Thiết kế sản phẩm theo mođun

Điều này cho thấy nhu cầu của con ng ười rất đa dạng và các công ty cần phải thiết kế sản phẩm với nhiều sự thay đổi mới có thể thỏa m ãn được nhu cầukhách hàng, sản phẩm phải đa dạng về

-&&& -PHAN HÒA KHÁNH

THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2007

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN THANH NAM

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TS ĐẶNG VĂN NGHÌN

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS TS NGUYỄN HỮU LỘC

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TR ƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngày 12 Tháng 01 năm 2007

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-

-Tp HCM, ngày 02 tháng 10 năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Khóa: 2005

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

 Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp mô đun hóa

 Xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun

 Ứng dụng phương pháp thiết kế để thiết kế một sản phẩm công nghiệp

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/02/2007

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ: 05/11/2007

5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN THANH NAM

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thànhđến các thầy, cô giảng vi ên Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách khoa TP Hồ Chí

Minh, những người đã tận tình dạy bảo và truyền đạt những kiến thức quý báu cho

em trong suốt thời gian học tập tại tr ường, nhất là thời gian em nghiên cứu và thựchiện luận văn

Tiếp đến, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn - PGS.

TS Nguyễn Thanh Nam đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi

nhất để em hoàn thành cuốn luận văn này

Em cũng xin cám ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp, những ng ười đã giúp

đỡ, động viên tinh thần cho em trong suốt quá tr ình học tập và thực hiện luận văn

Vì thời gian thực hiện đề tài không nhiều, kiến thức bản thân c òn hạn chế, hơnnữa đây là đề tài mới, ít tài liệu tham khảo nên chắc chắn không tránh khỏi nhữngthiếu sót Kính mong quý thầy, cô đóng góp ý kiến để em nh ận thức được nhữngthiếu sót, cố gắng sửa chữa và hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô đã dành những thời gian quý

báu để nhận xét và bổ sung thêm những kiến thức tốt hơn cho luận văn này

Học viênPhan Hòa Khánh

TÓM TẮT

Trước đây, khi nền kinh tế thị tr ường chưa thay đổi nhanh chóng và nhu cầu của

khách hàng về sản phẩm với số lượng ít và chưa đòi hỏi chất lượng cao nên cáccông ty không phải chịu nhiều áp lực trong công việc thiết kế sản phẩm đáp ứngnhu cầu thị trường Vì vậy, các công ty thường sử dụng phương pháp thiết kế truyềnthống để thiết kế sản phẩm và sản phẩm của họ vẫn có khả năng đáp ứng đ ược nhucầu của thị trường

Nhưng khi nền kinh tế thị trường thay đổi và có sự cạnh tranh cao, nhu cầu của

khách hàng cũng đã khác so với trước, tức là khách hàng muốn sản phẩm phải đadạng về chủng loại, kiểu dáng, chất l ượng và thường xuyên có những sản phẩm mới

được giới thiệu ra thị tr ường Đây là thách thức không nhỏ cho các công ty để có thể

tạo ra những sản phẩm nhằm thỏa mãn nhu cầu khách hàng Bởi vậy, các công tycần phải nghiên cứu và phát triển những phương pháp thiết kế sản phẩm mới đểthay thế các phương pháp thiết kế truyền thống thì mới có khả năng đáp ứng đ ược

sự thay đổi của thị trường Cùng với việc nghiên cứu của các công ty thì cũng cónhiều nhà khoa học trên thế giới cùng tham gia nghiên cứu Theo như những tài liệu

mà tác giả thu thập và nghiên cứu, thiết kế sản phẩm theo mô đun l à phương phápthiết kế hữu ích để khắc phục nh ược điểm của phương pháp thiết kế truyền thống

Vì vậy, tác giả quyết định chọn đề tài “Thiết kế sản phẩm theo mô đun” để nghiêncứu

Sau một thời gian nghiên cứu, luận văn đã đạt được kết quả như sau:

1) Xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun

2) Ứng dụng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun để thiết kế một sảnphẩm điển hình

In the time before , the economy didn’t change so fastly , demanding of many

products is without much quality and quantity , so companies didn’t be in muchpressure in product design for market demanding Therefore , many companiesusually used traditional methods for designing products and their products would beable to adapt the demanding of the market

when the economy has changed with high competition , demanding ofcustomers would change People want their products have to be in many kinds ,appearances , and quality They also want there are many brand – new products in

the matket This is really not a challenge for companies to satisfy the custmer’sdemanding If those companies don’t research and develop new product -designed

methods , they won’t have the ability to adapt the market’s changing With theresearch of companies , there are also many scientists in the world attends Frommany collected and studied documentaries , product design for modularity is useful

to overcome many disavantages of this traditional methods So that , the author

made a decision for studying : “Product design for modularity”

For a long time, this graduation treatise has reached many results :

1) Building product design for modularity process

2) Apply represented product design with product design for modularity

process

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PH ƯƠNG PHÁP

THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN

2.4.2 Phương pháp phân lo ại 29

Chương 4 XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

4.5 Đánh giá ý tưởng, lựa chọn phương án thiết kế 64

4.5.1 Đánh giá ý tưởng dựa trên ma trận quyết định 64

4.7 Xác định hệ số tầm quan trọng của y êu cầu chức năng chung (GFR) 72

4.11 Thiết kế các mô đun 92

4.12.1 Đánh giá về khả năng thực hiện chức năng 93

Chương 5 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN Đ Ể THIẾT KẾ SẢN PHẨM

5.2 Ứng dụng thiết kế hộp giảm tốc dựa theo qu y trình TKSP theo mô đun 96

5.2.4 Đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế 100

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

1.1 KHÁI NIỆM VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

Thiết kế sản phẩm theo mô đun l à một phương pháp thiết kế mới nhằm khắcphục nhược điểm của phương pháp thiết kế truyền thống Đối với ph ương pháp thiết

kế truyền thống, khi chúng ta thay đổi hay cải tiến sản phẩm hiện có th ì phải thiết kếlại toàn bộ, việc này tốn rất nhiều thời gian và chi phí phát triển sản phẩm Ngoài ra,chất lượng và giá thành sản phẩm cũng là một trở ngại đối với phương pháp này Vìvậy, phương pháp này ứng dụng tốt trong quá tr ình thiết kế sản phẩm đơn giản Với

phương pháp thiết kế mới, chúng ta không phải thiết kế v à chế tạo trực tiếp sản

phẩm nữa mà nó sẽ được phân chia thành các cụm chi tiết hay mô đun Các mô đun

này độc lập với nhau về mặt chức năng n ên chúng có thể được thiết kế và chế tạođộc lập ở nhiều nơi với điều kiện là sản xuất đúng theo tiêu chuẩn Ngoài ra, các môđun cũng được kiểm tra độc lập với nhau n ên khi lắp ráp lại với nhau sẽ hình thành

một sản phẩm chất lượng Khi chúng ta cần thay đổi hay cải tiến sản phẩm l àm chosản phẩm có tính năng ưu việt hơn sản phẩm cũ thì ta chỉ cần thêm vào, thay thế hayhiệu chỉnh một số mô đun sẽ h ình thành một sản phẩm mới mà không phải thiết kếlại toàn bộ sản phẩm

Thí dụ: Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, máy tính cá nhân l à một sản phẩm

tiêu biểu được thiết kế theo mô đun Máy tính gồm các bộ phận (mô đun) chính nh ưmàn hình, bàn phím, CPU, loa, chu ột Trong đó CPU được cấu tạo từ nhiều bộ phận

khác như case, mainboard, b ộ xử lý, ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, Ram (h ình 1.1)

Hình 1.1 Cấu tạo của máy tính cá nhân

Mỗi bộ phận của máy tính đ ược thiết kế và chế tạo bởi nhiều nhà cung cấp khác

nhau nhưng phải đảm bảo đúng tiêu chuẩn đã quy ước Vì vậy, nó sẽ rất thuận lợi

cho cả người thiết kế và người tiêu dùng trong việc cải tiến sản phẩm có tính năng

ưu việt hơn Cụ thể như đối với người thiết kế có thể thêm vào, bớt đi hay hiệu

chỉnh một số các mô đun để có đ ược một sản phẩm mới Đối với ng ười tiêu dùng,

họ có thể nâng cấp máy vi tính, chẳng nh ư đang sử dụng Ram 128M có thể thay thếRam 256M với điều kiện phải đúng với y êu cầu kỹ thuật của nhà sản xuất khuyếncáo

1.2 NHỮNG LỢI ÍCH CỦA THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

1) Thiết kế và phát triển sản phẩm

Thứ nhất, bằng cách vận dụng ý t ưởng thiết kế theo mô đun trong thiết kế sảnphẩm, công ty có thể giảm bớt số l ượng các chi tiết cần thiết để thiết kế v à nhómphát triển sản phẩm có thể sử dụng lại hầu hết các chi tiết nền t ảng giống nhau

Thí dụ: Vào năm 1970 những hãng sản xuất xe hơi của Trung Quốc bắt đầu hợp

tác với các công ty nước ngoài, trong đó có dự án chung với Volkswagen đ ược đặttên là Shanghai Volkswagen ở Shanghai Theo đó, họ chế tạo một kiểu xeVolkwagen cũ-Santana và loại xe này được khách hàng ưa chuộng nên họ rất thànhcông trong việc bán chúng ra thị trường gần 20 năm mà không cần có những cải tiếnmới Nhưng khi thị trường thay đổi, nhu cầu khách h àng cũng thay đổi theo, đòi hỏi

thức không nhỏ đối với bất kỳ h ãng sản xuất xe hơi nào trên thế giới trong đó có

Shanghai Volkswagen Khi chưa có ý tưởng thiết kế theo mô đun, việc phát triển

sản phẩm mới tiêu tốn nhiều thời gian của công ty, họ phải thiết kế lại hầu hết cácchi tiết trong sản phẩm mới Khi ý t ưởng thiết kế theo mô đun đ ược ứng dụng trongnhóm thiết kế của họ, chỉ trong hai năm Volkswagen đ ã thành công trong việc giớithiệu 5 kiểu xe mới (Golf, Gol, Passat, Polo v à Bore) cho thị trường Trung Quốc.Thứ hai, thiết kế theo mô đun cho phép phân chia các nhiệm vụ thiết kế để pháttriển đồng thời Để thực hiện điều n ày, nhiệm vụ thiết kế chung đ ã được phân chiathành những nhiệm vụ nhỏ hơn Đồng thời nhóm phát triển sản phẩm cũng đượcphân chia thành những nhóm nhỏ khác nhau để đáp ứng những nhiệm vụ nhỏ h ơn

khác nhau Điều này có thể tiết kiệm nhiều thời gian phát triển sản phẩm

2) Thích ứng với sự thay đổi

Khi không có đủ hàng hóa, con người mong muốn có nhiều h àng hóa và giá rẻ.Nhưng một khi có đủ hàng hóa đáp ứng cho xã hội, con người lại mong muốn nhiềuhơn thế Điều này cho thấy nhu cầu của con ng ười rất đa dạng và các công ty cần

phải thiết kế sản phẩm với nhiều sự thay đổi mới có thể thỏa m ãn được nhu cầukhách hàng, sản phẩm phải đa dạng về chủng loại, kiểu dáng, giá th ành…Đó là mộtthách thức lớn với các công ty v à để có thể đáp ứng các y êu cầu đó họ phải sử dụng

phương pháp thiết kế sản phẩm theo mô đun

3) Thuận lợi cho việc chế tạo

Trong việc cố gắng đáp ứng tốt h ơn nhu cầu đa dạng của khách h àng, nhiềucông ty thấy cần phải tăng tính đa dạng của sản phẩm Với quy trình thiết kế thông

thường khi tính đa dạng sản phẩm tăng, công ty cảm thấy lợi nhuận thấp h ơn vì các

chi phí chế tạo trực tiếp cao hơn: nhiều thay đổi nghĩa là có nhiều bộ phận được chếtạo Trong công đoạn chế tạo y êu cầu đầu tư nhiều về thiết bị, công nhân v à mặtbằng lớn hơn Trong khâu quản lý công ty phải thuê nhiều người quản lý, thực hiệncác công việc: lập kế hoạch sản xuất, theo d õi các công đoạn chế tạo, phân phối sảnphẩm với mức lương cao Cuối cùng, tất cả những chi phí này sẽ làm tăng giá thànhsản phẩm Trong quy trình thiết kế theo mô đun, đầu ti ên người thiết kế giới hạn số

lượng các mô đun (cố gắng thiết kế những mô đun cần thiết loại bỏ sự d ư thừa).

Tiếp theo, người thiết kế định rõ vị trí phần giao tiếp giữa các mô đun Phần giaotiếp là rất quan trọng để có thể lắp ráp các mô đun lại h ình thành sản phẩm sau cùngchính xác Thí dụ về hiệu quả của việc sử dụng ph ương pháp thiết kế theo mô đuntrong thiết kế đồng hồ lắp bảng Nippondenso đ ược miêu tả trong hình 1.2 và bảng 1

Khi kết hợp 6 mô đun trên sẽ được 288 kiểu đồng hồ khác nhau Nippondenso

đã giảm số lượng bộ phận từ 48 thành 17 Thiết kế này đã giảm ít nhất được 2/3 chiphí, đủ để đánh bại hầu hết các đối thủ cạnh tranh

4) Nâng cao chất lượng, thuận lợi cho việc sửa chữa v à bảo trì

Như đã trình bày ở trên nhu cầu của khách hàng rất đa dạng, khi không đủ h àng

hóa, họ mong muốn có nhiều hàng hóa và giá rẻ Nhưng khi có đủ hàng hóa họ lạimuốn nhiều hơn thế trong đó có chất lượng Với phương pháp thiết kế theo mô đun,vấn đề chất lượng sản phẩm không c òn là vấn đề của các công ty nữa Mỗi mô đun

được chế tạo riêng biệt và đồng thời nó cũng được kiểm tra riêng biệt, nên vấn đề

chất lượng sản phẩm cuối cùng được đảm bảo Nếu sản phẩm có vấn đề , họ sẽ tháorời ra và kiểm tra Ngoài ra, nó cũng thuận tiện cho việc sửa chữa v à bảo trì sảnphẩm

1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

Trước đây, khi nền kinh tế thị tr ường chưa thay đổi nhanh chóng và nhu cầu của

khách hàng về sản phẩm với số lượng ít và chưa đòi hỏi chất lượng cao nên cáccông ty không phải chịu nhiều áp lực trong công việc thiết kế sản phẩm đáp ứngnhu cầu thị trường Vì vậy, các công ty thường sử dụng phương pháp thiết kế truyềnthống để thiết kế sản phẩm và sản phẩm của họ vẫn có khả năng đáp ứng đ ược nhucầu của thị trường

Nhưng khi nền kinh tế thị trường thay đổi và có sự cạnh tranh cao, nhu cầu của

khách hàng cũng đã khác so với trước, tức là khách hàng muốn sản phẩm phải đadạng về chủng loại, kiểu dáng, chất l ượng và thường xuyên có những sản phẩm mới

được giới thiệu ra thị tr ường Đây là thách thức không nhỏ cho các công ty để có thể

tạo ra những sản phẩm nhằm thỏa mãn nhu cầu khách hàng Bởi vì, các công ty cầnphải nghiên cứu và phát triển những phương pháp thiết kế sản phẩm mới để thay thế

các phương pháp thiết kế truyền thống th ì mới có khả năng đáp ứng đ ược sự thayđổi của thị trường Cùng với việc nghiên cứu của các công ty thì cũng có nhiều nhà

khoa học trên thế giới cùng tham gia nghiên cứu

Vào năm 1980, Aoki là m ột nhà nghiên cứu đầu tiên đưa ra ý tưởng mô đun ứng

dụng trong quá trình thiết kế sản phẩm, ông nói một sản phẩm phức tạp đ ược kếthợp từ nhiều chi tiết (bộ phận) hay c òn gọi là mô đun Các mô đun này đư ợc thiết

kế theo tiêu chuẩn và kết hợp với nhau để hình thành một sản phẩm hoàn chỉnh Khicần phát triển một sản phẩm mới ta chỉ cần thay đổi, hiệu chỉnh hay th êm vào một

số mô đun là có thể hình thành một sản phẩm mà không phải mất nhiều thời gian đểthiết kế lại Đây là một ý tưởng mới nên vào thời gian này không được quan tâm.Những mãi đến năm 1988, ý tưởng mô đun bắt đầu có nhiều nh à nghiên cứu

quan tâm đến và ứng dụng nó vào trong quá trình thiết kế Sau đây là một số nhữngquan điểm của các nhà nghiên cứu về sản phẩm theo mô đun v à quá trình thiết kế

sản phẩm dạng mô đun :

Sản phẩm theo mô đun l à sản phẩm thực hiện chức năng khác nhau thông qua

sự kết hợp của các mô đun (Pahl v à Beitz, 1988) Lắp ghép những bộ phận theo mô

đun trong một thiết kế có thể đưa ra một số lượng lớn các sản phẩm tiềm năng khác

nhau trong một mô hình sản phẩm theo mô đun bằng sự kết hợp những mô đunriêng biệt có các đặc tính v à chức năng riêng (Langlois và Robertson, 1992;Sanderson và Uzumeri,1990) Vì th ế, thiết kế sản phẩm theo mô đun l à một phươngpháp quan trọng của chiến lược linh hoạt (Sanchez, 1993), ví dụ thiết kế sản phẩmlinh hoạt cho phép một công ty đáp ứng sự thay đổi thị tr ường và công nghệ bằngcách tạo ra những loại sản phẩm khác nhau , nhanh chóng và rẻ xuất phát từ sự kếthợp của các bộ phận theo mô đun sẵn có khác nhau hay mới

Sau khi đã hiểu rõ về tầm quan trọng của mô đun trong thiết kế sản phẩm, các

nhà nghiên cứu tiến hành xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun Sau

đó, nó được ứng dụng vào thiết kế và phát triển sản phẩm đã mang lại thành công

rất cao Sản phẩm đầu ti ên ứng dụng thành công phương pháp thi ết kế sản phẩmmới này là máy tính cá nhân

Qua mỗi giai đoạn lịch sử, phương pháp thiết kế sản phẩm theo mô đun đ ã đượccải tiến và hoàn thiện nhằm mang lại hiệu quả cao Từ đó, nó đ ã được ứng dụng

rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như cơ khí, xây dựng, điện, điện tử…cho đến ng àynay.

1.4 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ T ÀI

Trong những năm gần đây, nước ta từng bước hội nhập với nền kinh tế to àn cầu,

nhưng các sản phẩm sản xuất chỉ đáp ứng nhu cầu trong n ước Chúng ta chỉ dựa v àocác phương pháp thiết kế truyền thống để sản xuất n ên sản phẩm không đảm bảo về

chất lượng, giá bán sản phẩm cao, không có sự đa dạng về chủng loại…Nh ưng

người tiêu dùng cũng phải chấp nhận và mua chúng mặc dù không thỏa mãn do họ

không có nhiều lựa chọn

Hiện nay nước ta bắt đầu gia nhập v ào thị trường toàn cầu, các công ty nướcngoài ồ ạt vào Việt Nam Đây là một thách thức không nhỏ cho các công ty trong

nước để tồn tại và đứng vững trong việc bán các sản phẩm của m ình do không cònđược sự hỗ trợ từ nhà nước Người tiêu dùng trong nước sẽ có nhiều lựa chọn trong

việc mua hàng hóa Nếu công ty sản xuất n ào có sự đa dạng về sản phẩm, chất

lượng sản phẩm cao, giá th ành sản phẩm thấp và đặc biệt luôn có những sản phẩm

mới hay các sản phẩm cũ đ ược cải tiến sẽ nắm thế chủ động

Như đã nói ở trên, nhiều thập kỷ qua các công ty chúng ta d ùng các phương

pháp thiết kế sản phẩm truyền thống nên gặp rất nhiều khó khăn Bởi khi thiết kếmột sản phẩm mới họ phải thiết kế lại từ đầu n ên sẽ mất nhiều thời gian mới có thể

đưa được sản phẩm ra thị tr ường, chi phí sản xuất cao v à gây lãng phí, không thể

cạnh tranh được với sản phẩm từ nước ngoài vào thị trường Việt Nam

Vì vậy, tác giả quyết định chọn đề t ài: “Thiết kế sản phẩm theo mô đun ” đểnghiên cứu

1.5 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Mục đích của đề tài

 Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp mô đun hóa

 Xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun

 Ứng dụng phương pháp thiết kế để thiết kế một sản phẩm công nghiệp

1.5.2 Nội dung của đề tài

 Tổng quan về thiết kế sản phẩm theo mô đun

 Cơ sở lý thuyết của phương pháp thiết kế theo mô đun

 Lựa chọn phương pháp mô đun hóa

 Xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun

 Ứng dụng phương pháp thiết kế để thiết kế một sản phẩm công nghiệp

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP

THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN

Thiết kế theo mô đun l à phương pháp thiết kế thường dùng để phát triển nhữngsản phẩm phức tạp khác nhau sử dụng các bộ phận giống nhau Các bộ phận d ùngtrong một sản phẩm thiết kế theo mô đun có khả năng kết hợp với nhau h ình thànhmột sản phẩm phức tạp Thiết kế theo mô đun đ ược xem như quá trình thiết kế các

bộ phận thực hiện các chức năng ri êng biệt, sau đó kết hợp các bộ phận n ày lại vớinhau hình thành một sản phẩm đa chức năng Thiết kế theo mô đun nhấn mạnh sựtối thiểu hóa mối liên hệ giữa các bộ phận trong một sản phẩm để các bộ ph ận này

có thể được thiết kế và chế tạo độc lập Mỗi bộ phận thiết kế theo mô đun có nhiệm

vụ hỗ trợ một hay nhiều chức năng Khi các bộ phận đ ược lắp ráp lại với nhau th ànhmột sản phẩm, chúng sẽ hỗ trợ chức năng chung Điều n ày cho thấy tầm quan trọngcủa việc phân tích chức năng sản phẩm th ành các chức năng con có thể đáp ứng bởi

các mô đun chức năng khác nhau

2.2 CÁC DẠNG MÔ ĐUN HÓA

Mô đun hóa có thể ứng dụng trong sản phẩm, thiết kế, các hệ thống sản xuất

hay tất cả Mô đun hóa thích hợp sử dụng trong thiết kế theo mô đun đồng thờitrong cả ba lĩnh vực trên, điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng mộtquy trình thiết kế theo mô đun thiết kế các sản phẩm v à sử dụng một hệ thống sảnxuất theo mô đun để chế tạo chúng

2.2.1 Mô đun hóa trong s ản phẩm

Các sản phẩm thiết kế theo mô đun là các sản phẩm thực hiện chức năng chungthông qua sự kết hợp giữa các mô đun Chức năng chung của sản phẩm đ ược chianhỏ thành các chức năng con Các chức năng con có thể thực hiện bởi các mô đunkhác nhau Một khía cạnh quan trọng của các sản phẩm thiết kế theo mô đun là tạo

ra một bộ phận cơ bản để các bộ phận khác có thể lắp ráp v ào

Một thí dụ hay cho các sản phẩm thiết kế theo mô đun là máy tính cá nhân Nóbao gồm nhiều bộ phận nh ư ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, RAM, C PU, CD-ROM và nhiều

mô đun khác Nhiều mô đun có thể được hiệu chỉnh hoặc thay đổi hoặc không hiệu

chỉnh với các mô đun khác Chẳng hạn, một CPU có thể bán với sự kết hợp của các

ổ cứng, RAM khác hay các lựa chọn khác Thông qua lợi ích của các bộ phận dưới

dạng mô đun như thế, một công ty có thể chọn từ nhiều bộ phận khác nhau v à lắpráp thành một sản phẩm có thể đáp ứng nhu cầu khách h àng

2.2.2 Mô đun hóa trong thi ết kế

Hầu hết những vấn đề thiết kế đ ược phân chia thành các vấn đề đơn giản Đôikhi những vấn đề phức tạp chia nhỏ th ành những vấn đề con đơn giản hơn, ở đó sự

thay đổi nhỏ trong cách giải quyết một vấn đề con có thể dẫn đến sự thay đổi cách

giải quyết của các vấn đề con khác Điều n ày cho thấy sự phân tích đưa đến các vấn

đề con phụ thuộc lẫn nhau về mặt chức năng Mô đun hóa tập trung phân tích vấn

đề chung thành những vấn đề con độc lập về mặt chức năng Theo đó, một sự thayđổi trong cách giải quyết một vấn đề không ảnh h ưởng lên các vấn đề con khác

2.2.3 Mô đun hóa trong các h ệ thống sản xuất

Mô đun hóa trong các h ệ thống sản xuất nhằm xây dựng các hệ thống sản xuấtcác mô đun được tiêu chuẩn hóa Để xây dựng một hệ thống sản xuất theo mô đun,

máy móc sản xuất cần phải phân loại th ành các nhóm chức năng từ đó xây dựngmột hệ thống sản xuất theo mô đun nhằm đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau.Các yêu cầu sản xuất này gồm có gia công, lắp ráp, kiểm tra, phân phối…Nếu xâydựng hệ thống sản xuất theo mô đun có thể tiết kiệm thời gian sản xuất v à mang lạihiệu quả cao

Thí dụ: Trong sản xuất xe hơi, người ta xây dựng một hệ thống sản xuất theo

mô đun để đáp ứng yêu cầu sản xuất và lắp ráp Để xây dựng hệ thống n ày các máy

móc dùng trong việc lắp ráp phải được bố trí hợp lý, tức là các công đoạn lắp ráp sẽdiễn ra liên tục nhằm hạn chế sự gián đoạn trong quá trình lắp ráp và đạt hiệu quảcao

2.3 CÁC ĐẶC TÍNH HỆ THỐNG THEO MÔ ĐUN

2.3.1 Các loại mô đun dùng trong hệ thống

Những hệ thống sản xuất dạng mô đun thường xây dựng từ các mô đun Hai loại

mô đun chủ yếu là mô đun thiết kế và mô đun chế tạo Các mô đun thiết kế để thực

hiện các chức năng độc lập hay kết hợp với các mô đun thiết kế khác Các mô đunchế tạo được thiết kế dựa trên việc xem xét khả năng chế tạo v à độc lập thực hiệnchức năng của chúng Các mô đun thiết kế có thể đ ược phân loại dựa trên các loạichức năng khác nhau bao gồm chức năng c ơ bản, chức năng đặc biệt, chức năngphụ, chức năng thích ứng v à chức năng theo yêu cầu khách hàng (hình 2.1)

Hình 2.1 Các loại chức năng và mô đun [1]

Trong đó:

 Chức năng cơ bản là chức năng có thể dễ d àng thực hiện chức năng chung

hoặc kết hợp với các chức năng khác Chức năng cơ bản không thay đổi về

nguyên tắc cơ bản và được thực hiện bởi các mô đun cơ bản.

 Chức năng phụ là chức năng được thực hiện bởi các mô đun phụ phù hợp với

các mô đun cơ bản

 Chức năng đặc biệt là chức năng con thực hiện nhiệm vụ đặc biệt không có

trong tất cả các loại chức năng chung v à được thực hiện bởi các mô đun đặcbiệt

 Chức năng thích ứng là chức năng cho phép sự thích ứng của một bộ phận

hay hệ thống với các sản phẩm hay hệ thống khác Chúng đ ược thực hiện bởi

các mô đun thích ứng trong trường hợp không thể dự đoán trước.

 Chức năng theo yêu cầu khách hàng là các chức năng không được thực hiện

bởi các hệ thống theo mô đun v à chúng cần được thiết kế đặc biệt

2.3.2 Trình bày cấu trúc sản phẩm trong hệ thống

Cấu trúc sản phẩm có thể đ ược miêu tả dựa trên các kiểu kết hợp giữa các mô

đun với nhau Những sự kết hợp giữa các mô đun đ ược phân tích dựa vào các dạngtương tác giữa các mô đun khác nhau trong m ột sản phẩm Có 4 kiểu cấu trúc lắpráp được xác định:

1) Cấu trúc lắp ráp trao đổi bộ phận

Những loại sản phẩm khác nhau thuộc về họ sản phẩm giống nhau đ ược tạo rabằng cách kết hợp hai hay nhiều loại bộ phận khác với bộ phận c ơ bản giống nhau.Hình 2.2 mô tả cấu trúc trao đổi ở đó hai bộ phận khác (khối có dạng chữ nhật nhỏ

và có dạng tam giác) được kết hợp với bộ phận c ơ bản giống nhau (khối có dạngchữ nhật lớn) hình thành những loại sản phẩm thuộc về họ sản phẩm giống nhau

Hình 2.2 Cấu trúc lắp ráp trao đổi bộ phận [1]

Thí dụ: Trong máy tính cá nhân ta có th ể gắn các loại CD-ROM, màn hình và

bàn phím khác nhau v ới cùng một bảng mạch chính Ta sẽ có các kiểu máy tínhkhác nhau

2) Cấu trúc lắp ráp dùng chung bộ phận

Trong loại cấu trúc sản phẩm này, những loại sản phẩm khác nhau thuộc về các

họ sản phẩm khác nhau đ ược tạo ra bằng cách kết hợp các mô đun khác nhau d ùngchung bộ phận cơ bản giống nhau Dùng chung bộ phận được xem như trường hợp

bổ sung cho trao đổi bộ phận Cấu trúc sả n phẩm dùng chung bộ phận và trao đổi bộphận khác nhau: trao đổi bộ phận gồm sản phẩm c ơ bản giống nhau sử dụng bộphận khác nhau và dùng chung b ộ phận gồm những sản phẩm cơ bản khác nhau sửdụng bộ phận giống nhau H ình 2.3 trình bày hai bộ phận cơ bản khác nhau (khối códạng chữ nhật và tam giác) dùng chung b ộ phận giống nhau (đường tròn)

Hình 2.3 Cấu trúc lắp ráp dùng chung bộ phận [1]

Thí dụ: Lợi ích của kiểu lắp ráp n ày trong máy tính là s ử dụng cùng một dây

nguồn, màn hình hay bộ xử lý trong các họ sản phẩm khác nhau hoặc các họ máytính khác nhau

3) Cấu trúc lắp ráp mô đun để ph ù hợp

Một hay nhiều bộ phận ti êu chuẩn được sử dụng với một hay nhiều bộ phận thay

đổi thêm vào Sự thay đổi thường liên quan tới kích thước vật lý có thể được hiệu

chỉnh Hình 2.4 mô tả một bộ phận với chiều d ài thay đổi (khối có hình chữ nhật)kết hợp với hai bộ phận ti êu chuẩn hình thành các loại sản phẩm

Hình 2.4 Cấu trúc lắp ráp mô đun để ph ù hợp [1]

Thí dụ: Một minh họa thông dụng của kiểu lắp ráp n ày là các đầu nối dây cáp ở

đó hai bộ nối tiêu chuẩn có thể được sử dụng với một chiều d ài dây cáp tùy ý

4) Cấu trúc lắp ráp theo kênh

Kiểu cấu trúc này xảy ra khi một mô đun có thể đ ược kết hợp với một số bộphận cơ bản Cấu trúc lắp ráp theo k ênh cho phép số lượng và vị trí của các bộ phận

cơ bản trong một sản phẩm thay đổi Cấu trúc lắp ráp theo k ênh được mô tả trong

hình 2.5

Hình 2.5 Cấu trúc lắp ráp theo kênh [1]

Một thí dụ của kiểu lắp ráp theo k ênh là một máy tính ở đó các bộ phận đầu v ào

và đầu ra khác nhau, thêm vào các loại chuột, Ram, ổ cứng khác nhau có thể tồn tại

và thay đổi cả về số lượng và vị trí của chúng

2.4 TRIỂN KHAI NHỮNG HỆ THỐNG THEO MÔ ĐUN

Nhìn chung, các hệ thống theo mô đun có thể đ ược triển khai bằng cách phântích hệ thống thành những bộ phận chức năng cơ bản, sắp xếp những bộ phận n àythành những bộ phận vật lý cơ bản, sau đó kết hợp những bộ phận cơ bản thành hệthống theo mô đun có khả năng đạt đ ược những chức năng mong muốn Ph ương

pháp này đối mặt với hai thách thức quan trọng: (1) Sự ph ân tích: khó khăn trong

việc tìm ra hệ thống các vấn đề con t hích hợp nhất (2) Sự kết hợp: k hó khăn trongviệc kết hợp các hệ thống ri êng biệt thành giải pháp chung.

2.4.1 Những phương pháp phân tích

Phân tích hệ thống đem đến hai lợi ích: (1) Sự đ ơn giản hóa: phân tích hệ thốnglớn thành những hệ thống nhỏ hơn sẽ dẫn đến giảm độ lớn của vấn đề cần giảiquyết (2) tốc độ: giải quyết đồng thời các vấn đề nhỏ h ơn sẽ giảm thời gian giảiquyết một vấn đề lớn

Những phương pháp phân tích có th ể được phân loại theo các lĩnh vực mà

chúng được ứng dụng: phân tích sản phẩm v à phân tích bài toán thiết kế

a) Phân tích sản phẩm

Phân tích sản phẩm có thể thực hiện ở các giai đoạn khác nhau của quá tr ìnhthiết kế và được xác định như quá trình chia nhỏ sản phẩm thành các bộ phận từ đó

thu được hình thể hoàn chỉnh của sản phẩm Có hai ph ương pháp được dùng để

phân tích sản phẩm là phân tích sản phẩm theo mô đun v à phân tích sản phẩm theocấu trúc

Phân tích sản phẩm theo mô đun

Phân tích sản phẩm theo mô đun l à sự xác định những bộ phận độc lập có thể

được thiết kế đồng thời hoặc thay thế bởi các bộ phận có chức năng v à những đặcđiểm giống nhau Phân tích sản phẩm theo mô đun nhờ v ào sự độc lập của các bộ

phận

Thí dụ: Trong những bộ phận của máy vi tính gồm m àn hình, case, ổ đĩa cứng,

mainboard, Ram Những bộ phận này được sản xuất từ những nh à cung cấp khácnhau và họ phải tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế phần giao tiếp giữa các bộ phận để cóthể lắp ráp thành máy tính hoàn chỉnh (hình 2.6)

Hình 2.6 Biểu đồ lắp ráp máy tính cá nhân [1]

Phân tích sản phẩm theo cấu trúc

Hệ thống được phân tích thành các hệ thống con và chúng sẽ tiếp tục phân tíchthêm thành các bộ phận đưa đến những chi tiết, cụm chi tiết, bộ phận ở giai đoạnthiết kế chi tiết Sự phân tích đ ược miêu tả trong một cấu trúc theo cấp bậc

Thí dụ: Một hệ thống xe hơi được phân tích thành các bộ phận như động cơ, bộ

truyền động, bộ phận chuy ên chở…Những bộ phận này sẽ tiếp tục phân tích th êmchẳng hạn như bộ phận chuyên chở được phân tích thành khung xe và nội thất xe

Sự phân tích được trình bày trong hình 2.7 và hình 2.8

Hình 2.7 Phân tích theo cấu trúc của hệ thống xe [1]

Hình 2.8 Phân tích theo cấu trúc của bộ phận chuy ên chở [1]

b) Phân tích bài toán thiết kế

Những bài toán thiết kế phức tạp được xử lý bằng cách chia nhỏ chúng th ànhnhững bài toán con đơn giản hơn Những bài toán con này tiếp tục được phân tích

cho đến khi đạt được những mô đun hay những bộ phận độc lập c ơ bản Sự tương

tác giữa những bộ phận cơ bản sẽ được xác định như các ràng buộc áp đặt bởi cácvấn đề con lớn hơn Phân tích bài toán đư ợc phân chia thành phân tích các yêu cầu,phân tích ràng buộc-thông số

Phân tích các yêu cầu

Các yêu cầu miêu tả một cách trừu tưởng về vấn đề thiết kế, khởi đầu với cácyêu cầu chung và kết thúc với yêu cầu cụ thể Một chức năng thiết kế có khả năng

đáp ứng một yêu cầu Phân tích các yêu cầu và mối quan hệ giữa chúng với những

chức năng tương ứng được miêu tả trong sơ đồ cây (hình 2.9), ở đó mỗi yêu cầu

được bố trí một chức năng cụ thể

Hình 2.9 Phân tích các yêu cầu [1]

Phân tích ràng buộc-thông số

Các thông số mô tả những đặc tính của sản phẩm (dữ kiện về chất l ượng và số

lượng), trong khi đó các r àng buộc (được xác định bởi các yêu cầu của sản phẩm)

định rõ miền giá trị được gán cho mỗi thông số Cấu trúc b ài toán được trình bày

trong ma trận quan hệ ràng buộc và thông số Dựa vào ma trận này có thể hiểu rõ

hơn về bài toán thiết kế một sản phẩm

Thí dụ: Thiết kế ổ lăn được dùng mô tả phân tích ràng buộc và thông số Để

hiểu rõ bài toán thiết kế nhằm đạt hiệu quả tốt đáp ứng nhu cầu khách h àng, ta xác

định các thông số ổ lăn đ ược (bảng 2.1) và sau đó dựa vào các thông số ta xác định

các ràng buộc (bảng 2.2) Một ma trận quan hệ được thiết lập giữa thông số -ràngbuộc trong hình 2.10

Bảng 2.1 Các thông số thiết kế ổ lăn [1]

Thông

de Đường kính của vòng chia ß1 Góc tiếp xúc tự do

d0 Đường kính ngoài của vòng lăn r0 Đường cong ngoài của

vòng lăn

di Đường kính trong của vòng lăn ri Đường cong trong của

vòng lăn

d Đường kính đo phần tử kiểu

r Bán kính đường cong vòng lăn R Tổng độ cong

hướng x

hướng y

1 1 1

d d r r

i

i i

2

1 arccos

d r r

d d r r

i

i i

2

1 arccos



Dựa vào các thông số và ràng buộc của ổ lăn được xác định Ta thiết lập ma trậnquan hệ của chúng

Hình 2.10 Ma trận quan hệ thông số-ràng buộc trong thiết kế ổ lăn [1]

Nhìn vào ma trận trên ta thấy được mối quan hệ giữa thông số v à ràng buộcbiểu thị bằng biểu tượng dấu sao trên ma trận trên Từ các mối quan hệ đó ta có thểthiết kế ổ lăn đạt hiệu quả tốt đáp ứng y êu cầu khách hàng

2.4.2 Phương pháp phân loại

Sau khi phân tích hệ thống thành các bộ phận cơ bản, một hệ thống theo mô đun

sẽ được xây dựng bằng cách kết hợp những bộ phận c ơ bản giống nhau dựa trên cáctiêu chuẩn do nhóm thiết kế thiết lập Một hệ thống theo mô đun có thể hiểu nh ư là

sự kết hợp nhiều bộ phận chức năng để thực hiện các chức năng khác nhau h ơn là

để chúng riêng biệt Có hai tiêu chuẩn dùng để triển khai những hệ thống theo môđun:

1 Mối quan hệ giữa cấu trúc thiết kế theo chức năng v à cấu trúc thiết kế

theo cụm chi tiết

2 Mức độ tương tác giữa các bộ phận là không đáng kể (các bộ phận

trong một sản phẩm độc lập với nhau)

Nhóm các đối tượng (bộ phận, chi tiết hay hệ thống) h ình thành dựa trên những

đặc điểm của các đối t ượng đã được thực hiện sử dụng những phương pháp tạo

nhóm Các thành phần tương tự nhau có thể được nhóm lại thành họ nhóm mẫu và

những mẫu mới có thể được chế tạo bằng cách hiệu chỉnh một mẫu bộ phận hiện cótrong cùng họ nhóm

Triết lý của phương pháp tạo nhóm là một ý tưởng quan trọng trong thiết kếnhững hệ thống sản xuất tiên tiến Phương pháp tạo nhóm là một kỹ thuật quản lý

để tiêu chuẩn hóa thiết kế, chế tạo và loại trừ sự dư thừa Phương pháp tạo nhóm

phân loại và mã hóa những bộ phận, gán chúng vào những họ nhóm khác nhau dựa

trên đặc điểm giống nhau của chúng ở những thuộc tính thiết kế (h ình dạng vật lý,

kích cỡ, dung sai và kích thước hình học…) và những thuộc tính chế tạo (tr ình tự

gia công, dung sai và kích thư ớc hình học…)

Nhóm những bộ phận thành những họ nhóm là một nhiệm vụ không hấp dẫn

Phương pháp để nhóm các bộ phận thành họ nhóm có hiệu quả và đáng tin cậy nhất

là phân loại và mã hóa Trong phương pháp này, mỗi bộ phận được kiểm tra từngcái một phù hợp với những đặc điểm thiết kế v à chế tạo của nó Mã số của một bộphận có thể đánh theo số hoặc kí tự

Phương pháp tạo nhóm

Phương pháp tạo nhóm khởi đầu bằng cách xây dựng ma trận li ên thuộc Ma

trận này mô tả mối quan hệ giữa các chi tiết với nhau hay giữa chi tiết v à máy Saukhi xây dựng ma trận, ta sẽ sử dụng một số thuật toán sắp xế p các giá trị của matrận thành một dạng khối theo đường chéo Thí dụ một ma trận li ên thuộc chi tiết-

máy được xây dựng như (hình 2.11)

Hình 2.11 Ma trận liên thuộc chi tiết-máy [1]

Ma trận liên thuộc trên được xây dựng gồm 5 chi tiết đ ược đánh số lần lượt1,2,3,4,5 và 4 máy cũng đánh số lần lượt 1,2,3,4 Như vậy ta có ma trận chi tiết -máy

aij(i=5, j=4) trong đó chi tiết nào trong các chi tiết ở trên có thể gia công trên một

máy tương ứng sẽ được biểu thị số 1, ngược lại chi tiết không thể gia công tr ên máytương ứng sẽ được biểu thị số 0 hay để trống

Có nhiều phương pháp phân loại sử dụng nhóm các chi tiết với nhau hoặc ch i

tiết và máy nhưng phương pháp hiệu quả nhất là thuật toán nhận dạng nhóm (CIA) Thuật toán được thực hiện đối với ma trận li ên thuộc theo các bước như sau:

Bước 1: Chọn dòng i bất kỳ của ma trận liên thuộc và vẽ đường ngang hi xuyênqua nó

Bước 2: Đối với mỗi giá trị 1 gạch bởi đ ường ngang hi vẽ đường thẳng đứng vj

Bước 3: Đối với mỗi giá trị 1 gạch chỉ một lần bởi một đ ường thẳng đứng vj vẽmột đường ngang hi

Bước 4: Lặp lại các bước trên cho đến khi không còn các giá trị gạch nhiều hơn

một lần được để lại

Tất cả các giá trị gạch hai lần đ ược nhóm trong một khối v à gỡ bỏ khỏi ma trận

Bước 5: Quá trình trên được lặp lại đối với các giá trị còn lại trong ma trận cho

đến khi tất cả các giá trị đ ược nhóm lại

Thí dụ: Trong quá trình bố trí các máy để gia công các chi tiết, ng ười quản lý

sản xuất đã lên được kế hoạch sơ bộ để bố trí các máy gia công các chi tiết nh ưng

họ chưa có được sự bố trí hợp lý, tối ưu và hiệu quả cụ thể như sau:

Chi tiết của họ cần gia công gồm 8 chi tiết đ ược đánh số lần lượt là

1,2,3,4,5,6,7,8 và các máy đ ể gia công gồm 7 máy cũng đ ược đánh số lần lượt

1,2,3,4,5,6,7

Xét thấy chi tiết 4 được bố trí gia công trên máy 1,5,7 do đó được biểu thị số 1,

ngược lại chi tiết 4 không đ ược gia công trên máy 2,3,4,6 nên bị bỏ trống Tương tự

các chi tiết còn lại được áp dụng tương tự, ta có ma trận bố trí trên Trong ma trận

bố trí trên rất khó cho người quản lý sản xuất bố trí có hợp lý và có hiệu quả Để cóthể tìm ra cách bố trí tối ưu, ta sử dụng thuật toán nhận dạng nhóm (CIA) để sắp xếplại ma trận trên:

Bước 1: Dòng 3 của ma trận được chọn bất kỳ và vẽ đường ngang h3 xuyên quanó

Bước 2: Có 3 giá trị 1 bị gạch xuyên qua bởi đường h3, ta vẽ 3 đường thẳng

đứng v2, v6, v7 xuyên qua các giá trị trên

Bước 3: Trong các giá trị 1 chỉ bị gạch có một lần sẽ đ ược gạch thêm một

đường nữa, có một đường gạch ngang là h6

Bước 4: Các giá trị gạch 2 lần được nhóm trong một khối và gỡ bỏ khỏi ma

trận Vì vậy, các chi tiết 2,6,7 v à các máy 3,6 được nhóm trong một khối

Các chi tiết và máy được nhóm lại và tách khỏi ma trận

Bước 5: Quá trình trên được lặp lại đối với các giá trị c òn lại trong ma trận cho

đến khi các giá trị được nhóm lại

Nhìn vào ma trận trên người quản lý sản xuất có thể dễ dàng lên kế hoạch bố tríhiệu quả cao hơn so với ban đầu.

Tóm lại, sử dụng thuật toán nhận dạng nhóm (CIA) có thể dùng để nhóm cácchi tiết hay bộ phận thành các mô đun và có th ể dùng để tối ưu hóa việc bố trí quytrình gia công chi tiết và máy

Như vậy, trong chương này đã trình bày tương đối rõ ràng về ý tưởng thiết kế theo

mô đun và nêu ra được hai khía cạnh quan trọng để triển khai hệ thống t heo mô đun

là phân tích và kết hợp Chúng ta cũng đã tìm hiểu các phương pháp phân tích baogồm phân tích sản phẩm v à phân tích bài toán, tùy vào l ĩnh vực ứng dụng mà ta sửdụng phương pháp phân tích c ụ thể Phương pháp tạo nhóm đã giới thiệu thuật toánnhận dạng nhóm (CIA) để dùng nhóm các bộ phận thành các mô đun hoặc giúp

người quản lý sản xuất bố trí qu y trình gia công hợp lý và hiệu quả

Chương 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP MÔ ĐUN HÓA

3.1 MỤC ĐÍCH

Điều quan trọng nhất của các công ty hiện n ay là phát triển sản phẩm mới nhanh

chóng với chi phí thấp Ngoài ra các công ty còn ph ải đưa ra sản phẩm với nhiềuchủng loại khác nhau để đáp ứng y êu cầu khách hàng Đây là một thách thức rất lớn

đối với các công ty hiện nay, mô đun hóa sản phẩm l à một giải pháp hiệu quả nhất

để thực hiện chúng Tất nhi ên không phải tất cả các công ty giải quyết c ùng một vấn

đề trong quá trình phát triển sản phẩm, các sản phẩm khác nhau đ òi hỏi các phươngpháp mô đun hóa khác nhau Các s ản phẩm thay đổi về mức độ phức tạp , khả năngđáp ứng nhu cầu khách hàng và thời gian phát triển sản phẩm, v ì vậy chúng ta cần

phải có các phương pháp mô đun hóa khác nhau đ ể thực hiện các yêu cầu của quátrình phát triển phẩm dạng mô đun Chẳng hạn nh ư lựa chọn phương pháp thiết kếcho quá trình phát triển máy bay khác hơn rất nhiều so với việc lựa chọn phươngpháp thiết kế cho quá trình phát triển một máy in Do đó, khi bắt đầu phát triển sảnphẩm các công ty cần phải quyết định lựa chọn ph ương pháp thích hợp nhất để pháttriển sản phẩm

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ ĐUN HÓA

Hiện nay mô đun hóa đóng một vai tr ò rất quan trọng dùng để phát triển sảnphẩm và nhiều người đã nghiên cứu các phương pháp khác nhau đ ể phát triển cácsản phẩm phức tạp Nghi ên cứu các báo cáo trước đây bởi Sundgren (1998 ),Blackenfelt và Stake (1998), Krishnan và Ulrich (2001) Ta có th ể tổng hợp các

phương pháp mô đun hóa ch ủ yếu dưới đây: [8]

 Thiết kế sản phẩm Fractal (Kahmeyer, 1994)

 Ma trận cấu trúc thiết kế (Pimmler v à Eppinger, 1994)

 Phát triển sản phẩm theo mô đun (Ali K.Kamrani, Ph.D và Sa’ed Salhieh,2000)

3.2.1 Thiết kế sản phẩm Fractal (FPD)

Fractal được xác định như “một mô đun độc lập chức năng” [ Kahmeyer,

Warnecke và Schneiner, 1994 ) Kahmeyer mô tả phương pháp bao gồm năm bước.

Bước đầu tiên là phân tích sản phẩm Trong bước này thiết lập một loạt sản phẩm

thích hợp, cấu trúc sản phẩm v à cấu trúc chức năng được phân tích Kết quả củaviệc phân tích là xác định hai cấu trúc điển h ình Bước thứ hai là đưa ra các ý tưởngthiết kế các mô đun sản phẩm B ước thứ ba là thực hiện ý tưởng thiết kế các giaodiện của mô đun Bước thứ tư là đánh giá và thẩm định các mô đun sản phẩm v àgiao diện của chúng Tiêu chuẩn thẩm định được thiết lập theo các mục ti êu chính

như chất lượng, lắp ráp và tháo rời, thiết kế để chế tạo, chức năng…Bước thứ năm

là thiết kế lại mô đun và tối ưu hóa Đánh giá các mô đun ch ỉ ra các nhược điểm vàhoàn thiện chúng Do đó các công cụ như FMEA là sự trợ giúp tốt nhất

3.2.2 Ma trận cấu trúc thiết kế (DSM)

Yassine miêu tả phương pháp ma trận cấu trúc thiết kế như một trình bày matrận kết hợp của quá tr ình mô đun hóa Phương pháp này có th ể phân tích các giai

đoạn khác nhau của quá tr ình mô đun hóa gồm ba bước Bước đầu tiên phân tích hệ

thống và tìm ra mối quan hệ giữa các bộ phận Sau đó thiết lập ma trận quan hệ giữacác bộ phận và mối quan hệ giữa các bộ phận đ ược đánh dấu trong ma trận B ướcthứ hai là phân chia ma trận cấu trúc thiết kế Trong b ước này ma trận được biến đổitheo dạng tam giác và được sắp xếp lại các dấu hiệu theo dạng đ ường chéo của matrận Điều này được thực hiện với sự trợ giúp của một thuật toán Lúc này, ma trậnthể hiện các bộ phận song song, nối tiếp v à nó sẽ được nhóm lại theo các dấu hiệutrong ma trận quanh đường chéo Từ đây, các mô đun có thể đ ược tạo ra

3.2.3 Phát triển sản phẩm theo mô đun (MPD)

Ali K.kamrani, Ph.D và Sa’ed Salhieh miêu t ả phương pháp này gồm 13 bước.Bước đầu tiên là phân tích nhiệm vụ thiết kế Trong bước này, ta sẽ thành lập nhóm

thiết kế và phát biểu bài toán thiết kế Bước thứ hai là lập kế hoạch thực hiện Trong

bước này, ta sẽ tiến hành đưa ra các bước tiến hành thiết kế và sử dụng biểu đồ

thanh lập lịch trình thiết kế Bước thứ ba là xác định các yêu cầu kỹ thuật của bài

toán thiết kế Trong bước này, ta tiến hành xác định yêu cầu khách hàng và sử dụng

“ngôi nhà chất lượng” (phương pháp QFD) xác đ ịnh yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.Bước thứ tư là đưa ra ý tưởng cho bài toán thiết kế Trong bước này, sử dụng kỹ

thuật phân tích chức năng để phân tích chức năng chung của sản phẩm th ành cácchức năng con và sử dụng kỹ thuật đưa ra ý tưởng từ những chức năng để đ ưa racác ý tưởng thiết kế Bước thứ năm là đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế

Trong bước này, ta sử dụng phương pháp ma trận quyết định để lựa chọn ý t ưởng có

triển vọng và tốt nhất để triển khai thiết kế B ước thứ sáu là xác định đặc tính hệ

thống (SLS) Trong bước này, dựa vào đặc điểm kết cấu và đặc điểm chức năng để

hình thành cấu trúc cấp bậc các đặc tính hệ thống v à xét mối tương quan 1:1 của các

bộ phận Bước thứ bảy là xác định hệ số tầm quan trọng của yêu cầu chức năng

chung (Weights for GFR) Trong bước này, các yêu cầu chức năng chung đ ược

cho các hệ số tầm quan trọng khác nhau dựa v ào yêu cầu khách hàng nằm trongkhoảng 0 đến 1 Bước thứ tám là xác định ảnh hưởng của đặc tính hệ thống lên các

yêu cầu chức năng chung ( GFR) Trong bước này, ta xây dựng ma trận quan hệ

giữa SLS và GFR với các mối quan hệ đ ược biểu thị bằng các giá trị 1, -1, 0 Bướcthứ chín là thiết lập ma trận đồng dạng Trong b ước này, đầu tiên ta sẽ xác địnhbảng chỉ số đồng dạng v à sau đó thiết lập ma trận đồng dạng B ước thứ mười làhình thành các mô đun Trong bước này, ta dựa vào thuật toán nhận dạng nhóm

(CIA) để sắp xếp ma trận theo dạng đ ường chéo và xác định các mô đun trên ma

trận đường chéo Bước thứ mười một là thiết kế các mô đun Trong b ước này, các

mô đun sẽ được thiết kế đồng thời v à hình thành các bản vẽ trong quá trình thiết kế

gồm bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp Thêm nữa, ta cũng lựa chọn vật liệu v à quy trìnhcông nghệ cho các mô đun Bước thứ mười hai là đánh giá các mô đun Trong bư ớc

này, các mô đun sẽ được đánh giá với các chỉ ti êu khác nhau Bước cuối cùng là

hoàn chỉnh thiết kế sản phẩm Trong b ước này, thiết lập bản vẽ lắp dùng để lắp ráp

các mô đun

3.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP MÔ ĐUN HÓA

Tất cả các phương pháp mô đun hóa đư ợc miêu tả ở trên bao gồm các bước thựchiện khác nhau để hình thành các sản phẩm theo mô đun Tuy nhi ên, hầu như tất cả

các phương pháp trên có ba bư ớc cơ bản: 1) Thiết lập các nguyên tắc thiết kế, 2)

Thiết kế đồng thời các mô đun, 3) Kiểm tra và kết hợp

Phương pháp ma trận cấu trúc thiết kế thiết lập các mô đun với ý t ưởng đơngiản không có các ràng buộc như tài chính chẳng hạn Do đó, phương pháp này cần

bổ sung thêm các công việc thực hiện trước và sau khi các mô đun được tạo ra.Phương pháp này có như ợc điểm là quá trình mô đun hóa riêng biệt nên thông tingiữa các công việc trước có thể bị mất Đây là những lý do tại sao phương pháp nàykhông dùng cho các sản phẩm phức tạp hoặc các dự án phát triển phức tạ p

Phương pháp thiết kế sản phẩm Fractal v à phương pháp phát tri ển sản phẩmtheo mô đun bao gồm nhiều bước triển khai quá trình mô đun hóa hơn Trong đóphương pháp thiết kế sản phẩm Fractal bắt đầu bằng việc phân tích sản phẩm rõ

ràng và xem xét kết quả của việc phân tích này trong quá trình mô đun hóa Ngoài

ra ta cần thêm một số công việc để cải tiến các mô đun trong quá tr ình phát triển

Phương pháp này phức tạp và cần xây dựng bộ phận phát triển n ên ứng dụng tốt

nhất cho các dự án phát triển sản phẩm phức tạp Còn đối với phương pháp còn lại

có thể so sánh với phương pháp thiết kế sản phẩm Fractal nh ưng phương pháp nàybắt đầu sớm một bước trong quá trình phát triển đó là phân tích thị trường Phươngpháp phát triển sản phẩm theo mô đun l à phương pháp đầy đủ nhất trong các

phương pháp được trình bày ở trên Phương pháp cũng ứng dụng tốt đối với các dự

án phát triển sản phẩm phức tạp

Do đó, tác giả quyết định chọn ph ương pháp phát triển sản phẩm theo mô đun

để xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun

Chương 4 XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

Dựa vào ý tưởng thiết kế theo mô đun đ ã trình bày trong cơ sở lý thuyết và

phương pháp mô hóa l ựa chọn ở trên Tác giả tiến hành xây dựng quy trình thiết kế

sản phẩm theo mô đun tổng quát gồm các bước trong sơ đồ dưới đây (hình 4.1)

4.1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ [3]

4.1.1 Thành lập nhóm thiết kế

Thành lập nhóm thiết kế là nhiệm vụ tương đối quan trọng, nó góp phần vào sựthành công của 1 dự án thiết kế Để thành lập nhóm thiết kế, ta thực hiện các b ướcsau:

 Bước 1: Tìm hiểu tính cách của từng thành viên trong nhóm (thông qua

bản kê khai cá nhân gồm sở thích, tính cách…)

 Bước 2: Dựa vào tính cách của từng thành viên, ta phân công m ỗi thành

viên sẽ đảm nhận một hay nhiều vai tr ò phù hợp với tích cách của họ (cácvai trò trong nhóm thiết kế gồm: người điều phối, người sáng tạo, người

khám phá, người lập kế hoạch, người giám sát – đánh giá, người chăm

sóc nhóm, người thực thi, người hoàn chỉnh sau cùng)

Thí dụ: Thành lập nhóm thiết kế của dự án thiết kế hệ thống băng tải ống Ta sẽ

tiến hành thực hiện theo các bước như sau:

Để phù hợp với công việc được giao và thuận tiện cho công việc thiết kế, nh ómchúng tôi đã trắc nghiệm tính cách của các th ành viên trong nhóm Sau đây xin gi ới

thiệu về các thành viên trong nhóm và đ ặc điểm tính cách của mỗi ng ười:

 Thành viên 1: NGUYỄN VĂN A

Sở thích: thể thao, đọc sách, âm nhạc.

Tính cách: Sống nội tâm, biết lắng nghe, xem xét vấn đề dưới nhiều góc

độ rồi mới phát biểu ý kiến; có cách suy nghĩ theo lý thuyết; d è dặt, khó

ra quyết định

 Thành viên 2: HỒ VĂN B

Sở thích: thể thao, âm nhạc, công nghệ thông tin, tìm hiểu về xe hơi Tính cách: Sống nội tâm, biết lắng nghe, thích độc lập giải quyết công

việc; có cách suy nghĩ theo lý thuyết, có tính khách quan khi ra quyết

định; quyết đoán; thường làm việc có kế hoạch, kiểm soát kỹ c àng

 Thành viên 3: TRẦN ĐÌNH C

Sở thích: thể thao, đọc sách.