiến công nghệ đồ gá: Áp dụng dưỡng gá cố định dưới bàn máy cắt để nâng năng suất cắt từ 100 thanh/ngày lên mức tối đa; sử dụng cụm khoan 3 mũi so le để khoan đồng thời 3 lỗ, tiết kiệm điện năng và chu kỳ thao tác.
  • Chuẩn hóa quản lý 5S: Duy trì kiểm tra KCS/QC ngay tại từng công đoạn máy (bào, mộng, chà nhám) nhằm giảm thiểu phế phẩm trước khi chuyển sang khâu hoàn thiện bề mặt.

Đóng góp thực tiễn của đề tài

Đề tài cung cấp bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh (bản vẽ 2D, 3D, phiếu công nghệ, định mức vật tư, quy trình đóng gói) cho sản phẩm GH-01. Giải pháp thiết kế phù hợp trực tiếp với năng lực thiết bị và trình độ tay nghề công nhân hiện hữu của Công ty Sadaco Bình Dương mà không đòi hỏi đầu tư mới dây chuyền máy móc.


Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm chuyên biệt trên chủng loại gỗ Tràm bông vàng (Acacia auriculiformis) và căn cứ theo điều kiện công nghệ, danh mục 39 máy móc tại nhà máy Sadaco Bình Dương; kích thước thiết kế định hướng theo nhân trắc học người tiêu dùng châu Á.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng tính toán độ bền và thử nghiệm biến tính bề mặt đối với các dòng sơn ngoại thất chịu thời tiết khắc nghiệt dài ngày; nghiên cứu khả năng mở rộng sang các dòng nguyên liệu gỗ rừng trồng khác (như keo lai, bạch đàn biến tính) hoặc kết hợp vật liệu kim khí phụ trợ.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên và giảng viên chuyên ngành Thiết kế đồ gỗ nội thất, Công nghệ chế biến lâm sản, Kỹ thuật chế biến gỗ; kỹ sư công nghệ và nhân viên kỹ thuật R&D tại các nhà máy sản xuất đồ gỗ ngoại thất.
  • Nội dung giá trị:
    • Phương pháp luận và hệ thống công thức tính toán tỷ lệ lợi dụng gỗ ($P = 70,63%$), định mức sơ chế/tinh chế/phế phẩm.
    • Bảng thống kê chi tiết kết cấu 19 chi tiết, hệ thống liên kết mộng oval - bulong - tán sò và phương pháp lập phiếu công nghệ gia công chi tiết thẳng, chi tiết cong trên thiết bị thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Sản phẩm ghế băng dài GH-01 sử dụng loại gỗ gì và có các thông số cơ lý cơ bản nào?
Sản phẩm sử dụng gỗ Tràm bông vàng (Acacia auriculiformis), đã qua tẩm sấy đạt độ ẩm 8%–12%. Các chỉ số cơ lý chính gồm: khối lượng thể tích $610 \text{ kg/m}^3$ (ở độ ẩm 12%), hệ số co rút thể tích trung bình $0,21%$, ứng suất nén dọc tối đa $474 \text{ kg/cm}^2$, ứng suất uốn tĩnh tối đa $1.028 \text{ kg/cm}^2$.

2. Kích thước tổng thể của sản phẩm GH-01 là bao nhiêu?
Kích thước bao của sản phẩm là: Chiều rộng 600 mm $\times$ Chiều dài 2.200 mm $\times$ Chiều cao 725 mm (kích thước chi tiết phủ bì: $725 \times 820 \times 2.200 \text{ mm}$).

3. Tỷ lệ lợi dụng gỗ và giá thành xuất xưởng tính toán của sản phẩm đạt bao nhiêu?
Theo tính toán định mức trong khóa luận, tỷ lệ lợi dụng gỗ của sản phẩm đạt $P = 70,63%$ và giá xuất xưởng tính toán là 2.863.000 VNĐ.

4. Những dạng liên kết kết cấu chủ yếu nào được sử dụng trong sản phẩm?
Sản phẩm sử dụng liên kết mộng oval, mộng oval dài, liên kết vít xoắn lục giác, bu-lông kết hợp tán sò, ke góc định vị và chốt gỗ gia cố keo.

5. Đề tài áp dụng các quy định và tiêu chuẩn kỹ thuật nào trong tính toán dung sai và lượng dư gia công?
Tác giả áp dụng Tiêu chuẩn dung sai chi tiết gỗ cấp chính xác 2 (theo Tiêu chuẩn Liên Xô, Bảng 10-1) và Quy định số 10/LNSX ngày 08/02/1971 của Cục Lâm nghiệp về định mức lượng dư gia công cơ sở và hao hụt phế phẩm.


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Nguyễn Gia Hân đã hoàn thành trọn vẹn quy trình nghiên cứu, thiết kế và lập hồ sơ công nghệ sản xuất sản phẩm ghế băng dài ngoài trời GH-01 từ nguồn nguyên liệu gỗ Tràm bông vàng. Kết quả nghiên cứu xác lập được tỷ lệ lợi dụng nguyên liệu đạt $70,63%$, kiểm tra cơ học bảo đảm an toàn chịu lực và đưa ra mức giá xuất xưởng hợp lý 2.863.000 VNĐ. Toàn bộ quy trình công nghệ và phương án gia công được xây dựng đồng bộ, tương thích hoàn toàn với hệ thống thiết bị và năng lực sản xuất thực tế tại Công ty TNHH Sadaco Bình Dương.