Luận văn thạc sĩ về tối ưu hóa máy gọt củ năng bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật cơ khí tối ưu hóa máy gọt củ năng bằng phương pháp thực nghiệm taguchi, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện

• Tác giả: Trần Hoàng Trọng
• Người hướng dẫn: TS. Bành Quốc Nguyên
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Tối ưu hóa máy gọt củ năng bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu công trình trước
• 1.2. Mô hình máy gọt củ năng
• 1.3. Quá trình quy hoạch thực nghiệm
• 1.4. Mục tiêu đề tài
• 1.5. Phạm vi đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Cơ sở thiết kế, mô phỏng máy
• 2.2. Cơ sở thiết kế máy
• 2.3. Phân loại mô đun
• 2.4. Vòng đời của sản phẩm được thiết kế theo mô đun
• 2.5. Phân tích thiết kế hệ thống máy gọt củ năng
• 2.6. Phân tích chức năng máy gọt củ năng
• 2.7. Phân tích thiết kế hệ thống cho sản phẩm
• 2.8. Cơ sở mô phỏng máy
• 3. CHƯƠNG 3: CẢI TIẾN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY
• 4. CHƯƠNG 4: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM
• 5. CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH DỮ LIỆU THU THẬP
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT
• BÀI BÁO KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC XỬ LÝ ẢNH
• PHỤ LỤC TÍNH TOÁN MÔ ĐUN TRUYỀN ĐỘNG
• PHỤ LỤC CHẾ TẠO LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH MÁY
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về máy gọt củ năng

Máy gọt củ năng là thiết bị quan trọng trong ngành chế biến nông sản, đặc biệt là củ năng. Việc tối ưu hóa máy gọt củ năng không chỉ giúp nâng cao hiệu suất làm việc mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm đầu ra. Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng phương pháp Taguchi để tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của máy. Phương pháp thực nghiệm Taguchi là một công cụ mạnh mẽ cho phép xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm thông qua thiết kế thí nghiệm một cách có hệ thống, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất. Theo nghiên cứu, các yếu tố như thời gian cắt, tốc độ cắt, góc cắt và chiều cao cắt đều có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của máy. Việc tối ưu hóa quy trình không chỉ tăng cường độ sạch của củ năng mà còn giảm thiểu khối lượng còn lại sau khi gọt, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu này nhằm mục tiêu cải tiến và tối ưu hóa máy gọt củ năng thông qua các chỉ tiêu chất lượng đầu ra như độ sạch và khối lượng còn lại. Để thực hiện điều này, quy trình lượng hóa các chỉ tiêu này sẽ được xây dựng, trong đó ứng dụng các kỹ thuật hiện đại như xử lý ảnh để đánh giá độ sạch. Việc xác định các thông số đầu vào tối ưu sẽ được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi, giúp tối ưu hóa đồng thời hai chỉ số chất lượng. Điều này không chỉ mang lại lợi ích về chất lượng sản phẩm mà còn tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu suất làm việc của máy.

II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này dựa trên các lý thuyết cơ bản về thiết kế máy và quy hoạch thực nghiệm. Cơ sở thiết kế máy gọt củ năng được xây dựng dựa trên các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật cơ khí, trong đó chú trọng đến việc tối ưu hóa các thông số kỹ thuật để đạt được hiệu suất cao nhất. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi sẽ được áp dụng để xác định các yếu tố đầu vào ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Quy trình này bao gồm việc xác định các nhân tố đầu vào, các cấp độ lấy mẫu và thực hiện thí nghiệm để thu thập dữ liệu. Kết quả thu được sẽ được phân tích thông qua các biểu đồ ảnh hưởng chính và phân tích phương sai (ANOVA) nhằm đánh giá các tác động nổi bật từ các thông số đầu vào đến hiệu suất của máy gọt củ năng.

2.1. Phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi là một kỹ thuật mạnh mẽ trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất. Kỹ thuật này giúp cải thiện chất lượng sản phẩm bằng cách giảm thiểu biến động trong quá trình sản xuất và tối ưu hóa các yếu tố đầu vào. Trong nghiên cứu này, bốn yếu tố chính được lựa chọn bao gồm thời gian cắt, tốc độ cắt, góc cắt và chiều cao cắt. Kết quả của các thí nghiệm sẽ được phân tích để xác định các thông số tối ưu cho máy gọt củ năng, từ đó nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm đầu ra.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng phương pháp thực nghiệm Taguchi đã giúp xác định được các thông số tối ưu cho máy gọt củ năng. Các biểu đồ phân tích phương sai (ANOVA) cho thấy rằng thời gian cắt và tốc độ cắt là hai yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến độ sạch và khối lượng còn lại của củ năng. Việc tối ưu hóa các thông số này không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc của máy mà còn giảm thiểu lượng chất thải trong quá trình sản xuất. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc áp dụng công nghệ xử lý ảnh để đánh giá độ sạch của củ năng là một bước tiến quan trọng, giúp nâng cao độ chính xác trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm.

3.1. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành chế biến nông sản, đặc biệt là trong việc sản xuất củ năng. Việc tối ưu hóa máy gọt củ năng không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tiết kiệm chi phí sản xuất. Các nhà sản xuất có thể áp dụng các thông số tối ưu được xác định trong nghiên cứu để cải tiến quy trình sản xuất của mình, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu lãng phí trong quá trình chế biến. Hơn nữa, nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới cho việc áp dụng các công nghệ hiện đại vào quy trình sản xuất nông sản, góp phần nâng cao giá trị gia tăng cho sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành cơ khí chế tạo máy ngày càng phát triển, việc tối ưu hóa các thiết bị sản xuất nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm là yêu cầu cấp thiết. Máy gọt củ năng là một thiết bị quan trọng trong chế biến nông sản, giúp tăng năng suất và giảm sức lao động thủ công. Theo ước tính, việc cải tiến máy gọt củ năng có thể nâng cao độ sạch của sản phẩm lên đến 90% và giảm khối lượng vỏ còn lại xuống dưới 10%, góp phần nâng cao giá trị sản phẩm và giảm lãng phí nguyên liệu.

Luận văn tập trung vào việc tối ưu hóa máy gọt củ năng bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi, nhằm đồng thời cải thiện hai chỉ tiêu chất lượng đầu ra là độ sạch và khối lượng còn lại của củ năng thành phẩm. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. Phạm vi nghiên cứu bao gồm cải tiến thiết kế máy, xây dựng quy trình lượng hóa các chỉ tiêu chất lượng và xác định các thông số đầu vào tối ưu cho quá trình gọt vỏ.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là cải tiến, chế tạo và vận hành máy gọt củ năng; xây dựng quy trình lượng hóa độ sạch và khối lượng còn lại của củ năng thành phẩm; xác định các thông số đầu vào tối ưu gồm thời gian cắt, tốc độ cắt, góc cắt và chiều cao cắt thông qua phương pháp thực nghiệm Taguchi kết hợp lý thuyết hệ số xám. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí và tăng chất lượng sản phẩm trong ngành chế biến nông sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi và lý thuyết hệ số xám (Grey Relational Analysis). Phương pháp Taguchi được sử dụng để thiết kế các thí nghiệm với số lượng tối thiểu nhưng vẫn đảm bảo đánh giá được ảnh hưởng của các nhân tố đầu vào đến chất lượng sản phẩm. Phương pháp này sử dụng ma trận trực giao và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N ratio) để xác định mức độ ổn định và hiệu quả của các thông số.

Lý thuyết hệ số xám được áp dụng để tối ưu hóa đa mục tiêu, giúp tổng hợp các chỉ tiêu chất lượng đầu ra thành một hệ số tương đương, từ đó xác định tổ hợp thông số tối ưu đồng thời cho nhiều mục tiêu. Các khái niệm chính bao gồm: mô đun trong thiết kế máy, quy hoạch thực nghiệm, chuẩn hóa dữ liệu theo nguyên tắc "cao hơn là tốt hơn" hoặc "thấp hơn là tốt hơn", tính toán sai lệch chuẩn, hệ số xám và cấp quan hệ xám.

Ngoài ra, nghiên cứu còn ứng dụng phương pháp xử lý ảnh để lượng hóa độ sạch của củ năng thành phẩm, sử dụng phần mềm ImageJ để phân tích diện tích phần vỏ còn lại trên bề mặt củ năng. Khối lượng còn lại được xác định bằng cân điện tử với độ chính xác cao.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thí nghiệm thực tế trên máy gọt củ năng cải tiến, với cỡ mẫu khoảng 300 gram củ năng cho mỗi thí nghiệm. Các nhân tố đầu vào được lựa chọn gồm: thời gian cắt, tốc độ cắt, góc cắt và chiều cao cắt, mỗi nhân tố được khảo sát ở 3 cấp độ khác nhau.

Phương pháp chọn mẫu là phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của dữ liệu. Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022, bao gồm các bước: cải tiến thiết kế máy, chế tạo và lắp ráp, tiến hành thí nghiệm theo ma trận Taguchi, thu thập dữ liệu, xử lý ảnh và cân trọng lượng, phân tích dữ liệu bằng phần mềm Minitab và ANSYS, cuối cùng là đánh giá và đề xuất giải pháp.

Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp phân tích phương sai ANOVA để xác định mức độ ảnh hưởng của từng nhân tố đến các chỉ tiêu chất lượng. Kết quả được trình bày qua biểu đồ ảnh hưởng chính và bảng phân tích phương sai, giúp đánh giá và xếp hạng các yếu tố theo mức độ tác động.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của các nhân tố đầu vào đến độ sạch củ năng: Kết quả phân tích cho thấy góc cắt và thời gian cắt là hai nhân tố có ảnh hưởng lớn nhất đến độ sạch, với mức ảnh hưởng lần lượt khoảng 45% và 30%. Tốc độ cắt và chiều cao cắt có ảnh hưởng thấp hơn, lần lượt khoảng 15% và 10%.

2. Ảnh hưởng đến khối lượng còn lại của củ năng: Thời gian cắt và chiều cao cắt là hai yếu tố chủ đạo ảnh hưởng đến khối lượng còn lại, chiếm tỷ lệ ảnh hưởng lần lượt 40% và 35%. Góc cắt và tốc độ cắt có mức ảnh hưởng thấp hơn, khoảng 15% và 10%.

3. Tối ưu hóa đa mục tiêu bằng hệ số xám: Sử dụng lý thuyết hệ số xám, tổ hợp thông số tối ưu được xác định là: thời gian cắt 15 giây, tốc độ cắt 200 vòng/phút, góc cắt 45 độ và chiều cao cắt 5 mm. Tổ hợp này đạt được độ sạch củ năng trên 90% và khối lượng còn lại dưới 10%.

4. Hiệu quả cải tiến mô đun gọt vỏ: Việc cải tiến cụm dao cắt với bộ phận dẫn hướng và dưỡng căn góc giúp đảm bảo độ đồng nhất về thông số hình học giữa các dao, giảm sai lệch trong quá trình vận hành, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và độ bền của máy.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự ảnh hưởng mạnh mẽ của góc cắt và thời gian cắt đến độ sạch là do chúng trực tiếp điều khiển lực cắt và khả năng loại bỏ vỏ củ năng. Thời gian cắt dài hơn giúp loại bỏ vỏ hiệu quả hơn nhưng có thể làm tăng khối lượng mất mát sản phẩm. Chiều cao cắt ảnh hưởng đến khối lượng còn lại do nó quyết định độ sâu của dao cắt vào củ năng.

So sánh với một số nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực chế tạo máy gọt nông sản, kết quả này tương đồng với xu hướng tối ưu hóa đa mục tiêu nhằm cân bằng giữa chất lượng và hiệu suất. Việc ứng dụng phương pháp Taguchi kết hợp lý thuyết hệ số xám đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm số lượng thí nghiệm cần thiết mà vẫn đạt được kết quả tối ưu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ ảnh hưởng chính thể hiện tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng của từng nhân tố, cùng bảng ANOVA chi tiết cho từng chỉ tiêu chất lượng, giúp minh bạch và rõ ràng trong việc đánh giá kết quả.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng tổ hợp thông số tối ưu: Khuyến nghị sử dụng tổ hợp thời gian cắt 15 giây, tốc độ cắt 200 vòng/phút, góc cắt 45 độ và chiều cao cắt 5 mm trong vận hành máy gọt củ năng để đạt hiệu suất cao nhất. Thời gian thực hiện: ngay lập tức trong quá trình sản xuất.

2. Cải tiến thiết kế mô đun gọt vỏ: Triển khai thiết kế cụm dao cắt có bộ phận dẫn hướng và dưỡng căn góc nhằm đảm bảo độ đồng nhất và ổn định trong quá trình vận hành. Chủ thể thực hiện: bộ phận kỹ thuật và bảo trì nhà máy, thời gian 3-6 tháng.

3. Đào tạo vận hành và bảo trì: Tổ chức các khóa đào tạo cho công nhân vận hành về cách thiết lập và điều chỉnh các thông số máy theo tổ hợp tối ưu, đồng thời hướng dẫn bảo trì cụm dao cắt để duy trì hiệu suất. Thời gian: 1-2 tháng.

4. Nâng cấp mô đun truyền động: Xem xét thay thế động cơ công suất lớn hiện tại bằng động cơ phù hợp hơn để giảm tiêu thụ điện năng và trọng lượng máy, góp phần tiết kiệm chi phí vận hành. Chủ thể thực hiện: phòng kỹ thuật, thời gian 6-12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế máy cơ khí: Nghiên cứu cung cấp phương pháp thiết kế mô đun và cải tiến cụm dao cắt, giúp nâng cao hiệu quả thiết kế và chế tạo máy gọt nông sản.

2. Nhà quản lý sản xuất trong ngành chế biến nông sản: Tham khảo để áp dụng các thông số tối ưu trong vận hành máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng phương pháp Taguchi và lý thuyết hệ số xám trong tối ưu hóa thiết bị cơ khí.

4. Chuyên gia nghiên cứu và phát triển công nghệ chế biến nông sản: Cung cấp cơ sở khoa học và thực nghiệm để phát triển các thiết bị chế biến hiệu quả, thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp Taguchi là gì và tại sao được chọn trong nghiên cứu này?
   Phương pháp Taguchi là kỹ thuật thiết kế thực nghiệm sử dụng ma trận trực giao để giảm số lượng thí nghiệm cần thiết, giúp xác định ảnh hưởng của các nhân tố đến chất lượng sản phẩm. Nó được chọn vì hiệu quả trong tối ưu hóa nhanh chóng và tiết kiệm chi phí thí nghiệm.

2. Lý thuyết hệ số xám giúp gì trong tối ưu hóa đa mục tiêu?
   Lý thuyết hệ số xám tổng hợp nhiều chỉ tiêu chất lượng thành một hệ số duy nhất, giúp xác định tổ hợp thông số tối ưu đồng thời cho nhiều mục tiêu, khắc phục hạn chế của phương pháp Taguchi chỉ tối ưu đơn mục tiêu.

3. Làm thế nào để đo độ sạch của củ năng thành phẩm?
   Độ sạch được đo bằng phương pháp xử lý ảnh sử dụng phần mềm ImageJ, phân tích diện tích phần vỏ còn lại trên bề mặt củ năng so với tổng diện tích, cho kết quả chính xác và khách quan.

4. Tại sao cần cải tiến cụm dao cắt trong máy gọt củ năng?
   Cụm dao cắt cải tiến với bộ phận dẫn hướng và dưỡng căn góc giúp đảm bảo độ đồng nhất về thông số hình học giữa các dao, giảm sai lệch trong quá trình vận hành, nâng cao chất lượng sản phẩm và độ bền máy.

5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các loại máy gọt khác không?
   Kết quả nghiên cứu có thể được tham khảo và điều chỉnh phù hợp để áp dụng cho các loại máy gọt nông sản khác, đặc biệt trong việc sử dụng phương pháp Taguchi và lý thuyết hệ số xám để tối ưu hóa đa mục tiêu.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc cải tiến và tối ưu hóa máy gọt củ năng bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi kết hợp lý thuyết hệ số xám, nâng cao độ sạch trên 90% và giảm khối lượng vỏ còn lại dưới 10%.
• Bốn nhân tố đầu vào chính gồm thời gian cắt, tốc độ cắt, góc cắt và chiều cao cắt đã được xác định và tối ưu hiệu quả.
• Cải tiến cụm dao cắt với bộ phận dẫn hướng và dưỡng căn góc giúp đảm bảo độ đồng nhất và ổn định trong vận hành máy.
• Phương pháp xử lý ảnh và cân điện tử được áp dụng hiệu quả trong việc lượng hóa các chỉ tiêu chất lượng đầu ra.
• Đề xuất các giải pháp cải tiến thiết kế, đào tạo vận hành và nâng cấp mô đun truyền động nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng các thông số tối ưu vào sản xuất thực tế, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng phương pháp này cho các loại máy gọt nông sản khác. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, quý độc giả và chuyên gia có thể liên hệ với nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu công trình trước. Các kết quả đã đạt được ở công trình nghiên cứu trước − Thiết kế và chế tạo máy gọt củ năng. − Xác định các thông số cho chỉ tiêu chất lượng qua quá trình quy hoạch thực nghiệm.

Mô hình máy gọt củ năng Trong công trình nghiên cứu trước nhóm nghiên cứu của khoa cơ khí đại học Bách Khoa TPHCM đã nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình máy gọt củ năng với các thông số sau: − Kích thước máy (dài x rộng x cao): 415 x 415 x 860 (mm). − Chức năng máy: gọt vỏ củ năng bán tự động. Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động máy gọt củ năng hiện tại. Trang 1 LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý-nguyên lý hoạt động máy gọt củ năng (hình ảnh từ công trình nghiên cứu trước).

Sơ đồ nguyên lý cắt gọt.2: Sơ đồ nguyên lý cắt gọt (hình ảnh từ công trình nghiên cứu trước) Một số hình ảnh về máy gọt củ năng hiện tại. Trang 2 LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 1.4: Cụm dao cắt. Quá trình quy hoạch thực nghiệm Trong công trình nghiên cứu trước đã đưa ra các đánh giá về các yếu tố đầu vào của máy gọt củ năng. − Vận tốc cắt 200 (vòng/phút) là hiệu quả nhất trong thí nghiệm.

− Thời gian cắt ảnh hưởng đến chỉ số chất lượng đầu ra của sản phẩm. Mô hình nghiên cứu trong công trình nghiên cứu trước: đánh giá sự ảnh hưởng của các nhân tố đầu vào: số lượng dao, thời gian gọt vỏ, góc cắt, vận tốc cắt đến hai chỉ tiêu chất lượng đầu ra bao gồm: độ sạch và khối lượng còn lại của củ năng.5: Bảng giá trị các cấp của nhân tố đầu vào (hình ảnh từ công trình nghiên cứu trước) Trang 3 LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 1.6: Biểu đồ kết quả ảnh hưởng của các nhân tố đầu vào với các chỉ tiêu đầu ra (hình ảnh từ công trình nghiên cứu trước) 1. Mục tiêu đề tài. Các mục tiêu đặt ra ở trong công trình nghiên cứu này: − Cải tiến, chế tạo và vận hành máy gọt củ năng.

− Tiến hành quá trình quy hoạch thực nghiệm để tối ưu thông số đầu ra theo hai chỉ tiêu chất lượng: độ sạch và khối lượng còn lại của củ năng. − Xây dựng quy trình lượng hóa các chỉ tiêu chất lượng đầu ra: độ sạch và khối lượng còn lại của củ năng thành phẩm. Phạm vi đề tài. Phạm vi của công trình nghiên cứu đề tài “Tối ưu hóa máy gọt củ năng bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi” − Cải tiến thiết kế máy từ công trình nghiên cứu trước.

− Tối ưu hóa đồng thời theo hai chỉ tiêu chất lượng đầu ra: thời gian theo chỉ tiêu chất lượng đầu ra; độ sạch và khối lượng còn lại của sản phẩm. − Xây dựng quy trình lượng hóa chỉ tiêu chất lượng khối lượng còn lại của củ năng thành phẩm. Trang 4 LUẬN VĂN THẠC SỸ − Xây dựng quy trình lượng hóa chỉ tiêu chất lượng độ sạch của củ năng thành phẩm. Ứng dụng kết quả của quá trình xử lý ảnh để đánh giá độ sạch của củ năng từ phòng thí nghiệm CDIO của đại học bách khoa TPHCM.

Trang 5 LUẬN VĂN THẠC SỸ CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Cơ sở thiết kế, mô phỏng máy. Cơ sở thiết kế máy. Cơ sở lý thuyết phân tích, thiết kế theo mô đun.

Phương pháp được sử dụng làm cơ sở thiết kế cải tiến máy là phương pháp thiết kế máy theo mô đun. Đây là phương pháp thiết kế nhằm mục đích phân tích sản phẩm theo cấu trúc và chức năng đến cấp độ chi tiết, sau đó thông qua việc áp dụng các sơ đồ liên kết, sơ đồ dòng chảy chức năng để xác định mối quan hệ của các chi tiết. Mối quan hệ này được thể hiện qua chỉ số tương đồng được sắp xếp thành ma trận. Bằng các thuật toán nhóm đối tượng hoặc các mô hình toán tối ưu các chi tiết được sắp xếp lại thành nhóm phù hợp, có tương tác mạnh với chi tiết cùng nhóm và tương tác yếu hoặc không tương tác đối với chi tiết khác nhóm.

Mỗi nhóm như vậy được gọi là một mô đun. Để tiếp cận một cách dễ dàng, ta cần hiểu khái niệm mô đun và sản phẩm có tính mô đun. Mô đun là gì? Mô đun là một cụm hay một chi tiết có khả năng đáp ứng một hoặc nhiều chức năng khác nhau, thông qua viêc kết hợp các mô đun, ta có thể thu được các cấu trúc tổng thể có khả năng đáp ứng chức năng cao hơn, phức tạp hơn. Mô đun có thể được thiết kế và chế tạo một cách độc lập dựa trên chức năng của chúng.1: phân loại mô đun.

Mô đun có thể được phân biệt thành nhiều loại khác nhau: − Mô đun cơ bản: thực hiện các chức năng cơ bản của hệ thống (động cơ, hộp giảm tốc, …). Trang 6 LUẬN VĂN THẠC SỸ − Mô đun phụ trợ: thực hiện chức năng phụ trợ nhằm bổ sung cho các mô đun cơ bản. − Mô đun đặc biệt: thực hiện các chức năng đặc biệt có thể không xuất hiện trong chức năng tổng thể. − Mô đun thích ứng: là mô đun trong đó chức năng thích ứng được thực hiện, nhằm thích nghi với sự thay đổi của 1 phần hoặc một hệ thống trong những trường hợp bất ngờ, không dự đoán được.

(VD: cầu chì, rơ le, aptomat) − Non – module: thực hiện những chức năng không được đảm bảo bởi hệ thống mô đun, chúng phải được thiết kế riêng biệt và đáp ứng một số nhu cầu cụ thể của khách hàng, nếu được đưa vào sự dụng sẽ tạo nên một hệ thống hỗn hợp trong đó kết hợp mô đun và non – module. Vòng đời của một sản phẩm được thiết kế theo mô đun được mô tả ở hình 2.2: Vòng đời của sản phẩm được thiết kế theo mô đun. Phân tích thiết kế hệ thống máy gọt củ năng. Theo kết quả của công trình nghiên cứu trước máy gọt củ năng đã được thiết kế, lắp đặt và vận hành hoàn chỉnh.

Tuy nhiên ở luận văn trước không thiết kế máy theo phương pháp mô đun chức năng mà thiết kế theo phương pháp truyền thống. Ở luận văn này sẽ sử dụng phương pháp mô đun để phân tích lại thiết kế máy gọt củ năng và tiến hành cải tiến máy. Trang 7 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2. Phân tích chức năng máy gọt củ năng.

Phân tích chức năng máy gọt củ năng. Chức năng của máy gọt củ năng bao gồm: − Gọt vỏ củ năng nguyên liệu thành củ năng thành phẩm. − Chuyển hóa điện năng thành động năng.3: Sơ đồ chức năng của máy gọt củ năng.4: Sơ đồ chức năng con của máy gọt củ năng.5: Sơ đồ sắp xếp chức năng con. Trang 8 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2.

Phân tích thiết kế hệ thống cho sản phẩm a. Phân tích thiết kế cấu hình máy gọt củ năng.6: Sơ đồ kết cấu chức năng máy gọt củ năng. Phân tích dòng chảy chức năng-kết cấu.7: Sơ đồ dòng chảy chức năng tổng thể máy gọt củ năng Trang 9 LUẬN VĂN THẠC SỸ c. Các mô đun của máy gọt củ năng.

Từ các phân tích lại trên ta chia máy gọt củ năng thành các mô đun sau: − Mô đun 1: Mô đun truyền động. − Mô đun 2: Mô đun gọt vỏ. Cơ sở mô phỏng máy Trong luận văn sẽ đi giải quyết bài toán mô phỏng kiểm bền các chi tiết quan trọng của máy gọt củ năng. Phương pháp phần tử hữu hạn được chọn để tiến hành giải quyết các bài toán mô phỏng.

Phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp số tương đối chính xác để giải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi phân đạo hàm riêng trên miền xác định có hình dạng và điều kiện biên bất kỳ mà nghiệm chính xác không thể tìm được bằng phương pháp giải tích, vì vậy mà chúng tôi sử dụng nó để mô phỏng sự biến dạng và phạm vi hoạt động của máy gọt củ năng.Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phần mềm ANSYS 2021R2 để mô phỏng tính toán để kiểm nghiệm độ bền biến dạng của các chi tiết quan trọng. ANSYS 2021R2 là một phần mềm mạnh được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Trong tính toán thiết kế cơ khí, phần mềm ANSYS có thể liên kết với các phần mềm thiết kế mô hình học 2D và 3D để phân tích trường ứng suất, biến dạng, trường nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, có thể xác định được độ mòn, mỏi và phá hủy của chi tiết. ANSYS là một gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis, FEA) hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán thiết kế công nghiệp, đã và đang được sử dụng trên thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật: kết cấu, nhiệt, dòng chảy, tương tác giữa các môi trường, giữa các hệ vật lý.

Thêm vào đó phần mềm ANSYS được cấp bản quyền dành cho sinh viên và nghiên cứu sinh nên đây là phần mềm tối ưu dùng để học tập và nghiên cứu ở phạm vi trong giáo dục với phiên bản giới hạn đủ để nghiên cứu và phát triển sản phẩm. Trang 10 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2. Mô phỏng kiểm bền chi tiết máy. Chi tiết máy được kiểm bền trên phần mềm Ansys theo quy trình như hình 2.8: Dữ liệu kỹ Thiết kế Mô hình Thiết lập Trích xuất Mô phỏng thuật 2D hóa 3D dữ liệu dữ liệu Hình 2.8: Quy trình kiểm bền chi tiết máy.

Trong đó: − Dữ liệu kỹ thuật là các thông số đầu vào: các thông số về vật liệu và các thông số về phân tích lực. − Thiết kế 2D: thiết kế chi tiết máy bằng 2D. − Mô hình hóa 3D: sử dụng phần mềm để mô hình hóa 3D chi tiết. − Thiết lập dữ liệu: thiết lập các thông số cho mô hình đã được mô hình hóa 3D.

− Mô phỏng: tiến hành mô phỏng kiểm bền chi tiết máy. − Trích xuất dữ liệu: trích xuất dữ liệu mô phỏng ra file PDF hoặc các file liên quan.9 là kết quả mô phỏng chi tiết trục của mô đun truyền động bằng phần mềm Ansys.9: Kết quả mô phỏng chi tiết trục của mô đun truyền động bằng phần mềm Ansys. Trang 11 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2. Quy hoạch thực nghiệm bằng phương pháp Taguchi.

Tiến sĩ Taguchi (Nhật Bản) là người đặt nền móng cho phương pháp thiết kế bền vững (Robust Design), cũng là người đề ra phương pháp thực nghiệm mang tên ông. Mục tiêu của phương pháp Taguchi là thiết kế một quá trình hoặc sản phẩm ít chịu ảnh hưởng bởi những nhân tố gây ra sự sai lệch về chất lượng.