THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM Đề tài Thiết kế concept cho sản phẩm khoan điện cầm tay

MỤC TIÊU SẢN PHẨMSau khi thống nhất được kế hoạch dự án khoan điện cầm tay, nhóm thiết kếtiến hành liệt kê lại các thông tin của dự án để mọi người có thể nắm đủ và đúngnội dung của dự á

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ - -

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

HỌC PHẦN: THIẾT KẾ VÀ PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM

Đề tài: Thiết kế concept cho sản phẩm khoan điện cầm tay

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nhữ Quý Thơ

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Sơn – 2018606843

Phạm Công Sơn – 2018606381Lưu Lê Sơn – 2017605332

Hà Nội - 2021

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

2 Tên nhóm: Nhóm 16

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Thiết kế concept cho sản phẩm khoan điện cầm tay.

2 Hoạt động của sinh viên

Nội dung 1: Mô tả mục tiêu sản phẩm

- Mô tả sản phẩm

- Mục tiêu kinh doanh

- Mục tiêu thị trường

- Các điều kiện ràng buộc

- Các bên liên quan

Nội dung 2: Xác lập nhu cầu khách hàng

- Lựa chọn phương pháp lấy nhu cầu khách hàng

- Lập bảng đối tượng khách hàng lấy ý kiến

- Thực hiện lấy ý kiến khách hàng: Lập bảng câu hỏi cho khách hàng, lấy ýkiến nhu cầu khách hàng (>= 20 nhu cầu)

- Diễn dịch nhu cầu khách hàng

- Đánh giá mức độ quan trọng các nhu cầu khách hàng

- Ghép nhóm nhu cầu khách hàng

- Xác lập các thông số bao gồm: Mô tả (Metric) và Giá trị (value) kèm theođơn vị đo (>=10 thông số)

- Chia tách vấn đề

- Tìm kiếm bên ngoài

- Tìm kiếm bên trong

- Tổ hợp giải pháp: Xây dựng cây concept

- Lựa chọn 3 concept trong cây concept, chỉ rõ các nhánh của từng concepttrong cây concept (bằng 3 màu khác nhau cho từng concept)

- Mô tả từng concept dựa vào cây concept

- Xây dựng bản vẽ phác sơ bộ cho từng concept

Nội dung 5: Lựa chọn concept

- Chọn 1 trong 3 concept để phát triển tiếp theo bằng phương pháp ma trận raquyết định

- Chọn phương pháp và thực hiện lựa chọn concept theo phương pháp đó

Nội dung 6: Thiết kế mức hệ thống

- Khởi tạo sơ đồ các modul của concept

- Xây dựng các khối chức năng của concept

- Xây dựng lớp hình học thô

- Xác định các tương tác

- Xây dựng sơ đồ nhóm chi tiết và nhóm thiết kế

- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác Ápdụng các công cụ hỗ trợ: Mô hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sảnphẩm

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

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế và phát triển sản phẩm và cáctài liệu tham khảo

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếucó): Máy tính

Ths Nhữ Quý Thơ

1 MỤC TIÊU SẢN PHẨM

Sau khi thống nhất được kế hoạch dự án khoan điện cầm tay, nhóm thiết kếtiến hành liệt kê lại các thông tin của dự án để mọi người có thể nắm đủ và đúngnội dung của dự án thông qua bảng mục tiêu sản phẩm

Bảng 1.1 Bảng mục tiêu sản phẩm khoan điện cầm tay

Mô tả sản phẩm

Khoan điện cầm tay tích hợp pin cho công nhân, có nhiều chế độ khoanvới tốc độ có thể kiểm soát

Mục tiêu kinh doanh

− Bán ra thị trường vào quý I năm 2021, dự kiến chiếm 20% thị phầntrong nước vào quý I năm 2022

− Đạt doanh thu 60 tỷ đồng vào quý 4 năm 2022, tỷ suất lợi nhuận đạt30%

− Dự kiến đưa ra thị trường nước ngoài, chiếm 5% thị phần các nướcĐông Nam Á vào năm 2025

Xác định thị trường

− Thị trường chính: Công nhân

− Thị trường thứ cấp: Thợ lắp ráp, hộ gia đình

Các điều kiện ràng buộc

− Khoan sử dụng nguồn năng lượng từ pin có thể sạc lại

− Khoan có khả năng kiểm soát tốc độ

− Tuổi thọ các bộ phận cao

− Sản phẩm khoan gọn nhẹ, dễ dàng di chuyển

− Giá thành khoan ở mức trung bình

Các bên liên quan tới dự án

− Nhóm thiết kế và phát triển sản phẩm

− Các nhà tài trợ, đầu tư cho sản phẩm

− Bộ phận chế tạo, sản xuất, kiểm tra chất lượng sản phẩm

− Bộ phận tiếp thị sản phẩm

− Người tiêu dùng.

2 XÁC ĐỊNH NHU CẦU KHÁCH HÀNG

2.1 Lựa chọn phương pháp lấy nhu cầu khách hàng.

Tiến hành khảo sát và lấy ý kiến những khách hàng đã từng sử dụng sảnphẩm khoan điện trên thị trường kết hợp thảo luận để đưa ra nhu cầu kháchhàng Hình thức và phụ trách khảo sát được trình bày trong bảng

Bảng 2.2 Hình thức và phân chia phụ trách khảo sát

Hình thức

khảo sát Phụ trách

Quy mô khảo sát (người)

Ghi chú (Thời gian/Địa điểm)

Phỏng vấn

8h00 ngày 22/10/2021Các hộ gia đình trongkhu vực Bắc Từ Liêm

Phỏng vấn

8h00 ngày 22/10/2021Các công trình đang thi công trong khu vực Nam Từ Liêm

Phỏng vấn

8h00 ngày 22/10/2021Các đại lý, trung tâm phân phối máy công cụ,các siêu thị điện máy

Thảo luận

nhóm

Phan Văn SơnPhạm Công SơnLưu Lê Sơn

3

15h00 ngày 23/10/2021Tầng 2 thư viện trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

2.2 Lập bảng đối tượng khách hàng lấy ý kiến

Sau khi thực hiện nhiệm vụ khảo sát, các số liệu được tổng hợp lại để phânloại những đối tượng đã khảo sát được Phân loại khách hàng khảo sát được liệt

kê trong bảng đối tượng khách hàng khảo sát

Bảng 2.3 Đối tượng khách hàng khảo sát

Tổng: 150 người Người dùngchính thông thườngNgười dùng phối công cụĐại lý phân điện máySiêu thị

2.3 Xác định các câu hỏi để khảo sát nhu cầu khách hàng

Để quá trình khảo sát trở nên nhanh và hiệu quả hơn, những câu hỏi liênquan tới sản phẩm được xác định sẵn trước khi tiến hành khảo sát thực tế.Những câu hỏi có thể hỏi khách hàng được tổng hợp lại thành danh sách câu hỏi

Bảng 2.4 Danh sách câu hỏi khảo sát

Câu hỏi 9 Bạn có sẵn sàng bỏ ra 1,5 triệu để có thể sở hữu một bộ khoan điện không?

2.4 Lấy ý kiến và diễn dịch nhu cầu khách hàng

Với mỗi câu trả lời nhận được từ quá trình khảo sát, nhóm thiết kế phải tiếnhành diễn dịch thành nhu cầu mà khách hàng mong muốn đối với sản phẩm đểsản phẩm cuối cùng có thể thỏa mãn nhu cầu khách hàng

Bảng 2.5 Diễn dịch nhu cầu khách hàng

T

T Dữ liệu thô về nhu cầu khách hàng Diễn giải thành nhu cầu sản phẩm

1 Chiếc khoan của tôi rất nặng và cồng kềnh Khoan có thiết kế nhỏ gọn

2 Chiếc khoan tôi từng dùng khá yếu và không thể khoan sâu Khoan có công suất lớn

3 Tôi làm việc với nhiều vật liệu khác nhau Khoan có nhiều chế độ khoan phù hợp với nhiều

vật liệu

4 Tôi muốn khoan ở nhiều tốc độ khác nhau Khoan có thể tùy chỉnh được tốc độ

5 Tôi thường xuyên khoan tường Khoan có chức năng khoantường

6 Tôi làm việc với nhiều kích cỡ mũi khoan khác nhau Đầu cặp của khoan tương thích với nhiều kích thước

mũi khoan

7 Tôi bị ngã vì vấp phải dây điện từ chính chiếc khoan của mình Khoan không có dây điện vướng víu

8 Pin máy khoan của tôi rất yếu, không thể đáp ứnghết một ngày làm việc của tôi Khoan có thời lượng pin tốt

9 Khoan của tôi sử dụng liên tục và đã bị cháy Khoan có chức năng tự ngắt khi quá tải

10 Tôi muốn khoan có thêm tay cầm phụ để dễ cầm nắm Khoan có trang bị tay cầm phụ

11 Tôi thường dùng máy khoan để bắt vít Khoan có chức năng bắt vít

12 Tôi làm việc ngoài trời và trong một lần mưa chiếc khoan của tôi đã bị hỏng Khoan có khả năng chống nước

13 Máy khoan của tôi đột nhiên khởi động khi mang vác do cò khoan bị tác động Khoan có khóa cò khoan

14 Bụi khi khoan làm kẹt máy khoan của tôi Khoan có khả năng chống bụi

15 Khoan của tôi hay bị văng mũi khoan rất nguy hiểm Đầu cặp mũi khoan chắc chắn

16 Sau khi hết pin tôi phải đợi pin sạc lại mới có thể dùng được Khoan có thêm pin dự phòng

17 Khoan của tôi sạc pin nửa ngày mới đầy khiến tôibỏ lỡ công việc Khoan có thời gian sạc pinngắn

18 Tôi hay khoan lố chiều sâu của lỗ Khoan có tích hợp thước đo chiều sâu

19 Tôi muốn khoan có đèn để làm việc ở chỗ tối Khoan có đèn trợ sáng

20 Lỗ khoan của tôi không vuông góc với tường Khoan có thước thủy cân bằng

21 Tôi hay bị trượt tay khi cầm khoan Khoan chống trượt khi cầm nắm

22 Tôi hay đánh mất dụng cụ để tháo mũi khoan Khoan có vị trí để dụng cụ tháo mũi khoan

23 Khoan của tôi mới dùng được hai tháng đã hỏng Khoan có tuổi thọ cao

24 Pin máy khoan của tôi bị chập và nổ Pin của khoan có chức năng chống chập

25 Tôi không biết khi nào khoan của mình cần sạc lại Khoan có đèn báo dung lượng pin

26 Khoan của tôi chỉ quay theo một chiều Khoan có chức năng đảo chiều

27 Tôi đã từ bỏ ý định mua cho mình một chiếc khoan cầm tay vì giá của nó tận 4 triệu Khoan có giá thành rẻ

2.5 Đánh giá mức độ quan trọng các nhu cầu khách hàng

Mỗi nhu cầu có một tầm quan trọng khác nhau với khách hàng Các kháchhàng trong cuộc khảo sát có thể đưa ra rất nhiều nhu cầu khác nhau, trong đó cómột vài nhu cầu được đề cập tới nhiều nhất và thiết yếu nhất (độ quan trọngcao) Mặt khác có những nhu cầu chỉ được nhắc đến một vài lần và tương đối cábiệt (độ quan trọng kém hơn) Nhóm thiết kế sẽ thực hiện công việc phân tíchtần suất xuất hiện nhu cầu và căn cứ vào kinh nghiệm bản thân để xem nhu cầu

nào là quan trọng hơn, nhu cầu nào kém quan trọng hơn Việc đánh giá mức độquan trọng của các nhu cầu được trình bày trong bảng.

Bảng 2.6 Đánh giá mức độ quan trọng các nhu cầu khách hàng

STT Nhu cầu khách hàng (quy mô 150 người) Tần suất đề cập

(lần)

Tỷ lệ (%)

Mức độ quan trọng (1-5)

3 Khoan có chức năng đảo chiều 138 92,00 5

5 Khoan có thời lượng pin tốt 122 81,33 4

6 Pin của khoan có chức năng chống chập 122 81,33 4

7 Khoan có nhiều chế độ khoan phù hợp vớinhiều vật liệu 110 73,33 4

8 Đầu cặp mũi khoan chắc chắn 106 70,67 4

9 Khoan có thể tùy chỉnh được tốc độ 92 61,33 3

11 Khoan có chức năng khoan tường 84 56 3

13 Khoan có chức năng tự ngắt khi quá tải 80 53,33 3

14 Đầu cặp của khoan tương thích với nhiều kích thước mũi khoan 79 52,67 3

15 Khoan chống trượt khi cầm nắm 76 50,67 3

18 Khoan có thước thủy cân bằng 65 43,33 2

19 Khoan có tích hợp thước đo chiều sâu 60 40,00 2

20 Khoan có khả năng chống nước 55 36,67 2

21 Khoan có đèn báo dung lượng pin 52 34,67 2

22 Khoan không có dây điện vướng víu 47 31,33 2

23 Khoan có thời gian sạc pin ngắn 46 30,67 2

25 Khoan có vị trí để dụng cụ tháo mũi khoan 36 24,00 1

26 Khoan có trang bị tay cầm phụ 26 17,33 1

2.6 Ghép nhóm nhu cầu khách hàng

Bảng 2.7 Ghép nhóm nhu cầu khách hàng

Nhóm mẫu mã

Khoan có thiết kế nhỏ gọnKhoan không có dây điện vướng víuKhoan có vị trí để dụng cụ tháo mũi khoan

Đầu cặp của khoan tương thích với nhiều kích thước mũi khoan

Khoan có trang bị tay cầm phụKhoan có thêm pin dự phòng

Nhóm chức năng làm việc

Khoan có chức năng đảo chiềuKhoan có thước thủy cân bằngKhoan có đèn trợ sáng

Khoan có thể tùy chỉnh được tốc độKhoan có chức năng bắt vít

Khoan có chức năng khoan tườngKhoan có thước đo chiều sâu

Nhóm chức năng công nghệ

Khoan có công suất lớnKhoan có thời lượng pin tốtKhoan có khả năng chống bụiKhoan có đèn báo dung lượng pinKhoan có thời gian sạc pin ngắnKhoan có tuổi thọ cao

Nhóm chức năng an toàn

Khoan có khả năng chống nướcPin của khoan có chức năng chống chập

Đầu cặp mũi khoan chắc chắnKhoan chống trượt khi cầm nắmKhoan có khóa cò khoan

Khoan có chức năng tự ngắt khi quá tải

3 XÁC LẬP THÔNG SỐ KỸ THUẬT MỤC TIÊU

3.1 Triển khai các đại lượng đáp ứng các nhu cầu

Dựa vào bảng nhu cầu thu thập được từ quá trình khảo sát, nhóm thiết kế sẽthảo luận và đưa ra những đại lượng phục vụ cho các nhu cầu đó Danh sách cácđại lượng (Metric) đáp ứng các nhu cầu (được đánh thứ tự ở bảng 2.5) và trọng

số của nó được thể hiện trong bảng 3.1

Bảng 3.8 Đại lượng đáp ứng nhu cầu (kèm trọng số)

2 Công suất khoan W 2,4 *****

3.2 So sánh các thông số của những sản phẩm cạnh tranh

Để có thể xác định được “độ lớn” của các đại lượng (Value) của các đạilượng để thiết lập thông số sản phẩm Ngoài việc thảo luận, hỏi ý kiến chuyêngia, nhóm thiết kế cũng tham khảo một vài sản phẩm của những đối thủ cạnhtranh để cân nhắc cho sản phẩm của mình Điển hình dưới đây là một vài sảnphẩm được nhóm thiết kế quan tâm và tham khảo:

− Máy khoan động lực dùng pin Bosch GSB36VE (Đức)

− Máy khoan không dây Nikawa NK-M18s (Nhật Bản)

− Máy khoan vặn vít pin Dewalt DCD778D2 (Mỹ)

Thông số đáng chú ý của những sản phẩm mà nhóm đã tham khảo đượctrình bày trong bảng 3.2

Bảng 3.9 Thông số của các sản phẩm cạnh tranh

Giá trị Bosch

GSB36VE NK-M18s Nikawa DCD778D2 Dewalt

Protection) IPx6 IPx4 không

3.3 Thành lập thông số mục tiêu cho sản phẩm

Căn cứ vào dữ liệu thu thập được từ bảng 3.2, nhóm thiết kế chọn ra cácgiá trị biên và lý tưởng cho các đại lượng trình bày trong bảng 3.3

Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật mục tiêu

STT Đại lượng (Metric) Đơn vị

Giá trị (Value) Giới hạn biên Lý tưởng

Protection) IPx4-IPx6 > IPx4

 Tạo momen quay: Quay mũi khoan để cắt vật liệu.

 Tạo lực đập: Tạo xung lực tần số cao dọc theo mũi khoan để khoan phá vàovật liệu

− Chức năng bắt vít: Đầu khoan sẽ quay với tốc độ và momen phù hợp với việcvặn vít trong đó có hai chức năng chính phục vụ việc bắt vít:

 Giới hạn tốc độ quay: Quay mũi khoan với tốc độ chậm để không làm hỏng

mũ vít khi bắt vít Tốc độ quay sẽ giữ ở một mức nhất định bất kể cường độbóp cò khoan như thế nào

 Giới hạn momen quay: Giới hạn lực xoắn tối đa để xiết ốc hoặc vít vào bềmặt vật liệu giúp tránh làm hỏng bề mặt vật liệu hoặc cháy ren vít Khi tớiđạt tới momen giới hạn đó lực từ động cơ sẽ ngừng truyền tới đầu khoan

 Chức năng đảo chiều: Đảo chiều quay của đầu cặp, dùng trong khi muốnrút mũi khoan hoặc mở vít

− Các chức năng khác: Hỗ trợ quá trình khoan để tăng hiệu quả khoan

 Chức năng trợ sáng: Tạo ánh sáng giúp người sử dụng có thể làm việctrong điều kiện ánh sáng yếu hoặc không có ánh sáng

 Chức năng hỗ trợ căn chỉnh đường khoan: Hạn chế việc khoan xiên gâymất thẩm mỹ hoặc có thể hỏng lỗ khoan Khoan sẽ được tích hợp chi tiếtgiúp cho người sử dụng có thể biết được độ nghiêng của khoan để thựchiện điều chỉnh.

 Chức năng đo chiều sâu lỗ khoan: Giúp người sử dụng biết được chiều sâu

đã khoan, hạn chế khoan quá chiều sâu vật liệu

− Chức năng cấp điện: Sản sinh nguồn điện cho toàn bộ hoạt động khoan, baogồm việc

− Chức năng lưu trữ điện: Duy trì việc cấp điện cho khoan một cách độc lậptrong thời gian dài mà không cần tới nguồn cấp bên ngoài

− Chức năng sạc điện: Nhận nguồn điện từ bên ngoài vào bộ phận lưu trữ điện

4.1.2 Chức năng công nghệ

− Chức năng kiểm soát rung (Vibration Control): Giảm độ rung tới tay cầm khikhoan búa mà không làm ảnh hưởng tới độ rung đầu khoan, giúp người sửdụng thoải mái hơn khi khoan trong thời gian dài

− Chức năng tăng lực đục (Turbo Power): Tăng sức mạnh khi khoan búa

− Chức năng báo dung lượng pin: Hiển thị trạng thái pin giúp người dùng biếtđược khi nào cần sạc lại pin cho khoan

− Chức năng sạc nhanh: Sạc đầy pin trong thời gian ngắn, giảm thời gian chếtkhi làm việc

− Chức năng chống chập pin: Cách ly nguồn pin khi phát hiện chập cháy

− Chức năng bảo vệ quá tải: Tự động phát hiện khi khoan quá nhiệt hoặc lựccản quá lớn do khoan quá sâu để dừng động cơ, bảo vệ khoan

− Chức năng khóa cò khoan: Tránh hiện tượng khoan tự khởi động khi vô tìnhtác động vào cò khoan

4.2 Tìm kiếm bên ngoài

4.2.1 Các bằng sáng chế

Thực hiện tìm kiếm bên ngoài bằng việc tìm kiếm trên các tài liệu vàphương tiện thông tin khác về các phát minh, sáng chế Mục đích của việc làmnày là để tránh việc trùng lặp trong thiết kế gây nên vấn đề về sở hữu trí tuệ chosản phẩm của mình

a) Modun đầu cặp mũi khoan

DRILLING CHUCK

Số bằng: 10328496 B2

Tác giả: Perter Schenk, Patrick Hengsberger,

Hans Baumann (Sontheim/Brenz, Đức).

Người nộp đơn: Roehm GmbH.

Đại diện: Roehm GmbH.

Ngày đăng ký: 31/5/2017

Ngày công bố: 25/5/2019

Mô tả: Đầu cặp khoan làm việc dưới tác động của trục khoan nối với nó, đầu cặpkhoan bao gồm: Thân đầu cặp chứa các thanh dẫn hướng được được bố trínghiêng với trục đầu cặp và được dẫn hướng thông qua vòng ren Ống kẹp đượcghép với vòng ren, cho phép xoay vòng ren tương đối so với đầu cặp Thiết bịkhóa có thể điều chỉnh giữa chế độ nhả và khóa, cho phép ngăn cản chuyểnđộng quay tương đối giữa thân đầu cặp và thanh dẫn hướng Các thanh dẫnhương về cơ bản là không quay nhưng có thể dịch chuyển theo trục so với thânđầu cặp, ba thanh dẫn hướng được đặt đối xứng tâm cho phép thay đổi đườngkính kẹp cho dụng cụ gia công Phần thân đầu cặp được bố trí để người sử dụngnắm trực tiếp khi đầu cặp khoan đang ở trạng thái lắp ráp (hình 4.1)

b) Khoan cầm tay cổ xoay

HAND-HELD TURRET DRILL

Hình Đầu kẹp mũi khoan

c) Hệ thống chuyển đổi chế độ khoan trên khoan động lực

MODE CHANGING MECHANISM FOR USE IN A HAMMER DRILL

Số bằng: 6192996 B1

Tác giả: Takahiro, Yasutoshi Shimma (Anjo, Nhật Bản).

Đại diện: Tập đoàn Makita tại Anjo (Nhật Bản).

Ngày nộp đơn: 25/08/2000

Ngày công bố: 31/5/2017

Mô tả: Một máy khoan búa bao gồm một trục trung gian (13), vòng ly hợp (25),bánh răng thứ cấp (20) và một trục (15) Tất cả được lắp trên trục trung gian(13) Trên trục trung gian (13) có một cần thay đổi xoay (40) Khi cần (40) xoaytheo chiều kim đồng hồ, khoan được đặt vào chế độ chỉ khoan, khi đó ly hợp(25) chỉ ăn khớp với bánh răng nối với đầu cặp Khi cần xoay ngược chiều kimđồng hồ, máy khoan được đặt ở chế độ khoan búa, khi đó vòng ly hợp (25) kếthợp với bánh răng thứ cấp (20) của trục trung gian, cơ cấu rãnh trượt trên trụctrung gian (13) tạo chuyển động đập cho đầu búa tới mũi khoan Tiếp tục xoaycần (40) ngược chiều kim đồng hồ, lúc này khoan đi vào trạng thái chỉ có búa,Hình Khoan cầm tay tháp xoay