Thiết kế hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụng công nghệ xử lý ảnh

Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụng công nghệ xử lý ảnh.. SKKN Tiểu Luận PRO123docz.netDANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biểu đồ chi phí logistic của Việt Nam và mộ

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

-

-BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS NGUYỄN VĂN TRƯỜNGLỚP: CƠ ĐIỆN TỬ 2 – K13

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

1 Bùi Tất Hiệp - 2018604403

2 Nguyễn Quốc Hưng - 2018603413

3 Nguyễn Quang Sáng - 2018601678

Hà Nội - 2021

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụng

công nghệ xử lý ảnh

2 Hoạt động của sinh viên

Nội dung 1:Phân tích nhiệm vụ thiết kế

- Thiết lập danh sách yêu cầu

Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ

- Xác định các vấn đề cơ bản

- Thiết lập cấu trúc chức năng

- Phát triển cấu trúc làm việc

- Lựa chọn cấu trúc làm việc

Nội dung 3:Thiết kế cụ thể

- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể

- Tích hợp hệ thống

- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác

Áp dụng các công cụ hỗ trợ: Mô hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kếsản phẩm

3 Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch bài tập lớn

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

MỤC LỤC

Phần 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế 7

1.2.2 Khảo sát về nhu cầu của doanh nghiệp Việt Nam 12

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc và danh sách yêu cầu 293.1.2 Xác định điều kiện biên hoặc không gian cưỡng bức của bước thiết

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

DANH MỤC BẢNG BIỂU

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Biểu đồ chi phí logistic của Việt Nam và một số khu vực năm 2018 8Hình 1.2 Các thành phần cấu thành chi phí logistic 9Hình 1.3 Biểu đồ sản lượng và doanh thu thị trường bánh kẹo Việt Nam 10Hình 1.4 Những sản phẩm chính của thị trường bánh kẹo Việt Nam 10Hình 1.5 Biểu đồ các loại máy phân loại được sử dụng trên thị trường 11

Hình 1.7 Biểu đồ quy mô các doanh nghiệp được khảo sát 14Hình 1.8 Biểu đồ tỷ lệ các lĩnh vực sản xuất của doanh nghiệp Việt Nam 2021.14 Hình 1.9 Biểu đồ thể hiện mức độ đón nhận sản phẩm của các doanh nghiệp:15

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

SKKN Tiểu Luận PRO(123docz.net)

Lời nói đầu

Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển Công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càngđược nâng cao để phát triển đất nước và cải thiện cuộc sống của người dân Vì vậyviệc ứng dụng khoa học kỹ thuật ngày càng rộng rãi, phổ biến và mang lại hiệu quảcao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội Xétđiều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa sử dụngngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, giacông và chế biến sản phẩm… Điều này dẫn đến việc hình thành các hệ thống sản xuấtlinh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robotcông nghiệp Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm là

hệ thống phân loại sản phẩm Hệ thống phân loại sản phẩm nhằm chia sản phẩm ra cácnhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay loại bỏ sản phẩm hỏng.Hiện nay để phân loại sản phẩm người ta thường sử dụng các loại cảm biến với cácchức năng khác nhau để phân loại sản phẩm theo mong muốn Những cảm biến nàyvận hành tương đối đơn giản dễ gây nhiễu Hiện nay công nghệ Xử lý ảnh phát triểnmạnh và được vận dụng trong nhiều nghành áp dụng vào sản xuất

Nhóm thiết kế nghĩ đến giải pháp hệ thống tự động phân loại bánh kẹo sử dụngcông nghệ xử lý ảnh Hệ thống có thể phân loại nhanh chóng các loại bánh trên băngtải và đưa các loại bánh vào đúng hộp sản phẩm

Phần 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế

1.1 Nhu cầu thị trường, công ty, môi trường

1.1.1 Nhu cầu thị trường

Ở nước ta hiện nay tuy có nhiều sức lao động và việc thuê nhân công rẻ nhưngbên cạnh đó do là con người thủ công nên có thể sai xót và không được ổn định Tuyvậy việc công nhân dồi dào nhưng nguồn lực chất lượng cao còn hạn chế, tác phonglàm việc còn hạn chế Năm 2010, có đến 19,5 triệu lao động Việt Nam đang làm việctrong các ngành nghề không đòi hỏi về trình độ chuyên môn hoặc chuyên môn thấp.Phần lớn các doanh nghiệp đều phải đào tạo nghề cho công nhân Công nhân khônglành nghề dẫn đến sản phẩm chất lượng thấp, năng suất không cao, sản phẩm làm ra sẽkhông nhiều trong cùng một đơn vị thời gian Các hoạt động thủ công của thương tanói chung và các hoạt động phân loại sản phẩm thủ công nói riêng thì vẫn còn tốn khánhiều công sức của nhân công Những ngành nghề phân loại sản phẩm độc hại nhưphân loại rác hoặc phân loại những chất hóa học độc hại thì công nhân tham gia hoạtđộng phân loại khá nguy hiểm đến sức khỏe và cũng như ảnh hưởng đến năng suất củaquá trình Tốc độ đổi mới công nghệ còn chậm, chưa đồng đều và chưa có định hướngphát triển rõ rệt

Phần lớn các doanh nghiệp của nước ta sử dụng các công nghệ tụt hậu so với cácnước trên thế giới từ 2-3 thế hệ 80 % -90 % công nghệ nước ta đang sử dụng là côngnghệ nhập khẩu, 76 % công nghệ máy móc nhập khẩu thuộc thập niên 50-60, 50 % làcông nghệ là đồ tân trang Sự lạc hậu về công nghệ sẽ tạo ra chất lượng sản phẩm thấp,điều này gây cho hàng hoá của chúng ta gặp rất nhiều khó khăn trong vấn đè cạnhtranh giá cả trên thị trường

Hình 1.1 Biểu đồ chi phí logistic của Việt Nam và một số khu vực năm 2018

Theo số liệu của Ngân hàng Thế giới (WB), chi phí ở Việt Nam bằng khoảng16.8% GDP Mức chi phí này cao hơn trung bình khu vực Châu Á – Thái Bình Dương4.7%, Thái Lan 1.8%, Malaysia 3.8%, còn so với Singapore thì cao hơn tới 2 lần TheoQuỹ Tiền Tệ Quốc Tế (IMF), chi phí logistics trung bình chiếm 12% tổng sản phẩmnội địa thế giới Trong nền kinh tế Hoa Kỳ, chi phí logistics chiếm 9,9% GDP củanước này (921 tỷ USD năm 2000) Đối với các doanh nghiệp, chi phí logistics thay đổi

từ 4% đến trên 30% doanh thu Riêng tại Việt Nam, chi phí logistics chiếm khoảng16.8% GDP của Việt nam, trong đó chi phí cho việc phân loại sản phẩm chiếm 40%

Theo thống kê của công ty nghiên cứu Armstrong & Associates (Hoa Kỳ), chiphí dịch vụ logistic tại Việt Nam tương đương 16.8% GDP, cao hơn nhiều so với cácnước trong khu vực, cao gần gấp hai lần so với các nước phát triển và cao hơn mứcbình quân toàn cầu là 10%

Trong chi phí logistic tại Việt Nam, chi phí cho đóng gói cao, tương đương 20% giá thành sản phẩm, trong khi tỉ lệ này chỉ khoảng 7% ở các quốc gia khác Điềunày làm giảm khả năng cạnh tranh hàng hoá của các doanh nghiệp.

10-Cần giảm chi phí cho đóng gói sản phẩm để tăng khả năng cạnh tranh hàng hoácủa các doanh nghiệp

Hình 1.2 Các thành phần cấu thành chi phí logistic

1.2 Tiềm năng thị trường

Theo Bộ Công Thương, ngành bánh kẹo Việt Nam có tốc độ tăng trưởng cao và

ổn định, với sản lượng hàng năm trên 150 ngàn tấn, doanh thu năm 2014 đạt 27 ngàn tỉđồng (BĐ 1) Mức tăng trưởng doanh thu hàng năm toàn ngành bình quân trong giaiđoạn 2010 – 2014 đạt 10%, trong khi con số này trong giai đoạn 2006 – 2010 là 35%,giai đoạn 2015- 2019 mức tăng trưởng khoảng 8- 9%

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

Sản lượng (1.000 tấn) Doanh thu (1.000 tỉ đồng)

Hình 1.3 Biểu đồ sản lượng và doanh thu thị trường bánh kẹo Việt Nam

Sản lượng và doanh thu của thị trường bánh kẹo Việt Nam ngày càng phát triển vàtăng đều theo các năm

Hình 1.4 Những sản phẩm chính của thị trường bánh kẹo Việt Nam

Thị trường Việt nam đa dạng mẫu mã sản phẩm, có sức cạnh tranh cao và giá trịlợi nhuận thu về lớn

1.2.1 Tìm kiếm và hình thành ý tưởng

Hình 1.5 Biểu đồ các loại máy phân loại được sử dụng trên thị trường

Sau khi khảo sát các doanh nghiệp bánh kẹo lớn và nhỏ trong nước, ta thấy việcứng dụng công nghệ hoá vào quá trình sản xuất rất ít Phần lớn doanh nghiệp sử dụngnhân công lao động và một phần ít sử dụng máy móc

Nhược điểm là năng xuất thấp, các máy phân loại đơn chiếc tốc độ thấp, chỉ ápdụng cho một số sản phẩm cụ thể, không có tính tự đông hoá cao

Bài toán tối ưu của công ty

Sản phẩm 1

Sản phẩm 2

Sản phẩm 3

Sản phẩm 4

Sản phẩm 5 Thời

Từ bảng trên ta có thể thấy muốn nâng cao doanh thu từ việc sản xuất bánh kẹo cầnphải tối ưu thời gian sản xuất từng loại sản phẩm của mỗi máy Từ đó cần nhu cầu vềmột hệ thống phân loại bánh kẹo tự động để phân loại đầu ra sau khi sản xuất.

1.2.2 Khảo sát về nhu cầu của doanh nghiệp Việt Nam

Nhóm đã đặt ra các tiêu chí cụ thể và tiến hành khảo sát trên 100 doanh nghiệp đểđưa ra cái nhìn khách quan nhất về thị trường Việt Nam hiện nay

Hình 1.6 Khảo sát nhu cầu khác hàng

Sau khi khảo sát ta thu được một số kết quả sau:

Hình 1.7 Biểu đồ quy mô các doanh nghiệp được khảo sát

Hình 1.8 Biểu đồ tỷ lệ các lĩnh vực sản xuất của doanh nghiệp Việt Nam 2021

Hiện nay Việt Nam có khoảng 30 doanh nghiệp sản xuất có quy mô, khoảng1,000 cơ sở sản xuất nhỏ và một số công ty nhập khẩu bánh kẹo nước ngoài, mức độtập trung thị trường là khá thấp Các doanh nghiệp nội địa hiện đang chiếm lĩnh thịtrường, trong đó, thị phần doanh nghiệp chiếm tỷ trọng lớn (Tập đoàn Kinh Đô, Cty

CP Bánh kẹo Hải Hà, Cty CP Bibica, Công ty CP thực phẩm Hữu Nghị) là khoảng31% (theo doanh thu 2014), doanh nghiệp khác 49%, hàng nhập khẩu chỉ chiếm 20%.Sau khi gửi ý tưởng của công ty cho các doanh nghiệp Việt Nam, ta được biểu đồthể hiện mức độ đón nhận sản phẩm của các doanh nghiệp:

Hình 1.9 Biểu đồ thể hiện mức độ đón nhận sản phẩm của các doanh nghiệp:

1.2.3 Nhiệm vụ của công ty

Sau khi nhận được phiếu khảo sát của doanh nghiệp, công ty nắm được các nhucầu của doanh nghiệp về sản phẩm hệ thống phân loại bánh kẹo sử dụng công nghệ xử

lý ảnh:

STT Mong muốn của khách hàng Kết quả

1

Khả năng phânloại 3 loại

5 loại

7 loại

35%55%70%

25%47.5%90%

4

Lắp ráp hệ thốngCụm hệ thống cốđịnhTheo module lắp ráp thay thế vận chuyển

linh hoạt

57.3%88%

Bảng 1.2.2 Phân tích nhu cầu khách hàng

Từ các nhu cầu trên của khách hàng, công ty sẽ sản xuất các sản phẩm theo đơnđặt hàng phù hợp với từng doanh nghiệp lớn nhỏ Phù hợp với khả năng kinh tế củatừng doanh nghiệp.

Công ty sẽ sản xuất hệ thông:

Phù hợp với nhiều dây chuyền của các doanh nghiệp

Tốc độ nhận diện phân loại nhanh

Đem lại năng xuất lớn

Thời gian làm việc tối ưu

Giá thành cạnh tranh với các hệ thống có trên thị trường

1.2.4 Khả năng của công ty

Công ty có đội ngũ nhân viên:

Bảng 1.2.3 Đội ngũ nhân lực công ty

Với đội ngũ nhân viên trên, công ty có thể đảm nhận sản xuất với năng xuất 500

hệ thống/năm

Khả năng kinh tế

Vốn điều lệ của công ty:10.250.000.000 đồng

Nhận trước cọc của doanh nghiệp 50% giá thành sản phẩm

Định hướng sản xuất:

Thiết kế bản vẽ cơ khí, mạch điện và tự gia công

Tận dụng các chi tiết có sẵn trên thị trường như Camera, máy tính nhúng,PLC và các chi tiết cơ khí có sẵn.

Bộ phận Kỹ thuật – Bảo trì sẽ lắp ráp và kiểm định hệ thống

1.2.5 Môi trường

Sử dụng các vật liệu 100% “Made in VietNam” đạt chuẩn

Sử dụng các nguyên vật liệu thân thiện với môi trường

Có khả năng tái chế lại không thải trực tiếp ra môi trường

Thiết kế: Cơ khí: thiết kế băng chuyền vị trí đặt xylanh

Thuật toán: thuật toán phân loại bánh kẹo trong xử lý ảnhĐiện tử: mạch điều khiển

Đối tượng: doanh nghiệp lớn nhỏ trong nước và các vùng lân cận

Yêu cầu: vận hành êm ái, tốc độ phân loại nhanh, chính xác đạt năng xuất cao,giao diện dễ sử dung bàn giao công nghệ dễ dàng

Độ bền: Sản phẩm có độ bền cao, dễ dàng vận hành sửa chữa, bảo dưỡng thay thế

1.3 Thiết lập danh sách yêu cầu

Hệ thống phân loại rác sử dụng công nghệ xử lý ảnh Tờ: 1Ngày

- Dễ tìm kiếm trên thị trường

- Với khung băng tải

1 Thông số kích thước

- Chiều dài khung: 5-7,5 m

- Chiều cao: Điều chỉnh được trong khoảng 0,8 - 1,3 m

- Dễ tìm kiếm trên thị trường

Phần cơ khí

1 Động học

- Tốc độ của băng tải: 10-12 m/phút

2 Công suất động cơ

- Khoảng 1,5 KW

- Đường kính rulo: 0.25-0.3 m

3 Sản xuất

- Cấu tạo cơ cấu chuyển động đơn giản

- Các chi tiết có thể tìm kiếm dễ dàng trênthị trường

2 Vận hành

- Vận hành ổn định, độ chính xác trên 95%

- Thời gian nhận dạng dưới 1s

- Có thể cập nhật sản phẩm mới và thay đổithông tin về sản phẩm đã có

Phần giao tiếp với người dùng

Hệ thống hoàn thiện

1 Giá cả

- Tổng giá thành sản phẩm dưới 80 triệu đồng

2 Năng lượng

- Sử dụng năng lượng điện 220V có sẵn

- Tích hợp bộ chuyển đổi nguồn để phù hợp vớinhững phần khác nhau trong hệ thống

5. Lịch: Hoàn thiện thiết kế trước 28/04/2021

Bảng 1.3.1 Danh sách yêu cầu

Số lớp >2.

Độ dày của lớp phủ đáy > 0,5 mm

Chất liệu: An toàn với môi trường, tái chế được

Đường kính rulo phải chọn phù hợp với tốc độ của băng tải

Động cơ của băng tải:

Công suất phải đáp ứng đủ cho hệ thống hoạt độngTiếng ồn < 100 dB

Cơ cấu đẩy sản phẩm

Lực đẩy tối đa 40N, không gây hư hại cho sản phẩm

Máng dẫn sản phẩm:

Đến tối thiểu 1 triệu sản phẩm/ 1 ngày làm việc.

Hiển thị kết quả thông qua hệ thống led 7 thanh trên bảngđiều khiển

Thiết bị điều khiển:

Bộ điều khiển PLC có tối thiểu 32 cổng vào ra

Tốc độ phản hồi nhanh, hoạt động liên tục trong thời giandài

Đảm bảo tốc độ phân loại >=60 sản phẩm/phút

Nguồn điện:

Sử dụng điện áp 220v có sử dụng các bộ điều chỉnh điện áp

Cơ cấu định hướng:

Định hướng linh hoạt dễ dàng, đổi tối đa 90 độ

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Khi hệ thống hoạt động, bánh kẹo được đưa vào băng chuyền thông qua mộtmáng dẫn hoặc được đưa thủ công vào băng chuyền Bánh kẹo sau đó được đưa đi trênbăng chuyền qua bộ phận nhận diện Camera sẽ thu nhận hình ảnh bánh kẹo trên băngchuyền và đưa đến bộ xử lý tín hiệu Áp dụng công nghệ xử lý ảnh, hệ thống sẽ nhậndiện và

phân loại các sản phẩm Tín hiệu sau đó được gửi đến bộ PLC để xử lý, PLC đưa ra tín

hiệu về van đảo chiều điều khiển xylanh tương ứng đẩy sản phẩm đã được phân loạiđến thùng chứa tương ứng Với những sản phẩm không được nhận diện sẽ được đưađến cuối băng chuyền và gửi đến thùng chứa chung.

2.2.2.2 Xây dựng cấu trúc chức năng

Hình 2.2 Cấu trúc chức năng

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc

PLC MitsubishiFX3U-32MR/ES-A

Đường kính rulo: 30 cmVật liệu: thép C15

Đường kính rulo:30cmVật liệu: thépC15Mn

6 Camera

GigE VisionIndustrialCamera,0.5MP,1/3.6"

CMOS,Mono/Colo

29 fps

VLXT cameraswith 10 GigEinterfaceMon 1.1″ CMOSGlobal shutter

4096 × 3000px3.45 × 3.45 µm

69 fps

7 Máy nén khí

Máy nén khítrục vít HitachiHiscrew

Máy nén khí Pegasus

Máy nén khíPegasus

8 Phần phân

loại

Dùng xylanh đểphân loại:

Xylanh Festo

Dùng tay gắp robotCánh tay robot côngnghiệp scara 4 bậc tự do

Kết hợp cảxylanh và cánhtay robot

NVIDIA JetsonNano DeveloperKit A02

10 Kích thước

WS-42GX775R24V có giảmtốc

DC 12-24V 150W chổi

than

DC 24v100w 120w-MY6812

75-80 sản phẩm/phút

14 Giá thành 180 – 210

triệuđồng

240 – 280 triệu đồng 300 - 350

triệuđồng

Hình 2.3 Phát triển cấu trúc làm việc

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc

môi trường, giá thành hợplí

hệ thống

Độ bền cao, giá cả hợp lý,đáp ứng được tần suất làm

việc cao

6 Camera 1 0 1

Hình ảnh nhận diện sắcnét, FPS cao, hoạt độngđược trong nhiều môitrường, giá thành hợp lý

7 Máy nén

Độ ồn thấp, cung cấp khí ổnđịnh, đủ áp suất cho xy lanh

8 Phần phân

Tốc độ phản hồi nhanh, độchính xác cao, hoạt động

11 Thuật toán

nhận diện 0 1 1

Độ chính xác cao, nhậndiện và cho kết quả nhanhtrong nhiều điều kiệnkhác nhau

12 Số loại

bánh kẹo

nhận diện

được

xuất của nhà máy

13 Công suất

phân loại 1 1 1

Đảm bảo tốc độ và năngsuất của nhà máy

14 Giá thành 1 0 0

Cạnh tranh, hợp lý vớinhiều doanh nghiệp tại Việt

Nam

Tổng

Hình 2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc

⇨ Concept 1 là giải pháp tối ưu nhất Lựa chọn concept 1 để thiết kế cụ thể

Phần 3: Thiết kế cụ thể

3.1 Xây dựng các bước thiết kế cụ thể

3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc và danh sách yêu cầu

-Phần băng tải

+ Đảm bảo kích thước theo danh sách yêu cầu

+ Đảm bảo an toàn, công thái học và tính thẩm mỹ

+ Khung băng tải chắc chắn, chịu rung động tốt, chống rỉ sét, cách điện

+ Đảm bảo về độ bền khi chịu lực

+ Hoạt động êm, tiếng ồn và độ rung nhỏ

+ Đảm bảo tốc độ của băng tải

+ Tính chọn kích thước rulo phù hợp với kích thước hệ thống và yêu cầu phân loại