giới thiệu chng về mô phỏng, thiết kế nhà máy, tài liệu về thiết kế hệ thống sấy thăng hoa, các phần mềm thiết kế chủ yếu....................................................................................................................................................................................................................................................................
Trang 1I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ
I.1 Khái niệm mô phỏng
Mô phỏng là việc nghiên cứu trạng thái của mô hình để qua đó hiểu được hệ thốngthực, mô phỏng là tiến hành thử nghiệm trên mô hình Đó là quá trình tiến hành nghiêncứu trên vật thật nhân tạo, tái tạo hiện tượng mà người nghiên cứu cần để quan sát và làmthực nghiệm, từ đó rút ra kết luận tương tự với vật thật
Ta có thể thực hiện việc mô phỏng từ những phương tiện đơn giản như giấy, bútđến các nguyên vật liệu tái tạo lại nguyên mẫu (mô hình bằng gỗ, gạch, sắt,…) hay hiệnđại hơn là dùng máy tính điện tử
Mô phỏng máy tính sử dụng mô tả toán học, mô hình của hệ thống thực ở dạngchương trình máy tính Mô phỏng máy tính thường được sử dụng rất có hiệu quả đểnghiên cứu trạng thái động của nguyên mẫu trong những điều kiện nếu nghiên cứu trênvật thật sẽ khó khăn, tốn kém và không an toàn
Mô phỏng máy tính là hiển thị một chuỗi các hình ảnh hoặc khung hình trên mànhình phỏng theo một chuyển động nào đó Thực ra, mô phỏng là một dạng ảo ảnh thịgiác, tạo nên sự năng động, truyền sinh khí và chuyển động cho những đối tượng khôkhan
Mô phỏng trên máy tính là xu hướng dạy học mới, hiện đại đã và đang đượcnghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực Trong lĩnh vực giáo dục, các bàigiảng có ứng dụng mô phỏng kết hợp phương tiện nghe nhìn hiện đại sẽ tạo cho sinh viênnhiều kỹ năng như: khả năng hoạt động quan sát (các hình ảnh tĩnh hoặc động), khả năngthao tác trên đối tượng, khả năng tự do phát triển tư duy, lựa chọn con đường tối ưu đểnhận thức
Hình 1.1 Thiết bị mô phỏng hình ảnh ứng dụng trên xe đạp
Trang 2I.2 Khái niệm thiết kế
Thiết kế là việc tạo ra một kế hoạch hoặc quy ước cho việc xây dựng một đốitượng hoặc một hệ thống (như trong bản thiết kế kiến trúc, bản vẽ kỹ thuật, quy trình kinhdoanh, sơ đồ mạch và các mẫu may) Thiết kế có ý nghĩa khác nhau trong các lĩnh vựckhác nhau Trong một số trường hợp, việc xây dựng trực tiếp của một đối tượng (nhưtrong đồ gốm, kỹ thuật, quản lý, lập trình và thiết kế đồ họa) cũng được coi là thiết kế
Một định nghĩa khác cho thiết kế là một lộ trình hoặc một cách tiếp cận chiến lượccho một người nào đó để đạt được một kết quả duy nhất Nó định nghĩa các thông số kỹthuật, kế hoạch, thông số, chi phí, hoạt động, quy trình và cách thức và phải làm gì trongnhững ràng buộc pháp lý, chính trị, xã hội, môi trường, an toàn và kinh tế trong việc đạtđược mục tiêu đó
Quy trình thiết kế sản phẩm: thường là một chu trình lặp lại nhiều vòng, từ khihình thành ý tưởng sản phẩm tới khi đưa sản phẩm vào sản xuất, và có thể được mô tảtrong hình sau:
Hình 1.2 Quy trình thiết kế sản phẩm
Trong giai đoạn đầu: hình thành ý tưởng, ý đồ về sản phẩm/công nghệ Mục tiêu chủ yếu
là tìm kiếm các ý tưởng về sản phẩm và công nghệ có thể sử dụng và khai thác trongtương lai Nó có thể bắt đầu ngay từ khi một sản phẩm/công nghệ mới khác bắt đầu đượcđưa ra thị trường, nhưng cũng có thể chỉ xuất hiện khi các sản phẩm đang được sử dụng
đã tỏ rõ những ưu điểm và nhược điểm của chúng Những ý tưởng mới này có thể đượcthu thập qua công tác nghiên cứu của bản thân doanh nghiệp, qua các thông tin chuyên
Trang 3ngành, qua các quan sát của cán bộ, nhân viên công ty, qua các hoạt động nghiên cứu củacác bộ phận có liên quan của doanh nghiệp và qua các nguồn thông tin khác Nhiều khi,các doanh nghiệp tổ chức các cuộc thi để tìm tòi các ý tưởng thích hợp cho mình.
Trong giai đoạn thiết kế chi tiết sản phẩm và công nghệ: các ý tưởng về sản phẩm
và công nghệ mới sẽ được lần lượt cụ thể hoá bằng các thiết kế cụ thể (về kiểu dáng, kếtcấu, tính năng tác dụng, vật liệu, kỹ thuật sản xuất, khả năng sử dụng, ) và kiểm địnhtrên tất cả các mặt này Những hoạt động đó có thể được thực hiện một cách riêng rẽ hoặctheo đề án (một cách tổng hợp) Nó không chỉ bao gồm việc cụ thể hoá các ý đồ bằng cácbản vẽ kỹ thuật, các bản hướng dẫn kỹ thuật và công nghệ, mà còn có cả những kết luận,đánh giá về các phương án được đưa ra Những đánh giá này đều được tập hợp, lưu trữ để
sử dụng lại sau này (chẳng hạn khi nghiên cứu để đổi mới, cải tiến ngay chính những sảnphẩm công nghệ này) Như vậy, sản phẩm của giai đoạn này là một hệ thống những bản
vẽ, những bản thiết kế với những mức độ cụ thể và nội dung khác nhau liên quan tới toàn
bộ quá trình sản xuất, lưu thông và khai thác, sử dụng các sản phẩm/công nghệ đó Trongnhiều trường hợp, việc thiết kế chỉ được coi là hoàn thành khi có mô hình mô phỏng sảnphẩm/công nghệ mới Nếu như việc hình thành ý tưởng, ý đồ với sản phẩm và công nghệđòi hỏi có sự tham gia của đông đảo mọi người thì những hoạt động thiết kế trong giaiđoạn này lại thường được tập trung vào một số bộ phận có liên quan (phòng kỹ thuật,trung tâm nghiên cứu, phòng thí nghiệm, ) chỉ sau khi đã có các bản thiết kế và mô hìnhsản phẩm/công nghệ mới người ta mới tổ chức đánh giá chúng và tập hợp ý kiến củanhững người có liên quan
Sản xuất thử: là giai đoạn bắt buộc phải có trong hầu hết các hoạt động nghiên cứu, thiết
kế sản phẩm và công nghệ mới Mục đích của việc này không chỉ là kiểm tra, đánh giá lạikhả năng sản xuất ra sản phẩm hoặc khả năng sử dụng, vận hành công nghệ mà nó còngiúp cho các nhà thiết kế phát hiện những bất hợp lý trong kết cấu của sản phẩm/côngnghệ Đối với những sản phẩm/công nghệ có liên quan tới sức khoẻ con người và sự antoàn lao động, sự kiểm nghiệm càng chặt chẽ thì vai trò của quá trình sản xuất thử càngquan trọng, việc thực hiện chúng có quy mô càng lớn và phức tạp Hầu hết các nước đều
có những quy định cụ thể (về mặt kỹ thuật - công nghệ và tiêu chuẩn vệ sinh, sức khoẻ)
về việc kiểm nghiệm sản xuất thử như thế này Giai đoạn này chỉ kết thúc khi có kết luận
rõ ràng sản phẩm/công nghệ được dự kiến đưa ra sản xuất không thích hợp hoặc chúngđược chấp nhận và các tài liệu thiết kế (đã sửa đổi/điều chỉnh) được bàn giao cho bộ phậnsản xuất
Sau khi việc sản xuất thử đã khẳng định tính ưu việt, hiệu quả của sản phẩm/công nghệmới, chúng được chuyển sang sản xuất hàng loạt hoặc sử dụng một cách đại trà Đây làgiai đoạn khai thác kinh tế sản phẩm/công nghệ mới Trong và sau khi sản xuất hàng loạt,
Trang 4có thể có những cải tiến cần thiết hoặc có sự đa dạng hoá sản phẩm/công nghệ trước khiđưa vào tiếp tục sản xuất sản phẩm (hoặc sử dụng công nghệ) Các hoạt động này thườngđan xen vào nhau, vừa cho phép kéo dài thời gian sản xuất sản phẩm và khai thác côngnghệ trên thực tế Điều quan trọng trong 2 giai đoạn này là phải có chế độ đánh giá định
kỳ việc sử dụng công nghệ sản xuất sản phẩm theo giác độ nghiên cứu - thiết kế để có sựcải tiến thích hợp Mục tiêu của quá trình sử dụng công nghệ và sản xuất sản phẩm làkhai thác chúng càng nhiều càng tốt chứ không phải càng lâu càng tốt
Theo mô hình trên, có thể hình dung được rằng, trong quá trình nghiên cứu, thiết
kế sản phẩm và công nghệ mới, người ta có thể thu được không phải chỉ là một, mà cóthể là một số sản phẩm/công nghệ mới Điều này cho phép các doanh nghiệp có thể lựachọn sử dụng sản phẩm/công nghệ nào cho thích hợp
I.3 Một số phần mềm dùng trong mô phỏng và thiết kế
Edraw Max 6.1: là một phần mềm dành cho các sinh viên, giảng viên và các nhân viên
kỹ thuật thiết kế các đồ hình, mô hình, sơ đồ tuyệt đẹp đáp ứng được các nhu cầu cao vềmặt thẩm mỹ Ngoài ra Edraw Max còn được sử dụng thiết kế cho nhiều ngành khác nhưTrang trí nội thất, Điện, Kiến trúc,… Nó là một trong tất cả các đồ họa phần mềm làmcho nó đơn giản tạo chuyên nghiệp, tìm sơ đồ, bảng xếp hạng tổ chức, sơ đồ mạng, thuyếttrình kinh doanh, kế hoạch xây dựng, bản đồ tâm trí, thiết kế thời trang, sơ đồ UML, quytrình công việc, cấu trúc chương trình, sơ đồ thiết kế web, sơ đồ kỹ thuật điện, bản đồhướng, sơ đồ cơ sở dữ liệu và nhiều hơn nữa Với hơn 200 loại sơ đồ khác nhau, thư viện
đa dạng và hơn 6000 biểu tượng vector giúp vẽ sơ đồ có thể được dễ dàng hơn EdrawMax cho phép bạn tạo ra một loạt các sơ đồ sử dụng các mẫu, hình dạng, và các công cụ
vẽ trong khi làm việc trong một môi trường văn phòng phong cách trực quan và quenthuộc
+ Ưu điểm:
• Dễ sử dụng
• Nhiều mẫu sẵn sàng để sử dụng
• Bao gồm một bộ sưu tập clipart phong phú
+ Nhược điểm: Giá còn cao.
Trang 5Hình 1.3 Biểu tượng của phần mềm Edraw Max
AutoCAD: là một trong những phần mềm vẽ đồ họa 3D trên máy tính tốt nhất hiện nay,
được phát triển bởi tập đoàn Autodesk Hầu hết các kỹ sư công trình, xây dựng cầuđường, nhà ở, kiến trúc, đều sử dụng AutoCAD là công cụ để sáng tạo ra các tác phẩm,công trình của mình Phần mềm AutoCAD hỗ trợ người dùng tạo các bản vẽ kỹ thuậtvector 2D, 3D hay dùng để vẽ các bản vẽ 2 chiều (2D) và 3 chiều (3D) các mô hình hóahình học và tạo ra nhiều hình ảnh thực vật thể
+ Ưu điểm:
• Tạo và sửa lỗi dễ dàng hơn
• Trực quan hơn vì cho phép ta quan sát mô hình ở góc nhìn 3D với rất nhiều cách quan sátkhác nhau
• Lưu và tái sử dụng các bản vẽ dễ dàng hơn bằng đĩa cứng hay CD
• Tăng độ chính xác Do vẽ bằng máy tính nên chắc chắn bản vẽ xuất ra sẽ chính xác hơnlàm bằng tay rất nhiều
• Lưu trữ thành cơ sở dữ liệu để dễ dàng quản lý hơn Đồng thời chuyển file mô hình dễdàng hơn Internet Giảm thiểu thời gian trao đổi thao luận giữa các kỹ sư ở các khu vựcđịa lý khác nhau Gửi nhận qua email chỉ mất vài giây
• Việc phân tích, mô phỏng và kiểm tra mô hình 3D dễ dàng hơn
Trang 6+ Nhược điểm:
• Thời gian và chi phí cho việc triển khai một hệ CAD là lớn
• Thời gian và chi phí cho việc đào tạo người dùng CAD lớn Tuy nhiên hiện nay nhờnguồn tài liệu phong phú trên mạng Internet và các diễn đàn thảo luận mở nên cũng cóphần dễ dàng hơn chút
• Chi phí bảo trì cho phần mềm CAD là lớn
• Thời gian và chi phí cho việc chuyển các bản vẽ cũ, vẽ bằng tay sang CAD cũng khôngnhỏ
Hình 1.4 Biểu tượng của phần mềm AutoCAD
SolidWorks: Là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế 3D do hãng Dassault
System phát hành dành cho những xí nghiệp vừa và nhỏ, đáp ứng hầu hết các nhu cầuthiết kế cơ khí hiện nay Solidworks được biết đến từ phiên bản Solidworks 1998 và được
du nhập vào nước ta với phiên bản 2003 và cho đến nay với phiên bản 2016 phần mềmnày đã phát triển đồ sộ về thư viện cơ khí và phần mềm này không những dành chonhững xí nghiệp cơ khí nữa mà còn dành cho các ngành khác như: đường ống, kiến trúc,trang trí nội thất, mỹ thuật,…
+ Ưu điểm:
• Giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng và trực quan hơn
• Khả năng tương thích với các chương trình 3D
• Thiết kế mềm mại, mượt mà, hợp lý hơn với nhiều kiểu lắp ghép thông minh hơn, giúphoàn thiện thiết kế nhanh hơn
+ Nhược điểm: Đòi hỏi cấu hình máy tính phải mạnh.
Trang 7Hình 1.5 Biểu tượng của phần mềm AutoCAD và SolidWorks
Autodesk Inventors: là một phần mềm CAD ứng dụng trong thiết kế mô hình động học
cơ khí, với nhiều khả năng mạnh trong thiết kế mô hình Solid, có giao diện người dùngthuận tiện và trực quan Autodesk Inventors có các công cụ tạo mô hình 3D, quản lýthông tin, làm việc nhóm và các hỗ trợ kỹ thuật Có thể sử dụng phần mềm này để xâydựng các mô hình 3D và các bản vẽ 2D; xây dựng các chi tiết thích nghi, các chi tiết vàcác bản vẽ lắp; quản lý các chi tiết và mô hình lắp ghép với số lượng lớn các chi tiết;nhập các file SAT, STEP, AutoCad, Autodesk Mechanical Desktop và các file IGES; làmviệc nhóm với nhiều thành viên trong quá trình xây dựng mô hình
+ Ưu điểm:
• Thiết kế mạch lạc, sử dụng công nghệ phát triển thông dụng
• Tương tích với phần cứng hiện đại
• Có khả năng xử lý hàng ngàn chi tiết và các cụm lắp ráp lớn
• Cung cấp giao diện lập trình ứng dụng
• Có khả năng trao đổi trực tiếp dữ liệu thiết kế với bản vẽ 2D của AutoCAD, mô hình 3Dcủa Mechanical Desktop hoặc mô hình STEP từ các hệ thống CAD khác
+ Nhược điểm: Đòi hỏi cấu hình máy tính phải mạnh.
Trang 8Hình 1.6 Biểu tượng của phần mềm Autodesk Inventor
II. Các bước mô phỏng thiết bị bằng phần mềm Inventor
Shape Generator: Sử dụng các công cụ tạo hình để khám phá khả năng thiết kếsớm hơn trong giai đoạn thiết kế Xác định các hình dạng và chức năng cơ bản cho một
bộ phận hoặc cả thiết kế và Inventor cung cấp một hình thức tối ưu hóa cho độ cứng,trọng lượng Với Shape Generator bạn có thể nạp và áp dụng các điều kiện trong thế giớithực để xem sản phẩm sẽ được sử dụng như thế nào; kiểm soát xem ở đâu và trong hìnhdạng nào thì sản phẩm là tối ưu với độ dày vật liệu tối thiểu; xác định các vùng cần tránh(keep - out zone) và duy trì đối xứng; sử dụng các hình dạng được tạo ra như một hìnhtham khảo bên trong môi trường thiết kế
Hình 2.1 Công cụ tạo hình của phần mềm thiết kế CAD Inventor
Trang 9Mô hình tham số: Sử dụng menu để truy cập các lệnh ngay tại con trỏ chuột; tạocác thông số và kích thước như đã phác họa; đối tượng 3D, fillet, chamfer có kích thướclinh hoạt; lệnh Iterate trên thiết kế sử dụng các công cụ để nhanh chóng xác định nhữngtính năng hiện có trong lịch sử mô hình và xem các mối quan hệ cha con.
Hình 2.2 Truy cập các lệnh thông qua menu ngay tại con trỏ chuột
Lắp ráp các mô hình: Nhanh chóng lắp ráp các sản phẩm của bạn để đánh giá độphù hợp và chức năng Xác định các chỗ chưa phù hợp, tạo bản vẽ phối cảnh và môphỏng hiệu suất của các bộ phận được lắp ráp Sử dụng các khớp để áp dụng các ràngbuộc thích hợp trong một bước duy nhất; sử dụng dữ liệu từ bất cứ nguồn nào, duy trìmột liên kết đến tập tin gốc
Hình 2.3 Lắp ráp các mô hình trong phần mềm mô phỏng sản phẩm 3D Inventor
Trang 10Tạo bản vẽ: Tạo các bản vẽ kết hợp như tập tin DWG gốc trong Inventorhoặc AutoCAD Sửa đổi kích thước trong bản vẽ để tạo thay đổi trong mô hình 3D vànhiều hơn nữa.
• Xác định vị trí, tỷ lệ, định hướng hình chiếu với các điều khiển tương tác
• Sử dụng menu đánh dấu để thêm hình chiếu phụ và hình cắt
• Trình bày chi tiết bản vẽ một cách nhanh chóng bằng cách lấy kích thước từ các thông số
mô hình
Hình 2.4 Xác định vị trí, tỷ lệ của mô hình trong bản vẽ
Tạo mô hình linh hoạt: Sử dụng các công cụ mô hình thích hợp cho mọi công việc.Tạo mô hình theo cách bạn muốn:
• Tạo mô hình tham số: Xác định mối quan hệ giữa các tính năng và các thành phần trong
mô hình
• Tạo mô hình hình dạng tự do: Tạo hình dạng phức tạp sử dụng công nghệ T – Splines
• Tạo mô hình trực tiếp: Thực hiện nhanh các chỉnh sửa trong mô hình với các điều khiểnpush/pull đơn giản
Trang 11Hình 2.5 Các công cụ tạo mô hình trong phần mềm đồ họa kỹ thuật Inventor
Thiết kế khái niệm và layout: Mở tập tin DWG của AutoCAD trực tiếp từ bêntrong Inventor làm cơ sở cho mô hình 3D:
• Rút ra các khối được tạo bên trong AutoCAD vào các phần tập tin riêng biệt
• Thêm các ràng buộc để đặt chúng vào mô hình lắp ráp
• Tiếp tục chỉnh sửa layout 2D hoặc khái niệm bên trong AutoCAD
• Các mô hình Inventor tự động cập nhật mà không cần phải làm lại
Hình 2.6 Thiết kế layout và khái niệm trong Inventor
Trang 12Thiết kế các bộ phận nhựa: Với các công cụ thiết kế bộ phận nhựa trong Inventorbạn có thể:
• Tạo các hình dạng phức tạp dựa trên công nghệ T – Splines
• Tạo các hình phổ biến như hình vòm, gờ cong hay các lưới tản nhiệt
• Xác định các vấn đề chất lượng tiềm năng trong bộ phận sử dụng phân tích dòng nhựadựa trên công nghệ Moldflow
Hình 2.7 Thiết kế các bộ phận nhựa tiêu chuẩn, phức tạp với Inventor
Thiết kế tấm kim loại phức tạp: phù hợp với tiêu chuẩn của doanh nghiệp nhờ vàocác công cụ với khả năng:
• Chuyển đổi thiết kế tấm kim loại 2D sang mô hình 3D hoặc tạo mới từ đầu
• Tạo nếp gấp, đường viền và gờ nổi (mặt bích)
Hình 2.8 Thiết kế tấm kim loại và các chi tiết trên bề mặt trong Inventor
Trang 13Cấu hình sản phẩm tự động:
• Kéo và thả code từ thư viện đoạn code khổng lồ trong ứng dụng
• Chọn các thông số và quy tắc từ một danh sách và thêm chúng vào form mà không cầnlập trình
• Để triển khai các cấu hình ở bên ngoài doanh nghiệp bạn chỉ cần tải các sản phẩm lênđám mây, sử dụng dịch vụ Configurator 360
Hình 2.9 Cấu hình sản phẩm tự động nhờ các thông số trong Inventor
Thiết kế bộ phận và lắp ráp tự động: Tạo các bộ phận, tính năng, lắp ráp có thể tái
sử dụng, có thể cấu hình bằng cách xác định các tham số biến Để chèn bộ phận, tínhnăng, lắp ráp trong thiết kế chỉ cần chọn vị trí và xác định các thông số của hình học mụctiêu
Hình 2.10 Xác định vị trí, thông số để chèn các lắp ráp trong Inventor
Trang 14Tạo và tính toán các thành phần: Sử dụng công cụ máy tính được tích hợp sẵn đểbiết được các khớp phổ biến trong thiết kế như mối hàn, kẹp và miếng lót Công cụ tạothành phần tự động tạo ra các bộ phận đáp ứng yêu cầu thiết kế của bạn như kết nối bắtvít bên trong một khối lắp ráp.
Hình 2.11 Tạo các bộ phận đáp ứng yêu cầu thiết kế trong Inventor
Thiết kế khung tự động: Đơn giản hóa việc thiết kế các khung cấu trúc nhờ lệnh tựđộng Với các lệnh này bạn có thể:
• Chèn các thành phần khung từ thư viện của hàng ngàn khung tiêu chuẩn
• Dịch chuyển hoặc xoay khung như bạn muốn
• Áp dụng cắt tỉa cho nhiều thành phần khung cùng lúc
• Để phân tích hiệu suất của khung hình chỉ cần thêm các ràng buộc và chỉ định nơi để ápdụng tải
Hình 2.12 Thiết kế khung cấu trúc đơn giản hơn với các lệnh tự động trong Inventor