TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 205
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CÔNG
NGHIỆP CHO XƯỞNG SẢN XUẤT BỘT CHANH DÂY HÒA TAN
RESEARCH, CALCULATION, DESIGN AND SIMULATION OF INDUSTRIAL
SYSTEM FOR SOLUBLE PASSION FRUIT POWDER FACTORY
Ngô Văn Đức1,*, Vũ Hồng Phi1 ,
Phan Văn Tuyển1, Hoàng Khánh Anh2, Hà Thanh Hải3
1Lớp HTCN 01 - K15, Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
2Lớp HTCN 01 - K16, Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
3Trường Cơ khí - Ô tô, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
*Email: ducmd2013@gmail.com@gmail.com
TÓM TẮT
Trong bối cảnh nhu cầu về thực phẩm sạch, việc tìm ra phương pháp bảo quản, chế biến mới để duy trì giá trị dinh
dưỡng và hương vị tự nhiên của chanh dây là vô cùng cần thiết. Tuy nhiên, quá trình thiết kế hệ thống cho xưởng sản xuất
bột chanh dây đòi hỏi sự tính toán chặt chẽ và khả năng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao. Nghiên cứu xác định thời gian thực
hiện các công đoạn, số lượng máy móc thiết bị, số lượng công nhân, diện tích mặt bằng và việc tối ưu hóa diện tích sản
xuất của hệ thống. Dựa trên kết quả mô phỏng bằng phần mềm Texnomatix Plant Simulation, đưa ra phương án cải tiến
cho từng giai đoạn. Sau đó, quy trình được cải tiến với các phương án đã nêu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng máy móc,
thiết bị và con người.
Từ khóa: Bố trí mặt bằng, Plant Simulation, Corelap, 5s, Dijkstra.
ABSTRACT
In the context of the demand for clean food, finding new preservation and processing methods to maintain the nutritional
value and natural flavor of passion fruit is extremely necessary. However, the system design process for a passion fruit
powder factory requires strict calculations and the ability to meet high technical requirements. The project determines the
time to perform the stages, the number of machinery and equipment, the number of workers, the floor area and the
optimization of the production area of the system. Based on simulation results using Texnomatix Plant Simulation software,
propose improvement plans for each stage. After that, the process is improved with the above mentioned options to improve
the efficiency of using machinery, equipment and people.
Keywords: Site layout, Plant Simulation, Corelap, 5s, Dijkstra.
1. GIỚI THIỆU
Thiết lập một xưởng sản xuất bột chanh dây không chỉ
tạo ra công ăn việc làm cho người dân địa phương, mà còn
thúc đẩy sự phát triển của chuỗi cung ứng địa phương, từ
việc trồng trọt đến vận chuyển và phân phối. Việc thiết kế
và phát triển hệ thống công nghiệp cho xưởng sản xuất bột
chanh dây sẽ khuyến khích việc áp dụng các công nghệ tiên
tiến, chẳng hạn như sấy thăng hoa, sấy phun, và công nghệ
chế biến hiện đại khác. Không chỉ giúp nâng cao chất lượng
sản phẩm mà còn tạo điều kiện cho việc nghiên cứu và đổi
mới. Bột chanh dây có thể là một sản phẩm xuất khẩu tiềm
năng, đáp ứng nhu cầu của thị trường quốc tế. Điều này đòi
hỏi quy trình sản xuất đạt tiêu chuẩn cao về an toàn thực
phẩm và chất lượng. Thiết kế một hệ thống công nghiệp có
thể đáp ứng các yêu cầu này sẽ tạo cơ hội cho xưởng tham
gia vào thị trường quốc tế. Với tiềm năng thị trường, cơ hội
phát triển kinh tế địa phương, và sự cần thiết của công nghệ
tiên tiến để đáp ứng nhu cầu và tiêu chuẩn hiện tại.
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Phương pháp nghiên cứu của đề tài là sự kết hợp giữa lý
thuyết, tính toán và mô phỏng số, nhằm đạt được sự toàn
diện và chính xác trong việc thiết kế hệ thống xưởng sản
xuất bột chanh dây hòa tan. Trước hết, nghiên cứu lý thuyết
được tiến hành để xây dựng nền tảng vững chắc về cơ sở
tính toán, thiết kế, mô hình hóa và tối ưu hóa hệ thống. Tiếp
theo, các phương pháp tính toán và lập mô hình được áp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 206dụng để thiết kế và bố trí hợp lý hệ thống sản xuất, đảm bảo
hiệu quả và hiệu suất cao cho xưởng. Cuối cùng, phương
pháp mô phỏng số được sử dụng để đánh giá các kết quả
tính toán, giúp tối ưu hóa các giải pháp và xác minh tính
khả thi của các phương án đề xuất. Sự kết hợp chặt chẽ giữa
lý thuyết, tính toán và mô phỏng số không chỉ nâng cao độ
chính xác của nghiên cứu mà còn đảm bảo rằng các giải
pháp thiết kế và cải tiến đều có cơ sở khoa học và thực tiễn
vững chắc.
Các cơ sở tính toán và thiết kế hệ thống công nghiệp cho
xưởng sản xuất bột chanh dây được trình bày rõ ràng, bao
gồm các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật. Các chỉ tiêu kinh tế
quan trọng như doanh thu, chi phí, thời gian hoàn vốn
(DPP), tỉ số sinh lời (PI), giá trị hiện tại ròng (NPV), và tỷ
lệ hoàn vốn nội bộ (IRR). Những chỉ tiêu này không chỉ
giúp đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án mà còn hỗ trợ trong
việc ra quyết định đầu tư. Các chỉ tiêu kỹ thuật để thiết kế
hệ thống công nghiêp cho xưởng sản xuất như tính toán thời
gian, nhân lực, diện tích, bố trí mặt bằng,…. Lựa chọn
những phương pháp tiên tiến như kỹ thuật ra quyết định,
điều độ bằng giải thuật Flowshop, và dự báo doanh số theo
phương pháp hồi quy tuyến tính được áp dụng để đảm bảo
tính khả thi và hiệu quả của hệ thống sản xuất.
Tiếp theo, nội dung đề cập đến cơ sở khả thi về quản lý,
vận hành và thời gian hoàn thành xưởng, nhấn mạnh tầm
quan trọng của quản lý sản xuất và các mô hình tổ chức hiệu
quả. Cuối cùng, các phương pháp mô hình hóa và mô phỏng
hệ thống được giới thiệu, cùng với phần mềm hỗ trợ Plant
Simulation, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao
hiệu quả hoạt động của xưởng.
Hình 1. Mô phỏng hệ thống sản xuất bằng phần mềm
Technomatix Plant Simulation
Dự kiến kết quả đạt được là nhóm đã thực hiện thành
công việc nghiên cứu tính toán và mô phỏng để thiết kế và
xây dựng xưởng sản xuất bột chanh dây hòa tan. Việc này
giúp đảm bảo rằng quy trình sản xuất bột chanh dây sẽ được
thực hiện hiệu quả và khoa học, từ đó cải thiện chất lượng
sản phẩm và tối ưu hóa sản lượng.
3. TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG
3.1. Tính toán và lựa chọn quy trình sản xuất
Muốn lựa chọn được loại dây chuyền thiết bị tối ưu thì
cần xây dựng nhiều phương án dây chuyền thiết bị và xác
định hiệu quả kinh tế cho từng phương án để thực hiện việc
so sánh, đánh giá. Căn cứ vào giản đồ quan hệ trước sau kết
hợp cùng với sử dụng chỉ tiêu giá trị hiện tại thuần NPV
(Net Present Value). NPV là tổng giá trị hiện tại của dòng
thu nhập thuần túy, mà việc sử dụng thiết bị mang lại trong
suốt vòng đời của nó.
Hình 2. Giản đồ thứ tự trước sau
Các thiết bị được lựa chọn
- Băng tải con lăn model HU7
- Thiết bị rửa CXJ – 5
- Thiết bị cắt tách ruột quả Ching Tan machinery
- Thiết bị ủ enzyme Zhejiang Industrial
- Thiết bị Jiangsu Haiou Food Machinery
- Thiết bị ủ phối trộn Zhejiang DaYu Light Industrial
Machinery
- Thiết bị đồng hóa áp lực cao Minhua Machinery
- Thiết bị sấy phun Changzhou Jiangsu
- Máy xay , nghiền Bear Electric Appliance
- Bồn chưa trung gian Wenzhou Longqiang Light
Industry
- Thiết bị đóng gói
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 2073.2. Tính công suất cần thiết cho quá trình
Bảng 1. Cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất
Thành phần Khối lượng (kg)
1325,5 kg
sản phẩm
Chanh dây 5500
Maltodextrin 233,09
Đường 666,93
EnzymPectinase 8,096
Vitamin C 0,3
3.3. Thiết kế mặt bằng và phân tích đánh giá hệ thống
xưởng sản xuất bột chanh dây
Hoạch định mặt bằng dựa trên tính toán mức độ quan hệ
CORELAP từ đó tiến hành phân tích và đánh giá hệ thống
thông qua phương pháp tính điểm theo khoảng cách mặt
bằng VDP, thuật toán Dijkstra và phân mềm tối ưu hóa
Lingo.
Hình 3. Bố trí các bộ phận trong phân xưởng
Bảng 2. Các nút liên thông
3.4. Tính toán khả thi hệ thống cho nhà máy sản xuất
bột chanh dây
Áp dụng các phương pháp dự báo ngắn hạn và dài hạn
cho dự án. Phân tích các chỉ tiêu kinh tế của dự án như NPV,
chỉ số IRR để phù hợp và đảm bảo tính sinh lợi cho dự án,
lợi nhuận cao cho chủ đầu tư và khả năng thu hồi vốn nhanh.
Bảng 3. Giá trị NPV, IRR, PI và thời gian hoàn vốn
STT Nội dung Giá trị
1 NPV 22,932,765,349
2 IRR 16,28%
3 PI 1,129474686
4 Thời gian hoàn vốn 3 năm
* Nhận xét:
PI = 1,129474686 > 1 => Chấp nhận dự án.
NPV = 22,932,765,349đồng > 0 => Dự án mang tính
khả thi cao
IRR = 16,28% > R = 10%> 0 => Dự án sinh lợi cao và
hiệu quả đầu tư lớn
- Thời gian hoàn vốn 3 năm
3.5. Quản lý chất lượng sản phẩm
Trong ngành sản xuất bột chanh dây, quản lý chất lượng
đóng vai trò then chốt, quyết định sự thành bại của doanh
nghiệp. Mỗi sai sót, dù nhỏ nhất, cũng có thể dẫn đến những
hậu quả nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến uy tín
thương hiệu, lợi nhuận và sự phát triển bền vững. Hiểu được
tầm quan trọng đó, xưởng bột chanh dây đã xây dựng hệ
thống quản lý chất lượng chặt chẽ, ngoài ra, cần xây dựng
quy trình sản xuất bài bản, nâng cao ý thức cho cán bộ, công
nhân viên và tổ chức tập huấn thường xuyên.
* Đánh giá kết quả
Sau khi thực hiện các giải pháp khắc phục ta thu được
biểu đồ Np như sau:
Hình 4. Biểu đồ kiểm soát lỗi np sau khi thực hiện giải pháp
3.6. Xây dựng mô hình hệ thống
Vệc sử dụng mô hình hóa và mô phỏng máy tính trong
việc xác định các nút thắt cổ chai sản xuất lưu ý rằng ,việc
tạo mô hình mô phỏng đòi hỏi kiến thức đầy đủ về đối tượng
được mô hình hóa. Thành công trong việc áp dụng mô
phỏng máy tính để giải quyết các vấn đề nghiên cứu nằm ở
việc tạo ra các mô hình phù hợp và thực hiện đầy đủ các thí
nghiệm mô phỏng. Việc xây dựng mô hình hệ thống sản
xuất và tiến hành thí nghiệm mô phỏng phù hợp giúp người
nghiên cứu ứng dụng thành công mô hình mô phỏng để giải
quyết các vấn đề nghiên cứu. Để tạo ra một hệ thống sản
xuất, cần phải tổng hợp thông tin và dữ liệu cần thiết để
thiết lập các phương pháp có thể được sử dụng để giải quyết
vấn đề. Ứng dụng mô phỏng cũng phải cẩn thận đã chọn.
Plant Simulation Tecnomatix đã được chọn do có sẵn các
tài nguyên cho phần mềm. Ứng dụng này cho phép mô
phỏng và phân tích sản phẩm trong toàn bộ quá trình sản
xuất. Điều này đảm bảo lập kế hoạch bền vững cho một quy
trình sản xuất trước khi triển khai cũng như tiến hành phân
tích và tối ưu hóa các quy trình hiện có. Nó kết hợp các lĩnh
vực công nghệ, kỹ thuật sản xuất và hậu cần. Nó cũng bao
Bước
lặp A B C D E F G H I J K L M Đỉnh
cố định
Khởi
tạo
0* (∞,-) (∞,-) (∞,-) (∞,-) (∞,-) (∞,-) (∞,-) (∞,-) (∞,-) (∞,-) (∞,-) (∞,-) A
1 - (11,A) (22,A) (∞,-) (∞,-) (6,A)* (6,A) (∞,-) (20,A) (23,A) (∞,-) (∞,-) (∞,-) F
2 - (11,A) (22,A) (∞,-) (∞,-) - (6,A)* (∞,-) (20,A) (23,A) (∞,-) (∞,-) (∞,-) G
3 - (11,A)* (22,A) (13,G) (∞,-) - - (11,G) (20,A) (23,A) (∞,-) (∞,-) (13,G) B
4 - - (22,A) (13,G) (∞,-) - - (11,G)* (20,A) (23,A) (∞,-) (∞,-) (13,G) H
5 - - (22,A) (13,G)* (15,H) - - - (20,A) (23,A) (∞,-) (∞,-) (13,G) D
6 - - (22,A) - (15,H) - - - (20,A) (23,A) (∞,-) (∞,-) (13,G) M
7 - - (22,A) - (15,H)* - - - (20,A) (23,A) (∞,-) (19,M) - E
8 - - (22,A) - - - - - (20,A) (23,A) (45,E) (19,M)* - L
9 - - (22,A) - - - - - (20,A)* (23,A) (23,L) - - I
10 - - (22,A)* - - - - - - (23,A) (23,L) - - C
11 - - - - - - - - - (23,A)* (23,L) - - J
12 - - - - - - - - - - (23,L)* - - K
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 208gồm các vấn đề liên quan đến lập kế hoạch và thiết kế, thông
qua mô phỏng và xác minh các quy trình. Mục tiêu là đạt
được mô hình đơn giản và hiệu quả nhất có thể. Tuy nhiên,
cần lưu ý rằng việc đơn giản hóa quá mức có thể dẫn đến
kết quả mô phỏng sai, nghĩa là kết quả khác với trạng thái
thực của hệ thống trong một số điều kiện nhất định. Mô
phỏng cần bám sát điều kiện thực tế. Mô hình hệ thống sản
xuất ống thép (ảnh) được tạo bằng phần mềm Plant
Simulation Tecnomatix. Dữ liệu đầu vào được xác định dựa
trên dữ liệu công nghệ đã biết của quy trình và dữ liệu liên
quan đến dòng nguyên liệu trong quá trình sản xuất. Điều
đặc biệt cần thiết là phản ánh các hoạt động liên quan đến
việc xử lý các thành phần riêng lẻ. Hệ thống trên có nhu cầu
thành phẩm trung bình sản lượng trong một ngày là 1326kg
sản phẩm, lượng phế phẩm đạt dưới 2%. Xác định đúng các
thuộc tính cơ bản của hệ thống là rất quan trọng để đạt được
kết quả phân tích đúng. Thông tin thu thập được sử dụng để
tạo các quy trình sản xuất ảo và xác định các nhiệm vụ cơ
bản của chúng. Việc tạo ra các mô hình mô phỏng dựa trên
các giả định đã được phê duyệt về mô phỏng.
Hình 6. Mô phỏng tổng thể hệ thống sản xuất bột chanh dây hòa
tan
Hình 7. Mô hình tổng thể xưởng sản xuất bột chanh dây hòa tan
Qua bảng dữ liệu trên ta có thể thấy được tỉ lệ làm việc
của dây chuyền sản xuất đang giao động trung bình là
75,954%
Tỷ lệ chờ trung bình là 15,167% với tỷ lệ chờ cao nhất
của thiết bị đồng hóa là 18,48%
Tỷ lệ bị chặn trung bình là 2,475% với tỷ lệ chặn cao
nhất của công đoạn chà là 9,07%
Tỷ lệ lỗi trung bình là 0,404% với tỷ lệ lỗi cao nhất của
công đoạn đóng gói 1,36%
Ngoài ra ta có thể thấy được năng suất của cả dây chuyền
trong một ngày là 1308 kg sản phẩm/ ngày. Với năng suất
này thì xưởng vẫn còn thiếu gần 18 kg sản phẩm/ ngày so
tổng sản lượng cần sản xuất cho một ngày khi tính toán là
gần 1326kg sản phẩm. Kết quả mô phỏng trong nghiên cứu
này có kết quả khá tương đối với các kết quả đã tính toán
ban đầu nên doanh nghiệp có thể thực hiện ngay với năng
suất đã đề ra mà chưa cần tiến hành cải tiến.
Hình 8. Hiệu suất làm việc của các máy trong hệ thống
- Đề xuất phương án cái tiến
Hình 9. Phương án 1: Thay đổi máy móc có thông số kỹ thuật tốt
hơn với những công đoạn xảy ra hiện tượng tắc nghẽn dòng di
chuyển.
Hình 10. Phương án 2: Nâng cao chất lượng cán bộ công nhân
viên và bổ sung thêm máy để cải thiện tỉ lệ làm việc và tắc nghẽn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 2094. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
Khi thực hiện đề tài, nhóm sinh viên luôn bám sát vào
mục tiêu ban đầu đã đặt ra nhằm đạt được kết quả tốt nhất.
Dự án đầu tư thiết kế xây dựng hệ thống xưởng sản xuất
bột chanh dây hòa tan tại số 9 xã Trà Đa - thành phố Pleiku
- tỉnh Gia Lai là một dự án khả thi và có tiềm năng phát triển
cao.
Hệ thống xưởng được thiết kế theo mô hình hiện đại,
đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật, công nghệ và hiệu
quả sản xuất.
Sản phẩm bột chanh dây hòa tan có chất lượng cao, đáp
ứng nhu cầu thị trường trong và ngoài nước.
Dự án có tính khả thi kinh tế cao, hứa hẹn mang lại lợi
nhuận cho doanh nghiệp.
Dựa trên kết quả mô phỏng trên phần mềm Tecnomatix
Plant Simulation đã xác định được hạn chế của hệ thống từ
đó đưa ra các biện pháp cải tiến đã giúp hệ thống sản xuất
bột chanh dây hòa tan đạt được hiệu quả hoạt động cao hơn,
năng suất cao hơn và giảm thiểu lãng phí.
Nhóm nghiên cứu có khuyến nghị nên triển khai dự án
đầu tư thiết kế xây dựng hệ thống xưởng sản xuất bột chanh
dây hòa tan. Cần tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống
để nâng cao hơn nữa hiệu quả hoạt động và chất lượng sản
phẩm, Tăng cường công tác marketing và quảng bá sản
phẩm để mở rộng thị trường tiêu thụ. Bên cạnh đó cũng cần
tiếp tục nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới để đa dạng
hóa sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.
Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng để xây dựng
các xưởng sản xuất bột chanh dây hòa tan hiệu quả, chất
lượng, góp phần đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng cao.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Hồ Thanh Phong. Xác suất thống kê trong kỹ thuật hệ thống Công nghiệp. NXB ĐH Quốc gia TP HCM.
[2]. Đinh Bá Hùng Anh. Giáo trình quản lý sản xuất. Trường ĐH Bách khoa TP HCM.
[3]. Lê Ngọc Quỳnh Lam, 2013. Thiết kế vị trí và mặt bằng hệ thống công nghiệp, NXB Đại học Quốc gia.
[4]. Phạm Văn Bôn, 2005. Tính toán các thông số nhiệt lí của thực phẩm và nguyên liệu, ĐHBKTPHC.
[5]. Đống Thị Anh Đào, 2004. Kỹ thuật bao bì thực phẩm , ĐHQG TPHCM.
[6]. Quách Đĩnh , Nguyễn Văn Tiếp, Nguyễn Văn Thoa, 1996. Công nghệ sau thu hoạch và chế biến rau quả, NXB Khoa
học Kỹ thuật. .
[7]. Quách Đĩnh, Nguyễn Văn Tiếp, Ngô Mỹ Văn, Kỹ thuật sản xuất rau quả , NXB Thanh Niên.
[8]. Lê Văn Việt Mẫn, 2004. Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống, tập 2 Công nghệ sản xuất thức
uống, NXB Đại học Quốc gia TPHCM .
[9]. Lê Văn Việt Mẫn, tài liệu môn học Công nghệ chế biến.
[10]. Nguyễn bạch Nhật, Lập dự án đầu tư, NXB Thống kế.
[11]. Uttapol Smutkupt, and Sakapoj Wimonkasame, 2009. Plant Layout Design with Simulation. Proceedings of the
International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2009 Vol II IMECS 2009, March 18 - 20, Hong
Kong.
[12]. Bobby John, Jenson Joseph E, 2013. Analysis and Simulation of Factory Layout using ARENA. International
Journal of Scientific and Research Publications, Volume 3, Issue 2, February 2013 1 ISSN 2250-3153.
[13]. Manivel Muralidaran V, Sandeep D, 2014. Layout Planning in a Pump Manufacturing Industry Using ARENA.
International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 5, Issue 5, May- 432 ISSN 2229-5518.
[14]. Aju Pius Thottungal1, Sijo, Redesign the Layout of a Forging Unit Using Discrete Event Simulation. M.T2 1PG
scholar, 2Assistant professor, S. C .M. S. School of Engineering and Technology.
[15]. Ab wahab, Simulation modeling and analysis of productivity enhancement in manufacturing company using arena
software siti hartini binti embong.
[16]. Aliyu, Aliyu Isah, Tukur Abdulkadir Sulaiman, and Abdullahi Yusuf, 2015. Modeling and Simulation Analysis
of Health Care Appointment System using ARENA. International Journal 4.1.