Xây dựng cơ sở dữ liệu cho hệ thống CADCAM ứng dụng trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu

Trong đó CIM được nhìn nhận như một hình ảnh của các xí nghiệp cơ khí trong tương lai, ở đó máy tính được trang bị trong tất cả các khu vực sản xuất: các số liệu dữ liệu và thông tin từ

LuËn v¨N th¹c sÜ khoa häc

X©y dùng c¬ së d÷ liÖu cho hÖ thèng CAD/CAM øng dông trong thiÕt kÕ chÕ t¹o khu«n mÉu

Ngµnh: S− ph¹m kü thuËt M∙ sè:

TrÇn v¨n giang

ThÇy gi¸o h−íng dÉn khoa häc: PGS-TS T¨ng Huy

Hµ néi 2006

Mở đầu 5

Chương I.Vai trò của CAD/CAM trong công ghệ chế tạo khuôn mẫu 8

I.1.KháI niệm về CAD/CAM ……… 8

I.2 Công nghệ cơ khí với sự trợ giúp của máytính ……… 12

I.3.Thực trạng và nhu cầu về công nghiêp, công nghiệp chế tao khuôn mẫu của nước ta và thế giới……… 13

I.3.1.Thực trạng và nhu cầu của nền công nghiệp Việt Nan 13

I.3.2 Công nghiệp khuôn mẫu và tình hình ứng dụng Công nghệ thông tin Trong nước hiện nay……… 15

I.3.2.1 Khảo sát thị trường khuôn mẫu ở Hà Nội và trong nước… 15

I.3.2.2 Tình hình ứng ứng dụng Công nghệ thông tin tropng sản xuất khuôn mẫu trên thế giới……… 17

I.3.2.3 Đặc điểm của việc ứng dụng Công nghệ thông tin trong sản xuất khuôn mẫu tại việt nam hiện nay ………… 20

I.4 Kết luận chương I ……… 21

Chương II Tổng quan về công nghệ CAD/CAM và cơ sở dữ liệu phục vụ quá trình CAD/CAM…………

II.1.Vai trò chức năng của CAD……… 21

II 2.Thiết kế và gia công tạo hình……… 24

II.2.1Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống… 24

II.2.2 Thiết kế và gia công tạo hình bằng công nghệ CAD/CAM… 25

II.2.3.Thiết kế và gia công tạo hình bằng côngnghệ CIM…… 26

II.3 Mô hình hoá hình học trong CAD……… 27

II.3.1 Phưong pháp mô tả đường cong……… 28

II.3.2 Phương pháp mô tả mặt cong……… 27

II.3.3 Phương pháp mô tả khối hình học ………… 30

II.3.4 Phương pháp mô hình hoá hình học ……… 30

II.4 Phân tích kỹy thuật trong CAD……… 31

II.5 CAD và tiến trình thiết kế sản phẩm……… 30

II.6 Lợi íc của CAD……… 33

II.7 CSDL phục vụ quá trình CAD/CAM……… 35

II.8 Kết luận chương II……… 45

ChươngIII Lựa chọn mô hình CSDL đồ hoạ thuộc tính………… 45

III.1 Lựa chọn mô hinhg CSDL……… 45

III.2 Lựa chọn CSDL để xây dưng CSDL đồ hoạ thuộc tính…… 50

III.3 kết luận chương III……… 59

IV.1.1 Khuôn mẫy tạo hình ……… 60

IV.1.2 Khuôn cho sản phẩm nhựa……… 60

IV.1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự tạo thành sản phẩm trong khuôn 63

IV.1.2.4.Cấu tạo cơ bản của một bộ khuôn cho sản phẩm nhựa 64

IV1.2.5 Tiêu chuẩn hoá thiết kế khuôn mẫu……… 65

IV.1.2.6.Tham số của các thành khuôn……… 68

IV.2 Kết luận chương IV……… 72

Chương V: ứng dụng quan điểm CSDL-Tạo lập đối tượng gia công trên máy CNC Trong lĩnh vực khuôn mẫu V.1 ứng dụng trong khuôn sản phẩm nhựa……… 72

V.2 ứng dụng trong khuôn sản phẩm kim loại……… 78

Kết luận 107

Lời cảm ơn

Với tình cảm chân thành của mình tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới lãnh đạo trường, Trung tâm Đào tạo sau Đại học, Khoa Sư phạm Kỹ thuật, Khoa cơ khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh

và các thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy và hướng dẫn tôi trong suốt quá trìnhhọc tập, nghiên cứu nhằm nâng cao trình độ, đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu nhiệm vụ

Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS – TS Tăng Huy đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành bản luận văn này Xin chân thành cảm ơn những tình cảm của bạn bè, người thân đã

động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tôI hoàn thành khoá học

Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, bản thân đã thực sự nỗ lực với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS – TS Tăng Huy nên đã tổng hợp được những nội dung cần thiết trong các tài liệu tham khảo, kết hợp với những kiến thức đã được học, ứng dụng vào đề tài được giao để hoàn thành nội dung đặt ra

Tuy nhiên do trình độ và thời gian có hạn cho nên nội dung của bản luận văn sẽ không tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý kiến của quý Thầy, Cô giáo và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn

được hoàn chỉnh hơn và có hướng khắc phục trong nghiên cứu tiếp theo

Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 6 tháng 10 năm 2006

Trần Văn Giang

Danh mục các chữ viết tắt

1 CAD: (Computer Aided Design ) Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

2 CAE : (Computer Aided Engineering) Phân tích kỹ thuật

3 CAPP: (Computer Aided Process Planning) Lập trình chế tạo

4 CAM: (Computer Aided Manufacturing) Lâp chương trình gia công điều khiển số

5 CAQ: (Computer Aided Quality Control) Giám sát chất lượng sản phẩm

6 CNC : (computer Numerical controlled) Thiết bị điều khiển số

7 CNTT: công nghệ thông tin

8 CNH : công nghiệp hoá

9 CSDL: Cơ sở dữ liệu

10 HĐT: Hướng đối tượng

11 API: Giao diện lập trình

12 MRP (Manufacturing Resources Planning) Hoạch định nguồn lực sản xuất

13 PP: (Production Planning) Lập kế hoạch sản xuất

Mở Đầu

Ngày nay công nghệ thông tin đã đóng một vai trò quan trọng, trong đời sống, trong khoa học kỹ thuật, kinh doanh Cũng như trong mọi mặt vận động của xã hội, với mọi quy mô từ xí nghiệp, công ty cho đến quốc gia và cả quốc

tế Sự bùng nổ của công nghệ thông tin mở ra nhiều hướng nghiên cứu, ứng dụng, kinh doanh mới trong tất cả các lĩnh vực đời sống kinh tế – xã hội của xã hội loài người hiện đại “ ứng dụng và phát triển của công nghệ thông tin ở nước ta nhằm góp phần giải phóng sức mạnh vật chất Trí tuệ và tinh thần của toàn dân, thúc đẩy công cuộc đổi mới, phát triển nhanh và hiện đại hoá các ngành kinh tế đảm bảo an ninh, quốc phòng và tạo khả năng đi tắt đón

đầu để thực hiện thắng lợi công nghiệp hoá, hiện đại hoá” Như nhận định của

bộ chính trị trong chỉ thị 58- CT/TW “Về đẩy mạnh ứng dụng và phát triển công nghệ thông tin phục vụ sự nghiệp công nghiệp, hiện đại hoá” Trong đó, CSDL luôn đóng vai trò thiết yếu, bởi vì trong cuộc sống loài người luôn có nhu cầu tích luỹ, tổng hợp dữ liệu (thông tin) một cách khoa học nhằm mục

đích xử lý dữ liệu và đưa ra các quyết định các phương án giả quyết cho một bài toán cụ thể trong thời gian nhanh nhất với hiệu quả cao nhất Khi bài toán

có kích thước lớn Khối lượng dữ liệu cần phải xử lý nhiều, hoặc có thể do tính phức tạp của dữ liệu mà tầm bao quát của một người bình thường khó quản lý hết được, sẽ xuất hiện nhu cầu tự động hoá việc xử lý dữ liệu, nghĩa là phải xây dựng CSDL và hệ quản trị CSDL để lưu trữ và xử lý các dữ liệu trong

CSDL

Trục lưu thông thông tin cơ bản CAD-CAM-CNC là tiền đề để hình thành

và phát triển CIM- tức kỹ thuật gia công tích hợp điều khiển bằng các máy tính ghép mạng Trong đó CIM được nhìn nhận như một hình ảnh của các xí nghiệp cơ khí trong tương lai, ở đó máy tính được trang bị trong tất cả các khu vực sản xuất: các số liệu dữ liệu và thông tin từ một địa chỉ ứng dụng nay đến các địa chỉ khác kế tiếp được truyền đi bằng một hệ thống thông tin ghép mạng để khai thác các ngân hàng dữ liệu xử lý số các trong xí nghiệp như vậy

sẽ hướng tới kỹ thuật quản lý và khai thác những mảnh dữ liệu có dung lượng lớn liên quan đến sản xuất, quản lý kinh tế, kế hoạch hoá và bao quát trọn gói quá trình điều hành tổng thể của một công ty

Trong khi đó, công nghệ phát triển phần mềm những năm ngần đây đã đưa

ra hàng loạt phương án cấu trúc dạng mở, có thể ghép nối tốt hơn nhiều so với trước và do vậy có khả năng trợ giúp cho những ứng dụng tổng hợp Đó là những công cụ được phát triển theo các đối tượng chuyên dụng, kèm theo nó

là hệ thống các giao diện tương thích theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO – STEP)

Mặt khác, những khuynh hướng công nghệ cuối thế kỷ 20 và đầu 21 chỉ rõ:

• Thương mại hoá trong thị trường toàn cầu, chế tạo sản phẩm theo địa chỉ khách hàng với định hướng thoả mãn tối đa yêu cầu của họ và cung cấp hang hoá theo nguyên tắc JIT= ngay tức thì (Just-In-Time) với chất lượng cao kể cả dịch vụ bảo hành và sửa chữa

• Tăng cường trình tổng hợp toàn diện của các sản phẩm, tính toán tuổi thọ của sản phẩm theo chu kỳ ngắn hơn nhằm luôn luôn đổi mới kết cấu, vật liệu và công nghệ chế tạo chúng Gia công đồng thời nhiều nguyên công trên một lần gá, tổ hợp khép kín hoặc mở giữa các phân tử trong hệ thống gia công với công đoạn lắp ráp cũng như các khu vực thiết kế với khu vực nghiên cứu phát triển và cung ứng thị trường

Trong bối cảnh đó, muốn theo đuổi khuynh hướng công nghệ mới, ngoài việc nghiên cứu các phương tiện phần cứng, một trong những khía cạnh bức xúc nhất là cần phải tiến hành nghiên cứu cơ sở dữ liệu định hướng đối tượng với kỹ thuật tích hợp và khai thác cá phần mềm chuyên dùng- đối với chế tạo cơ khí – trước hết đó chính là kỹ thuật mở rộng trên trục thông tin tích hợp cơ bản CAD - CAM- CNC

Mặt khác, hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngay càng cao của con người, các mặt hàng công nghiệp cần phải được liên tục cải tiến và thay đổi không ngừng

về kỹ thuật và mỹ thuật Không những thế các công ty, xí nghiệp luôn bị sức

ép phải liên tục thay đổi mẫu mã, chủng loại sản phẩm để có thể tồn tại và phát triển trong môi trường cạnh tranh của cơ chế thị trường Để làm được

điều đó đòi hỏi quá trình sản xuất phải linh hoạt, các thế hệ máy CNC đã ra

đời, thay thế từng phần cho các thế hệ máy chuyên dụng, máy tự động trong các dây chuyền sản xuất cơ khí nhằm linh hoạt hoá dây chuyền sản xuất Giải pháp công nghệ tiên tiến CAD/CAM/CNC đáp ứng quá trình sản xuất linh hoạt đó, tuy nhiên đòi hỏi phải có vốn đầu tư lớn nhưng lại đang được coi là giải pháp hữu hiệu ở các nước có nước cơ khí hiện đại

Khi dây truyền, tổ hợp đã linh hoạt hoá nhờ việc đầu tư các máy CNC, vấn

đề tiếp theo là cân phải rút ngắn giai đoạn chuẩn bị sản xuất: Đặc biệt là quá trình chuẩn bị cho thiết kế, xây dựng qui trình công nghệ và tạo lập chương trình điều khiển cho sản xuất cơ khí Hiện nay, để rút ngắn được thời gian chuẩn bị công nghệ người ta đã xây dựng và áp dụng các hệ thống tự động hoá chuẩn công nghệ với sự trợ giúp của máy tính Trong các hệ thống tự động hoá chuẩn bị công nghệ đó CSDL phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ là một cấu thành quan trọng, nó góp phần lựa chọn phương án công nghệ tối ưu Cũng như rút ngắn thời gian của quá trình gia công

Khi dây chuyền tổ hợp đã linh hoạt hoá nhờ việc đầu tư sử dụng các máy CNC, vấn đề tiếp theo là phả rút ngắn giai đoạn chuẩn bị sản xuất, đặc biệt là chuẩn bị công nghệ cho sản xuất cơ khí để có thể mau chóng ra sản phẩm mới, đáp ứng kịp thời nhu cầu thị trường Ngày nay, để rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm người ta đã xây dung các CSDL, cho thống tự động hoá với sự

trợ giúp của máy tính Cho nên mục đích nghiên cứu của đề tài “ Xây dựng CSDL cho hệ thống CAD/CAM phục vụ cho chế tạo khuôn mẫu” cũng

không nằm ngoài hướng đó bởi vì CSDL là một cấu thành quan trọng, đối với chế tạo cơ khí đó chính là kỹ thuật mở rộng trên trục thông tin tích hợp cơ bản CAD- CAM- CNC

Chương: I Vai trò của CAD/CAM trong công nghê chệ tạo khuôn

mẫu

I Khái niệm CAD/CAM

I.1 Định nghĩa về CAD/ CAM

CAD/CAM (computer design/Computer Aided Manufacturing) là thuật ngữ chỉ việc thiết kế và chế tạo được hỗ trợ bằng máy tính Công nghệ CAD/CAM sử dụng máy tính để thực hiện một số chức năng nhất định trong thiết kế và chế tạo/ công nghệ này đang được phát triển theo hướng thích hợp thiết kế với sản xuất, hai hoạt động xưa nay vẫn được coi là những chức năng riêng biệt của một đơn vị sản xuất Điều cơ bản là, CAD/CAM sẽ tạo ra một nền tảng công nghệ cho việc tích hợp máy tính trong sản xuất

CAD là việc sử dụng các hệ thống máy tính để hỗ trợ trong xây dựng, sửa

đổi, phân tích hay tối ưu hoá một thiết kế Hệ thống máy tính bao gồm phần mềm và phần cứng được sử dụng để thực thi các chức năng thiết kế chuyên ngành Phần cứng CAD gồm có máy tính, cổng đồ hoạ , bàn phím và các thiết

bị ngoại vi khác phần mềm CAD gồm có các chương trình thiết kế đồ hoạ, chương trình ứng dụng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật cho người sử dụng , ví

dụ như : Phân tích lực ứng suất của các bộ phận, phản ứng động lực học của các cơ cấu, các tính toán truyền nhiệt và lập trình bộ điều khiển số Việc lựa chọn chương trình ứng dụng thường khác nhau để dây chuyền sản xuất, quá trình chế tạo và thị trường khác hàng Những yếu tố này thường tạo ra các yêu cầu khác nhau đối với hệ thống CAD

CAM là việc sử dụng các hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lí và điều khiển các hoạt động sản xuất thông qua dao diện trực tiếp hay gián tiếp giữa máy tính và các nguồn lực sản xuất Theo định nghĩa, các ứng dụng CAM

được chia thành hai phạm trù sau:

1- Hiển thị và kiểm soát bằng máy tính: Đây là các ứng dụng trực tiếp

Máy tính được kết nối trực tiếp với các quá trình sản xuất để hiển thị hay điều khiển quá trình

2- Hỗ trợ sản xuất: Đây là các ứng dụng gián trực tiếp Máy tính được sử

dụng để hỗ trợ cho các hoạt động sản xuất tại nhà máy, nhưng không có giao diện trực tiếp nào giữa máy tính và quá trình sản xuất

Hiển thị và kiểm soát máy tính

Để hiển thị quá trình sản xuất bằng máy tính đòi hỏi phải có giao diện trực tiếp giữa máy tính và quá trình sản xuất để quan sát quá trình và thiết bị, đồng thời thu thập dữ liệu về quá trình Quá trình sản xuất không do máy tính điều khiển trực tiếp mà do con người thực hiện thông qua các chỉ dẩn của máy tính

Điều khiển bằng máy tính tiến xa hơn hiển thị bằng máy tính do máy tính không chỉ quan sát mà con điều khiển quá trình sản xuất dựa trên các quan sát

đó Sự quan sát giữa hiển thị bằng máy tính và điều khiển bằng máy tính được hiển thị trong hình vẽ I-1 Hiển thị bằng máy tính chỉ thấy được sự lưu chuyển dữ liệu một chiều giữa quá trình sản xuất và máy tính (từ quá trình sản xuất sang máy tính ) Còn điều khiển, thông qua giao diện máy tính và quá trình sản xuất, cho thấy dòng dữ liệu lưu chuyển 2 chiều Các tín hiệu được truyền

từ quá trình sản xuất sang máy tính, còn máy tính truyền các tín hiệu lệnh thẳng tới quá trình sản xuất dựa trên các thuật toán điều khiển có trong phần mềm của máy

Tín hiệu điều khiển

được nối trực tiếp với quá trình sản xuất mà được sử dụng ngoại tuyến để lập

kế hoạch, chương trình, các dự báo, khai báo lệnh và cung cấp thông tin giúp quản lý hiệu quả các ngôn ngữ sản xuất Hình vẽ I- 2 dưới đây mô hình tả mối quan hệ giữa máy tính và quá trình sản xuất Các dòng đứt quãng chỉ kết nối ngoại tuyến giữa điều khiển và truyền thông, trong đó, đòi hỏi phải có con người để tạo thành giao diện Dưới đây là một vài ứng dụng của CAM trong

hỗ trợ sản xuất:

Hình1- 2: Chức năng cAM trong trợ giúp sản xuất

Máy tính

Quá

trình sản xuất

Dữ liệu của quá trình sản xuất

Các tín hiệu điều khiển (gián tiếp)

Máy

tính

Quá trình sản xuất

Máy tính

Quá trình sản xuất

* Lập kế hoạt sản xuất tự động dùng máy tính: Máy tính sẽ liệt kê một

chương trình cần thiết kế để sản xuất một sản phẩm hay một bộ phận sản phẩm

* Đưa ra các yêu cầu của vật liệu: Máy tính sẽ xác định thời điểm đặt

mua vật liệu, phụ tùng và số lượng đặt mua để đạt kế hoạch sản xuất

* Lập kế hoạch sản xuất: Máy tính sẽ quyết định kế hoạch hợp lí nhằm

đáp ứng các yêu cầu sản xuất

* Kiểm soát sản xuất: Máy tính thu thập dữ liệu sản xuất để xác được tiến

độ sản xuất

Trong tất cả các ứng dụng nay, con người rất cần thiết trong việc cung cấp

đầu vào cho các chương trình hay thông dịch đầu ra của máy tính và thực hiện các hoạt động theo các yêu cầu

I.2 Chu kỳ sản phẩm và hệ thống CAD/CAM

Để đánh giá quy mô ứng dụng hệ thống CAD/CAM trong hoạt động sản

xuất, chúng ta cần xem xét các hoạt động và chức năng được thực hiện trong thiết kế và chế tạo sản phẩm Chúng ta gọi các hoạt động và chức năng này là chu kỳ sản phẩm

Khách

hàng

Khái niệm sản phẩm

Kỹ thuật thiết kế

Quản lý chất lượng

hàng thiết kế sản phẩm còn hãnh kinh doanh sản xuất Tuy nhiên, trong bất kỳ trường hợp nào, chu kỳ sản phẩm vẫn luôn hình thành từ một khái niệm một ý tưởng về sản phẩm Khái niệm đó được hoàn thiện và phát triển thành kế hoạch sản phẩm thông qua thiết kế kỹ thuật Kế hoạch tiếp tục được bổ sung với các bản vẽ phác thảo thể hiện phương thức sản xuất và các tính kỹ thuật cho thấy các sản phẩm đó sẽ hoạt động như thế nào

Ngoại trừ những thay đổi kỹ thuật diễn ra trong vòng đời, của sản phẩm, hình I-3 dưới đây thể hiện đây đủ các hoạt động thiết kế và sản xuất một sản phẩm Kế hoạch sản xuất thường nêu cụ thể trình tự các hoạt động sản xuất

Đôi khi, phải mua trang thiết bị và công cụ để sản xuất sản phẩm mới Việc lập kế hoạch sẽ giúp hãng chú trọng vào việc sản xuất một số lượng sản phẩm nhất định trong khoảng thời gian nhất định Khi tất cả các kế hoạch này đã hoàn chỉnh, sản phẩm sẽ được sản xuất, sau đó được kiểm tra chất và chuyển

Vẽ tự động và chế bản điện tử

Quy trình công nghệ

Vẽ

lập quy trình công nghệ trên máy tính

Máy tính hoá việc lập tiến độ, kế hoạch cung ứng vật

tu, điều khiển phân xuởng

Hình I-4: Chu trình sảnphẩm với sụ tham gia của CAD/CAM

Đặt mua thiết bị

và dụng cụ cắt mới

tự động được sử dụng trong khái niệm hoá sản phẩm, thiết kế và hoàn thiện sản phẩm Máy tính được sử dụng để lập chương trình và kế hoạch sản xuất cố hiệu quả hơn Ngoài ra, trong giám định chất lượng sản phẩm, máy tính được

sử dụng để kiểm tra và thử nghiệm hoạt động của sản phẩm và các bộ phận cấu thành sản phẩm

Như hình I- 4 minh hoạ, hệ thống CAD/CAM tác động đến mọi chức năng

và hoạt động chu kỳ sản phẩm Trong quá trình thiết kế và sản sản xuất của một nhà máy hiện đại, máy tính đã trở thành công cụ trợ giúp hiệu hữu không thể thiếu Tầm quan trọng có tính chiến lược và ưu thế cạnh tranh mà CAD/CAM đem lại buộc các nhà sản xuất phải biết hệ thống này

I.2 Công nghệ cơ khí với sự trợ giúp của máy tính

Mặc dù trên thế giới tất cả các công ty lớn đều triển khai tương đối rộng rãi hệ thống CAD/CAM nhưng trên thực tế, phần lớn họ vẫn còn một khoảng cách đáng kể đối với một nền công nghệ thiết kế kết cấu và chế tạo tự động với sự trợ giúp của máy tính Hiệu quả chủ yếu của hệ thống CAD hiện nay vẫn là chỉ việc chế ra các bản vẽ, trong khi các hệ thống CAM cũng chỉ tạm dừng ở việc thiết lập các chương trình gia công CNC mô phỏng Những công

đoạn trong quá trình thiết kế khởi thảo, xử lý các bước thiết kế thô trong đó có

kỹ thuật lựa chọn phương án, lồng ghép những vấn đề Katalog các chi tiết hay cụm kết cấu tiêu chuẩn, xử lý kích thước có dung sai lắp ghép Mới chỉ thực hiện trên một điểm tản mạn thông qua các mảng dữ liệu số có tính đặc thù, được tích hợp vào hệ thống CAD Về cấu trúc phần mềm thì có nhiều nét khác biệt đáng kể Trong khi các chương trình tính toán đơn giản và các mô hình CAD – 2D có mặt gần 70% số công ty có qui mô khác, thì những phần mềm có giá trị cao hơn như các hệ thống tính toán phân tích, tính toán tối ưu,

hệ thống mô phỏng Simulationn hệ thống CAD - 3D phân tích, thiết kế đối tượng chỉ có khoảnh 40%- 60% các công ty có qui mô lớn Việc khai thác các ngân hàng dữ liệu ngoại vi còn rất yếu, chỉ có gần 30% các công ty cỡ lớn có khả năng này Một số vấn đề điển hình, dẫn tới khó khăn trong quá trình triển khai các hệ thống thiết kế và chế tạo có trợ giúp của máy tính là:

+ Cấu hình tổ chức sản xuất và quản lý của các nghiệp đã quá lạc hậu hoặc chỉ còn phù hợp rất hạn chế với việc lắp đặt và sử dụng các phương tiện

điều khiển kỹ thuật và quả lý điều hành kiểu mới

+ Những khía cạnh chuyên môn hẹp như “ vấn đề giao diện” do bản thân các phần cứng hay phần mềm đặt ra chưa được giải quyết một cách hệ thống + Thiếu một chiến lược tổng thể cho hạ tầng cơ sở về thông tin, về sản phẩm, về các vấn đề sản xuất, tiếp thị nhân sự

Rõ ràng khả năng quản lý điều hành toàn diện của các hệ thống thiết kế và chế tạo có trợ giúp của máy tính, ngay trong cộng đồng các nước phát triển cao, trước sau vẫn phụ thuộc sự thành công của kỹ thuật tích hợp mở rộng trục thông tin cơ bản

Tại Việt Nam với chương trình KHCN cấp nhà nước giai đoạn 1992 –

1995 (KC – 02 ), chúng ta đã giành ưu tiên cho các hướng nghiên cứu xây dựng hệ thống CAD chuyên ngành Trong giai đoạn 1996 – 2000 , với chương trình KC- 04 các đề tài nghiên cứu tiếp tục tập trung giải quyết nghiên cứu ứng dụng các hệ thống CAD/CAM cho một số lĩnh vực sản xuất quan trọng

Nó bao gồm việc xây dựng một số hệ cơ sở dữ liệu chuyên ngành dùng chung (vật liệu, dung sai lắp ghép, thư viện các nguyên lý cơ cấu máy), xây dựng một hệ thống CAD/CAM, chuyên ngành hẹp như chế tạo mạch in phá cắt vật liệu giày da hay xây dựng tuyến đồ hình và phóng dạng vỏ tàu biển Đáng chú

ý là mảng đề tài tích hợp CAD/CAM, thiết kế và gia công các chi tiết có hình dáng phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao trong gia công khuôn mẫu Chương trình cũng đã mở rộng đến việc nghiên cứu ứng dụng một số phương tiện kỹ thuật cao như hệ thống đo hình số hoá

3D-Digitizer (phần cứng là đầu dò TS - 220/ thiết bị Micro Scrreibe - 3D; phần mềm là SUSA của hãng Haidenhain)

Tuy nhiên, cho đến nay có thể nói Việt Nam chưa hề có một trục thông tin cơ bản CAD/CAM/CNC nào mang đầy đủ công nghiệp phần lớn các hệ thống được triển khai mới chỉ dừng lại ở khả năng mô phỏng dùng trong dạy học hay nghiên cứu lý thuyết Phần áp dụng vào thực tế sản xuất thì cũng chỉ dừng lại ở một loại hình sản phẩm có đặc thù riêng mà khả năng mở rộng ứng dụng rất hạn chế

I.3 Thực trạng và nhu cầu của nền công nghiệp và công nghiệp chế tạo chế tạo khuôn mẫu của nước ta và thế giới

I.3.1 Thực trạng và nhu cầu của nền công nghiệp việt nam

I.3.1.1 Thực trạng của nền công nghiệp việt nam

Ngành cơ khí Việt Nam có bề dày lịch sử trên 40 năm và đã phát triển mạnh vào thời chống mỹ cứu nước theo chính sách trang bị sản xuất – phân phối – kế hoạch hoá, nên nhiều xí nghiệp được khép kín từ khâu tạo phôi đến gia công cơ khí và lắp ráp, để sản xuất ra các sản phẩm đơn giản nhưng cần thiết phục vụ công cuộc kháng chiến giải phóng dân tộc và phát triển kinh tế trong một giai đoạn, hầu hết các ngành và các địa phương đều có cơ khí

Lực lượng cơ khí chủ lực tập trung chủ yếu trong sản xuất thiết bị động lực, thiết bị điện qua trọng, phương tiện vận tải, thiết bị phụ tùng phục vụ cho các ngành cơ khí có khối lượng lớn, chất lượng cao, tập trung chủ yếu ở các

bộ Tổng số tài sản cố định và lưu thông chiếm trên 80% tổng 5 số vốn cơ khí quốc doanh, nhưng chỉ bằng 7% giá trị tài sản toàn ngành công nghiệp

Cả nước có 460 xí nghiệp cơ khí quốc doanh với 50000 máy công cụ giá trị

3500 tỷ VNĐ trong đó có 10000 máy đã hư hỏng nặng, khoảng 70% số máy

và kỹ nghệ High-tech khác như CAD/CAM/CAE- CNC; CAPP; CAQ: Rapid Prototype

Tỷ lệ máy công cụ điều khiển số khoảng 2% không được tập trung thành các điểm cơ khí mạnh mà phân tán ở các dự án tài trợ nước ngoài do các cơ quan nghiên cứu và chế tạo, các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài và một vài xí nghiệp quốc phòng có nhiệm vụ đặc biệt quan trọng

Khai thác máy với hiệu suất thấp khoảng từ 15-20%, thiết bị càng hiện đại bao nhiêu thì hiệu suất khai thác càng thấp bấy nhiêu vì 2 nguyên nhân cơ bản:

+ Trình độ chuyên môn hoá của thợ máy

+ Tình hình thi trường biến động đầu vào , bế tắc đầu ra

I.3.1.2 Nhu cầu cho ngành công nghiệp Việt Nam

Tại báo cáo chính trị của ban chấp hành trung ương Đảng cộng sản Việt Nam khoá 8 nêu rõ “ Mục tiêu từ nay đến năm 2020 ra sức phấn đấu đưa nước

ta thành một nước công nghiệp” Để thực hiện mục tiêu đó ta phải nhanh

chóng thúc đẩy công cuộc CNH, HĐH đất nước

Ngành cơ khí là nền tảng của quá trình CNH, HĐH đất nước Khi Việt Nam trở thành một nước công nghiệp thì cơ khí trong nước phải đủ năng lực sản xuất, phần lớn các thiết bị , máy móc cung cấp cho nền kinh tế quốc dân,

đủ sức tham gia phục vụ mục tiêu quốc phong và an ninh quốc gia

Hiện nay tình trạng thiết bị và công nghệ của ngành cơ khí hầu hết đã cũ, chỉ đáp ứng 10% nhu cầu sản phẩm cơ khí hàng năm, Mặt khác năm 2006 AFTA sẽ được áp dụng trông các nước trong khối ASEAN, khi đó sản phẩm

cơ khí của Việt Nam sẽ không những chỉ cạnh tranh với các sản phẩm khác

trên thị trường khu vực và trên thế giới mà còn phải cạnh tranh với những sản

phẩm với các nước thành viên ASEAN ngay trên thị trường Việt Nam

Qua phân tích trên cho thấy những cơ hội vá thách thức lớn đối với ngành

công nghiệp chế tạo cơ khí ở Việt Nam

Hiện nay vấn đề nâng cấp và hiện đại hoá công nghệ để tạo ra sự cạnh

tranh cho các sản phẩm cơ khí là nhu cầu lớn cho các đơn vị và doanh nghiệp nước ta với chính sách mở cửa khuyến khích

đầu tư nước ngoài, phát triển kinh tế nhiều thành phần, Kinh tế tư nhân ,

những năm vừa qua đã có hàng loạt máy móc thiết bị và công nghệ nước ngoài

du nhập vào Tuy nhiên nếu không có năng lực công nghệ thì sẽ không có khả

năng tiếp thu và phát triển công nghệ

Do đó cần phải có một chiến lược phù hợp về thiết bị và công nghệ để

dần chiếm lĩnh thị trường, từng bước đầu tư nâng cấp và hiện đại hoá thiết bị

và công nghệ, nâng cao chất lượng sản phẩm và năng lực sản xuất phục vụ

phát triển các ngành kinh tế quốc dân và tham gia xuất nhập khẩu, đồng thời

phục vụ quốc phòng và an ninh quốc gia Phấn đấu xứng đáng trong công

cuộc CNH và HĐH đất nước

I.3.2 Công nghiệp khuôn mẫu và tình hình ứng dụng công nghệ thông tin

trong nước hiện nay

I.3.2.1 Khảo sát thị trường khuôn mẫu ở Hà Nội và trong nước

Từ năm 1996, một số doanh nghiệp đã đầu tư mua sắm các thiết bị điều

khiển số Hàng loạt dây chuyền, máy móc hiện đại đã được nhập vào Việt

Nam , làm thay đổi các quan điểm về mặt công nghệ chế toạ sản phẩm của các

kỹ sư và và công nhân Việt Nam Nhận thấy được sự phát triển vượt bậc của

CNTT, Đảng và chính phủ đã có hàng loạt các chỉ thị , quyết sách và gần đây

nhất là Nghị quyết 8 của TW tạo ra cơ hội và bước ngoặt cho các doanh

nghiệp trong nước mạnh dạn ứng dụng CNTT trong sản xuất công nghiệp

Về nhu cầu khuôn mẫu hiện nay ở Việt Nam có thể tóm tắt như sau:

+ Nhu cầu về khuôn mẫu ngày nay càng tăng Độ phức tạp , độ chính

xác, tính đa dạng đối với các sản phẩm tiêu dùng cũng ngày càng được nâng

lên dẫn đến việc thiếu trầm trọng các bộ khuôn mẫu Thường thì hầu hết các

công ty, doanh nghiệp sản xuất đều đặt hàng chế tạo khuôn mẫu ở nước ngoài

+ Việc thiết kế và chế tạo khuôn mẫu hiện còn rất manh mún, mỗi doanh

nghiệp chỉ có thể chế tạo các loại khuôn đơn giản (do hạn chế thiết bị, về công

nghệ, đặc biệt là hạn chế trình độ của ký sư thiết kế) Kết quả là các bộ khuôn

được sản xuất tại Việt Nam có chất lượng thấp, kỹ thuật lạc hậu , giá trị thấp nhưng giá thành cao, Tuổi thọ khuôn đơn giản sản xuất tại Việt Nam kém 50 lần so với khu vực và thời gian gia công khuôn mẫu lại nhiều hơn 15 lần các loại khuôn mẫu phức tạp, giá trị lớn từ vài chục đến vài trăm nghìn USD đều chưa chế tạo được Theo số liệu thống kê sơ bộ, ở Việt Nam hiện nay số lượng các Công Ty chuyên sản xuất khuôn mẫu còn rất ít , và hầu hết là vốn của nước ngoài đầu tư :

1 CTy chế tạo khuôn mẫu

Sản phẩm do các công ty này chế tạo ra có kích cỡ nhỏ và trung bình nhỏ,

độ phức tạp kỹ thuật trung bình, một phần sử dụng cho xuất khẩu và một phần

là cho thị trường nội địa Giá thành thường rất cao không giảm mấy so với khuôn nhập khẩu Các cơ sở chế tạo khuôn mẫu này đều dùng hầu hết các máy công cụ CNC , các phần thiết kế, chế tạo khuôn mẫu được tự động hoá,

điều khiển nhờ chủ yếu vào phần mềm CAD/CAM có kết hợp một số mô đun chuyên dùng khác Dưới đây là giá của một số bộ khuôn cối của Nhật Bản:

+ Khuôn ép két đựng chai bia 80.000 USD

+ Khuôn ép nắp bàn cầu: 30.000 USD

+ Khuôn ép vỉ thuốc 10.000 USD

+ Hệ thống khuôn dập chậu rửa 550.000 USD

+ Khuôn dột dập liên hợp sản xuất động cơ quạt máy 320.000 USD

+ Khuôn đúc áp lực 1 chi tiết vỏ nhôm hợp động cơ xe máy 12.000 USD Trong khi đó nhu cầu khuôn cối hàng năm của các nhà máy trên địa bàn Hà Nội rất lớn Dưới đây là thống kê mới nhất của một số doanh nghiệp như sau:

- Công ty điện cơ :

- Công Ty kim khí Thăng Long ở thời điểm năm 2002 lượng khuôn mẫu hàng năm cần gần 3.000 bộ

Để Việt Nam có thể hội nhập với thế giới, ngành cơ khí Việt Nam trong giai

đoạn 2001- 2010 cần đầu tư khoảng 70 tỉ USD (xấp xỉ 7 tỉ USD/ năm)

Để hình thành nên nền công nghiệp cơ khí chế tạo tiến và công nghệ cao của công nghiệp khuôn mẫu thì cần thiết phải đầu tư lớn từng bước và ứng dụng công nghệ thông tin từng giai đoạn, và liên tục

Theo tính toán của các chuyên gia, hiện tại với 1USD đầu tư cho thiết bị sẽ tạo ra được giá tri sản phẩm khuôn mẫu là 1USD,trong khi đó, thực trạng sản xuất khuôn mẫu hiện nay (nếu tính 100% sản phẩm của các trung tâm khuôn mẫu tại Việt Nam đều phục vụ cho nhu cầu trong nước) thì chỉ mới đáp ứng

được10% mà chủ yếu là khuôn mẫu đơn giản, kỹ thuật lạc hậu

I.3.2.2 Tình hình ứng dụng công nghệ thông tin trong sản xuất khuôn mẫu trên thế giới

Công nghệ thông tin được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất, đặc biệt phát triển công nghệ cao trong công nghiệp chế tạo khuôn mẫu hiện đại Trình độ thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có thể coi là một tiêu chí đánh giá sự

phát triển của nền công nghiệp trên thế giới, ước từ 40 – 90% các sản phẩm trong các ngành công nghiệp được chế tạo ra bằng việc sử dụng các hệ thống khuôn mẫu khác nhau Theo đánh giá của hiệp hội khuôn mẫu Châu á (FADMA), trên phạm vi toàn thế giới thị trường khuôn mẫu vào năm 1993 đã doanh số 65 tỉ USD trong đó, quốc gia sản xuất khuôn mẫu lớn nhát là Mỹ (31%) và Nhật Bản (23%) Đặc biệt chỉ riêng với sản phẩm nhựa, Nhật Bản

đã sản xuất trong năm 1995 trên 70.000 bộ khuôn Tại Châu á, có khoảng 21.000 Công ty tham gia vào lĩnh vực này với trên 600.000 công nhân, kỹ thuật viên lành nghề Chỉ riêng ở Hồng Kông có khoảng 6500 Công ty và xưởng sản xuất khuôn mẫu ở Singapore có gần 500 Công ty chuyên chế tạo khuôn mẫu Sản phẩm khuôn mẫu thuộc loại sản phẩm cơ tin điện tử (MECHATRONICS ) kỹ thuật cao, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghiệp khuôn mẫu Hiện nay theo các hướng :

1* Hoàn thiện và phát triển phàn cứng điều khiển số CNC Hướng phát triển này là sự kết hợp giữa Cơ - Tin – Điện tử và đã kết quả rất tốt Các dây chuyền sản xuất đồng bộ với hành loạt các thiết bị công nghiệp , máy công cụ

có gắn hệ điều khiển CNC có độ tin cậy và tốc độ rất cao Hãng FANUC và heidenhin là hai hãng nghiên cứu và chế tạo hệ điều khiển CNC nổi tiếng nhất thế giới ( chiếm khoảng 90% thị trường điều khiển CNC ) Phát triển phần mềm điều khiển theo hướng : Đơn giản trong lập trình, tích hợp nhiều tính năng và gao diện thân thiệu, linh hoạt hơn

2* Xây dựng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE trợ giúp trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu Có thể nói CNTT được ứng dụng triệt để trong hướng phát triển này Có thể kể đến các hệ phần mềm nổi tiếng như catia (do dassaul systemse viết, và thường được các hãng Nhật Bản và Mỹ sử dụng), pro/engineer ( do parametric technology corporation xây dựng và phát triển ), cimatron (do cimatron Ltd Nhật bản –israel hợp tác ), delcam (do delcam- vương quốc Anh viết) , mastercam (do CNC softwere inc Xây dưng ) Các hệ thống trên được dùng rất phổ biến ở các Công ty qui mô nhỏ , vừa và lớn đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật rất cao Hướng phát triển tiếp của hệ thống tích hợp CAD/CAM sẽ bổ sung các mô hình thiết kế, cập nhật thêm các phương pháp gia công chính xác, hiệu quả và hiện đại hơn ( theo kịp hướng phát triển thứ nhất )

3* Phát triển các phần mềm trợ giúp thiết kế, kiểm định và mô phỏng Hướng phát triển này khá mới mẻ (xuất hiện khi CNTT đủ đáp ứng yêu cầu về phần cứng và phần mềm ) và đang được đầu tư ưu tiên hàng đầu Lợi ích đáng

kể nhất của các loại phần mềm này là cho phép người sử dụng thiết kế nhanh hơn, chính xác hơn và đặc biệt có thể giảm thiểu các sai sót trong khâu thiết

kế và chế tạo (giảm sai số hệ thống) Trong lĩnh vực khuôn mẫu, có thể kể đến thư viện trợ giúp thiết kế khuôn theo chi tiết tiêu chuẩn Hàng trăm Công ty lớn nhỏ khác nhau sản xuất các chi tiết tiêu chuẩn đẻ cung cấp cho các nhà máy chế tạo khuôn Hướng tiêu chuẩn hoá đang là xu hướng tất yếu trong các lĩnh vực chế tạo nói chung.Một ví dụ khác là ứng dụng thiết kế ngược (Inverse Engineering): bên cạnh thiết bị có độ phức tạp rất cao thì các phần mềm thiết kế ngược đã tận dụng được sức mạnh của CNTT đã tạo nên một xu hướng thiết kế mới: thiết kế theo mẫu Những ứng dụng của chúng đã và đang chứng tỏ những ưu việt hơn hẳn các phương pháp thiết kế truyền thống: nhanh , chính xác và đặc biệt là thích ứng được với các yêu cầu ngày càng cao của khách hàng (chất lượng và thơi gian),

Ngoài 3 hướng ứng dụng trên, một loạt các ứng dụng mới, có tính thời sự cao như : Công nghiệp chế tạo mẫu nhanh (Rapid prototype) công nghệ nano mét, công nghệ Laser, công nghệ gia công ở tốc độ cao (Hi – speed), cũng

đang được triển khai với qui mô quốc tế Phần đóng gốp của CNTT trong công nghiệp cũng được chính phủ các nước quan tâm và đầu tư rất lớn Mô hình đào tạo hiện nay về ứng dụng CNTT trong lĩnh vực công nghiệp nói chung và cơ khí nói riêng có thể tóm tắt như sau:

1 Đào tạo ở các trường Đại học : Kỹ sư được đào tạo bài bản cả lý thuyết

và thực hành Cần nhấn mạnh việc thực hành các trường Đại học ở các nước phát triển được coi như đào tạo tay nghề nên họ đầu tư rất lớn vào các thiết bị công nghiệp và chúng được thay đổi thường xuyên (4 –5 năm ) một lần Phần lớn vốn tài trợ cho việc trang bị trên đều do các công ty lớn cung cấp (bên cạnh mục đích về thương mại và quảng cáo thiết bị ) Nội dung học phong phú

và được cập nhập liên tục tuy nhiên hướng đào tạo chủ yếu là thiên về nghiên cứu

2 Đào tạo ở các trường day nghề : Học viên được vị trang bị các kỹ năng vận hành cơ bản và nâng cao đối với hệ thông CNC Singapore là một ví dụ

điển hình, về hướng đào tạo này Có thể nói Singapore hiện đang là một trong những nước đầu tư khá lớn và cũng là tâm điểm của hầu hết khoá đào tạo tay nghề về công nghệ CAD/CAM – CNC ở Châu á Tuy nhiên các trường dạy nghề hiện nay đang có xu hướng sát nhập với các trung tâm đào tạo công nghệ cao do các công ty thành lập hay tài trợ Học viên khi ra trường

sẽ trở thành các công nhân vận hành trực tiếp

3 Xây dựng các trung tâm đào tạo công nghệ cao Các trung tâm này thường do các công ty lớn thành lập ra không những để đáp ứng cho nhu cầu của bản thân mà còn là nơi đào tạo cho các công ty và các trường dạy nghề khác Đặc điểm chính của trung tâm công nghệ cao là ngoài việc đào tạo còn

là nơi ký kết các hợp đồng kinh tế, nơi làm các dịch vụ liên quan đến gành nghề đào tạo Trung tâm công nghệ cao đó là tính thực tiễn rất cao do chúng

được thừa hưởng các kinh nghiệm thực tế của chính công ty thành lập hay tài trợ cho nó Tốt nghiệp các trung tâm này học viên có thể vừa là người thiết kế vừa là công nhận vận hành có tay nghề tốt

I.3.2.3 Đặc điểm của việc ứng dụng CNTT trong sản xuất khuôn mẫu tại Việt Nam hiện nay

+ Trang bị máy công cụ gia công điều khiển số CNC để chế tạo khuôn mẫu phục vụ cho cơ sở ngày càng phổ biến ở các doanh nghiệp Đặc biệt ở các doanh nghiệp miền Bắc Mỗi doanh nghiệp chỉ mới được trang bị một vai trung tâm gia công phay CNC, Tiện CNC và một vài thiết bị gia công CNC khác (do nguồn vốn có hạn ) đều thuộc cỡ trung, cỡ nhỏ, đơn giản, không

đồng đều về mặt chất lượng Có thể kể đến công ty và các viện tiếp cận sớm với máy CNC và chế tạo khuôn mẫu như: imi , Công ty hameco, vinashiroki, Song sản phẩm của họ vẫn ở mức đơn giản, chất lượng thấp, tuổi thọ ngắn Còn khu vực phía Nam thường mua máy CNC cũ của Nhật có giá rất rẻ và thu hút vốn đầu tư nước ngoài (thông qua con đường gia đình), miền Nam khá nhạy bén với thị trường khuôn mẫu cho đồ tiêu dùng hàng ngày Thị trường lớn, nhu cầu lớn tạo ra yêu cầu đầu tư nhiều hơn về thiết bị

+ ứng dụng các hệ thống phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE: Hiện nay đang là thị trường mua bán và ứng dụng khá sôi động Cần phải nhận thấy

được sức mạnh của CNTT thông qua các hệ phần mềm này Có thể nói rằng: Không có phần mềm cad/CAM thì không thể thiết kế và chế tạo khuôn mẫu phức tạp và độ chính xác cao Hàng loạt các công ty như Kim khí Thăng Long , nhựa Hà Nội, Hoà Phát, hameco đã đâu tư vào phần mềm cad/CAM nổi tiếng như catia, cimatron, Pro/Engineer, mastercam, Kết quả là sản phẩm của các công ty trên có sự đóng góp rất lớn của hệ phần mềm tích hợp cad/CAM

+ Vấn đề đào tạo: hiện nay hầu hết các trường Đại học đã có môn học về cad/ CAM – CNC với các kiến thức mới, cập nhật khá thường xuyên Tuy nhiên, sinh viên vẫn còn phải học “ chay “ Ngoài nguyên nhân không có máy CNC công nghiệp còn có nguyên nhân về tính thực tiễn (hầu hết mới là các bài học thực hành có tính chất lý thuyết chứ chưa “làm thật”) Bên cạnh đó, các trường dạy nghề Các viện nghiên cứu cũng đóng góp một phần đáng kể cho việc đào tạo công nhân và kỹ sư Song hầu hết các kỹ sư, công nhân khi ra làm việc phải đi đào tạo lại Điều này đã chỉ ra răng chất lượng đào tạo chưa

theo kịp với nhu cầu sản xuất Đặc biệt với yêu cầu cao trong việc đào tạo đội ngũ chất xám cho công nghiệp khuôn mẫu, kỹ thuật cao, giá trị lớn

I.4 Kết luận

Sau khi phân tích, đánh giá tình hình phát triển cơ khí và khả năng ứng dụng Công nghệ thông tin trong sản xuất khuôn mẫu trong nước và trên thế giới chúng ta có thể kết luận sau:

• Sản phẩm khuôn mẫu công nghệ cao phục vụ cho các công nghệ chế tạo tiên tiến của các gành công nghiệp cơ khí, công nghệ nhựa , công nghiệp tạo phôi chính xác bằng đúc áp lực, đang đóng vai trò chủ chốt của công nghiệp Hà Nội và cấp thiết phải là sản phẩm chủ lực của Hà Nội để trong một thời gian không xa sẽ hình thành ngành công nghiệp khuôn mẫu của Hà Nội

và Việt Nam

• Trong công nghệ chế tạo sản phẩm khuôn mẫu công nghệ cao thì công nghệ thông tin được ứng dụng rất có hiệu quả và đóng vai trò quyết định trong ngành Mechatronics – ngành cơ khí mới của thế kỷ 21

• Việc ứng dựng công nghệ thông tin trong gia công cơ khí bằng các thiết bị

điều khiển số là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tế lớn trong cả công tác

đào tạo cũng như thực tế sản xuất cơ khí

• Bài toán ứng dụng công nghệ thông tin trong gia công cơ khí bằng các thiết bị điều khiển số là là bài toán lớn và phức tạp, nên trong nội dung chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu tổ chức Cơ Sở Dữ Liệu định hướng đối với khuôn mẫu làm tiền đề cho bài toán

Chương II

Tổng quan về Công nghệ cad/CAM, và cơ sở dữ liệu

phụcvụ quá trình cad/CAM

II.1 Vai trò chức năng của CAD

II.1.1 Vai trò của CAD

Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ tiên tiến là liên kết các thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ thống tích hợp điều khiển bởi hệ thống máy tính ghép mạng – CIM

Các thành phần của hệ thống tích hợp cim được quản lý và điều hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm mà các thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình cad Kết quả của quá trình cad không chỉ là dữ liệu để thực hiện

phân tích kỹ thuật – CAE, lập quy trình chế tạo – CAPP, lập chương trình gia công điều khiển số – CAM, mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị CNC phục

vụ sản xuất, như các loại máy công cụ, trung tâm gia công , người máy/tay máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác

Rộng hơn, dữ liệu từ quy trình CAD là cơ sở để hoạch định sản xuất (manufaturing resources planning – MRP) và điều khiển quy trình kiểm soát

chất lượng sản phẩm – caq (xem hình II-1)

II.1.2 Chức năng của CAD

Khác biệt cơ bản với quy trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD cho phép quản lí đối tượng thiết kế dưới dạng mô hình hình học số (computer geometric model – CGM) Bằng cách quản lí CGM trong cơ sở dữ liệu trung tâm, CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát triến sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất bằng giải pháp

điều khiển số

Hệ thống CAD được đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lí của các phần mềm thiết kế Ví dụ, tại thời điểm năm 2001, những bộ phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp phục vụ thiết kế/ gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện

được các chức năng cơ bản sau:

• Thiết kế mô phỏng ba chiều (3D) những hình dạng phức tạp có khả năng xử lý hình học NURBS, Bezier, Gregory, Solids

• Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D ( Coordinate Measuring Machine – CMM, scaner ) thực hiện nhanh chóng các chức năng mô phỏng hình học từ dữ liệu số ( digitized data )

• Phân tích và liên kết dữ liệu : tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản

lí kết cấu lắp ghép

• Tạo bản vẽ và ghi kích thước tự động: có khả năng liên kết với bản vẽ 2D với mô hình 3D và ngược lại

• Liên kết các chương trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích

kỹ thuật (CAE): tính biến dạng khuôn , mô phỏng dòng chảy vật liệu,

trường ứng suất, trường nhiệt độ, độ co rút của vật liệu

• Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đường chạy dao chính xác cho công nghệ gia công điều khiển số

• Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn : DXF , IGES, VDA, STEP, PTC, DWG, Part,

• Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dưới dạng tập tin SLT (Stereolithograph) để

giao tiếp với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (

Stereolithograph Apparatus – SLA )

Hệ cơ sở dữ liệu Trung tâm

CAE Computer Aided Engineering Phân tích kỹ thuật

CAPP Computer Aided Process Planning Lập trình chế tạo

CAM Computer Aided Manufacturing Lâp chương trình gia công điều khiển số CNC computer Numerical controlled Thiết bị điều khiển số

CAQ Computer Aided Quality Control Giám sát chất lượng sản phẩm

MRP II

MRP Manufacturing Resources Planning Hoạch định nguồn lực sản xuất

PP Production Planning Lập kế hoạch sản xuất

Hình II-1: Vai trò của CAD trong hệ thống tích hợp

II.2 thiết kế và gia công tạo hình

Theo lịch sử hình thành và phát triển có thể phân biệt các phương pháp

công nghệ thiết kế và gia công được hình thành như sau:

• Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống

• Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM

• Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ tích hợp (CIM )

II.2.1 Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống

Hiệu chỉnh

Hình II-2: quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống

Theo công nghệ truyền thống các mặt cong 3D phức tạp được gia công trên

máy vạn năng theo phương pháp chép hình, sử dụng mẫu hoặc dưỡng

Chính vì điều này, quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống gồm 4 giai đoạn phân biệt:

a Tạo mẫu sản phẩm

b Lập bản vẽ kỹ thuật

c Tạo mẫu chép hình

d Gia công chép hình

Các giai đoạn này có thể được mô hình hoá theo sơ đồ dưới đây:

Có thể dễ dàng nhận thấy một số vấn đề hạn chế của quy trình nay như:

• Khó đạt độ chính xác gia công (nhất là đối với các bề mặt phức tạp), chủ yếu do quá trình chép hình

• Dễ làm sai do lầm lẫn hay do hiểu sai, bởi vì phải xử lí một số lượng lớn dữ liệu

• Năng suất thấp, do mẫu được thiết kế theo phương pháp thủ công và quy trình được thực hiện tuần tự

II.2.2 Thiết kế và gia công tạo hình bằng công nghệ CAD/ CAM

Sự phát triển của phương pháp mô hình hoá cùng với thành tựu của công nghệ thông tin, công nghiệp điện tử , kỹ thuật điều khiển số đã có những ảnh hưởng trực tiếp tới công nghệ thiết kế và gia công tạo hình Điều này có thể mô tả bởi sơ đồ như hình II-3

a Bản vẽ kỹ thuật được tạo từ hệ thống vẽ và tạo bản vẽ dưới sự trợ

giúp của máy tính (Computer Aided & Drawing – CADD)

b Tạo mẫu thủ công thay thế bằng mô hình hoá hình học trực tiếp từ giá trị lấy mẫu 3D

c Mẫu chép hình được thay thế bằng mô hình hoá học –mô hình học số lưu trữ trong bộ nhớ máy tính và ánh xạ lên màn hình dưới dạng khung lưới, hoặc solid

d Gia công chép hình được thay thế bằng gia công điều khiển số

Về công nghệ, khác biệt cơ bản giữa gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống và công nghệ CAD/CAM là thay thế tạo hình theo mẫu bằng mô hình hoá học Kết quả là mẫu chép hình và công nghệ chép hình được thay thế bằng mô hình hình học số (Computational Geomertic Model - CGM ) Và gia công bằng điều khiển số Ưu điểm tiếp theo là khả năng kiểm tra kích

thước trực tiếp và khả năng lựa chọn chế độ gia công thích hợp (Gia công thô

và gia công tinh)

Theo công nghệ CAD/ CAM (vẽ - mô hình hoá- Gia công điều khiển số),

phần lớn các khó khăn của quá trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống được hạn chế, bởi vì :

- bề nặt gia công trở nên chính xác, tinh xảo hơn

Hình II.3 Qui trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM

II.2.3 Thiết kế và gia công theo công nghệ tích hợp – CIM

Từ khi quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/ CAM, không khó khăn để thực hiện ý tưởng kết nối mọi thành phần trong một hệ thống tích hợp (hình II- 4) Theo công nghệ tích hợp, mô hình hoá hình học

(Geometric Modeling ); vẽ và tạo bản vẽ (CADD) được tích hợp trong CAD

Kết quả là mọi thông tin về hình dáng được lưu lại dưới dạng CGM, lưu trữ trong cơ sở dữ liệu trung tâm (hình II-1) Công nghệ tiên tiến nhất có khả năng

hỗ trợ thực hiện toàn bộ chương trình thiết kế và chế tạo theo công nghệ tích

b Được trợ giúp bởi thiết bị đồ hoạ và công nghệ tô màu, tạo bóng

(rendering/ shading) hiện đại

c Có khả năng thực hiện các chức năng phân tích kỹ thuật (CAE); liên kết

với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tập thể (Stereolithograph

Apparatus – SLA); Lập quy trình chế tạo (CAPP); lập chương trình gia công

điều số (CAM); Lập quy trình lắp ráp; Tạo phôi

SLA

II.3 Mô hình hoá hình học trong CAD

Bản chất của mô hình hoá hình học là mô tả đối tượng hình học bởi mô hình

toán học – mô hình hình học số (CGM) Trong phần nội dung này, sẽ giới

thiệu tổng quát về phương pháp mô tả mặt cong, đường cong, khối hình học

trên bản vẽ kỹ thuật, phương pháp mô hình hình học theo cấu trúc mặt cong

(Surface Modeling) Phương pháp mô hình hoá hình học theo cấu trúc khối

(Solid Modeling)

ý tưởng

CAD

Mô hình hìnhhọc số (CGM )

CAPP

CAM

Mẫu sản phẩm

Màn hình đồ hoạ Mô hình FEM

Bản vẽ kỹ thuật

Vấn đề thiết lập CGM sẽ được giới hạn cho những hình dạng có thể mô tả

được Như vậy, đối tượng mô hình hoá là mô hình hình học (Descriptive – Shape model – DSM)

Khái niệm “ Mô hình hoá hình học “ (Descriptive Shape model – DSM ) được sử dụng cho thực thể hình học (Geometric Entity) có thể mô tả

được những thực thể hình học cơ sở, đước sử dụng trên bản vẽ kỹ thuật hay trên màn hình

a Điểm (point)

b Đường cong (curve) bao gồm cả đoạn thẳng (line)

c Mặt cong (surface) bao gồm cả mặt (face)

d khối (Solid – cấu trúc đặc)

DMS được diễn giải bởi con người nhưng hình thức mô tả chúng phải thích hợp, rõ ràng sao cho có thể chuyển động được thành CGM duy nhất Điểm này yêu cầu DMS phải mô tả bởi giá trị số chính xác nếu có thể

- Điểm được mô tả bởi giá trị toạ độ

- Đường cong được mô tả bởi chuỗi điểm hoặc phương trình

- Mặt cong được mô tả bởi tập hợp điểm (hoặc dưới dạng đường công) hoặc phương trình

- Khối được định nghĩa bởi các mặt cong bao quanh

II.3.1 Phương pháp mô tả đường cong

Đường công 2D được mô tả bằng 2 phương pháp

a Sử dụng các đường cong 2D cơ sở

b Mô tả như một chuỗi điểm trên mặt phẳng

Đường công 3D được mô tả bởi một trong bốn cách:

a Bởi một chuỗi điểm 3D

b Bởi giao tuyến giữa hai mặt cong

c Bởi hình chiếu của đường công 2D lên mặt cong 3D

d Bởi tập hợp đường công 2D trên các mặt phẳng chiếu trục đo Phương pháp đơn giản để mô tả đường cong 2D là sử dụng họ đường cong Conic, bao gồm đoạn thẳng đường Elip, đường parabol đường hypecbol

Họ đường cong bậc 2 được xác định rõ ràng bởi thông số của chúng (Ví dụ: toạ độ tâm, bán kính , tiêu điểm) Có thể gọi đường cong Conic là đường cong cơ sở tạo nên đường cong đa hợp (Compound Curve ) bằng cách kết nối liên tục theo chuỗi Nếu có yêu cầu về độ trơn láng, có thể sử dụng góc lượn tại vị trí yêu cầu Phương pháp phổ biến nhất để mô tả đường cong tư do 2D, 3D là xác định giao tuyến giữa 2 mặt cong Trong trường hợp này không thể xác

định được đường cong một cách chính xác Phương pháp phổ biến xác định

đường cong 3D trong vẽ kỹ thuật là xác định hình chiếu 2D của chúng, sau đó xác định hình chiếu trên mặt cong Thực chất đây là phép chiếu ngược

II.3.2 Phương pháp mô tả mặt cong

Không thể vẽ mặt cong hình học , song có thể mô tả chúng trên bản vẽ dưới dạng mô hình:

a Mặt hình học cơ sở (Surface primitve )

b Mặt nội suy lưới đường cong (mesh curve surface)

c Mặt quét hình đường mặt cắt (sweeping surface )

d Mặt nội suy điểm (surface interpolating over 3D points)

e Mặt kết nối hình (blending/ rounding/ filleting surface)

Cắt xén/ Biến đổi/ Offset (Trim/ Transform/ Offset)

Sử dụng các mặt cong cơ sở – mặt cong bậc 2 là phương pháp đơn giản nhất

để mô tả mặt cong để mô tả hình dáng mong muốn , trong nhiều trường hợp

phải thực hiện phép kết nối (Compouding) và cắt xén trimming) trên các mặt cong cơ sở Nói một cách khác, có thể mô tả mặt cong đa hợp (compouding

surface) như là kết quả của cộng logic (boole) trên các mặt cong cơ sở

Mô tả mặt cong bởi mô hình lưới đường cong yêu cầu xác định các đường cong đặc tính quan trọng như là đường cong trơn láng phủ trên bề mặt nội cong suy

Mô tả mặt cong bởi phép quét hình là một phương thức của mô hình lưới

đường cong xác định bởi mặt lưới cắt (section curve) và đường định hình

(Profin/ spine/ drive curve) theo phương pháp này, mặt cong xác định bởi phép quét hình đường mặt cắt theo đường định hình

Mặt cong nội suy điểm : là mô hình nội suy được xử lí trơn láng từ ma trận

Về phương pháp tạo hình, phương pháp mô hình hoá hình học theo cấu trúc khối sử dụng thuật toán Boole (phép toán về tập hợp ) trên các khối hình học cơ sở Khối hình học cơ sở có thể là:

• Khối cơ sở bậc 2

• Khối quét hình: hình thành trên cơ sở quét hình mặt (face) giới hạn bởi

đường viền 2D khép kín theo đường định hình

Tạo fillet

(Blending/ Rounding/ Filleting)

Ghép nối (boole)

Vát mặt/ Biến đổi/ Tạo vỏ (Draft/ Transtorm/ Shell)

Hình II-6: Phương pháp mô hình hoá hình học theo cấu trúc khối

Nội suy điểm

Quét hình

Theo phương pháp mô tả điểm, đường cong khối hình học trình bày ở trên

có thể xây dựng giải thuật mô hình hoá hình học Theo cấu trúc mặt cong (hình II-5), và cấu trúc khối (hình II-6) theo quy tắc chung như sau:

• Thực thể hình học được mô tả như cấu trúc thể hiện mối Tương quan giữa các thực thể hình học cơ sở cùng loại hoặc khác loại

• Mặt cong được mô tả bởi phép nội suy điểm, nội suy dưới dạng đường cong , phép quét hình đường mặt cắt , mặt cong cơ sở bậc 2

• Khối hình học được mô tả bởi phép quét hình mặt cắt, khối cơ sở bậc 2

II.4 Phân tích kỹ thuật trong CAD

Khi triển khai một số đồ án thiết kế kỹ thuật thường cần đến một sự phân tích nào đó tuỳ theo loai công trình Ví dụ Trong các đồ án công nghiệp, sự phân tích liên quan đến các bài toán về ứng suất biến dạng , tính toán truyền nhiệt hoặc vận dụng các phương trình vi phân để mô tả đặc tính động lực học của hệ thống được thiết kế ra Máy tính có thể giúp thực hiện các nhiệm vụ này một cách nhanh chóng và hiệu quả

Đối với những bài toán thiết kế cụ thể, Nhóm phân tích kỹ thuật có thể tự viết lấy phần mềm chuyên biệt để dùng trong nội bộ, còn đối với những bài toán phổ dụng thì thường được giải quyết bởi các gói phần mềm mua trên thị trường

Các hệ CAD/ CAM kiểu chìa khoá trao tay có bán ở thị trường thường bao gồm các phần mềm phân tích kỹ thuật hoặc ít ra cũng có giao diện với phần mềm này Ta xét đến hai ví dụ quan trọng trong các phần mềm phân tích kỹ thuật:

+ Phân tích thuộc tính khối lượng: Đây là nét đặc điểm của một hệ thống CAD được ứng dụng rộng rãi nhất Nó cung cấp cho ta các thuộc tính của đối tượng mà ta cần phải phân tích như : diện tích bề mặt , trọng lượng , thể tích, trọng tâm , mô men quán tính Đối với các mặt phẳng ( họăc tiết diện ngang của vật thể) thì nó còn cho ta biết cả chu vi, diện tích và các thuộc tính , quán tính nữa

+ Phân tích phần hữu hạn: là một trong những khả năng mạnh nhất của một

hệ CAD Với kỹ thuật nay , vật thể được chia thành nhiều phần tử với số lượng tuy ý (nhưng không phải là vô hạn ) mỗi phần tử là một ô chư nhật hoặc tam giác , tất cả tạo nên một mạng lưới gồm các nút Bằng cách sử dụng máy tính

có khả năng tính toán mạnh, thông qua tính toán trạng thái tất cả các nút mà vật thể được phân tích về ứng suất – biến dạng, truyền nhiệt hoặc các đặc tính khác tuỳ từng bài toán cụ thể Nhiều hệ CAD có khả năng tự động phân chia các nút và xác định các cấu trúc mạng của toàn vật thể, người sử dụng chỉ cần

đưa ra một số thông số cần thiết cho mô hình phần tử hữu hạn rồi hệ CAD sẽ làm các công việc tính toán tiếp theo

Đầu ra của bài toán phân tích phần tử hữu hạn thường được thể hiện dưới dạng đồ hoạ lên màn hình máy tính để người sử dụng dễ quan sát Chẳng hạn khi phân tích ứng suất biến dạng của một vật thể đầu ra được thể hiện thành một vật thể đã biến dạng chồng lên hình chưa bị biến dạng

Đầu ra dưới dạng đồ thị màu cũng có thể dùng để làm nổi bật đối sánh hình dạng trước và sau biến dạng của vật thể Sau khi xem xét nếu thấy trạng thái của vật thể không đạt yêu cầu thì người thiết kế sẽ sửa đổi một vài đặc tính của nó như hình dạng hình học hay vật liệu chẳng hạn rồi thực hiện lại bài toán phân tích phần tử hữu hạn, cứ như vậy cho đến khi vừa ý thì thôi

II.5 CAD và tiến trình thiết kế sản phẩm

Trong thực tế, thiết bị máy móc , cụm kết cấu gọi chung là sản phẩm đều

được hình thành từ các chi tiết đơn lẻ Tuỳ theo yêu cầu thực tế của sản phẩm

mà chúng ta có cấu tạo từ số lượng và chủng loại các chi tiết khác nhau Quá trình hình thành nên sản phẩm là quá trình lắp ráp từ các chi tiết nay, trong đó

có những chi tiết tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn Khi cần thể hiện nội dung kỹ thuật của sản phẩm thì người ta dùng các quy tắc của vẽ kỹ thuật, thể hiện chúng trên không gian bản vẽ với các hình chiếu, mặt cắt khác nhau tuỳ theo tiêu chuẩn áp dụng, và như vậy ƯDCNTT trong công nghệ thiết kế (CAD) nếu chỉ quan niệm như trên thì CAD mới chỉ là thay con người trong thao tác

cụ thể với bút , thước , com pa trên không gian gấy để thể hiện sản phẩm bằng nội dung kỹ thuật mà thôi Ngày nay với những thành tuẹu phát triển vượt bậc của CNTT cả về phần cứng lẫn phần mềm, cho pơhép máy tính (PC) làm việc và xử lí với chế độ đò hoạ cao và nhanh hơn rất nhiều Cũng từ đây , quan điểm ứng dụng CNTT trong mô hình hoá sản phẩm đã thay đổi Từ những mong ước của con người là mong muốn có được một quá trình mô hình phỏng lại quá trình thực, nhằm mô hình hoá và mô phỏng sản phẩm trước khi thực hiện quá trình gia công chế tạo thực ,để có thể phát hiện tối đa những sái sót và vướng mắc có thể tồn tại trên sản phẩm mà trong quá trình thiết kế thuần tuý con người không thể lường hết được, và trợ giúp tốt nhất cho con người trong công tác thiết kế , trực tiếp chuyển giao dữ liệu thiết kế đó sang quá quá trình CAPP, CAM, CAQ nhằm nhanh chóng đưa ra sản phẩm như mong muốn Xuất phát từ những nội dung trên, ngày nay ƯDCNTT trong thiết

kế (CAD) thực sự đã có phát triển vượt bậc, quan điểm thiết kế hoàn toàn phỏng lại quá trình thực Quá trình thiết kế bao gồm 3 không gian chính đó là: Không gian mô hình hoá chi tiết – Part, không gian mô hình hoá sản phẩm –

Assembly, không gian giấy – Drafting Với 3 không gian này, trợ giúp của CNTT bây giờ là, thực tế con người phải làm như thế nào để hình thành nên sản phẩm thì tiến trình thiết kế làm đúng như vậy, phải tiến hành thiết kế chi tiết trong không gian Part, sau đó lắp rắp sản phẩm trong không gian Asembly, và cần thể hiệ nội dung kỹ thuật của sản phẩm, cụm kết cấu hay chi tiết thì chuyển giao thực hiện trong không gian Drafting Toàn bộ quá trình

đó, chính là một quá trình con người mong muốn có được trước khi tiến hành quá trình thực nhằm giảm nhiều sai sót có thể trên sản phẩm Và hơn thế nữa, trợ giúp cho tiến trình thiết kế còn có mô phỏng động học và động lực học giúp con người hoàn toàn tối ưu với thiết kế của mình Mặt khác dữ liệu thiết

kế bây giờ được thể hiện như vốn bản tính của sản phẩm, nên hoàn toàn có thể trực tiếp chuyển giao cho quá trình FEA, CAPP, CAM; CAQ, thực hiện sản phẩm một cách tối ưu và giảm tối thiểu thời gian hình thành nên sản phẩm

II.6 Lợi ích của CAD

Lợi ích của CAD có nhiều , song một số có thể định lượng được Một số lợi ích khác, khó có thể lường hoá, mà chỉ thể hiện ở chỗ chất lượng công việc

được nâng cao, thông tin tiện dụng, điều khiển tốt hơn các lợi ích dễ thấy

có thể kể ra như sau:

* Nâng cao năng suất kỹ thuật

* Giảm thời gian chỉ dẫn

* Giảm số lượng nhân viên kỹ thuật

* Dễ cải tiến cho phù hợp vơ2í khách hàng

* Phản ứng nhanh với nhu cầu thị trường

* Tránh phải ký những hợp đồng con để kịp tiến độ

* Hạn chế lỗi sao chép ở mức độ tối thiểu

* Độ chính xác thiết kế cao

* Khi phân tích dễ nhận ra các tương tác giữa các phần tử cấu thành

* Phân tích chức năng vận hành tốt hơn do đó làm giảm khâu thử nghiệm trên mẫu

* Thuận lợi cho việc lập hồ sơ tài liệu

* Bản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao

* Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt

* Dễ tiên liệu chi phí giá thành

* Giảm thời gian đào tạo hội hoạ viên và lập trình viên cho máy CNC

* ít sai sót trong lập trình cho máy NC

* Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt có sẵn

* Thiết kế dễ phù hợp với các kỹ thuật chế tách hiện có

* Tiết kiệm vật liệu và thời gian nhờ các thuật toán tối ưu

* Nâng cao hiệu quả quản lý trong thiết kế

* Dễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp

* Nâng cao hiệu quả giao diện thông tin và dễ hiểu nhau hơn giữa các nhóm kỹ sư, thiết kế viên , hội hoạ viên quản lí và các nhóm khác

Dưới đây ta xét sẽ phân tích kỹ một số lợi ích điển hình

II.6.1 Nâng cao năng suất thiết kế

Năng suất cao giúp cho vị thế cạnh tranh của một hãng được nâng lên vì

nó sẽ làm giảm yêu cầu nhân lực của một đề án, dẫn tới hạ giá thành và thời gian xuất xưởng của một sản phẩm Tổng kết một số đơn vị có sử dụng hệ thống CAD người ta cho thấy năng suất có thể tăng tư ba đến mười lần so với công nghệ thiết kế cũ, thậm chí còn cao hơn tuỳ theo các yếu tố sau đây: Độ phức tạp của bản vẽ kỹ thuật

+ Mức độ tỉ mỉ của bản vẽ

+ Múc độ lặp đi lặp lại của chi tiết hay bộ phạn thiết kế

+ Mức độ đối xứng của bộ phận thiết kế

+ Tính dùng chung của các chi tiết để lập thành thư viện

II.6.2 Giảm thời gian chỉ dẫn

Thiết kế với hệ thống CAD Nhanh hơn theo cách truyền thống Đồng thời

nó cũng đẩy nhanh các tác vụ lập bảng biểu và báo cáo (lập các bảng liệt kê cụm lắp ghép chẳng hạn) mà trước đây phải lập bằng tay Do vậy, một hệ CAD có thể tạo ra một tập bản vẽ cuối cùng về các chi tiết máy và các báo cáo, biểu bảng kèm theo một cách nhanh chóng Thời gian chỉ dẫn trong thiết

kế được rút ngắn đẫn đến kết quả là làm giảm thời gian kể từ khi nhận đơn đặt hàng đến khi giao nhận sản phẩm

II.6.3 Phân tích thiết kế

Các chương trình phân tích thiết kế có sẵn trong một hệ CAD giúp quá trình thiết kế diễn ra theo những khuôn mẫu tác nghiệp có logic hơn, không cần phải trao đi đổi lại giữa nhóm thiết kế và nhóm phân tích khi bản vẽ thiết

kế hãy còn nằm trên máy tính của trạm thiết kế Điều đó giúp người kỹ sư tập trung tư tưởng vì họ đang đối thoại trực tiếp với bản thiết kế của mình Nhờ khả năng phân tích nay mà bản thiết kế sát với tối ưu hơn Mặt khác thời gian thiết kế sẽ được rút ngắn đi do sự phân tích thiết kế giờ đây ứng xử nhanh hơn

và không còn mất thời gian trao đi đổi lại từ bàn vẽ của người thiết kế đến bàn làm việc của người phân tích

Do các hệ CAD cho phép phân tích và sửa đổi bản vẽ thiết kế sơ bộ một cách dễ dàng và thuận lợi nên người ta có thể đưa ra nhiều phương án để nghiên cứu so sánh, và vì thế có thể nói thiết kế trên hệ CAD cho kết quả tốt hơn trước rất nhiều

II.6.4 Giảm sai sót thiết kế

Các hệ CAD vốn có khả năng tránh các sai sót về thiết kế, và lập hồ sơ dữ liệu thuyết mihh kỹ thuật Do vậy các lỗi vào và di chuyển dữ liệu thường xẩy ra khi lập liệt kê các chi tiết đều bị loại bỏ Sở dĩ có thể chính xác như vậy chủ yếu là do khi có bản vẽ ban đầu thì các thông tin về nó không còn phải quản lí bằng thủ công nữa Mặt khác, các công việc lặp đi lặp lại tốn nhiều thời gian sau khi có bản vẽ nối trên như di chuyển nhiều kí hiệu hay nhiều bản vẽ, sắp xếp theo khu vực hay theo chi tiết cùng loại đều được thực hiện với kết quả chính xác nhất quán

II.6.5 Các phép tính thiết kế có độ chính xác cao

Độ chính xác toán học trong hệ CAD là 14 con số có nghĩa sau dấu chấm

thập phân Đặc biệt độ chính xác khi thiết kế các đường và các mặt ba chiều cho đến nay chưa phép tính tay nào sánh được Độ chính xác do sử dụng các

hệ CAD còn thể hiện rất nhiều phương diện Chẳng hạn các chi tiét được đặt tên và đánh số như thế nào thì chúng vẫn được bảo toàn trong bản vẽ Hoặc nếu có sự thay đổi nàocủa một chi tiết thì vẫn thay đổi ấy vẫn được bảo toàn

bộ gói hồ sơ và tác động tới tất cả các bản vẽ có sử dụng chi tiết ấy Độ chính xác do hệ CAD mang lại còn làm cho việc lập tiên lượng và dự đoán công trình được chính xác hơn tiến độ mua sắm vật tư được sít sao hơn

II.7 CSDL phục vụ quá trình CAD/ CAM

II.7.1 Vai trò và vị trí của CSDL phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ

Theo tài liệu [ ] quá trình chuẩn bị nghệ sản xuất được triển khai nhằm

giải quyết các nhiệm vụ sau:

• Đảm bảo tính công nghệ trong quá trình thết kế sản phẩm

• Thiết kế quy trình côngnghẹ

• Thiết kế chế tạo các phương tiện trang bị công nghệ

• Tổ chức và điều hành quá trình công nghệ

Kế hoạchsản xuất

Cung ứng vật liệu

đóng một vai trò rất quan trọng Bắt đầu từ khi hình thành ý tưởng về sản phẩm, trong giai đoạn thiết kế sản phẩm CSDL giúp người thiết kế lựa chọn các giải pháp kết cấu và công nghệ phù hợp với sản phẩm

Cũng như đảm tính công nghệ của nó ngay rong quá trình thiết kế kỹ thuật

Đặc biệt trong quá trình thiết kế qui trình công nghệ với việc sử dụng CSDL phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ có thể rút ngắn một cách đáng kể về mặt thời gian và giảm chi phí cho công tác cho chuẩn bị sản xuất Ngoài ra CSDL phục vụ cho quá trình chuẩn bị công nghệ còn là cơ sở của việc lập kế hoạch sản xuất, cung ứng vật liệu Hay nói rộng ra CSDL phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ tham gia vào toàn bộ quá trình CAD/CAM như được mô tả trên hình II-7

Cô thÓ qua nghiªn cøu ph©n lo¹i ta thÊy r»ng CSDL phôc vô chuÈn bÞ c«ng

nghÖ bao gåm c¸c nhãm CSDL sau

®−êng ch¹y dao

ChuÈn bÞ cho viÖc

Dông cô c¨t

VËt liÖu

Tham sè m¸y

* CSDL các chi tiết tiêu chuẩn phân loại

* CSDL vè tiêu chuẩn dung sai, sai lệch hình dáng, sai lệch về vị trí và nhám bề mặt

* CSDL về tiêu chuẩn xác định lượng dư

* CSDL về tiêu chuẩn vật liệu trong chế tạo máy

* CSDL về triêu chuẩn máy, dụng cụ, đồ gá và dụng cụ đo

* CSDL về tiêu chuẩn chế độ cắt

* CSDL về các qui trình công nghệ chuẩn

* CSDL về định mức kinh tế kỹ thuật, đơn giá

* CSDL về tài liệu kỹ thuật

* CSDL về thông tin thị trường

Trong từng giai đoạn cụ thể của quá trình chuẩn bị công nghệ các nhóm CSDL trên có vai trò khác nhau Tuy nhiên , về tổng thể CSDL phục vụ quá trình công nghệ là không thể thiếu , nó góp phần nâng cao năng chất lượng, hạ giá thành sản phẩm và rút ngắn thời gian chuẩn bị sản xuất

II.7.2 CSDL và quy trình xử lý hệ thống CAD/ CAM

Như phân tích trong phần ( II.7.1), CSDL chuẩn bị công nghệ tham gia vào toàn toàn bộ quá trình CAD/ CAM, đóng một vai trò quan trọng trong toàn bộ tiến trình, bắt đầu từ khi hình thành ý tưởng sản phẩm cho đến khi hoàn thiện sản phẩm Tuy nhiên nhìn trên góc độ của một hệ thống xử lý , CSDL CAD/ CAM bao gồm CSDL hình học số đối tượng gia công , CSDL dao cụ, đồ gá , CSDL vật liệu gia công, CSDL tham số máy , như hình II-8

II.7.3 Bài toán xây dựng CSDL phục vụ quá trình CAD/ CAM

II.7.3.1 Phân tích bài toán

Trong toàn bộ CSDL phục quá trình CAD/ CAM đã được liệt kê tại mục (II.7.1: II.7.2) nếu xét theo khía cạnh đặc điểm dữ liệu được lưu trữ trong CSDL thì dữ liệu phục vụ quá trình CAD/ CAM được phân tích thành:

* Dữ liệu thuộc tính như tiêu chuẩn dung sai, tiêu chuẩn vật liệu, chế độ cắt

* Dữ liệu đồ hoạ dưới dạng các bản vẽ chi tiết Bản vẽ nguyên công, phiếu nguyên công

* Dữ liệu đò hoạ kế hợp với thuộc tính như là tiêu chuẩn về máy, dụng cụ ,

đồ gá Nó bao gồm ngoài bản vẽ chi tiết còn kèm theo các giá trị của các thông số cụ thể

CSDL CAD/ CAM

Hình II-9: Sơ đồ tổ chức CSDL phục vụ quá trình CAD/ CAM

Dữ liệu thuộc tính phục vụ quá trình CAD/ CAM thường được mô tả dưới dạng cắt bảng giá trị, dung sai ,sai lệnh hình dạng , vị trí như thể hiện trên hình II-10

Đối với dữ liệu đồ hoạ (thể hiện trên hình II-11) và đồ hoạ kèm theo thuộc tính (thể hiện trên hình II-12) và loại dữ liệu phức tạp khó cấu trúc hoá, hơn nữa dữ liệu đồ hoạ còn phụ thuộc vào dữ liệu thuộc tính đối với dữ liệu đồ hoạ kèm thuộc tính

Điển hình như các chi tiết hoặc cụm máy tiêu chuẩn khi mà các giá trị thuộc tính là các tham số kích thước và với bộ tham số kích thước khác nhau

đó ta sẽ có bản vẽ chi tiết hoặc cụm máy khác nhau, hay nối cách khác dữ liệu

đồ hoạ phụ thuộc vào giá trị thuộc tính (cụ thể là các tham số kích thước )

Đối với dạng dữ liệu này ta gọi là dữ liệu đồ hoạ tham số, nếu ta đưa vào CSDL dữ liệu đồ hoạ dưới dạng bản vẽ chi tiết hoặc cụm máy tiêu chuẩn đã

được triển khai theo theo các bộ than số kích thước sẽ dẫn tới việc tăng kích thước của CSDL hoặc ta tiến hành lập trình từng chi tiết hoặc cụm máy cụ thể

để nó có thể thay đổi theo từng bộ tham số kích thước phù hợp thì khối lượng lập trình rất lớn bởi vì chủng loại các chi tiết hoặc cụm máy thuộc CSDL phục

vụ cho quá trình CAD/CAM rát nhiều, lại còn mang tính đặc thù đối với từng công ty, xí nghiệp sản xuất, do đó quá trình xây dựng CSDL phụ thuộc nhiều vào quá trình lập trình

Qua phân tích trên, ta thấy rằng để xây dưng CSDL phục vụ cho qua trình CAD/ CAM cần tổ chức nó theo hai dạng phụ thuộc vào tính chất của dữ liệu