Giao trinh phuong phap va tien trinh thiet ke

Các yếu tố điều khiển được trong quá trình phát triển sản phẩm Yếu tố thứ nhất: Thiết kế sản phẩm, tập trung chủ yếu vào chức năng của sản phẩm.. Các công đoạn của giai đoạn này là: o X

MỤC LỤC

Chương 1 Cơ bản về thiết kế cơ khí 3

1.1 Khái niệm tiến trình thiết kế 3

1.1.1 Giới thiệu tiến tình thiết kế 3

1.1.2 Lịch sử của tiến trình thiết kế 6

1.1.3 Vòng đời sản phẩm 7

1.1.4 Bài toán thiết kế 8

1.1.5 Các hoạt động cơ bản để giải quyết vấn đề thiết kế 9

1.2 Thiết kế sản phẩm cơ khí 9

1.2.1 Giới thiệu 9

1.2.2 Các đặc trưng của sản phẩm 12

1.2.3 Ngôn ngữ thiết kế cơ khí 13

1.2.3 Các dạng bài toán thiết kế cơ khí 15

1.2.4 Các ràng buộc, mục tiêu và nguồn tài nguyên thiết kế 19

1.2.5 Tháo rời sản phẩm 20

1.2.6 Tóm tắt nội dung thiết kế cơ khí 21

1.3 Nhóm thiết kế 22

1.3.1 Cá nhân thiết kế 22

1.3.2 Nhóm thiết kế 22

Chương 2 Tiến trình và kế hoạch thiết kế 24

2.1 Các giai đoạn của tiến trình thiết kế 24

2.1.1 Giai đoạn đánh giá hiện trạng sản phẩm 24

2.1.2 Giai đoạn lập kế hoạch phát triển sản phẩm 24

2.1.3 Giai đoạn xác định sản phẩm cần phát triển 24

2.1.4 Giai đoạn thiết kế khái niệm 24

2.1.5 Giai đoạn phát triển sản phẩm 25

2.1.6 Giai đoạn trợ giúp sản phẩm 25

2.2 Đánh giá hiện trạng sản phẩm 25

2.2.1 Sự thúc đẩy của tiến bộ khoa học kỹ thuật 26

2.2.2 Nhu cầu của thị trường 26

2.2.3 Đòi hỏi thay đổi của bản thân sản phẩm 27

2.2.4 Quá trình hoàn thiện sản phẩm và mô hình Kano 28

a Đường cong chữ S và quá trình hoàn thiện sản phẩm 28

b Mô hình Kanô 28

2.2.5 Đề cương phát triển sản phẩm 29

2.2.6 Lựa chọn đề án 30

a Phân tích SWOT 31

b Phân tích Pro-Con 32

2.3 Lập kế hoạch phát triển sản phẩm 33

2.3.1 Các dạng kế hoạch 33

a Mô hình dạng cổng - giai đoạn 33

b Mô hình xoắn ốc 35

2.3.2 Lập kế hoạch thiết kế 35

a Xác định các nhiệm vụ 36

b Xác định mục tiêu 36

c Dự kiến các nguồn tài nguyên cần thiết 36

d Sắp xếp trình tự các nhiệm vụ 36

e Ước tính chi phí phát triển sản phẩm 37

2.4 Tổng kết chương 37

Chương 3 Phân tích mục tiêu bài toán thiết kế cơ khí 38

3.1 Xác định khách hàng 40

3.2 Xác định yêu cầu của khách hàng 41

3.3 Xác định mức độ quan trọng tương đối của các yêu cầu 43

3.4 Đánh giá mức độ cạnh tranh 44

3.5 Phát triển các đặc tính kỹ thuật 45

3.6 Xác định mức độ đáp ứng của các đặc tính kỹ thuật 47

3.7 Xác định các mục tiêu kỹ thuật 49

3.7.1 Mức độ quan trọng tương đối của đặc tính kỹ thuật 49

3.7.2 Xác định thông số đặc tính kỹ thuật của sản phẩm cạnh tranh 51

3.7.3 Xác định mục tiêu thiết kế của đặc tính kỹ thuật 52

3.8 Xác định tương tác giữa các đặc tính kỹ thuật 53

3.3 Tổng kết chương 56

Chương 4 Thiết kế khái niệm .57

4.1 Khởi tạo các ý tưởng thiết kế 57

4.1.1 Khái niệm chức năng sản phẩm 58

4.1.2 Phân tích chức năng sản phẩm đã có 59

4.1.3 Kỹ thuật đề xuất ý tưởng thiết kế sản phẩm mới 62

4.1.4 Giới thiệu một số phương pháp khơi tạo ý tưởng 66

4.2 Đánh giá các đề xuất 67

Chương 1. Cơ bản về thiết kế cơ khí

1.1 Khái niệm tiến trình thiết kế

1.1.1 Giới thiệu tiến tình thiết kế

Con người đã thiết kế các chi tiết cơ khí từ cách đây khoảng 5.000 năm và vẫn đang tiếp tục phát triển các thiết kế cơ khí Từ những chi tiết cơ khí đơn giản như chiếc mâm quay bàn gốm thời xa xưa, cho đến những sản phẩm phức tạp hay các hệ thống vận tải hiện đại ngày nay, mỗi sản phẩm dù đơn giản hay phức tạp đều là kết quả của một tiến trình thiết kế lâu dài và khó khăn Dù yêu cầu thiết kế có thể khác nhau, chẳng hạn thiết

kế hộp tốc độ dùng bánh răng hay bộ phận trao đổi nhiệt, vệ tinh hay ta vặn khóa cửa …, nhưng vẫn luôn cần những công cụ nhất định dành cho bài toán thiết kế cơ khí nói chung Các kỹ sư có thể sử dụng các công cụ này trong suốt tiến trình thiết kế nhằm đảm bảo ra được kết quả tốt Vậy tiến trình thiết kế và các công cụ cần áp dụng trong tiến trình thiết

kế là gì? Thêm nữa, nếu như con người đã thực hiện quá trình thiết kế hàng ngàn năm nay, đã có hàng triệu sản phẩm cơ khí đã và đang làm việc tốt, tại sao cần phải nghiên cứu quá trình thiết kế cơ khí nữa?

Nhu cầu về sản phẩm mới, có chất lượng tốt và giá cả cạnh tranh luôn tăng tỷ lệ cùng với sự phát triển của xã hội Hơn nữa, sản phẩm ngày nay ngày càng đa dạng, yêu cầu một số lượng người ở các chuyên môn khác nhau cùng hợp tác thực hiện từ ý tưởng đến tạo ra các sản phẩm thực Để cạnh tranh và tồn tại trên thị trường, các công ty phải thực hiện thật hiệu quả công tác thiết kế và phát triển sản phẩm của mình Vì vậy, học phương pháp thiết kế và thực hành thiết kế là hết sức cần thiết cho một kỹ sư cơ khí tương lai

Mục đích của giáo trình này nhằm mang đến cho người học các công cụ để thực hiện một tiến trình thiết kế có hiệu quả đối với một sản phẩm Trong chương này, các đặc trưng quan trọng nhất của tiến trình thiết kế cùng với trình tự giải quyết sẽ được giới thiệu Các đặc trưng này tập trung chủ yếu vào giải quyết các bài toán thiết kế cơ khí, nhưng cũng có thể áp dụng với tất cả các bài toán thiết kế khác

Sự thành công hay thất bại của một sản phẩm phụ thuộc vào ba yếu tố quan trọng là: Thiết kế, sản xuất và tiêu thụ sản phẩm (xem minh họa trên hình 1.1)

Hình 1.1 Các yếu tố điều khiển được trong quá trình phát triển sản phẩm

Yếu tố thứ nhất: Thiết kế sản phẩm, tập trung chủ yếu vào chức năng của sản

phẩm Chức năng sản phẩm là sự mô tả vấn đề “sản phẩm làm được gì” cho người sử dụng Các yếu tố có liên quan trực tiếp đến chức năng của sản phẩm là mẫu mã sản phẩm, vật liệu và quá trình gia công sản phẩm

- Mẫu mã (Form) của sản phẩm bao gồm: Cấu trúc, hình dạng, màu sắc, cách bố trí và các yếu tố liên quan đến cấu trúc khác

- Vật liệu và quá trình sản xuất

Như minh họa ở hình 1.1, cả bốn yếu tố: Chức năng, mẫu mã, vật liệu và quá trình sản xuất là bốn yếu tố quan trọng mà người thiết kế cần quan tâm

Mẫu mã và chức năng của sản phẩm cũng rất quan trọng đối với vấn đề tiêu thụ sản phẩm bởi vì quyết định mua hay không mua của khách hàng phụ thuộc chủ yếu vào: Sản phẩm làm được gì (chức năng) và trông nó như thế nào (mẫu mã) Như minh họa trên hình 1.1, các yếu tố chức năng và mẫu mã có đường liên kết trực tiếp đến yếu tố thị trường Thị trường là một yếu tố quan trọng của vấn đề tiêu thụ sản phẩm Việc sản xuất sản phẩm phải mang lại lợi nhuận – để đạt được doanh số dự kiến Hãy lưu ý điểm giao nhau giữa hai hình ôvan “Thiết kế” và “Sản xuất” chính là “quá trình gia công” Việc lựa chọn vật liệu và mẫu mã sản phẩm có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình gia công, từ đó có ảnh hưởng quyết định đến giá thành và giá bán sản phẩm

KINH DOANH Thị trường

Dự đoán thị trường

Mẫu mã sản phẩm Thông tin phân

Chức năng

Quá trình gia công

Giá thành/ rủi ro Vật liệu

Hệ thống Sản xuất THIẾT KẾ

Kế hoạch, các nguồn tài nguyên Thiết bị

SẢN XUẤT

Môn học này tập trung chủ yếu vào tiến trình thiết kế cơ khí, nhưng cũng sẽ quan tâm đến các yếu tố thương mại và sản xuất sản phẩm liên quan đến vấn đề thiết kế Nói chung, tiến trình thiết kế có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành, chất lượng và thời gian đưa

ra thị trường của sản phẩm

Tiến trình thiết kế và sản phẩm:

Hiệu quả của tiến trình thiết kế sản phẩm được đánh giá qua ba yếu tố: Giá thành, chất lượng và thời gian đưa ra thị trường Mọi khách hàng đều mong muốn có sản phẩm rẻ hơn (chi phí thấp hơn), tốt hơn (chất lượng cao hơn) và nhanh hơn (tốn thời gian ít hơn)

Hình 1.2 Tỷ lệ trong giá thành sản phẩm

Thống kê số liệu của công ty ô tô Ford cho thấy, chi phí cho hoạt động thiết kế chỉ chiếm khoảng 5% giá thành sản phẩm Chi phí thiết kế của các công ty nói chung là khác nhau, tuy nhiên chi phí cho thiết kế luôn chỉ chiếm một phần nhỏ của giá thành Dù vậy, ảnh hưởng của chất lượng thiết kế đến giá thành sản phẩm lớn hơn nhiều so với mức 5% (hình 1.2)

Một ví dụ khác là công ty Xerox Vào những năm 1960 - 1970, hãng Xerox là hãng chiếm lĩnh phần lớn thị phần máy photocopy Nhưng sau đó, đến 1980, có khoảng 40 nhà sản xuất máy photô trên thị trường và thị phần của hãng Xerox sụt giảm đáng kể Nguyên nhân chính của sự sụt giảm này chính là giá thành sản phẩm của hãng quá cao Thực tế, các hãng khác có thể bán máy photô có tính năng tương đương mà giá lại thấp hơn của Xerox Một nghiên cứu chỉ ra rằng các công ty Nhật có thể sản xuất linh kiện với chi phí chỉ bằng 50% so với Xerox Trong 50% tiết kiệm được thì có tới 25% có được từ việc thiết

kế rất tốt các linh kiện

Dù rằng chi phí thiết kế chỉ chiếm một tỷ trọng rất nhỏ trong giá thành sản phẩm, nhưng các quyết định đưa ra trong quá trình thiết kế có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành sản phẩm

Kết quả của quá trình thiết kế cũng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm Để hiểu rõ chất lượng sản phẩm là gì, có thể tham khảo ví dụ sau Trong một báo cáo điều tra

ý kiến của khách hàng, câu hỏi có dạng “cái gì quyết định chất lượng sản phẩm?” đã được thống kê như trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Các yếu tố quyết định chất lượng sản phẩm

Thực hiện được chức năng cần

1.1.2 Lịch sử của tiến trình thiết kế

Trước đây, một cá nhân có thể đảm nhận vai trò vừa thiết kế, vừa chế tạo hoàn chỉnh một sản phẩm nhất định Thậm chí với cả một đề án lớn như thiết kế một con tàu hay một cây cầu, một cá nhân cần có đủ kiến thức về vật lý, cơ học, vật liệu, và kiến thức chế tạo để quản lý tất cả các mặt của tiến trình thiết kế và triển khai đề án

Hình 1.3 Phương pháp thiết kế “quẳng qua tường”

Đến giữa thế kỷ 20, sản phẩm và quy trình sản xuất rất phức tạp hơn rất nhiều Khi này, tầm hiểu biết và thời gian để tập trung vào tất cả các khía cạnh của sản phẩm vượt

thuật

Thiết kế

kỹ thuậtSản xuất

quá khả năng của một cá nhân Do đó, các nhiệm vụ tiếp thị, thiết kế, sản xuất và quản lý chung được phân chia theo các nhóm khác nhau Tiến trình này dẫn đến một cách thức mới: “thiết kế quẳng qua tường” – “over the wall design process” (hình 1.3)

Kiểu phân chia nhiệm vụ theo nhóm có một số nhược điểm Chẳng hạn, nhóm thiết

kế không thể hiểu hết tất cả những gì khách hàng mong muốn thông qua thông tin nhận được từ nhóm tiếp thị, nhóm thiết kế không thể hiểu được hết quá trình sản xuất như các chuyên gia sản xuất Kết quả là có thể xảy ra tình trạng thiết kế sai do hiểu sai vấn đề, hoặc

là sản phẩm thiết kế nằm ngoài khả năng chế tạo của thiết bị sẵn có

Vào cuối thập niên 70 đầu thập niên 80, khái niệm kỹ thuật đồng thời ra đời khắc

phục được các nhược điểm trên Kỹ thuật đồng thời được hoàn thiện với việc bố trí đại diện của nhóm chế tạo tham gia vào thiết kế Mục đích là phát triển và triển khai quá trình chế tạo một cách đồng thời Hiện nay, thuật ngữ “kỹ thuật đồng thời” (concurrent engineering) được sử dụng phổ biến

Tiếp sau đó (những năm 1990), các khái niệm chế tạo dốc (lean manufacturing) và chế tạo “6 sigma” trở nên phổ biến và bắt đầu ảnh hưởng đến lĩnh vực thiết kế

1.1.3 Vòng đời sản phẩm

Hình 1.4 Vòng đời sản phẩm

Mỗi sản phẩm đều tồn tại theo một thời gian, được gọi là “vòng đời sản phẩm”, như minh họa trên hình 1.4 Trên hình vẽ, mỗi hộp minh họa cho một giai đoạn của vòng đời sản phẩm Các giai đoạn chính của vòng đời sản phẩm bao gồm 4 nhóm sau:

- Nhóm thứ nhất liên quan đến việc phát triển sản phẩm Đây là nhiệm vụ trọng tâm của công tác thiết kế Các công đoạn của giai đoạn này là:

o Xác định nhu cầu khách hàng;

o Lập kế hoạch thiết kế;

o Xác định các đặc tính kỹ thuật quan trọng đáp ứng nhu cầu sử dụng;

o Phát triển ý tưởng thiết kế;

o Phát triển ý tưởng thành thiết kế chi tiết sản phẩm

- Nhóm thứ hai liên quan đến sản xuất và phân phối sản phẩm; bao gồm các công đoạn sau:

o Sản xuất / gia công sản phẩm;

o Tháo bỏ / tháo rời sản phẩm;

o Tái chế hoặc tái sử dụng

1.1.4 Bài toán thiết kế

Trước hết, xét ví dụ về một vấn đề kỹ thuật đặt ra: Xác định kích thước bulông để kẹp chặt hai tâm thép 1045, mỗi tấm dày 4 mm và rộng 6 mm, chịu lực 100N (hình 1.5) Dễ thấy bài toán này chỉ có một lời giải là đường kính bulông được xác định theo điều kiện bền (xem giáo trình Chi tiết máy)

Bây giờ ta xét một vấn đề tương tự: “Xác định mối ghép cần thiết để kẹp chặt hai tấm thép 1045, mỗi tấm dày 4 mm và rộng 6 mm, chịu lực 100 N” Ở bài toán này, có nhiều phương án khả dĩ như: Ghép bằng bu lông, ghép bằng hàn, đinh tán, Để lựa chọn lời giải phù hợp, có thể cần dựa vào các điều kiện khác như: Yêu cầu về mức độ tháo lắp thường xuyên, nhiệt độ môi trường làm việc, độ tin cậy yêu cầu, khả năng đáp ứng của các thiết bị cần thiết

Nhận thấy, bài toán thứ hai không chỉ có một lời giải đúng như với bài toán thứ

nhất Trong thực tế, hầu hết các bài toán thiết kế đều có rất nhiều lời giải đúng Trong hầu hết các tình huống, rất khó để xác định đâu là “lời giải tốt nhất” Tuy nhiên, cần xác định

lời giải hợp lý nhất căn cứ tình hình cụ thể phù hợp với yêu cầu về chất lượng, thời gian

và các nguồn tài nguyên khác

Các bài toán thiết kế cơ khí luôn có đòi hỏi lời giải để có thể đưa ra một sản phẩm thực Tiến trình thiết kế cơ khí có thể bắt đầu với đòi hỏi đôi khi chưa thật rõ ràng (ill-defined need) nhưng phải mang lại một sản phẩm thực Điều này nghe có vẻ như một nghịch lý Nhà thiết kế phải tạo ra một sản phẩm có các chức năng thỏa mãn các yêu cầu đặt ra, dù rằng nhiều khi yêu cầu đặt ra còn chưa thật rõ ràng

1.1.5 Các hoạt động cơ bản để giải quyết vấn đề thiết kế

Bất luận bài toán thiết kế cơ khí đòi hỏi giải quyết vấn đề gì, ta cũng cần thực hiện sáu bước cơ bản sau:

1 Xác định nhu cầu hoặc phát biểu vấn đề cần giải quyết

2 Lập kế hoạch giải quyết vấn đề

3 Làm rõ vấn đề bằng thông qua phân tích các yêu cầu và tìm hiểu các lời giản của các vấn đề tương tự

4 Đề xuất các phương án giải quyết khác nhau

5 Đánh giá các phương án bằng cách so sánh chúng với yêu cầu thiết kế

6 Quyết định các lời giải có thể chấp nhận được được

hệ thống điện tử đã phát triển từ các chức năng và hàm logic rất đơn giản cho tới sự kết hợp của máy tính và các hàm logic phức tạp Các sản phẩm cơ - điện hiện nay bao gồm rất nhiều bộ vi xử lý Ví dụ, máy ảnh, máy photocopy văn phòng, ô tô, và nhiều thứ khác…

Hệ thống gồm các thành phần cơ khí, điện tử và các phần mềm thường được gọi là các thiết bị cơ điện tử Khó khăn cho việc thiết kế các thiết bị này chính là sự tách biệt giữa các thành phần và kiến thức về quá trình thiết kế chồng chéo thuộc ba lĩnh vưc cơ khí, điện

và điện tử, mà mỗi một lĩnh vực đều có những quy tắc thiết kế riêng và khác biệt Tuy nhiên, dù các máy tính, các thiết bị điều khiển, điện tử có hoàn hảo thế nào đi chăng nữa, thì hầu như tất cả các sản phẩm đều đòi hỏi phải thực hiện các chức năng cơ học và phải có phần giao diện với con người Hơn nữa, mọi sản phẩm điều cần được chế tạo bằng gia công cơ khí rồi lắp ráp lại với nhau thành một thiết bị hoàn chỉnh Do vậy, các sản phẩm

có tính năng thông minh thế nào chăng nữa cũng cần được thiết kế ở góc độ cơ khí

Để tìm hiểu các thành phần cơ khí quan trọng trong hệ thống, xét 2 ví dụ như dưới đây

Ví dụ 1 Bàn kẹp Irwin Quick-Grip

Irwin là một trong những nhà sản xuất lớn về thiết bị kẹp cầm tay Điều kỳ diệu của bàn kẹp nhanh cầm tay (hình 1.6) là nó có thể được vận hành chỉ bằng một tay Với một tay người trung bình, vừa cầm vừa tác dụng lực bóp bình thường là có thể tạo ra hơn 250

kg lực kẹp chi tiết Thêm nữa, nó có thể lực kẹp theo hướng ngược về hai phía nếu đảo chiều một má kẹp

Hình 1.6 Bàn kẹp nhanh Irwin

Irwin đã giới thiệu sản phẩm này vào năm 2006 và bán được hàng chục ngàn sản phẩm trong một tháng Chức năng của bàn kẹp này là gì? Bạn có thể đoán xem nó bao gồm các chi tiết cơ khí nào và hoạt động ra sao? Chúng ta sẽ khảo sát chi tiết chức năng của các bộ phận của bàn kẹp này trong chương sau

Ví dụ 2 Xem xét chiếc xe tự hành NASA Mars Exploration Rover (MER) được phát triển

bởi Cal Tech's Jet Propulsion Laboratory (JPL) Trái ngược hoàn toàn với sản phẩm cơ khí thuần túy với lượng sản phẩm được bán ra cao như Quick-Grip, chỉ có 02 MER (có tên là

Spirit và Opportuninity) được sản xuất Tuy nhiên, người ta đánh giá rất cao các đặc tính

cơ điện tử của nó

Hình 1.7 Mô hình MER (nguồn: wikipedia)

Hai thiết bị MERs phóng lên sao Hỏa vào ngày 10/06 và 07/07 năm 2003 để tìm kiếm câu trả lời về sự tồn tại của nước trên sao Hỏa Chúng đáp xuống sao Hỏa vào ngày 03/01 và 24/01 năm 2004 Chúng được thiết kế hoạt động trong 90 Sol (ngày Sao hỏa, dài hơn ngày trái đất khoảng 40 phút) Thực tế, chúng đã hoạt động cho đến năm 2008, kéo dài hơn 1300 Sol (khoảng 3 năm rưỡi) so với tuổi đời được thiết kế Đặc biệt, xe tự hành

có tên Opportunity đã tự đi được hơn 11 km trong 5 năm hoạt động của nó

Mỗi Rover là một rôbốt sáu bánh, hoạt động nhờ năng lượng mặt trời Rôbốt này cao 1,5m; rộng 2,3m và dài 1,6m Trên mặt đất, chúng nặng 180kg (400lb), trong đó khối lượng hệ thống bánh xe và cơ cấu treo là 35 kg Lưu ý rằng lực trọng trường trên sao Hỏa chỉ bằng 38% so với trên trái Đất Do vậy, rôbốt chỉ nặng 68,4 kg trên sao Hỏa

Thông thường, trong quá trình thiết kế, trước tiên ta cần quan tâm đến chức năng chính của hệ thống cần thiết kế và sau đó, tiến hành phân tích các chức năng con Sau khi chức năng được phân tích ra thành các chức năng riêng biệt nhất có thể được, tiến hành đề xuất/ lựa chọn cách thức lắp ráp và các bộ phận chi tiết phân tích để đạt được các chức năng nhỏ này

Chẳng hạn, hệ thống đẩy của MER cần bao gồm hai hệ thống con là động cơ và bộ truyền dẫn Bánh xe là một chi tiết trong hệ thống đó Các hệ thống, hệ thống con hay các

chi tiết đều có các thuộc tính xác định tính chất quan trọng của chúng, chẳng hạn như: kích thước, đặc tính vật liệu, các chức năng con Với hệ thống đẩy của MER, một thuộc tính quan trọng là cần đảm bảo di chuyển được toàn bộ xe với tốc độ 5 cm/s Còn thuộc tính của hệ thống truyền dẫn cơ khí là tỷ số truyền bằng 1500:1 Thuộc tính của bánh xe MER bao gồm đường kính, dạng lốp xe và tính linh hoạt của nó…

Lưu ý rằng có nhiều hệ thống có các hệ thống con gồm cả hai thành phần điện và cơ khí Hệ thống điện thường cung cấp năng lượng, cảm biến có chức năng điều khiển Chức năng của hệ thống điện được thực hiện bởi các mạch điện, có thể được chia ra thành các thành phần điện như: các công tắc hay bộ phận chuyển mạch, các bóng bán dẫn và IC Số lượng các linh kiện điện tử cũng xấp xỉ với số lượng các phần tử cơ khí

1.2.2 Các đặc trưng của sản phẩm

Khi xem xét một sản phẩm cơ khí, ta thường tự đặt ra và trả lời các câu hỏi như: Chức năng của sản phẩm là gì (để làm gì)? Sản phẩm làm việc theo cách thức như thế nào? Liệu sản phẩm có vận hành như mong muốn không? Để giải đáp ba câu hỏi này, cần hiểu

rõ ba đặc trưng quan trọng là chức năng (Function), ứng xử (Behavior) và hiệu quả vận hành (Performance) của sản phẩm

Trong kỹ thuật cơ khí, thuật ngữ chức năng thường được sử dụng để mô tả những gì

mà một thiết bị có thể làm được Các thiết bị cơ khí thường được phân loại, thậm chí gọi

tên theo chức năng của chúng Trong thực tế, một số thiết bị chỉ có một chức năng chính

và chúng được đặt tên theo chức năng chính đó Chẳng hạn, tên gọi “chìa vặn” được đặt cho thiết bị có chức năng “vặn” các đối tượng khác

Ứng xử của một sản phẩm là sự đáp ứng của hệ thống khi được điều khiển hoặc cung

cấp năng lượng Ứng xử có thê được mô phỏng hoặc đo đạc Trái lại, chức năng chỉ có thể được mô tả như một kết quả của hoạt động của sản phẩm như mong muốn

Hai thuật ngữ “chức năng” và “ứng xử” nhiều khi bị sử dụng lẫn lộn với nhau, mặc

dù chúng thực sự khác nhau Hình 1.8 minh họa sự khác biệt này Khi ta thiết kế sản phẩm (hình a), các yêu cầu đầu vào là biết trước, nhưng sản phẩm thực hiện được yêu cầu đó là

chưa có (đang được thiết kế); do vậy chức năng của sản phẩm đóng vai trò như một kết

quả (đầu ra) mong muốn của người thiết kế Còn với sản phẩm đã thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh, ta mới đánh giá được ứng xử của nó (hình b) Khi này, hiệu quả vận hành chính là một kết quả đầu ra thực sự

Hình 1.8 Chức năng và ứng xử Hiệu quả vận hành của một sản phẩm là một sự đánh giá tổng hợp của cả chức năng

và ứng xử của hệ thống Nói các khác, kết quả vận hành đánh giá sản phẩm hoạt động tốt đến mức nào so với mong muốn khi thiết kế Thuật ngữ “tốt” hay “có chất lượng” thường

được dùng để mô tả hiệu quả vận hành Chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về các thuật ngữ này trong các phần tiếp theo

1.2.3 Ngôn ngữ thiết kế cơ khí

Có thể dùng nhiều ngôn ngữ khác nhau để mô tả một đối tượng cơ khí Chẳng hạn,

ta có thể dùng thuật ngữ “bulông” và các thuật ngữ bổ sung khác (chẳng hạn, đường kính, bước ren, chiều dài, ) ngôn ngữ khác để mô tả một chi tiết dùng để kẹp chặt Cũng có thể

sử dụng một bản vẽ kỹ thuật để mô tả chi tiết đó Ngoài ra cũng có thể sử dụng các công thức biểu diễn lực và ứng suất sinh ra trong bulông Thêm nữa, có thể dùng chính chi tiết

đó khi trình diễn

Nói chung, có bốn dạng “ngôn ngữ” biểu diễn có thể sử dụng để mô tả một thiết bị

cơ khí:

- Văn viết/ nói: là sự trình bày bằng lời nói hay bằng văn bản của đối tượng Ví

dụ: “Bulông” (một từ), “Ứng suất cắt trên bulông chính là giá trị lực cắt chia diện tích chịu cắt” (một câu)

- Bản vẽ: Các bản vẽ 2D, 3D, hình chiếu trục đo, mô hình khối rắn

- Phép phân tích (Analytical): Các phương trình, quy tắc hay quá trình đại diện

cho hình thức hay chức năng của đối tượng, ví dụ: τ = F/A

- Mô hình vật lý: Các mô hình mẫu hoặc chính bản thân đối tượng

Trong hầu hết các bài toán thiết kế cơ khí, yêu cầu ban đầu thường được phát biểu dưới dạng ngôn ngữ (viết hoặc nói) Lưu ý rằng kết quả của quá trình thiết kế cơ khí là một

đối tượng thực Do vậy, mức độ trừu tượng cần được cụ thể hóa theo tiến trình thiết kế Nói cách khác, ta cần chuyển đổi các dạng ngôn ngữ khác nhau về dạng ngôn ngữ kỹ thuật

để mô tả sản phẩm

Bảng 1.1 minh họa các dạng ngôn ngữ và mức độ trừu tượng của chúng Bảng 1.2 cho ví dụ về cách mô tả một bu lông bằng các ngôn ngữ khác nhau và cấp độ trừu tượng tương ứng

Bảng 1.1 Cấp độ trừu tượng của các ngôn ngữ dùng trong thiết kế cơ khí

Văn nói/ viết

Các từ ngữ định tính (VD: dài/ngắn, nhanh/chậm, sáng/ tối …

Mô tả chi tiết, tham khảo đến các đối tượng thành phần

Sử dụng thêm các giá trị (Ví dụ: dài 12 mm; chuyển động

2 m/s …) Bản vẽ Vẽ phác mô tả ý tưởng Vẽ có tỷ lệ Mô hình khối rắn, có kích

thước, dung sai Phép phân

tích Quan hệ định tính

Tính nháp áng chừng to-the-envelope calculation)

(Back-Các phép tính toán cụ thể, chính xác

Bảng 1.2 Cấp độ trừu tượng của các ngôn ngữ khi mô tả một bu lông

1.2.3 Các dạng bài toán thiết kế cơ khí

Theo truyền thống, thường phân loại các vấn đề cơ khí theo các lĩnh vực như: chất lỏng, nhiệt động lực học, cơ học v.v… Trong việc phân loại các vấn đề thiết kế cơ khí, cách tiếp cận theo định hướng này là không phù hợp Xét một ví dụ đơn giản nhất là bài toán thiết kế lựa chọn (Selection design) Thiết kế lựa chọn có nghĩa là ta cần quyết định chọn một hay vài chi tiết từ một danh sách nhằm đảm bảo chi tiết được lựa chọn sẽ đáp ứng được các yêu cầu đã đặt ra Dễ thấy dù là lựa chọn một ổ lăn trong bảng tra của hãng sản xuất, hay lựa chọn một thấu kính cho một thiết bị quang học, lựa chọn cánh quạt hoặc

bộ trao đổi nhiệt thích hợp cho một thiết bị làm mát,… thì quá trình giải quyết các vấn đề này cơ bản là giống nhau mặc dù các quy tắc rất khác nhau Mục tiêu của phần này là để

mô tả các loại khác nhau của các vấn đề thiết kế một cách độc lập, không lệ thuộc đó là vấn đề thuộc lĩnh vực nào

a Thiết kế lựa chọn

Thiết kế lựa chọn liên quan đến việc lựa chọn một hoặc nhiều chi tiết từ một danh mục các thiết bị tương tự nhau Nghe thì có vẻ đơn giản nhưng nếu danh mục đó chứa nhiều chi tiết có các tính năng khác nhau nhưng đều đáp ứng yêu cầu đặt ra, có thể sẽ dẫn đến việc ra quyết định sẽ khó khăn lên nhiều Chẳng hạn, khi chọn một ổ lăn, rất có thể có nhiều ổ lăn cùng đáp ứng yêu cầu về khả năng chịu lực, độ bền, kích thước trục Ta cần sử dụng thêm các điều kiện khác như giá thành, tính sẵn có, điều kiện che kín- bôi trơn … mới có thể ra được một quyết định phù hợp

b Thiết kế cấu trúc (Configuration Design)

Ở các bài toán thiết kế cấu trúc, tất cả các bộ phận, chi tiết đã được thiết kế hoàn chỉnh nhằm đạt được chức năng vận hành; bài toán đặt ra là làm thế nào để xác định liên kết và thiết kế cách thức lắp ráp chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh Về cơ bản, kiểu thiết

kế này tương tự như chơi với một bộ đồ chơi xây dựng, hoặc sắp xếp đồ nội thất trong phòng khách

Thiết kế cấu trúc trả lời cho câu hỏi: Làm thế nào ta có thể lắp ráp tất cả các chi tiết,

bộ phận của thiết bị đảm bảo được các yêu cầu đề ra? Một phương pháp để giải quyết vấn

đề này là

lựa chọn ngẫu nhiên một chi tiết từ danh sách và đặt nó vào vị trí mà tại đó, tất cả các ràng buộc cho nó đều được đáp ứng Có thể bắt đầu với chi tiết đặt ở giữa, sau đó lựa chọn và đặt bộ phận thứ hai, quá trình này cứ tiếp tục cho đến khi xuất hiện mâu thuẫn giữa một hoặc tất cả các bộ phận trong hệ thống Nếu xuất hiện mâu thuẫn chúng ta sẽ quay trở lại

và thử lại Đối với nhiều bài toán thiết kế cấu hình, các chi tiết cần lắp ráp với nhau đôi khi

có thể có nhiều lựa chọn về kích thước, hình dáng, chức năng Điều này dẫn đến phương

án bố trí kết cấu và và thiết kế lắp ráp trở nên phức tạp hơn Các phương pháp thiết kế đáp ứng yêu cầu lắp ráp sẽ được thảo luận trong chương sau

c Thiết kế tham số (Parametric Design)

Việc thiết kế tham số liên quan đến việc tìm kiếm giá trị cho các tính năng đặc trưng của đối tượng đang được nghiên cứu Điều này có vẻ dễ dàng, chỉ cần tìm một số giá trị đáp ứng các yêu cầu Tuy nhiên, hãy xem xét một ví dụ đơn giản Chúng ta sẽ thiết kế một

bể chứa hình trụ có thể tích là 4m3 Bể chứa này được mô tả bởi các thông số bán kính r và chiều dài l; khi đó thể tích của bình chứa được xác định theo công thức sau:

V = π.r2.l

Với yêu cầu đặt ra là thể tích V= 4m3, từ đó suy ra r2.l= 1,273

Dễ thấy rằng sẽ có một số lượng vô hạn các giá trị bán kính và chiều dài thỏa mãn phương trình này Vậy lựa chọn các tham số r và l như thế nào? Câu trả lời sẽ không thể rõ ràng nếu chỉ đơn thuần sử dụng các thông tin yêu cầu đã đưa ra Vấn đề này sẽ được giải quyết cụ thể trong các chương sau

Chúng ta hãy tìm hiểu khái niệm rộng hơn nữa Thay vì một phương trình đơn giản,

có thể tập hợp nhiều phương trình và các yêu cầu để chi phối việc thiết kế Hãy xét trường hợp một nhà máy sản xuất phải thiết kế bộ cấp giấy cho máy photocopy mới Bộ cấp giấy

là một tập hợp các con lăn, bánh lái và vách ngăn di chuyển một mảnh giấy từ vị trí này đến vị trí khác trong máy photocopy Có rất nhiều tham số như số lượng con lăn, vị trí, hình dạng các vách ngăn, và các đặc điểm cụ thể về kích thước và trọng lượng của một tờ giấy, chưa kể đến thông số về điểm bắt đầu và điểm kết thúc của tờ giấy, các chướng ngại vật hay các thành phần khác ở trong máy phải được làm sạch cũng cần được quan tâm Để

có thể thiết kế, cần phát triển một tập hợp các phương trình và các quy tắc nhằm xác định được giá trị cho các thông số trong sản phẩm mới

d Thiết kế nguyên thủy (Original Design)

Thiết kế nguyên thủy là thiết kế nhằm tạo ra một quá trình, một cách thức lắp ráp hoặc một bộ phận hay thiết bị trước đây chưa từng tồn tại Thiết kế nguyên thủy đòi hỏi tính sáng tạo rất cao của các nhà thiết kế Dù rằng thiết kế nguyên thủy ít gặp trong thực tế, nhưng ngay cả trong các bài toán thiết kế lựa chọn, thiết kế lắp ráp hay thiết kế lại, vẫn chứa đựng một phần nhỏ thiết kế nguyên thủy – thiết kế mới

e Thiết kế lại (Redesign)

Hầu hết các vấn đề thiết kế được giải quyết trong ngành công nghiệp là cho thiết kế lại một sản phẩm hiện có Giả sử một công ty đã sản xuất loại xi lanh thủy lực 0,25 m Nếu khách hàng cần một xi-lanh dài 0,3 m, nhà sản xuất có thể thiết kế sản phẩm mới bằng cách kéo dài xy lanh thêm 0,05 m, đồng thời thay đổi chiều dày piston để đáp ứng yêu cầu của khách hàng Những thay đổi này có thể yêu cầu thay đổi tham số duy nhất là chiều dài của xy lanh và piston, nhưng cũng có thể cần thay đổi các thông số khác Chẳng hạn, nếu phôi piston hay phôi xy lanh không không có sẵn độ dài cần thiết mới, hoặc xylanh nạp quá chậm so với chiều dài pittong kéo thêm, công tác thiết kế sẽ cần thực hiện nhiều thay đổi hơn Đây là một ví dụ về thiết kế lại, sửa đổi, bổ sung một sản phẩm hiện có để đáp ứng yêu cầu mới

Các bài toán thiết kế lại là các bài toán có tính chất truyền thống Các phương pháp, thậm chí cách xác định, điều chỉnh các thông số thiết kế thường được tập hợp trong các sổ tay dưới dạng một loạt các công thức hoặc các quy định, lời khuyên

Xy lanh thủy lực có thể được coi như một ví dụ về một sản phẩm được thiết kế hoàn hảo – mature design – sản phẩm được sản xuất giữ nguyên hình dáng, kết cấu trong rất nhiều năm Có rất nhiều ví dụ về các sản phẩm được thiết kế hoàn hảo trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta như dụng cụ vót bút chì, máy đục lỗ, bàn dập ghim… Đối với các sản phẩm này, kiến thức về thiết kế gần như đã đạt đến mức hoàn thiện và ít khi được thiết

kế lại

Tuy nhiên, có những dạng thiết kế có thể coi là hoàn thiện nhưng vẫn được cải tiến, sửa đổi Chẳng hạn thiết kế xe đạp là một ví dụ Cấu hình cơ bản của xe đạp là hai đĩa xích , hai bánh xe có đường kính bằng nhau, khung xe đạp, bộ dây xích Xe đạp đã được thiết kế lại ở cuối thế kỷ 19 Vào năm 1890, hầu hết các xe đạp có hình dáng như chiếc xe của Humber và khá giống những xe đạp thông thường ngày nay

Hình 1.9 Xe đạp của Otto (1870)

Tuy vậy, vào thời điểm đó có nhiều mẫu xe được thiết kế lại với thay đổi khá nhiều Chiếc xe của Otto (Otto dycicle - hình 1.9) có hai bánh xe và bộ dây xích Dễ thấy việc điều khiển chiếc xe này quả là một thách thức

Hình 1.10 Xe đạp leo núi Marine Mount Vision

Đến những năm 1980 các kiểu thiết kế xe đạp truyền thống lại thay đổi một lần nữa, chẳng hạn xe đạp leo núi (hình 1.10), khung xe đạp không còn bao gồm chỉ các hình tam giác (Diamond shape) hay hình thang nữa Tại sao việc thiết kế xe đạp lại phát triển một lần nữa? Trước tiên, khách hàng luôn luôn tìm kiếm sự cải tiến Chiếc xe thể hiện trong hình 1.10 có thể đi ở các địa hình đồi núi tốt hơn chiếc xe trong hình 1.10 Thứ hai, có sự cải tiến về sự thoải mái, gọn nhẹ, đặc biệt ở hệ thống treo của chiếc xe Thứ ba, khách hàng luôn tìm kiếm thứ gì đó mới và thú vị ngay cả khi sự cải tiến là không nhiều Thứ tư, các bộ phận và việc láp ráp chiếc xe đều được cải tiến

Một điểm nữa là ngay cả khi chiếc xe đạp đã được cải tiến để đáp ứng nhu cầu mới,

để thu hút khách hàng hay tận dụng lợi thế của vật liệu mới, một phần thiết kế của chiếc xe đạp mới nhất của hãng Marin Mount Vision làm là việc lệ thường nhưng vẫn giữ một phần bản gốc Ngoài ra, có nhiều vấn đề nhỏ như vấn đề tham số, vấn đề lựa chọn, vấn đề cấu hình….Vì vậy việc thiết kế lại một sản phẩm, thậm chí là một sản phẩm hoàn chỉnh có thể yêu cầu một loạt các hoạt động thiết kế

Lưu ý: Hầu hết các bài toán thiết kế là thiết kế lại, bởi vì lời giải của chúng đều dựa

trên các giải pháp, nguyên lý tương tự đã có Tuy vậy, hầu hết các thiết kế cũng là các thiết

kế nguyên thủy, bởi chúng luôn chứa đựng những thành phần, cấu trúc mới Chính những thành phần, cấu trúc mới này đã chứng minh rằng kết cấu cũ là không phù hợp

f Thiết kế biến thể (Variant Design)

Đôi khi các công ty sẽ sản xuất một số lớn các biến thể của sản phẩm được sản xuất Một biến thể là một sản phẩm tùy chỉnh được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng Ví dụ, khi bạn đặt một máy tính mới từ các công ty như Dell, bạn có thể chỉ định một card đồ họa, hai pin cấu hình, ba tùy chọn giao tiếp và hai cấp độ của bộ nhớ Bất kỳ tổ hợp nào trong số này là một phiên bản đặc biệt được điều chỉnh theo nhu cầu của bạn Ngoài ra, hãng xe Volvo ước tính rằng 50.000 bộ phận của hãng trong kho hàng tồn kho năm sẽ cung cấp cho hơn 5000 biến thể khác nhau được lắp ráp để đáp ứng yêu cầu của khách hàng

g Thiết kế khái niệm và thiết kế sản phẩm (Conceptual Design and Product Design)

Hai thuật ngữ khác nhau sẽ được sử dụng trong suốt giáo trình là thiết kế khái niệm (Conceptual Design) và thiết kế sản phẩm (Product Design) Đây là những thuật ngữ bao

trùm cho hai phần của quá trình phát triển sản phẩm Trước tiên, chức năng và cấu trúc sản phẩm được phát triển dưới dạng khái niệm – giai đoạn thiết kế khái niệm Sau đó chúng được tinh chỉnh, hoàn thiện để trở thành một sản phẩm thực (Thiết kế sản phẩm) Các hoạt động phát triển khái niệm và các giai đoạn phát triển sản phẩm có thể sử dụng cách thiết kế tham số, thiết kế lựa chọn, thiết kế lại hay thiết kế nguyên gốc khi cần thiết

1.2.4 Các ràng buộc, mục tiêu và nguồn tài nguyên thiết kế

Quá trình thiết kế sản phẩm từ lúc thiết kế ban đầu cho đến khi ra sản phẩm cuối

cùng thường trải qua nhiều giai đoạn Mỗi giai đoạn được đánh dấu bởi những quyết định thiết kế Mỗi quyết định thiết kế sẽ thay đổi trạng thái thiết kế Các trạng thái của một sản

phẩm là một bản chụp về tất cả các thông tin được biết về nó ở bất kỳ thời điểm nào trong suốt quá trình thiết kế Ban đầu các trạng thái thiết kế chỉ là các báo cáo về các vấn đề Trong quá trình này, trạng thái thiết kế là một tập hợp các kiến thức, bản vẽ, mô hình, phân tích và ghi chú từ lúc ban đầu cho đến khi được tạo ra

Có hai quan điểm khác nhau trong việc nhìn nhận quá trình thiết kế tiến triển như thế nào từ trạng thái thiết kế đến trạng thái thiết kế tiếp theo? Thứ nhất là sản phẩm được phát triển bởi sự so sánh liên tục giữa trạng thái và mục tiêu thiết kế, đó là các yêu cầu cho sản phẩm được đưa ra Quan điểm này ngụ ý rằng tất cả các yêu cầu được đặt ra từ lúc đầu của vấn đề thiết kế và sự khác biệt giữa chúng với các trạng thái thiết kế có thể dễ dàng nhìn thấy Sự khác nhau này chính là sự kiểm soát quá trình Quan điểm này là cơ sở cho các phương pháp sẽ được thảo luận trong chương 6

Một quan điểm khác của quá trình thiết kế là khi một vấn đề mới bắt đầu, các yêu cầu thiết kế mới sẽ hạn chế các giải pháp khả thi của tất cả các thiết kế sản phẩm lúc trước Quá trình này tiếp tục các yêu cầu khác được thêm vào để giảm bớt các giải pháp thiết kế, quá trình này liên tục cho đến khi chỉ còn một giải pháp thiết kế cuối cùng Nói một cách khác, thiết kế là sự phát triển kế tiếp và áp dụng các hạn chế hay ràng buộc cho đến khi chỉ

có một sản phẩm duy nhất

Ngoài các yêu cầu trong vấn đề gốc, những ràng buộc được thêm vào trong quá trình thiết kế bắt đầu từ hai nguồn Đầu tiên là từ kiến thức của các nhà thiết kế đặc biệt là trong lĩnh vực cơ khí Nếu một nhà thiết kế nói “Tôi biết siết chặt các tấm kim loại với nhau bằng bulông” thì giải pháp cho phần này chỉ là nối bằng bulông Nếu các nhà thiết kế có kiến thức khác nhau, các giải pháp khác nhau được giới thiệu vào quá trình thiết kế làm cho mỗi giải pháp thiết kế có một vấn đề nhất định Loại ràng buộc thứ hai bổ sung vào quá trình thiết kế là kết quả của quyết định thiết kế Nếu một nhà thiết kế nói “ tôi sẽ sử dụng bulông có đường kính 1cm để xiết chặt hai tấm kim loại với nhau”, giải pháp là hạn chế đường kính bulông đến 1cm, một hạn chế mà có thể ảnh hưởng đến nhiều quyết định khác như dụng cụ để siết bulông, độ dày của vật liệu được sử dụng….Trong quá trình thiết

kế, một phần lớn các ràng buộc dựa trên các quyết định thiết kế Như vậy khả năng thực hiện đầy đủ các thông tin quyết định trong suốt quá trình thiết kế của các nhà thiết kế là điều cần thiết Kỹ thuật ra quyết định sẽ được thảo luận trong chương sau

1.2.5 Tháo rời sản phẩm

Tháo rời sản phẩm đã có giúp cho nhà thiết kế tìm hiểu cấu trúc của sản phẩm và qua

đó, cung cấp kiến thức cơ sở cho công tác thiết kế Điều này có ích cho cả thiết kế lại, thiết

kế nguyên thủy và các dạng thiết kế khác Tháo rời sản phẩm giúp hiểu rõ cấu trúc các bộ phận, chi tiết, cách thức lắp ráp và chức năng của các chi tiết thành phần

Giai đoạn đầu tiên khi tháo rời sản phẩm là nhằm tìm hiểu cấu tạo, vật liệu và phương pháp chế tạo của các chi tiết Bảng 1.3 trình bày ví dụ tháo rời để tìm hiểu cấu trúc sản phẩm bàn kẹp nhanh Irwin Việc phân tích chức năng của các chi tiết sẽ được tiến hành sau đó, và được trình bày trong chương tiếp theo

Bảng 1.3 Bảng kê sản phẩm được tháo rời

Tháo rời sản phẩm để tìm hiểu kết cấu

Môn học: Phương pháp và tiến trình thiết kế Ngày tháng năm:

Tên sản phẩm: Bàn kẹp nhanh Irwin

Mô tả chức năng và cách hoạt động: Bàn kẹp dùng để kẹp nhanh

chi tiết bằng tay Xiết lẫy kẹp nhiều lần sẽ đẩy hai má kẹp tiến lại

gần nhau và tăng lực kẹp lên chi tiết được kẹp Xiết lẫy nhả sẽ giải

phóng lực kẹp Đảo chiều má kẹp và xoay vít trạng thái sẽ làm đổi

1.2.6 Tóm tắt nội dung thiết kế cơ khí

- Một sản phẩm có thể được phân tách thành các bộ phận theo chức năng Các bộ phận được lắp ráp từ các chi tiết, bao gồm các chi tiết cơ khí, mạch điện tử,

- Ba yếu tố quan trọng của một sản phẩm bao gồm: Chức năng, ứng xử và hiệu quả vận hành;

- Chức năng và ứng xử của một thiết bị cho biết thiết bị thực hiện công việc gì, kết cấu của sản phẩm cho biết sản phẩm làm việc như thế nào;

- Thiết kế cơ khí là công việc nhằm chuyển đổi các mô tả về chức năng thành các mô

tả chi tiết về hình dạng kết cấu chi tiết của sản phẩm;

- Một chi tiết có thể thực hiện nhiều chức năng; Một chức năng có thể yêu cầu nhiều chi tiết cùng thực hiện;

- Có nhiều dạng bài toán thiết kế khác nhau: Thiết kế lựa chọn, thiết kế cấu trúc, thiết kế tham số, thiết kế nguyên thủy, thiết kế lại và thiết kế hoàn thiện;

- Có bốn dạng ngôn ngữ dùng để mô tả chi tiết cơ khí: Văn nói/viết, các bản vẽ, phép phân tích và mô hình vật lý;

- Thiết kế cơ khí là một tiến trình liên tục, bao gồm nhiều giai đoạn được đánh dấu bằng các quyết định Các quyết định trong thiết kế có vai trò chuyển từ trạng thái này sang trạng thái kế tiếp Các quyết định thiết kế được thực hiện dựa trên cơ sở

so sánh giữa các lựa chọn khả dĩ với các yêu cầu thiết kế;

- Quá trình thiết kế cơ khí là một tiến trình chuyển từ mô tả trừu tượng thành mô tả

cụ thể và chi tiết sản phẩm cần thiết kế;

- Tháo rời sản phẩm là một cách thức hiệu quả để tìm hiểu về và tham khảo cấu trúc của các sản phẩm tương tự đã có

Để hỗ trợ cho bộ nhớ, người thiết kế sử dụng môi trường bên ngoài như một bộ nhớ mở rộng Điều này được thực hiện bằng cách ghi chép, phác thảo ý tưởng,

Có ba yêu cầu cơ bản đối với một kỹ sư thiết kế như sau:

- Nền tảng kiến thức khoa học: Khoa học tự nhiên, khoa học xã hội, nhân văn, Các kiến thức này giúp người thiết kế hiểu biết các hiện tượng tự nhiên và môi trường, hoàn cảnh xung quanh mình để tìm lời giải cho bài toán thiết kế đáp ứng các yêu cầu về khoa học, môi trường và xã hội

- Hiểu biết quá trình sản xuất và công nghệ Kết quả của quá trình thiết kế cơ khí phải là sản phẩm thực Do vậy, các thiết kế bắt buộc phải tạo ra các sản phẩm có khả năng chế tạo được Chính vì thế, người thiết kế phải nắm vững quá trình sản xuất và công nghệ hiện tại để có thể tạo ra các thiết kế phù hợp với khả năng công nghệ hiện thời

- Nghệ thuật, kiến trúc Sản phẩm mới cần có các đặc tính về kết cấu, hình dạng, màu sắc, kích cỡ phù hợp hơn với nhu cầu và thị hiếu của khách hàng Người thiết

kế cần có tư duy nghệ thuật và có khả năng sáng tạo mới có thể thiết kế ra các sản phẩm tốt

1.3.2 Nhóm thiết kế

Các bài toán thiết kế hiện đại luôn đòi hỏi được giải quyết bởi nhóm thiết kế (design team) Nhóm thiết kế là một tập hợp một số cán bộ thiết kế có khả năng hỗ trợ nhau thực hiện nhiệm vụ thiết kế chung Một nhóm thiết kế không chỉ là một tập hợp các

cá nhân thiết kế Thậm chí, một tập hợp các cán bộ thiết kế trong đó các cá nhân có thể chia sẻ thông tin, có thể giúp đỡ nhau thực hiện công việc của mỗi người trong lĩnh vực cá nhân thì cũng không phải là một nhóm thiết kế

Một nhóm thiết kế thực sự đòi hỏi nhiều hơn so với một tập hợp các cá nhân Các đặc điểm quan trọng của một nhóm thiết kế là:

1 Toàn bộ các cá nhân cần giải quyết các nhiệm vụ của mình một cách đồng thời, nhằm hướng đến mục tiêu chung của cả nhóm

2 Nhóm thiết kế phải đưa ra quyết định của cả nhóm, thay vì dồn trách nhiệm cho người phụ trách nhóm Nói cách khác, các thành viên cần học cách thỏa hiệp để đạt được sự đồng thuận trong quyết định

3 Các thành viên trong nhóm phải có khả năng giao tiếp tốt, đảm bảo mọi người trong nhóm hiểu và đánh giá ý tưởng thiết kế như nhau

4 Các quyết định cần nhắm đến mục tiêu chung thay vì ý kiến của các cá nhân Điều này làm cho các quyết định trở nên bền vững hơn

Để nhóm thiết kế làm việc có hiệu quả, cần đảm bảo các điều kiện sau:

- Mục tiêu phải rõ ràng

- Kế hoạch hành động cụ thể

- Phân công trách nhiệm cho mỗi cá nhân

- Có các thức trao đổi thông tin chặt chẽ

- Xác định lợi ích hành vi nhóm

- Chuẩn hóa quá trình ra quyết định

- Phân công nhiệm vụ công bằng, phù hợp

- Thiết lập các nguyên tắc cơ bản

- Nhận thức rõ ràng cách thức làm việc nhóm

- Sử dụng phương pháp tiếp cận theo bước

Cấu trúc cơ bản của một nhóm thiết kế bao gồm cách thành viên thuộc các lĩnh vực sau đây:

- Chuyên gia vật liệu

- Chuyên gia kiểm soát đảm bảo chất lượng

Chương 2 Tiến trình và kế hoạch thiết kế  

Tiến trình thiết kế nói chung bao gồm sáu giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1 Đánh giá hiện trạng sản phẩm

Giai đoạn 2 Lập kế hoạch phát triển sản phẩm

Giai đoạn 3 Xác định sản phẩm cần thiết kế

Giai đoạn 4 Thiết kế khái niệm

Giai đoạn 5 Phát triển sản phẩm

Giai đoạn 6 Hỗ trợ sản phẩm

Nội dung tóm tắt của từng giai đoạn sẽ được trình bày trong phần 2.1 Nội dung chi tiết của giai đoạn 1 - “Đánh giá hiện trạng sản phẩm” - sẽ được trình bày trong phần 2.2 Phần 2.3 sẽ phân tích giai đoạn 2 - “Lập kế hoạch và phát triển sản phẩm” Cuối cùng là phần tóm tắt chương

2.1 Các giai đoạn của tiến trình thiết kế

2.1.1 Giai đoạn đánh giá hiện trạng sản phẩm

Trước khi tiến hành thiết kế mới hoặc thiết kế lại một sản phẩm, ta cần xác định tính cấp thiết của công tác thiết kế Nội dung cơ bản của giai đoạn này là phát triển một danh sách các đề xuất khả dĩ và lựa chọn phương án thiết kế cho giai đoạn tiếp sau Các phương án thiết kế được đề xuất nhằm đáp ứng yêu cầu thiết kế sản phẩm mới hoặc cải tiến sản phẩm đang có, thỏa mãn được các đòi hỏi từ thị trường, tiến bộ khoa học kỹ thuật

và từ bản thân quá trình sản xuất sản phẩm

2.1.2 Giai đoạn lập kế hoạch phát triển sản phẩm

Trong giai đoạn này, các nguồn lực phục vụ cho việc phát triển sản phẩm bao gồm: Tài chính, nhân lực, công cụ, cần được xác định và đưa vào kế hoạch phát triển sản phẩm

2.1.3 Giai đoạn xác định sản phẩm cần phát triển

Mục đích của giai đoạn này là phân tích vấn đề và xác định cơ sở cho đề án thiết kế Trong hầu hết các bài toán thiết kế, vấn đề thiết kế thường được đặt ra chưa thật rõ ràng

Vì vậy, cần tiến hành xác định cụ thể nhu cầu của khách hàng, đánh giá tính cạch tranh của sản phẩm, xác định các đặc trưng kỹ thuật cần thiết của sản phẩm, các yêu cầu về khả năng vận hành của sản phẩm cần thiết kế Các thông tin này cho phép mô tả cụ thể các yêu cầu, đặc tính cần thiết của sản phẩm mới

2.1.4 Giai đoạn thiết kế khái niệm

Ở giai đoạn này, các kết quả thu được từ việc xác định sản phẩm cần phát triền được sử dụng để đề xuất và đánh giá, lựa chọn các ý tưởng thiết kế sản phẩm Các yêu cầu khách

hàng được chuyển đổi thành các mô hình chức năng của sản phẩm cần thiết kế Những hiểu biết thu được thông qua cách tiếp cận chức năng có ý nghĩa rất quan trọng để phát triển các ý tưởng thiết kế nhằm tạo ra một sản phẩm có chất lượng

Một công việc quan trọng trong quá trình thiết kế khai niệm là đánh giá ý tưởng thiết

kế Mục đích là so sánh những ý tưởng được đề xuất với các yêu cầu đặt ra với sản phẩm,

từ đó đi đến các quyết định Kỹ thuật phát triển, đánh giá ý tưởng và ra quyết định sẽ được trình bày cụ thể trong chương IV

2.1.5 Giai đoạn phát triển sản phẩm

Công việc cần làm trong giai đoạn phát triển sản phẩm là tinh chỉnh và chuyển đổi ý tưởng thiết kế tốt nhất đã được lựa chọn thành thiết kế sản phẩm thực Cũng cần thấy rằng, nhiều đề án thiết kế bỏ qua các giai đoạn trước và tiến hành thiết kế trược tiếp sản phẩm dựa vào phân tích yêu cầu khác hàng Các tiếp cận thiết kế này thường mang lại các sản phẩm kém chất lượng Trong nhiều trường hợp, cách thiết kế này cũng dẫn đến những thay đổi tốn kém bắt buộc trên sản phẩm đã sản xuất Ở phần cuối của giai đoạn phát triển sản phẩm, các mô tả chi tiết về sản phẩm được sử dụng cho gia công, lắp ráp và các hướng dẫn sử dụng Trong nhiều trường hợp, các mẫu sản phẩm được sản xuất thử nghiệm trên dây truyền và quy trình sản xuất thực để đánh giá lần cuối trước khi sản xuất đại trà

2.1.6 Giai đoạn trợ giúp sản phẩm

Giai đoạn trợ giúp sản phẩm (Product support) bắt đầu từ khi sản phẩm được đưa vào chế tạo cho đến khi sản phẩm hết thời hạn sử dụng Trách nhiệm của người thiết kế bao gồm: hỗ trợ các quá trình sản xuất, lắp ráp, tiếp thị, bảo dưỡng, cho đến thu hồi, tái chế sản phẩm,

Dưới đây, nội dung của giai đoạn thứ nhất – Giai đoạn đánh giá hiện trạng sản phẩm – sẽ được giới thiệu và phân tích chi tiết

2.2 Đánh giá hiện trạng sản phẩm

Nội dung chính của giai đoạn đánh giá hiện trạng sản phẩm là: Thông qua việc phân tích các yếu tố cấp thiết dẫn đến nhu cầu cải tiến hoặc sáng tạo sản phẩm mới, các phương án khả dĩ được đề xuất, phân tích và lựa chọn đề án để triển khai Quá trình này được minh họa trên hình 2.1

Trên hình vẽ, có ba yếu tố cấp thiết chính bao gồm:

- Sự thúc đẩy của tiến bộ khoa học kỹ thuật

- Nhu cầu của thị trường

- Đòi hỏi thay đổi của bản thân sản phẩm

Hình 2.1 Giai đoạn đánh giá hiện trạng sản phẩm

Ở bước lựa chọn đề án khả dĩ, nếu đề án chưa hội đủ điều kiện triển khai, quá trình phân tích được lặp lại để xác định thêm các yếu tố cấp thiết

Dưới đây, ta phân tích cụ thể các yếu tố mang lại tính cấp thiết phải cải tiến hoặc sáng tạo sản phẩm mới

2.2.1 Sự thúc đẩy của tiến bộ khoa học kỹ thuật

Ngay sau khi thiết kế và sản xuất ra một loại sản phẩm, các nhà thiết kế và các nhà khoa học đã bắt đầu có những ý tưởng về các sản phẩm mới hoặc cải tiến sản phẩm Các ý tưởng này xuất phát từ các tiến bộ khoa học, kỹ thuật mới phát sinh Trong thực tế, các công ty thường dành ra 2 đến 10% thu nhập cho công tác nghiên cứu và phát triển sản phẩm Hơn nữa, vì quá trình thiết kế thực sự là một quá trình học tập, do vậy ngay khi một

đề án thiết kế được hoàn tất, các nhà thiết kế đã thu được các kiến thức và kinh nghiệm để cải tiến chính sản phẩm đó Hầu hết các kỹ sư đều muốn có thêm một cơ hội để có thể thực hiện đề án họ đã làm một cách tốt hơn

2.2.2 Nhu cầu của thị trường

Nhu cầu của thị trường xuất hiện khi các khách hàng đòi hỏi sản phẩm phải có thêm tính năng mới hoặc phải có sản phẩm mới với các chức năng mới Thông thường, khoảng 80% các sản phẩm mới được đưa ra để đáp ứng nhu cầu của thị trường Thị trường chính là nơi giúp công ty thu hồi lại chi phí đã bỏ ra cho thiết kế, chế tạo và bán sản phẩm

Để nắm bắt được nhu cầu của thị trường, các công ty thường có đội ngũ bán hàng

và tiếp thị chuyên nghiệp Trong tay họ luôn có các danh sách được cập nhật về nhu cầu,

thị hiếu của khách hàng về sản phẩm của công ty cũng như của các đối thủ cạnh tranh Các nhu cầu này được phản hồi, phân tích và đánh giá bởi các chuyên gia nghiên cứu thị trường của công ty

2.2.3 Đòi hỏi thay đổi của bản thân sản phẩm

Có ba nguyên nhân chính dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi sản phẩm từ chính nhà sản xuất, đó là:

- Thứ nhất, các đối tác cung cấp vật tư, nguyên liệu, linh kiện của sản phẩm hoặc không thể đáp ứng yêu cầu, hoặc khuyến nghị cải tiến chúng Điều này dẫn đến nhu cầu phải phát triển các đặc tính kỹ thuật hoặc cấu trúc của sản phẩm;

- Thứ hai, quá trính sản xuất, lắp ráp hoặc các giai đoạn trong vòng đời sản phẩm đang lưu hành cho thấy, nếu cải tiến sản phẩm sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

- Thứ ba, sản phẩm có lỗi trong quá trình sử dụng, đòi hỏi nhà xuất phải thu hồi, sửa đổi sản phẩm cho khách hàng Các nguyên nhân gây lỗi trong thiết kế cần được khắc phục Nhân đây, cũng cần nhấn mạnh rằng, đầu tư công sức vào quá trình thiết kế sẽ mang lại lợi ích hơn nhiều so với chi phí bỏ ra để sửa lỗi các sản phẩm

có thiết kế không được đầu tư đúng mức Hình 2.2 minh họa nhận định này Trên hình vẽ nếu giai đoạn thiết kế được đầu tư xứng đáng (trường hợp công ty A), thì khả năng cần thay đổi sản phẩm sau khi đưa ra thị trường là rất thấp Trái lại, trong trường hợp đầu tư cho thiết kế không đủ (trường hợp công ty B), khả năng cần sửa, thay đổi thiết kế của sản phẩm sau khi xuất xưởng là rất lớn Lưu ý rằng, các chi phí bỏ ra trong giai đoạn này là rất cao Hiện tượng một số công ty lớn thu hồi hàng loạt sản phẩm trên toàn cầu là các ví dụ sống động cho trường hợp này

Hình 2.2 Kỹ thuật thay đổi trong quá trình phát triển sản phẩm

Mức đầu tư công ty B

2.2.4 Quá trình hoàn thiện sản phẩm và mô hình Kano

a Đường cong chữ S và quá trình hoàn thiện sản phẩm

Các sản phẩm thường được đưa ra thị trường khi các công nghệ được sử dụng cho sản phẩm vẫn còn trong giai đoạn phát triển để hoàn thiện; thêm nữa, có cả các công nghệ

đã cũ vẫn còn tồn tại trong sản phẩm Như đã nói ở trên, công nghệ càng hoàn thiện càng tạo nên nhu cầu thay đổi, cải tiến sản phẩm Vào thời điểm một công nghệ nào đó trở nên hoàn thiện, thị trường trở nên bão hòa bởi các sản phẩm cạnh tranh nhau Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa thời gian và mức độ hoàn thiện công nghệ của một loại sản phẩm, thường được biết đến với tên gọi “đường cong chữ S”, được biểu diễn trên hình 2.3 Trên hình vẽ, trong một chu trình hoàn thiện sản phẩm, công ty cần thực hiện các hoạt động nhằm đảm bảo sản phẩm hoạt động đúng đắn, vận hành tốt, hiệu suất cao, nâng cao độ tin cậy, giảm tối đa chi phí sản xuất Thời điểm cần ra quyết định xảy ra trước khi công nghệ trở nên hoàn thiện Tại thời điểm này công ty cần quyết định hoặc tiếp tục đầu tư phát triển sản phẩm với công nghệ hiện tại, hoặc sáng tạo, phát triển công nghệ mới, và một chu trình mới lại bắt đầu

Nếu công ty tiếp tục sử dụng công nghệ hiện tại và cố gắng hoàn thiện sản phẩm theo công nghệ này, công ty phải đối mặt với sự cạnh tranh tranh khốc liệt từ các sản phẩm tương tự và rất khó để phát triển sản phẩm của mình Trái lại, nếu công ty chọn hướng phát triển sản phẩm mới, một chu trình mới được bắt đầu, đồng thời công ty cũng phải chấp nhận một sự mạo hiểm trong đầu tư

Hình 2.3 Đường cong chữ S

b Mô hình Kanô

Mô hình Kanô do tiến sỹ Noriaki Kano phát triển vào đầu những năm 1980 để mô

tả mức độ hài lòng của khách hàng Mô hình này biểu diễn quá trình hoàn thiện sản phẩm đồng thời với sự thay đổi mức độ hài lòng của khách hàng Mô hình Kanô được biểu diễn trên hai trục tọa độ Trục hoành biểu diễn diễn mức độ hoàn thiện của các chức năng sản phẩm; trục tung biểu diễn mức độ hài lòng của khách hàng Biểu đồ gồm ba đường cong,

có tên lần lượt là: đường cơ bản; đường bình thường và đường hấp dẫn dẫn

Thời điểm quyết định

Tiếp tục hoàn

thiện sản phẩm

Cải tiến sản phẩm

Đường cơ bản là biểu diễn cảm nhận của khách hàng về chức năng tối thiểu của sản phẩm phải có Nếu sản phẩm thiếu chức năng đó thì khách hàng sẽ rất thất vọng Trái lại, khách hàng cảm thấy bình thường nếu chức năng đó được tích hợp trong sản phẩm Ví

dụ, hiện nay, chức năng lưu trữ và bổ sung điện năng cho điện thoại di động được coi là chức năng cơ bản của loại sản phẩm này Rõ ràng, người dùng sẽ cực kỳ thất vọng nếu điện thoại di động của họ chỉ hoạt động được nếu cắm trực tiếp vào nguồn điện lưới

Hình 2.4 Mô hình Kanô

Với chức năng được xếp vào loại bình thường (đường số 2), hiệu quả vận hành của chức năng càng tốt thì sản phẩm càng được đánh giá cao Ví dụ, nếu một loại điện thoại cho phép thời gian sạc pin càng nhanh, thời gian hoạt động giữa hai lần sạc càng lâu thì người dùng càng cảm thấy hài lòng

Bạn sẽ cảm thấy gì nếu điện thoại của bạn của bạn có thể sạc bất cứ đâu, bất cứ khi nào bạn muốn mà không cần có bộ sạc cồng kềnh đi kèm Nếu khách hàng sau khi mua sản phẩm và phát hiện ra chức năng này (trong khi các sản phẩm tương tự khác không có), khách hàng sẽ thốt lên “Ồ! Thật tuyệt! Thật không ngờ!” Loại chức năng này được gọi là chức năng “mỹ mãn” Khách hàng cảm thấy bình thường nếu sản phẩm không có chức năng này (khách hàng không hề kì vọng có chức năng này trên sản phẩm) Sản phẩm có chức năng này sẽ gây ngạc nhiên và sự hài lòng cao cho khách hàng Khả năng thành công trên thị trường của sản phẩm có chức năng “mỹ mãn” là rất lớn Chức năng “mỹ mãn” đòi hỏi sản phẩm phải sử dụng công nghệ đột phá

Theo dòng thời gian, chức năng “mỹ mãn” của sản phẩm sẽ dần trở thành chức năng thông thường; còn chức năng thông thường thành chức năng cơ bản Điều này là dễ hiểu bởi vì khoa học kỹ thuật liên tục phát triển; các công nghệ mới ra đời làm cho các công nghệ trước đó trở nên lạc hậu

2.2.5 Đề cương phát triển sản phẩm

Quá trình đánh giá hiện trạng sản phẩm cần được tổng kết bởi một đề xuất phát triển sản phẩm, qua đó đánh giá hiện trạng sản phẩm trên thị trường và dự đoán khả năng

phát triển sản phẩm Một mẫu đề xuất phát triển sản phẩm được trình bày thông qua một ví

dụ trong bảng 2.1 dưới đây

Bảng 2.1 Đề cương phát triển sản phẩm

Đề xuất phát triển sản phẩm

Sản phẩm đề xuất: Bếp nấu nhanh tích hợp

Tóm tắt nhu cầu: Cư dân sống trong các căn hộ nhỏ có nhu cầu nướng bánh mì và đun nước pha cà phê vào buổi sáng Ý tưởng được đề xuất là sản xuất một thiết bị tích hợp nhỏ gọn đáp ứng cả hai chức năng trên

Cơ sở phát triển sản phẩm: Khảo sát, thống kê các hoạt động của người dân sống trong các căn hộ chật hẹp đã cho thấy nhu cầu tiết kiệm không gian nhà bếp Do công ty đang sản xuất cả máy pha

cà phê và lò nướng bánh, vì vậy cơ hội để thành công trong việc sản xuất và tiêu thụ một sản phẩm nhỏ gọn, tích hợp cả hai tính năng trên là rất khả thi

Tiềm năng thị trường: Mặc dù chưa co điều tra nhu cầu cụ thể, đã có nhiều kiến nghị miệng được thu thập về nhu cầu sản phẩm Khả năng thị trường cần được khảo sát cụ thể Báo cáo sơ bộ cho thấy thị trường tiêm năng có thể tới 10 triệu khách hàng

Khả năng cạnh tranh: Hiện tại chưa có sản phẩm tương tự trên thị trường Khảo sát các đăng ký sáng chế gần đây cho thấy chưa có hoạt động tiếp cận sản phẩm dạng này

Khả năng sản xuất: Công ty hiện đủ khả năng sản xuất các sản phẩm độc lập

Khả năng phân phối: Các kênh phân phối hiện tại đang tiêu thụ các sản phẩm tương tự

Đề xuất chi tiết:

- Mở rộng thị trường;

- Xây dựng kế hoạch triển khai cho giai đoạn thiết kế ý tưởng;

- Mô tả chính xác sản phẩm cần thiết kế

- Phát triển mô hình mẫu và đánh giá sản phẩm

Duyệt:

2.2.6 Lựa chọn đề án

Ra quyết định lựa chọn hướng triển khai kế tiếp là một công việc hết sức quan trọng của mỗi giai đoạn trong tiến trình phát triển sản phẩm Thông thường, người ra quyết định thường cho rằng mình đã quyết định đứng Tuy nhiên, thực tế cho thấy có quá nửa các quyết định là sai lầm Ra quyết định sai dẫn đến tổn thất lớn về thời gian và giá thành phát triển sản phẩm

Nói chung, trình tự ra quyết định thường bao gồm các bước sau:

- Bước 1: Diễn đạt một cách rõ ràng vấn đề cần tìm kiếm giải pháp;

- Bước 2: Đề xuất các giải pháp khả dĩ;

- Bước 3: Xây dựng các tiêu chuẩn đánh giá các giải pháp được đề xuất;

- Bước 4: Xác định các tiêu chuẩn quan trọng;

- Bước 5: Đánh giá mức độ của từng đề xuất bằng cách so sánh với các tiêu chuẩn đã

đề ra;

- Bước 6: Dựa vào kết quả đánh giá, lựa chọn đề xuất để hoàn thiện trong các giai đoạn tiếp theo

Ở bước 3, cần sử dụng một số công cụ nhằm xây dựng một danh sách các tiêu chuẩn

cụ thể Hai trong số các công cụ cơ bản là phân tích SWOT và phân tích Pro-Con Hai kỹ thuật này được giới thiệu như dưới đây Tuy nhiên, để có thể so sánh, đánh giá mức độ đáp ứng của đề xuất so với tiêu chuẩn đề ra, cần lượng hóa cả tiêu chuẩn lẫn các đặc tính của

đề xuất Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng ma trận quyết định (Decison Matrix)

Ma trận quyết định sẽ được giới thiệu trong chương sau

a Phân tích SWOT

Ký hiệu SWOT là viết tắt của các thuật ngữ: Mặt mạnh (Strengths), mặt yếu (Weakesses), cơ hội thành công (Opportunities) và khả năng xảy ra rủi ro (Threats) Phương pháp này thường được sử dụng trong kinh doanh, có thể dùng để đánh giá các dự

án đơn giản Cách thức tiến hành là liệt kê các thuộc tính của từng nhóm nói trên vào bốn ô của một bản Bảng SWOT giúp người ra quyết định dễ dàng có được cái nhìn tổng quát về các ưu nhược điểm của đề xuất Mặc dù SWOT không trực tiếp hỗ trợ cho việc ra quyết định, nhưng nó giúp việc đánh giá các khía cạnh của vấn đề một cách dễ dàng hơn Để minh họa cho ứng dụng SWOT, bảng 2.2 liệt kê bốn thành phần đánh giá đề xuất bổ sung dây chuyền sản xuất xe đạp đôi (tandem bicycle) của một công ty

Bảng 2.2 Ví dụ phân tích SWOT cho đề xuất xe đạp đôi

Phân tích SWOT

Nhóm thiết kế: Nhà máy xe đạp Xuân Hòa Ngày tháng năm:

Mục đích: Phân tích đề xuất bổ sung cho dây chuyển sản xuất xe đạp đôi

Điểm mạnh (Strengths):

- Công ty sẵn có công nghệ sản xuất xe

đạp đôi chất lượng cao;

- Các kỹ sư mong muốn được thực hiện

đề án này;

- Thị trường cho xe đạp đôi đang phát

triển, dù rằng chưa có số liệu điều tra

thị trường chính xác;

- Hầu hết các bộ phận của xe đạp đôi có

thể được chế tạo bằng các thiết bị hiện

có;

- Công ty đang sở hữu bản quyền bộ

giảm xóc, điều này tạo nên sự khác biệt

với các sản phẩm cạnh tranh

Điểm yếu (Weakesses):

- Thị phần cho xe đạp đôi rất nhỏ (dưới 1% thị trường xe đạp);

- Lợi nhuận thu được có thể nhỏ hơn so với sản phẩm xe đạp truyền thống;

- Chi phí phát triển sản phẩm có thể vượt quá 800 triệu;

- Thời gian thu hồi vốn có thể tới ba năm;

- Thời điểm đưa sản phẩm ra thị trường

có thể tới sau tháng sau, như vậy sẽ lỡ mùa mua sắm;

- Kích thước xe đạp đôi khác biệt khá lớn

so với sản phẩm truyền thống, do vậy cần có đầu tư riêng cho hệ thống vận chuyển và bán hàng

Cơ hội thành công (Opportunities):

- Xe đạp đôi sẽ góp phần mở rộng thị

phần cho công ty;

- Xe đạp đôi sẽ tạo cơ hội cho các đối tác

phân phối của công ty mở rộng kinh

doanh và do vậy, tăng khả năng tiêu thụ

thêm sản phẩm truyền thống

lý tiếp thị xe đạp đôi;

- Kinh phí đầu tư quá lớn

Nhóm thiết kế: Kiểm tra, duyệt:

b Phân tích Pro-Con

Thuật ngữ Pro-Con là viết tắt của cụm từ “Pro et contra”, tương đương với cụm thuật

ngữ “For and Against”, nghĩa là “ủng hộ và phản đối”

Cấu trúc của phân tích Pro-Con khá đơn giản Bảng phân tích gồm hai cột, cột bên trái

liệt kê các điểm tích cực của đề xuất cần xem xét Cột bên phải liệt kê các điểm yếu

của đề xuất Bước tiếp theo, tìm và loại bỏ các cặp có ưu/nhược điểm cùng mức độ

Quyết định được đưa ra dựa trên ưu thế của cột có ảnh hưởng lớn hơn Dưới đây là ví

dụ: Sử dụng Pro-Con để đánh giá đề xuất xe đạp đôi ở trên (bảng 2.4)

Bảng 2.3 Phân tích Pro-Con cho đề xuất xe đạp đôi

Phân tích Pro-Con

Nhóm thiết kế: Công ty xe đạp Xuân Hòa Ngày tháng năm:

Chủ đề: Đánh giá khả năng sản xuất xe đạp đôi

Pro: Con:

- Công ty sẵn có công nghệ sản xuất xe

đạp đôi chất lượng cao;

- Thị phần cho xe đạp đôi rất nhỏ (dưới 1% thị trường xe đạp);

- Các kỹ sư mong muốn được thực hiện

đề án này;

- Lợi nhuận thu được có thể nhỏ hơn so với sản phẩm xe đạp truyền thống;

- Thị trường cho xe đạp đôi đang phát

triển, dù rằng chưa có số liệu điều tra

thị trường chính xác;

- Chi phí phát triển sản phẩm có thể vượt quá 800 triệu;

- Hầu hết các bộ phận của xe đạp đôi

có thể được chế tạo bằng các thiết bị

hiện có;

- Thời gian thu hồi vốn có thể tới ba năm;

- Xe đạp đôi sẽ góp phần mở rộng thị

phần cho công ty;

- Thời điểm đưa sản phẩm ra thị trường

có thể tới sau tháng sau, như vậy sẽ lỡ mùa mua sắm;

lớn so với sản phẩm truyền thống, do vậy cần có đầu tư riêng cho hệ thống vận chuyển và bán hàng

2.3 Lập kế hoạch phát triển sản phẩm

Như đã trình bày ở trên (Phần 2.1), giai đoạn lập kế hoạch phát triển nhằm xác định và đưa vào kế hoạch khai thác các nguồn lực phục vụ cho việc phát triển sản phẩm bao gồm: Tài chính, nhân lực, công cụ, phục vụ cho việc phát triển sản phẩm

Tiến trình các công việc của việc lập kế hoạch phát triển sản phẩm được minh họa trên

hình 2.5 Kết quả của việc lập kế hoạch là sơ đồ tiến trình của các hoạt động cho từng giai

đoạn thiết kế

Kế hoạch phát triển sản phẩm thường được diễn đạt bằng một số cách thức khác nhau Phần 2.3.1 sẽ giới thiệu hai mô hình kế hoạch cơ bản Phần 2.3.2 sẽ trình bày các bước xây dựng một kế hoạch

Hình 2.5 Tiến trình lập kế hoạch phát triển sản phẩm

2.3.1 Các dạng kế hoạch

a Mô hình dạng cổng - giai đoạn

Mô hình cổng – giai đoạn (Stage-Gate) còn gọi là mô hình thác nước Sơ đồ kế hoạch được lập theo dạng này được biểu diễn lần lượt trên các hình 2.6 và 2.7 Trên hình