Đồ án Áp dụng quy trình thiết kế và phát triển sản phẩm vào chế tạo máy rang cà phê (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Áp dụng quy trình thiết kế và phát triển sản phẩm vào chế tạo máy rang cà phê (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ÁP DỤNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM VÀO CHẾ TẠO MÁY RANG CÀ PHÊ GVHD: ThS. PHẠM BẠCH DƯƠNG SVTH: ĐỖ PHÚC HÙNG MSSV: 11144041 SVTH: VĂN DUY THÁI MSSV: 11144091 SVTH: TRẦN THANH HÙNG MSSV: 11144044 S K L 0 0 3 7 8 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH ___ KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ÁP DỤNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM VÀO CHẾ TẠO MÁY RANG CÀ PHÊ Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. PHẠM BẠCH DƢƠNG Sinh viên thực hiện: ĐỖ PHÚC HÙNG MSSV: 11144041 VĂN DUY THÁI MSSV:11144091 TRẦN THANH HÙNG MSSV: 11144044 Lớp: 111441 Khóa: 2011-2015 TP. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2015
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG ___ ___ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên 1: Đỗ Phúc Hùng MSSV: 11144041 Họ và tên sinh viên 2: Văn Duy Thái MSSV:11144091 Họ và tên sinh viên 3: Trần Thanh Hùng MSSV:11144044 Lớp: 111441 Khóa: 2011-2015 Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ khí Hệ: Đại học chính quy 1. Tên đề tài:Áp dụng quy trình thiết kế và phát triển sản phẩm vào chế tạo máy rang cà phê. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Các loại máy rang cà phê trong và ngoài nƣớc. - Máy rang cà phê nhóm đã phát triển trƣớc đó. - Những đề tài thiết kế và phát triển sản phẩm đã thực hiện. - Sách: Product Design and Development – Karl Ulrich – 3rded. 3. Nội dung chính của đồ án: - Khảo sát thị trƣờng: Khảo sát lấy ý kiến của những cơ sở chế biến cà phê rang xay. Khảo sát sự cạnh tranh về giá thành, chức năng, mẫu mã của các loại máy rang cà phê có sẵn trên thị trƣờng. - Thiết kế sản phẩm: Áp dụng quy trình thiết kế, phát triển sản phẩm để thiết kế. Sàng lọc mẫu, phát triển các mẫu tốt nhất. Vẽ bản vẽ chi tiết, tạo mẫu và gia công mẫu. - Phát triển mẫu tốt nhất và thƣơng mại hoá sản phẩm. - Dựa trên phản hồi của khách hàng tiến hành cải tiến, nâng cấp, hoàn thiện sản phẩm. 4. Ngày giao đồ án: 5. Ngày nộp đồ án: 23/07/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Đƣợc phép bảo vệ:  Không đƣợc phép bảo vệ:  Lý do: ___ i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài:ÁP DỤNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM VÀO CHẾ TẠO MÁY RANG CÀ PHÊ. - GVHD: ThS. Phạm Bạch Dƣơng - Họ và tên sinh viên 1: Đỗ Phúc Hùng  MSSV: 11144041 Lớp: 111441A  Địa chỉ sinh viên: 31 đƣờng 9, KP3, P. Linh Trung, Q. Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh  Số điện thoại liên lạc: 01648803315  Email: phuchungintel2293@gmail.com - Họ và tên sinh viên 2: Văn Duy Thái  MSSV: 11144091 Lớp: 111441B  Địa chỉ sinh viên: P. Linh Trung, Q. Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh  Số điện thoại liên lạc: 0972605480  Email: duythai09031993@gmail.com - Họ và tên sinh viên 3: Trần Thanh Hùng  MSSV: 11144044 Lớp: 111441B  Địa chỉ sinh viên: P.Tân Phú, Quận 9, Tp.Hồ Chí Minh  Số điện thoại liên lạc: 01699294368  Email: thanhhungckm@gmail.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 23/07/2015 - Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệpnày là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào,chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng 7 năm 2015 Đại diện nhóm ii
5. LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp không chỉ là cơ hội để sinh viên áp dụng những kiến thức quý báu đã tích luỹ đƣợc sau bốn năm trên ghế nhà trƣờng mà còn tạo điều kiện để mỗi sinh viên rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm, học cách quản lý thời gian cho hiệu quả, và hơn hết là trau dồi thêm đƣợc những kiến thức cần thiết để để bƣớc vào đời. Để hoàn thành đƣợc đồ án tốt nghiệp này, nhóm chúng em trân trọng gửi lời cảm ơn đến: ThS. Phạm Bạch Dƣơng luôn tận tình hƣớng dẫn từng bƣớc cụ thể để nhóm chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp. Chúng em kính gửi lời cảm ơn đến các thầy bên bộ môn Công nghệ tự động đã tạo điều kiện giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Luật sƣ Nguyễn Quốc Minh, chủ trang trại cà phê chồn – Trại Hầm Đà Lạt, là một ngƣời có nhiều năm kinh nghiệm trong chế biến cà phê, những ý kiến của chú là vô cùng quý báu. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ks. Nguyễn Thành Duy và Ks. Lâm Văn Dƣơng đã nhiệt tình hỗ trợ, tƣ vấn kỹ thuật trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Chúng em xin chân thành cảm ơn ThS. Trần Phƣơng Nam đã nhiệt tình kiểm tra, vận hành thử đóng góp ý kiến để chúng em có thể hoàn thiện tốt sản phẩm. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quý khách hàng của công ty TNHH Dƣơng Thành đã đóng góp ý kiến để chúng em có cơ sở phát triển và hoàn thiện máy. Chính những sự hỗ trợ giúp đỡ trên đã tạo điều kiện, hỗ trợ cho nhóm chúng em thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp này. Nhóm thực hiện iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN ÁP DỤNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM VÀO CHẾ TẠO MÁY RANG CÀ PHÊ. Cà phê không biết từ bao giờ đã trở nên gần gũi và quen thuộc với ngƣời dân Việt Nam đến thế. Cái vị đăng đắng, đầm đậm bên đầu lƣỡi, mùi hƣơng hạnh nhân, mùi đất lan tỏa bên tách cà phê khiến cho ngƣời ta phải ngất ngây và cứ nhƣ thế cà phê đi vào lòng ngƣời Việt Nam một cách đằm thắm nhẹ nhàng. Cà phê không đơn thuần chỉ là thức uống giải khát, mà cà phê còn khiến cho ngƣời ta tỉnh táo, thƣ giãn, mang lại sức khỏe cho con ngƣời, làm cho ngƣời với ngƣời gần nhau hơn. Cà phê giúp nâng cao tinh thần và hiệu quả công việc. Hoạt chất caffeine trong cà phê có tác dụng kích thích hoạt động của trí não, giúp con ngƣời có đƣợc sự tỉnh táo, minh mẫn và tập trung trong công việc. Ngoài ra còn làm tăng tốc độ tƣ duy và sáng tạo khiến cho cho hiệu quả công việc đƣợc nâng cao. Chính vì vậy mà việc uống cà phê đã trở nên phổ biến nơi công sở. Nhƣng thật đáng buồn khi ngày càng có nhiều cà phê giả làm ảnh hƣởng đến sức khoẻ ngƣời tiêu dùng, ngƣời ta vì đồng tiền sẵn sàng bán rẻ lƣơng tâm, trong thời gian vừa qua dƣ luận đã phát hiện nhiều cơ sở chế biến cà phê bẩn, cà phê giả Xuất phát từ vấn đề trên, đặt ra yêu cầu là phải có cách nào đó để đƣa cà phê sạch đến ngƣời tiêu dùng, sau khi tìm hiểu thị trƣờng nhóm chúng em và nhận thấy rằng máy rang cà phê có thể giải quyết đƣợc yêu cầu đặt ra . Hiện nay máy rang cà phê ở nƣớc ta cũng đã khá phát triển nhƣng có hai vấn đề chủ yếu, thứ nhất: máy nhập khẩu cần kích cỡ hạt cà phê đồng đều và cà phê nhân ở Việt Nam không đáp ứng đƣợc điều đó. Thứ hai: máy trong nƣớc chủ yếu là máy lớn, giá khá đắt không phù hợp với hộ gia đình, các quán cà phê kinh doanh với quy mô vừa và nhỏ. Do đó, việc tạo ra một loại máy rang vừa có giá thành hợp lý lại vừa có chất lƣợng tốt không phải là một việc đơn giản. Để giải quyết đƣợc vấn đề nêu trên nhóm chúng em quyết định áp dụng “Quy trình Thiết kế và Phát triển sản phẩm” của Karl Ulrich, hy vọng có thể tạo ra một loại máy rang phù hợp với thị trƣờng Việt Nam. iv
7. ABSTRACT The time when coffee had become close and familiar with the Vietnamese is unknown. People who enjoy it are enchanted by its bitter and charming taste on the top of our tongue, the smell of almond and soil spreading out around the coffee cup and then, coffee fervidly and gently put a constant hallmark in people' heart. Coffee is not merely soft drink, but it also makes people healthy, closer together. Coffee helps increase our spirit and job's outcome. The element caffeine in coffee beans excites our brain operation, helps us have consciousness and concentration on our job. Moreover, it also helps us increase the speed of thinking and creativity, which makes our job effective. Hence, drinking coffee has become popular in offices. However, it is a pity that there are more and more "fake coffee" that affects the customers' health. Because of the money, many people are prepared to make their conscience cheap. For the last time, citizens have found out many dirty and fake coffee producing foundations. Due to the above problem, a requirement is made. It is obligatory to find solution to bring clean coffee to customers. After researching the market, our group come to conclusion that coffee roaster can solve this requirement. Nowadays, coffee roaster in our country is developing, but there are two main problems: firstly, the imported roasters need coffee beans that have the same size, and coffee beans in Vietnam cannot meet this requirement. Secondly, the domestic roaster are mainly the big ones that are very expensive and not suitable to households. Therefore, creating a kind of roaster which has not only reasonable price, but also good quality is not simple. To solve the above problem, our group had decided to apply "Product Design and development" of Karl Ulrich, with the hope that we can create a kind of roaster which is suitable to Vietnamese market. v
8. MỤC LỤC Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiền của đề tài 1 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 2 1.6 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp. 3 Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 2.1 Giới thiệu hạt cà phê 4 2.1.1 Lịch sử ra đời cà phê 4 2.1.2 Phân loại hạt cà phê 5 2.1.3 Thành phần hóa học của cà phê 5 2.1.4 Quá trình chuyển biến của hạt cà phê khi rang 7 2.1.5 Tổng quan các loại máy cà phê hiện nay 11 2.2 Giới thiệu về quy trình thiết kế và phát triển sản phẩm 15 2.2.1 Những chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của việc phát triển sản phẩm 15 2.2.2 Những thách thức cho việc phát triển sản phẩm 16 2.3 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 18 2.3.1 Các nghiên cứu về quá trình thiết kế và phát triển sản phẩm 18 Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 3.1 Lý thuyết về Quá trình tổ chức và phát triển sản phẩm 23 3.1.1 Đặc điểm chung của quá trình phát triển sản phẩm 23 3.1.2 Phát triển mẫu sản phẩm: quá trình bắt đầu – kết thúc 26 3.2 Lý thuyết cơ bản về hoạt động của máy rang cà phê dạng trống quay 28 Chƣơng 4: LẬP KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN MÁY RANG CÀ PHÊ 32 4.1 Đánh giá cơ hội 32 4.2 Phân khúc thị trƣờng 33 4.2.1 Phân khúc thị trƣờng là gì 33 4.2.2 Tại sao cần phân khúc thị trƣờng 33 vi
9. 4.2.3 Áp dụng vào việc phân khúc thị trƣờng máy rang cà phê 34 4.3 Phân bổ thời gian thực hiện, sắp xếp trình tự công việc 34 Chƣơng 5: XÁC ĐỊNH NHU CẦU CỦA KHÁCH HÀNG 35 5.1. Giới thiệu 35 5.2 Xác định nhu cầu của khách hàng đối với máy rang cà phê 35 5.3. Tổng hợp đóng góp ý kiến cho máy rang cà phê 39 Chƣơng 6: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT CHO MÁY RANG 41 6.1 Thế nào là đặc điểm kỹ thuật 41 6.2 Khi nào thì đặc điểm kỹ thuật đƣợc thiết lập 41 6.3 Thiết lập đặc điểm kỹ thuật 41 Chƣơng 7: TẠO MẪU - PHÁT TRIỂN TỪ MẪU CŨ 43 7.1 Hoạt động khởi tạo mẫu 43 7.2 Các bƣớc khởi tạo mẫu 43 Chƣơng 8: CHỌN MẪU 54 8.1 Các phƣơng pháp lựa chọn ý tƣởng 55 8.2 Sàng lọc mẫu 55 8.3 Đánh giá các mẫu 59 Chƣơng 9: GIA CÔNG LẮP RÁP SẢN PHẨM 63 9.1Gia công các chi tiết 63 9.2Lựa chọn linh kiện 63 9.3Lắp ráp các chi tiết 68 9.4 Hoàn thành 70 Chƣơng 10: THỰC NGIỆM MẪU 72 10.1 Quá trình thực nghiệm 72 10.2Quá trình tự thực nghiệm 74 10.3Quá trình khảo sát bên ngoài 82 10.4 Nhận xét đánh giá, phân tích nguyên nhân đề xuất hƣớng giải quyết 85 10.4.1 Nhận xét đánh giá 85 10.4.2 Phân tích nguyên nhân đề xuất hƣớng giải quyết 85 10.5 Quá trình tự cải tiến 85 Chƣơng 11. ĐỊNH GIÁ SẢN PHẨM 92 11.1 Thế nào là định giá sản phẩm? 92 11.2 Thế nào là vòng đời của sản phẩm? 93 11.3 Tiến hành định giá máy rang cà phê 94 vii
10. 11.3.1 Bài toán định giá 94 11.3.2 Bảng kê chi phí vật tƣ 94 11.3.3 Các chi phí phụ 95 11.3.4 Tính toán 95 Chƣơng 12: KẾT LUẬN VÀ PHƢƠNG HƢỚNG 96 12.1 Những việc đã đạt đƣợc và hạn chế 96 12.2 Hạn chế của máy rang cà phê 98 12.3. Phƣơng hƣớng phát triển 98 viii
11. DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 4.1:Lịch trình công việc. 34 Bảng 6.1:Các thông số kỹ thuật 42 Bảng 7.1:Sự kết hợp các đặc tính kỹ thuật 45 Bảng 7.2:Sự kết hợp các thông số Mẫu 1 45 Bảng 7.3:Sự kết hợp các thông số Mẫu 2 48 Bảng 7.4: Sự kết hợp các thông số Mẫu 3 51 Bảng 8.1: Thông số máy Rio 1 56 Bảng 8.2: Thông số máy Lead 1 57 Bảng 8.3: Bảng so sánh mẫu 57 Bảng 8.4: Chấm điểm mẫu 58 Bảng 8.5: Kết quả sàng lọc 59 Bảng 8.6: Bảng đánh giá mẫu 60 Bảng 8.7: Kết quả đánh giá mẫu 61 Bảng 8.8: Kết quả đánh giá mẫu 62 Bảng 9.1: Gia công các chi tiết 65 Bảng 9.2: Chọn linh kiện 67 Bảng 9.3: Lắp ráp sản phẩm 70 Bảng 10.1: Thông số thực nghiệm mẫu 75 Bảng 10.2: Kết quả thực nghiệm 80 Bảng 10.3: Các thông số thực nghiệm mẫu 81 Bảng 11.1: Chi phí vật tƣ 94 Bảng 12.1: Bảng so sánh các đặc tính kỹ thuật 97 ix
12. DANH MỤC HÌNH ẢNH – SƠ ĐỒ - BIỂU ĐỒ Trang Hình 2.1: Thành phần của quả cà phê 6 Hình 2.2:Giản đồ khảo sát sự thay đổi của cà phê theo nhiệt độ rang 9 Hình 2.3: Chuyển biến hạt cà phê theo nhiệt độ 10 Hình 2.4: Coffee roaster mini Lysander 11 Hình 2.5: Coffee roaster TN – 2 12 Hình 2.6: Sample roaster machine 12 Hình 2.7: Máy rang cà phê Rio 5 13 Hình 2.8: Máy rang cà phê Rio 5 13 Hình 2.9: Máy rang cà phê Lead 14 Hình 2.10: Máy rang cà phê Vina Nha Trang 14 Hình 2.11: Máy rang cà phê Dƣơng Thành 15 Hình 2.12: Xe đẩy hàng trong siêu thị - một dự án DPP 18 Hình 2.13: Tuốc nơ vít 19 Hình 2.14: Máy bay Boeing 747 19 Hình 2.15: Audi e-bike Worthersee 20 Hình 2.16: Bộ khóa chống trộm điều khiển từ xa 20 Hình 2.17: Giá phơi đồ đa năng 21 Hình 2.18: Bàn laptop đa năng 22 Hình 3.1: Điện trở dạng xoắn ốc 28 Hình 3.2: Điện trở nhiệt dạng U 29 Hình 3.3: Đèn nhiệt Halogen 29 Hình 3.4: Trống quay 30 Hình 3.5: Mô tơ đầu kéo 30 Hình 3.6: Chân đế 31 Hình 3.7: Bộ phận giải nhiệt 31 Hình 5.1: Ý kiến phản hồi của khách hàng 36 Hình 5.2: Ý kiến phản hồi của khách hàng 37 Hình 5.3: Ý kiến phản hồi của khách hàng 38 Hình 5.4: Luật Sƣ Nguyễn Quốc Minh 39 Hình 7.1: Phác thảo Mẫu 1 46 Hình 7.2: Nửa bên trái Mẫu 1 47 Hình 7.3: Nửa bên phải Mẫu 1 47 x
13. Hình 7.4: Mẫu 1 47 Hình 7.5: Phác thảo tay Mẫu 2 48 Hình 7.6: Thiết kế Mẫu 2 49 Hình 7.7: Thiết kế Mẫu 2 50 Hình 7.8: Thiết kế Mẫu 2 50 Hình 7.9: Phác thảo Mẫu 3 51 Hình 7.10: Thiết kế Mẫu 3 52 Hình 7.11: Thiết kế Mẫu 3 53 Hình 7.12: Thiết kế Mẫu 3 53 Hình 8.1: Máy Rio 1 56 Hình 8.2: Máy Lead 1 57 Hình 9.1: Sản phẩm sau khi hoàn thành 71 Hình 9.2: Sản phẩm sau khi hoàn thành 71 Hình 10.1: Hình ảnh mẫu thực tế 74 Hình 10.2: Hạt cà phê trƣớc và sau khi rang 75 Hình 10.3: Kết quả thực nghiệm lần 1 76 Hình 10.4: Kết quả thực nghiệm lần 2 76 Hình 10.5: Kết quả thực nghiệm lần 3 77 Hình 10.6: Kết quả thực nghiệm lần 10 77 Hình 10.7: Kết quả thực nghiệm lần 15 78 Hình 10.8: Kết quả thực nghiệm lần 20 78 Hình 10.9: Kết quả thực nghiệm lần 30 79 Hình 10.10: Kết quả thực nghiệm lần 35 79 Hình 10.11: Khảo sát tại quán cà phê 82 Hình 10.12: Nhận xét của khách hàng 83 Hình 10.13: Nhận xét của khách hàng 84 Hình 10.14: Hình ảnh thiết kế lại 86 Hình 10.15: Hình ảnh thiết kế lại 86 Hình 10.16: Sản phẩm sau cải tiến 87 Hình 10.17: Sản phẩm sau cải tiến 87 Hình 10.18: Khảo sát tại quán cà phê 88 Hình 10.19: Khảo sát tại quán cà phê 88 Hình 10.20: Khảo sát và chạy thử tại Robotic lab 89 Hình 10.21: Khảo sát và chạy thử tại Robotic lab 89 xi
14. Hình 10.22: Thử nghiệm với cà phê chồn 90 Hình 10.23: Thử nghiệm với cà phê chồn 90 Hình 12.2: Nhận xét của khách hàng 97 Sơ đồ 3.1: Quy trình phát triển sản phẩm 23 Sơ đồ 3.2: Quy trình chuẩn 25 Sơ đồ 3.3: Quy trình vòng xoay 25 Sơ đồ 3.4: Quy trình phức hợp 25 Sơ đồ 3.5: Các giai đoạn của quá trình phát triển mẫu sản phẩm 26 Sơ đồ 4.1: Bƣớc lập kế hoạch trong phát triển sản phẩm 32 Sơ đồ 5.1: Xác định nhu cầu khách hàng 35 Sơ đồ 6.1: Quy trình phát triển mẫu 41 Sơ đồ 7.1: Tạo mẫu 43 Sơ đồ 7.2: Sơ đồ khối Mẫu 1 46 Sơ đồ 7.3: Sơ đồ khối Mẫu 2 49 Sơ đồ 7.4: Sơ đồ khối Mẫu 3 52 Sơ đồ 8.1: Bƣớc lựa chọn mẫu 54 Sơ đồ 9.1: Sơ đồ mạch điện 70 Sơ đồ 10.1: Quy trình thực nghiệm 72 Biểu đồ 11.1: Vòng đời sản phẩm 93 DANH TỪ VIẾT TẮT CNC Computer Numerical Control PDD Product Design and Development 1
15. Chƣơng 1: GIỚI THIỆU Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài Cà phê không chỉ là một thức uống đơn thuần, mà đã đi vào văn hóa của từng vùng miền, từng quốc gia trên thế giới. Có thể thấy rằng, văn hóa cà phê chính là một trong những nét đẹp văn hóa đặc trƣng của từng quốc gia. Mỗi nƣớc, mỗi nền văn hóa với những phong tục, tập quán và nguồn gốc khác nhau đã tạo nên những phong cách cà phê và hƣơng vị cà phê rất riêng. Việt Nam cũng không ngoại lệ, hƣơng vị cà phê đậm đà đã trở nên quen thuộc trong nhịp sống mỗi ngày của mỗi ngƣời, mỗi nhà và đi vào tiềm thức của mọi ngƣời. Tuy nhiên, từ nguyên liệu đầu vào là những hạt cà phê tƣơi cho đến khi có đƣợc một ly cà phê thơm ngon, đậm đà hƣơng vị là cả một quá trình đầy nghệ thuật mà yếu tố ảnh hƣởng có tác động mạnh mẽ nhất là quá trình rang cà phê. Đứng trƣớc nhu cầu thƣởng thức cà phê không hề nhỏ của ngƣời tiêu dùng, không chỉ dừng lại ở mức mua cà phê nhân đã đƣợc rang xay và đóng gói thành phẩm về pha chế, hoặc là thƣởng thức tại quán. Mà ở đây, ngƣời tiêu dùng muốn tận tay rang hạt cà phê nhân, tận tay xay và pha chế ra thành phẩm, lúc đó mới có thể tận hƣởng hết đƣợc hƣơng vị, giá trị đích thực mà hạt cà phê mang lại cho ngƣời uống. Đứng một khía cạnh khác của xã hội, việc con ngƣời bị cuốn theo đồng tiền, bất chấp tất cả để thu lợi bất chính đã dẫn đến hình ảnh không đẹp cho giá trị thật của cà phê chính là “cà phê giả”. Cụm từ “cà phê giả” hiện nay ngƣời tiêu dùng không mấy làm lạ khi thƣờng xuyên uống phải những thứ đƣợc gọi là cà phê nhƣng thật sự là gì? Là đậu nành, là bột bắp cháy, là hóa chất độc hại, Tất cả những thứ đó đang làm cho ngƣời tiêu dùng thật sự hoang mang, không biết đâu mới là cà phê hay liệu chăng mình đang uống một thứ khác nhƣng đƣợc gọi là cà phê? Xuất phát từ cụm từ “cà phê giả”, hiện nay trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh và các thành phố lớn đã xuất hiện không ít quán cà phê với Sologan quen thuộc: Cà phê siêu sạch, Cà phê rang xay tại chỗ, Cà phê sạch, Sạch 100% Tuy nhiên, cái cần ở ngƣời tiêu dùng hiện nay không phải là nghe mà là nhìn. Thật vậy, việc theo dõi quá trình rang, xay, chế biến cà phê đến thƣởng thức thì quả là tuyệt vời. Thị trƣờng máy rang cà phê hiện nay khá đa dạng và phong phú của các hãng nổi tiếng nhƣ: Lysander, Sample Roaster Machine, trong nƣớc: Vina Nha Trang, Rio, Lead, Tuy nhiên, đa phần các máy theo hƣớng công nghiệp, rang số lƣợng lớn, một số máy nhỏ thì không đáp ứng hết yêu cầu, kỹ thuật khi rang và đặt biệt là giá thành còn khá cao khó mà chấp nhận đƣợc ở hộ gia đình, các quán cà phê quy mô nhỏ. Xuất phát từ những thực trạng trên, việc cho ra đời những máy rang cà phê công suất nhỏ, đáp ứng nhu cầu đông đảo của ngƣời tiêu dùng và các của hàng, quán cà phê là cần thiết và có ý nghĩa thực tế. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Việc nghiên cứu và chế tạo máy rang cà phê đáp ứng đƣợc nhu cầu cho ngƣời thƣởng thức cà phê ngon, sạch và đúng nghĩa nghệ thuật. 1
16. Chƣơng 1: GIỚI THIỆU Việt Nam là một trong những nƣớc luôn đứng đầu về xuất khẩu cà phê ra thế giới, việc phát triển máy rang cà phê là bƣớc đi song song, phát huy thế mạnh sẵn có để đƣa nền cà phê Việt Nam phát triển cao hơn nữa, khẳng định vị thế trên thế giới. Ngƣời tiêu dùng chính là ngƣời chế biến, đƣa cà phê đến gần hơn với mọi ngƣời, mọi nhà, duy trì nền văn hóa cà phê Việt Nam đã tạo dựng từ lâu đời. Việc cho ra đời máy rang cà phê góp phần vào sự thành công của phƣơng hƣớng phát triển nền kinh tế công nghiệp của đất nƣớc, nâng cao chất lƣợng sản phẩm, tăng tính cạnh tranh với sản phẩm nhập ngoại về cả chất lƣợng và giá thành. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Mục tiêu của đề tài là áp dụng quy trình thiết kế và chế tạo sản phẩm để: - Tìm hiểu, khảo sát thị trƣờng về nhu cầu của sản phẩm: Dựa trên sản phẩm sẵn có, khảo sát, tiếp thu ý kiến đóng góp của khách hàng về kiểu dáng, chức năng, mẫu mã và giá thành cho sản phẩm. Đồng thời khảo sát, tìm hiểu các sản phẩm cùng chức năng hiện có trên thị trƣờng. - Thiết kế máy rang cà phê: Dựa trên sản phẩm sẵn có, phân tích các ƣu, nhƣợc điểm và đƣa ra hƣớng giải quyết, cải tiến, nâng cấp. Áp dụng quy trình thiết kế và phát triển sản phẩm đê thực hiện các bƣớc định hình sản phẩm mới, vẽ các bản vẽ chi tiết, tạo mẫu, gia công mẫu. - Phát triển sản phẩm: Thực hiện đánh giá, so sánh, tiến hành các cải tiến, nâng cấp sản phẩm, thử nghiệm thực tế thị trƣờng. 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Quy trình thiết kế và phát triển sản phẩm. - Máy rang cà phê có sẵn và các mẫu máy rang cà phê trên thị trƣờng hiện nay. - Nhu cầu, ý kiến phản hồi từ khách hàng về máy rang cà phê. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu - Hiện nay, có rất nhiều công nghệ rang cà phê: Rang bằng điện, rang bằng gas, bằng khí nóng, rang bằng năng lƣợng mặt trời , tuy nhiên thời gian nghiên cứu có hạn nên nhóm chỉ tập trung vào máy rang dùng điện, sử dụng nguồn năng lƣợng thông dụng nhất hiện nay. - Nhƣ mục tiêu ban đầu của đề tài đặt ra chỉ tập trung vào nghiên cứu những máy rang có công suất nhỏ, dƣới 1kg/mẻ rang. - Cà phê nhân có rất nhiều loại: Arabica, Moka, Robusta, Culi mỗi loại đều có chế độ rang riêng, và chất lƣợng đầu vào cũng không đạt tiêu chuẩn nhƣ nhau nên máy rang cà phê chỉ thiết kế theo hƣớng bán tự động nghĩa là phải có sự can thiệp, kinh nghiệm của ngƣời rang. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu[4] Để thực hiện nghiên cứu đề tài, ở đây nhóm thực hiện các phƣơng pháp nghiên cứu sau: 2
17. Chƣơng 1: GIỚI THIỆU - Phƣơng pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm: Dựa trên sản phẩm đã có trƣớc đó, kết hợp nhu cầu, ý kiến đóng góp của khách hàng nhằm tìm ra những điểm hạn chế, ƣu, nhƣợc điểm của thiết bị nhằm cải tiến, hoàn thiện, phát triển. - Phƣơng pháp quan sát khoa học: Nhằm thu nhận thông tin thực tiễn về sản phẩm, thiết bị đã có trên thị trƣờng. Đồng thời quan sát để phát hiện đƣợc nhu cầu thị trƣờng về sản phẩm. - Phƣơng pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến của giáo viên hƣớng dẫn, các giáo viên, bạn bè; tham khảo ý kiến của khách hàng, ngƣời có kinh nghiệm trong lĩnh vực rang cà phê. - Phƣơng pháp thực nghiệm, kiểm chứng: Thực nghiệm sản phẩm để đánh giá đƣợc khả năng đáp ứng đƣợc của sản phẩm với nhu cầu thực của khách hàng, thị trƣờng. Thực nghiệm để thấy đƣợc kết quả, kết hợp phân tích để tìm ra phƣơng án tối ƣu cho sản phẩm. 1.6 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp. Đồ án tốt nghiệp bao gồm 12 chƣơng, chƣơng 2 trình bày tổng quan về đề tài nghiên cứu. Chƣơng 3 sẽ trình bày tóm lƣợc về quy trình thiết kế và phát triển sản phẩm là cơ sở lý thuyết để thực hiện đề tài. Chƣơng 4 trình bày về kế hoạch thực hiện đối với máy rang cà phê. Chƣơng 5, 6, 7, 8, 9 lần lƣợt sẽ đề cập đến các bƣớc thực hiện trong quytrình thiết kế và phát triển sản phẩm, ứng dụng từng chƣơng để đi vào thực tế các quy trình thiết kế, phát triển máy rang cà phê. Chƣơng 10 sẽ trình bày thực nghiệm kết quả đạt đƣợc. Chƣơng 11 trình bày phần định giá cho sản phẩm và chƣơng 12là chƣơng cuối cùng, tại chƣơng này sẽ kết luận lại đề tài, đƣa ra những hạn chế và định hƣớng cho đề tài. 3
18. Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu hạt cà phê[10] 2.1.1 Lịch sử ra đời cà phê - Thế kỷ thứ 9 Vào năm 850 sau Công Nguyên – Truyền thuyết kể rằng anh chàng chăn dê Kaldi ngƣời Êtiôpia một lần để ý thấy đàn dê của mình đùa giỡn một cách đầy hứng khởi trên sƣờn núi chung quanh một bụi cây có những quả mọng màu đỏ. Qua hôm sau, khi anh thả cho chúng gặm cỏ, đàn dê của Kaldi lại tiếp tục tìm đến sục sạo bụi cây có quả đỏ ấy. Mãi đến tận vài thế kỷ sau, ngƣời nông dân Êtiôpia mới bắt đầu gieo trồng và sử dụng những hạt cà phê bằng cách ăn hoặc lên men trong rƣợu. - Thế kỷ thứ 15 Những ngƣời buôn nô lệ đã mang cà phê từ Ethiopia sang vùng Ả Rập. 1475 – Quán cà phê đầu tiên trên thế giới đã ra đời ở Constantinople. - Thế kỷ thứ 16 1511 – Thủ tƣớng một nƣớc Hồi giáo, Khair Beg, ra lệnh cấm cà phê vì sợ nó gây những ý kiến phản đối do luật lệ mà ông ta đặt ra. Kết quả là ông đã bị sát hại bởi những ngƣời Sultan. 1570 – Cùng với thuốc lá, cà phê lần đầu tiên xuất hiện tại Venice. - Thế kỷ thứ 17 1600 – Cà phê từ cảng Mocha thuộc Yemen đƣợc xuất khẩu sang châu Âu để cung cấp cho những quán cà phê đang rất thịnh hành ở Hà Lan, Anh và Pháp lúc bấy giờ. Từ đó, cà phê đã dần nhuộm nâu cả châu Âu. 1645 –quán cà phê đầu tiên của Ý đƣợc mở ở Venezia. - Đầu thế kỷ 18 1700 – Ngƣời Hà Lan và Pháp đã tiến hành cuộc chinh phạt và chiếm đảo Java và Martinique làm thuôc địa, bắt đầu việc gieo trồng cà phê ở đây. Hấu hết cà phê mà chúng ta gieo trồng ngày nay là giống hạt Arabica có xuất xứ từ Êtiôpia qua Yemen. 1714 – Cà phê xuất hiện chính thức tại Mỹ. - Thế kỷ thứ 19 1822 – Máy Espresso đầu tiên đƣợc tạo ra tại Pháp. 1850 – Một ngƣời Pháp theo đạo Thiên Chúa Giáo đã đƣa cà phê du nhập vào Việt Nam. - Thế kỷ thứ 20 1900s – Cà phê đƣợc xếp vào loại hàng hóa có giá trị kinh tế, đem lại lợi nhuận cao nhất thế giới chỉ đứng sau dầu lửa. Không những thế, nó còn trở thành một thức uống đƣợc ƣa chuộng trên thế giới, chỉ sau nƣớc. 4
19. Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1971 – Hãng cà phê Starbuck mở đại lý đầu tiên tại Seattle. 2.1.2 Phân loại hạt cà phê - Cà phê chè (Arabica) Là loại cà phê đƣợc trồng và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới, chiếm 9/10 tổng sản lƣợng cà phê. Cây cao 3 ÷ 5m, có khi 7 ÷ 10m, thời gian ra hoa ở nƣớc ta từ tháng 2 đến tháng 4. Quả hình trứng hay hình tròn, khi chín có màu đỏ tƣơi, kích thƣớc quả: dài 17 ÷ 18mm, đƣờng kính tiết diện 10 ÷ 15mm, 500 ÷ 700 quả/kg, thời gian từ lúc có quả đến lúc chín 6 ÷ 7 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 9 đến tháng 2. Hạt có vỏ lụa màu bạc, ít bám vào nhân, kích thƣớc: dài 5 ÷ 10mm, rộng 4 ÷ 7mm, dày 2 ÷ 4mm, kích thƣớc này thay đổi theo từng loại và theo điều kiện môi trƣờng. Khối lƣợng 500 ÷ 700 hạt/100g, hàm lƣợng cafein 1,3%, hạt có màu xám xanh, xanh lục tùy theo chủng và cách chế biến, năng suất 400 ÷ 500kg cà phê nhân/ha. Tỉ lệ thành phẩm (cà phê nhân) so với nguyên liệu (cà phê quả tƣơi) là 14 ÷ 20%. Cà phê chè là loại cà phê đƣợc ƣa chuộng nhất do hƣơng thơm và mùi vị tốt. - Cà phê vối (Canephora) Cây cao từ 3 ÷ 8m, mùa hoa từ tháng 4 đến tháng 6. Quả hình tròn hoặc hình trứng, khi chín có màu đỏ hoặc hồng, trên quả thƣờng có đƣờng gân dọc, vỏ quả mỏng so với cà phê chè, thời gian từ khi có quả đến lúc chín 10 ÷ 12 tháng, thời vụ thu hoạch từ tháng 1 đến tháng 4. Hạt hình bầu dục hay tròn, vỏ lụa trắng dễ bong, khoảng 600 ÷ 900 hạt/100g, hạt dài 5 ÷ 8mm, hạt có màu xanh bạc, xanh lục hoặc xanh nâu tùy theo chủng và cách chế biến, hàm lƣợng cafein 2 ÷ 3%, đây là loại cà phê có nhiều cafein nhất. Năng suất trồng trọt 500 ÷ 600kg cà phê nhân/ha, ít hƣơng thơm, thƣờng dùng để pha trộn với cà phê chè hay để chế biến cà phê hòa tan và bánh kẹo cà phê. Loại cà phê này giá trị thƣơng phẩm kém nhƣng lại chịu đƣợc hạn, ít kén đất và ít bị sâu bệnh. - Cà phê mít (Excelsa) Cây cao từ 6 ÷ 15m, quả chín có màu đỏ, to và dày. Khối lƣợng 500 ÷ 700 quả/kg. Hình dạng hạt cà phê mít giống nhƣ hạt cà phê chè, màu vàng xanh hay màu vàng rạ, vỏ lụa dính sát vào nhân, khó bong, khoảng 700 ÷ 1000 hạt/100g, hàm lƣợng cafein1 ÷ 1,2%. Năng suất 500 ÷ 600kg cà phê nhân/ha, tỉ lệ thành phẩm (cà phê nhân) so với cà phê quả tƣơi khoảng 10 ÷ 15%. Giá trị thƣơng phẩm không cao do hạt không đều, khó chế biến, hƣơng vị thất thƣờng, tuy nhiên đây là loại cà phê chịu đƣợc hạn, ít kén đất và ít bị sâu bệnh. 2.1.3 Thành phần hóa học của cà phê[12] 5
20. Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Hình 2.1: Thành phần của quả cà phê[17] - Vỏ quả: Quả khi chín có màu đỏ, là chất Antoxian, trong đó có vết của Alkaloid, Tannin, Caffein và các loại Enzin. Trong quả có 21-30% chất khô. - Vỏ thịt: Không có Caffein, Tanin có nhiều đƣờng và Pectin. Độ PH 5.6-6.4, lớp nhớt có enzim pectinase phân giải pectin trong quá trình lên men. - Vỏ trấu: Vỏ trấu chứa Cellulose là chủ yếu và một ít Caffein (khoảng 0,4%) đƣợc khuếch tán ra từ nhân cà phê. - Nhân cà phê: Nƣớc chiếm 10-12%, Protein chiếm 9-11%, Lipit chiếm 10-13%, các loại đƣờng chiếm 5-10%, tinh bột chiếm 3-5%. Thành phần hóa học trong nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phƣơng pháp chế biến và bảo quản. - Nƣớc: Cà phê sấy khô lƣợng nƣớc khoảng 10-12% ở dạng liên kết. Hàm lƣợng nƣớc sau khi rang còn 2,7%. 6
21. Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI - Chất khoáng: Hàm lƣợng chất khoáng khoảng 3-5% chủ yếu là Kali, Nito, Magie, Photpho, Clo. Ngoài ra còn có các chất nhôm, sắt, đồng, lƣu huỳnh Những chất này ảnh hƣởng không tốt đến mùi cà phê. - Glucid: Chiếm ½ tổng số chất khô, đại bộ phận không tham gia vào thành phần nƣớc uống mà chỉ cho màu và vị Caramen. - Protein: Hàm lƣợng Protein không cao nhƣng đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành hƣơng vị của sản phẩm. Bằng phƣơng pháp thủy phân, ngƣời ta nhận thấy trong thành phần Protein có những Axit Amin sau: Cystein, Alanie, APhenylalanine, Histidine, Leucine, Lysine, Derine Các Axit Amin này ít thấy ở dạng tự do. Chúng đƣợc giải phóng ra và tác dụng với nhau hoặc tác dụng với những chất tạo mùi và vị cho cà phê rang. - Lipid: Hàm lƣợng Lipid chiếm khá lớn 10-13%. Chủ yếu là dầu và sáp. Trong đó sáp chiếm 7-8%, còn lại dầu chiếm khoảng 90%. - Caffein: Chiếm từ 1-3%. Phụ thuộc vào chủng loại cà phê, điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác. - Chất thơm: Trong cà phê hàm lƣợng chất thơm nhỏ, nó đƣợc hình thành và tích lũy trong hạt, nó đƣợc hình thành trong quá trình chế biến cà phê, đặc biệt trong quá trình rang. 2.1.4 Quá trình chuyển biến của hạt cà phê khi rang Việc thiết kế máy cần phải đảm bảo đƣợc quá trình chuyển biến của hạt cà phê trong quá trình rang. a. Giai đoạn làm khô: từ nhiệt độ phòng đến khoảng1600C Nguyên liệu đầu vào phải thật chuẩn: đúng độ ẩm thì các bƣớc nhiệt sẽ đi theo trình tự. Làm nóng trống rang trƣớc khi rang. Sau khi trống đƣợc đun nóng đến 170-2200C bắt đầu nạp nguyên liệu vào. Nhiệt độ trống rang hạ xuống nhanh chóng và sau đó tăng lên đến khoảng 155-1600C. Giai đoạn này là giai đoạn thoát hơi nƣớc, hạt cà phê thay đổi từ xanh chuyển sang vàng. Bƣớc nhiệt có thể đi nhanh 10-150C/phút. b. Giai đoạn tham gia phản ứng chia thành 2 giai đoạn nhỏ. Giai đoạn phân cắt tạo tiền chất: từ 160 - 1850C: Sau khi nƣớc đã thoát ra hết, hạt cà phê bắt đầu đến giai đoạn chuyển hóa phân cắt tạo chất trung gian và tiền chất cho giai đoạn phản ứng maillaid. Bƣớc nhiệt khoảng 5-100C/ phút. Trong giai đoạn này hạt sẽ có mùi cỏ, rơm rạ, gỗ. Màu sắc của hạt chuyển từ vàng nhạt sang đậm dần, các vỏ lụa bên ngoài bong tróc ra, cần phải hút xả mạnh cho sạch các vỏ lụa này. 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4