Nghiên cứu, ứng dụng thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp

HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Trang 5 TÓM TẮT Một trong những công đoạn rất quan trọng của quy trình sản xuất đó là quá trình lắp ráp những chi tiết, cụm chi tiết với nhau để tạo

Trang 1

HVTH: Võ Tuyển – Cơ khí CTM khóa 12 Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ TUYỂN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SẢN PHẨM

ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP

CHUYÊN NGÀNH : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

MÃ SỐ NGÀNH : 2.01.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2003

Trang 2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI 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 TRẦN DOÃN SƠN

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS NGUYỄN HỮU LỘC

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

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

Ngày 02 tháng 12 năm 2003

Trang 3

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: VÕ TUYỂN Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh: 01/04/1960 Nơi sinh : Hà nội

Chuyên ngành: Cơ khí chế tạo máy

Khóa: 12 (năm trúng tuyển: 2001)

VII- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

• Nghiên cứu lý thuyết, xây dựng phần mềm thư viện lựa chọn phương pháp lắp ráp

• Thiết lập các qui tắc hướng dẫn thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp

• Thành lập các bước thực hiện việc phân tích thiết kế và xây dựng phần mềm thư viện

phân tích thiết kế cho các phương pháp lắp ráp

• Ứng dụng thiết kế một sản phẩm cơ khí đảm bảo khả năng lắp ráp

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/03/2003

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/09/2003

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN THANH NAM VI- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: PGS TS TRẦN DOÃN SƠN

VII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: TS NGUYỄN HỮU LỘC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

PGS.TS NGUYỄN THANH NAM PGS TS TRẦN DOÃN SƠN TS NGUYỄN HỮU LỘC

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày 27 tháng 11 năm 2003

TRƯỞNG PHÒNG QKKH-SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn, các thầy cô giảng viên Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, cơ quan công tác của tôi, bạn bè cùng lớp và gia đình Xin chân thành cảm ơn đến tất cả những tập thể và cá nhân đã giúp tôi trong thời gian vừa qua:

Hồ Chí Minh

những kiến thức, kinh nghiệm trong suốt quá trình thực hiện đề tài

cho tôi trong những năm học vừa qua

nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian học và thời gian thực hiện đề tài

giúp đỡ, động viên tôi trong suốt khóa học

Vì thời gian thực hiện đề tài không nhiều, kiến thức bản thân còn hạn chế, hơn nữa đây là một đề tài mới mẻ, ít tài liệu tham khảo nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót Kính mong quí thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp chỉ bảo, đóng góp ý kiến để tôi nhận thức được những thiếu xót và cố gắng sửa chữa, hoàn thiện hơn

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn tất cả những tập thể và cá nhân đã hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành luận văn này

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 09 năm 2003

Trang 5

TÓM TẮT

Một trong những công đoạn rất quan trọng của quy trình sản xuất đó là quá trình lắp ráp những chi tiết, cụm chi tiết với nhau để tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh Nếu quá trình gia công cơ khí là giai đoạn chủ yếu của quá trình sản xuất, thì quá trình lắp ráp là giai đoạn cuối cùng của qui trình sản xuất ấy Sau quá trình lắp ráp, sản phẩm đạt được chất lượng yêu cầu và vận hành ổn định, thì qui trình sản xuất mới có ý nghĩa, các sản phẩm mới có tác dụng thiết thực cho nền kinh tế quốc dân

Thiết kế đảm bảo khả năng lắp ráp nhằm đánh giá tính thuậän tiện trong việc lắp ráp một sản phẩm Do hầu như tất cả sản phẩm đều được lắp ráp từ nhiều chi tiết và việc lắp ráp tốn kém thời gian, người ta khuyến khích chế tạo sản phẩm càng dễ lắp ráp càng tốt Vì vậy, kỹ thuật “Thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp“ được nghiên cứu trong luận văn này có liên quan đến việc giảm bớt giá thành sản phẩm và nâng cao năng suất lắp ráp thông qua sự đơn giản hóa mô hình thiết kế Cách tốt nhất để đạt được điều đó, trước tiên là giảm bớt số chi tiết riêng lẻ và số lọai chi tiết được lắp ráp lại, đồng thời đảm bảo rằng các chi tiết còn lại phải dễ dàng chế tạo và lắp ráp

Khả năng giảm chi phí và nâng cao năng suất lắp ráp được quyết định nhiều nhất ở giai đoạn thiết kế và do vậy, khi thiết kế cần nhận thức được bản chất tự nhiên của các quá trình lắp ráp Khi gặp phải những điều kiện ràng buộc, đòi hỏi phải chế tạo những chi tiết riêng lẻ thì mới phải cân nhắc còn không thì nên thiết kế gộp chung lại thành một chi tiết, chi phí lắp ráp sẽ thấp hơn Khi thiết kế cũng luôn nhớ rằng, mỗi sự kết hợp của hai chi tiết thành một sẽ loại ra ít nhất một hoạt động trong việc lắp ráp

Sau một thời gian nghiên cứu hoàn thành đề tài, luận văn đã đạt được một số kết quả như sau:

1 Xây dựng phần mềm thư viện lựa chọn phương pháp lắp ráp

2 Thiết lập các qui tắc chung hướng dẫn thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp

3 Xây dựng trình tự các bước thực hiện việc phân tích một thiết kế và xây dựng phần mềm thư viện phân tích thiết kế đối với các phương pháp lắp ráp

4 Ứng dụng thiết kế sản phẩm điển hình đảm bảo khả năng lắp ráp và phân tích tính hiệu quả của nó

Trang 6

Design for assembly is estimated advantageousness a product in assembly Because almost all products are assembled from many parts and the assembly wastes a lot of time, it is encouraged manufacturing product that assembly is as easier as possible is better Thus, “Product Design for Assembly” technique described in this subject is concerned with reducing the cost of a product through simplification of its design The best way to achieve this cost reduction

is first to reduce the number of individual parts that must be assembled and then to ensure that the remaining parts are easy to manufacture and assemble Assembly cost is largely detemined at the design stage The designer should be aware of the nature of assembly processes and should always have sound reasons for requiring separate parts, and hence higher assembly costs, rather than combining several parts into one manufactured item The designer should always keep in mind that each combination of two parts into one will eliminate at least one operation in assembly

After a time searching and finishing the subject, this thesis was achieved following results:

1 Building the library software for choice assembly methods

2 Establishing the common rules for leading product design for assembly

3 Summarising the order of practising steps for analysing a design and building the library software for analysing design to assembly methods

4 Applying the optimal product design for assembly and analysing its effect

Trang 7

MỤC LỤC

Trang

Nhiệm vụ luận văn

Lời cảm ơn

Tóm tắt luận văn

Mục lục

3457

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM

1.1 Giới thiệu tổng quan

1.2 Lịch sử phát triển của quá trình lắp ráp

1.3 Thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp

1.3.1 Giới thiệu

1.3.2 Mục đích nghiên cứu

1.4 Mục tiêu của luận văn

1.5 Phạm vi, giới hạn của luận văn

Chương 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP LẮP RÁP

2.1 Mục đích

2.2 Các phương pháp lắp ráp

2.2.1 Lắp ráp bằng tay

2.2.2 Phương pháp lắp ráp tự động

2.2.3 Phương pháp lắp ráp bằng robot

1 Trạm lắp ráp robot một cánh tay

2 Trạm lắp ráp robot hai cánh tay

3 Hệ thống lắp ráp robot nhiều trạm

2.2.4 Phương pháp lắp ráp bán tự động

2.3 Lựa chọn phương pháp lắp ráp

2.3.1 Các yêu cầu khi lựa chọn phương pháp lắp ráp

2.3.2 Lựa chọn phương pháp lắp ráp bằng biểu đồ

1 Lựa chọn phương pháp lắp ráp theo biểu đồ 2−1

2 Lựa chọn phương pháp lắp ráp theo biểu đồ 2−2

3 Điều kiện cho việc ứng dụng các hệ thống lắp ráp

2.4 Xây dựng phần mềm thư viện lựa chọn phương pháp lắp

ráp

2.4.1 Cơ sở lý thuyết

1 2

10101414151616

12

181819192020212122232324252525152727

Trang 8

2.4.2 Sơ đồ cấu trúc chương trình

2.4.3 Giao diện chính của chương trình

2.4.4 Ví dụ ứng dụng

Chương 3 NHỮNG QUI TẮC THIẾT KẾ SẢN PHẨM

3.1 Giới thiệu

3.2 Những qui tắc thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp

3.2.1 Thiết kế giảm bớt số chi tiết và loại chi tiết

3.2.2 Thiết kế sản phẩm có một chi tiết cơ sở để lắp đặt

những chi tiết khác 3.2.3 Thiết kế loại bỏ bớt sự điều chỉnh

3.2.4 Thiết kế công việc gắn chi tiết theo một đường lắp ráp

liên tục, xuất phát từ một hướng 3.2.5 Thiết kế các chi tiết tự đặt vào đúng vị trí

3.2.6 Thiết kế khoảng không gian và tầm nhìn rõ ràng khi

lắp ráp 3.2.7 Thiết kế tránh những tính chất làm cản trở khả năng

lấy chi tiết ra 3.2.8 Thiết kế đảm bảo sự dễ dàng khi xử lý các chi tiết có

kích thước lớn, sắc cạnh 3.2.9 Thiết kế loại bỏ việc phải định hướng lại trong quá

trình lắp ráp 3.2.10 Thiết kế các chi tiết không thể cài đặt sai

3.2.11 Thiết kế những chi tiết có tính chất đối xứng giữa hai

đầu 3.2.12 Thiết kế những chi tiết đối xứng quanh trục lắp của nó

3.2.13 Thiết kế những chi tiết không đối xứng quanh trục lắp

hay bất đối xứng một cách rõ ràng 3.3 Qui trình áp dụng các quy tắc thiết kế sản phẩm đảm bảo

khả năng lắp ráp

Chương 4 PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ THIẾT KẾ SẢN PHẨM

4.1 Phân tích hiệu quả thiết kế

4.1.1 Xác định thời gian xử lý bằng tay

4.1.2 Xác định thời gian lắp ráp bằng tay

4.1.3 Phương pháp phân tích thiết kế

28282917

17 18

3131323434

3537384142

42434344

4546

29 29

484857

Trang 9

4.1.4 Phương pháp phân tích thiết kế lại

4.2 Ứng dụng phân tích thiết kế

4.2.1 Xét thiết kế xilanh – pittông khí nén

4.2.2 Nhận xét

4.3 Xây dựng phần mềm thư viện phân tích thiết kế để lắp ráp

4.3.1 Cơ sở lý thuyết

4.3.2 Cấu trúc chương trình

4.3.3 Giao diện cập nhật dữ liệu

1 Giao diện chính và giao diện cập nhật dữ liệu

2 Xác định mã xử lý bằng tay của chi tiết

3 Xác định mã lắp đặt bằng tay của chi tiết

4 Giao diện phân tích đối với lắp ráp bằng tay

5 Giao diện thư viện

6 Bảng kê kết quả phân tích

Chương 5 ỨNG DỤNG THIẾT KẾ SẢN PHẨM

5.1 Giới thiệu

5.2 Phân tích thiết kế

5.3 Kết quả phân tích

5.4 Kết quả phân tích bằng phần mềm

5.5 Hiệu quả của phân tích thiết kế lại

KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Phụ lục

Tài liệu tham khảo

576162626767677171717476808082

1 2

8384899092

9598114

Trang 10

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Kể từ đầu thế kỷ XIX, nhu cầu về hàng hóa gia tăng với số lượng ngày càng lớn, đặc biệt trong nền công nghiệp vũ khí quốc phòng đã đặt ra yêu cầu phải nghiên cứu và phát triển những qui trình sản xuất mới Kết quả của sự phát triển những quy trình sản xuất này đã nâng cao chất lượng sản phẩm, đặc biệt là hạ thấp giá thành sản phẩm, yếu tố mà khách hàng rất quan tâm Một trong những công đoạn rất quan trọng của quy trình sản xuất đó là quá trình lắp ráp những chi tiết, cụm chi tiết với nhau để tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh

Lịch sử phát triển của những phương pháp lắp ráp có liên quan mật thiết với lịch sử phát triển của các quy trình sản xuất Có thể nói, người đưa ra các quy trình sản xuất cũng đồng thời là người tìm ra những công nghệ lắp ráp hiện đại

Ý tưởng và quan điểm của họ đã mang lại sự cải tiến đáng kể về các phương pháp lắp ráp và những quy trình sản xuất hàng loạt với khối lượng lớn

Trong lĩnh vực chế tạo máy, quá trình chế tạo các chi tiết đã được cải tiến với việcï đưa vào các hệ thống sản xuất tự động, công nghệ lắp ráp ráp cũng phát triển theo nhưng vẫn còn có một khoảng cách đáng kể Thực tế ở các quốc gia có nền công nghiệp phát triển cho thấy, nguồn lao động dành cho quá trình lắp ráp thay đổi từ 20% trong sản xuất máy nông nghiệp tới 60% trong chế tạo thiết bị điện thọai và telegraph Do vậy, giá thành lắp ráp chiếm gần 50% tổng chi phí sản xuất

Trong vài thập niên qua, với những cố gắng làm giảm giá thành lắp ráp bằng việc sử dụng các hệ thống lắp ráp tự động với tốc độ cao và gần đây là sử dụng robot lắp ráp Tuy nhiên, sự thành công cũng có giới hạn nên việc lắp ráp thủ công bằng tay vẫn còn giữ một vai trò quan trọng

1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA QUÁ TRÌNH LẮP RÁP

Trước đây, việc chế tạo, lắp ráp và kiểm tra được thực hiện bởi người công

Trang 11

nhân bằng các biện pháp thủ công, mỗi chi tiết phải được thiết kế phù hợp với từng bộ phận và cần có những chuyên gia về lĩnh vực này Hơn nữa, phải mất thời gian dài để đào tạo một đội ngũ công nhân có tay nghề cao Vào thời kỳ này, mức độ sản xuất bị hạn chế bởi phụ thuộc trình độ tay nghề của người công nhân

Lịch sử phát triển của quá trình lắp ráp bắt đầu từ nhu cầu về vũ khí trong các cuộc chiến tranh Năm 1798, quân đội Mỹ cần một số lượng lớn súng, nhưng lúc đó ngành công nghiệp vũ khí quốc phòng của Mỹ không thể đáp ứng được Eli Whitney là một trong những người khởi xướng về sản xuất, ông đã ký hợp đồng với Mỹ nhận chế tạo 10.000 khẩu súng trong thời gian 28 tháng Mặc dù phải mất hơn 10 năm để hoàn thành hợp đồng, nhưng những ý tưởng về sản xuất của Whitney đã tạo tiền đề cho sự phát triển sau này Ýù tưởng của ông là xây dựng những nhà máy chuyên dùng để chế tạo một loại sản phẩm nào đó và hầu hết công việc được thực hiện nhờ vào máy móc, những công việc còn hạn chế ở máy móc thì được thực hiện bởi công nhân Ví dụ đơn giản sau đây sẽ cho thấy điều này, mối ghép bulon để kẹp hai tấm kim loại với nhau, nếu quá trình lắp ráp được thực hiện bằng tay thì rất đơn giản, nhưng nếu tự động hóa việc này thì trở nên khó hơn Khó khăn thứ nhất là việc cho bulon vào lỗ ghép trên hai tấm kim loại bởi vì hai lỗ có thể chưa khớp với nhau, khi lắp bằng tay ta có thể chỉnh lại cho khớp Khó khăn thứ hai là việc lắp vòng đệm vào bulon, khi lắp bằng tay thì công nhân có thể một tay giữ vòng đệm, một tay vặn đai ốc vào còn đối với máy thì khó thực hiện thao tác này Công việc cuối cùng là xiết chặt mối ghép, việc này thì máy có thể làm một cách dễ dàng Trong trường hợp này, để việc tự động hóa được thực hiện dễ dàng hơn thì cần có một khâu thực hiện bằng tay để lắp sơ bộ trước Ý tưởng này cho phép rút ngắn thời gian sản xuất, gia tăng số lượng sản phẩm được lắp ráp

Quan điểm của Oliver Evans về việc vận chuyển vật liệu từ nơi này đến nơi khác mà không cần sử dụng tay chân, đã đưa đến sự phát triển xa hơn về lắp ráp tự động Năm 1793, Evans sử dụng các loại phương tiện vận tải trong một nhà máy mà chỉ cần hai người vận hành ở đầu và cuối công đoạn Tất cả quá trình vận hành được tiến hành một cách tự động, các phương tiện vận tải sẽ mang vật liệu từ nơi này đến nơi khác

Đóng góp đáng kể cho sự phát triển các phương pháp lắp ráp là những ý tưởng của Elihu Root Năm 1849, Root tham gia vào dự án sản xuất mới của công ty, ông phân chia công việc lắp ráp thành những cụm riêng lẻ, mỗi vị trí đảm nhận một chức năng riêng sao cho có thể hoàn thành sớm nhất và ít mắc lỗi nhất Phôi liệu, bán thành phẩm được vận chuyển từ vị trí làm việc này đến

Trang 12

vị trí kế tiếp nhờ vào hệ thống vận chuyển tự động Sự phân chia này đã hạn chế được phần nào sự di chuyển trong suốt quá trình lắp ráp và thời gian đào tạo đội ngũ công nhân cũng được rút ngắn, nâng cao hiệu quả sản xuất

Frederick Winshow Taylor là người đầu tiên giới thiệu những phương pháp lắp ráp có đề cập đến thời gian Quan điểm này đã tiết kiệm được thời gian và nguồn nhân lực nhờ việc sắp xếp các công việc vào những vị trí thích hợp nhất

Henry Ford là người đã đóng góp đáng kể cho sự phát triển của những phương pháp lắp ráp và sản xuất hiện đại Ông đưa ra quan điểm của mình trước hết là về công cụ và sau đó là con người trong điều kiện vận hành để sắp xếp các công đoạn ở một vị trí thích hợp nhất trong quy trình lắp ráp

Trong hệ thống lắp ráp dây chuyền, khi một người công nhân thực hiện xong phần việc của mình, họ luôn đặt từng bộ phận vào những nơi tương ứng để thực hiện dễ dàng, thuận tiện nhất Những bộ phận này sẽ được chuyển đến công đoạn kế tiếp nhờ hệ thống vận chuyển tự động Nguyên tắc này dần dần được áp dụng trong quy trình sản xuất tự động hóa kiểu T Ford

Kỹ thuật lắp ráp hiện đại lần đầu tiên được ứng dụng để lắp ráp bộ phận đánh lửa trong động cơ đốt trong Theo những phương pháp cũ, một người thao tác phải mất 20 phút để hoàn thành công việc này Tuy nhiên, khi quy trình lắp ráp trên được phân thành 29 nơi hoạt động riêng lẻ, thực hiện bởi nhiều công nhân tại những vị trí làm việc khác nhau trong hệ thống, thời gian lắp ráp giảm xuống còn 13 phút 10 giây Khi chiều cao của hệ thống lắp ráp tăng lên khoảng

210 mm, thời gian giảm xuống còn 5 phút, chỉ bằng 1/4 thời gian đòi hỏi ở quy trình lắp ráp cũ Kết quả trên đã giúp Henry Ford quyết định sử dụng hệ thống lắp ráp này trong việc lắp ráp những bộ phận xe hơi Quá trình sản xuất đạt được những kết quả khả quan, chất lượng sản phẩm được cải tiến đáng kể, mặc dù sản phẩm lắp ráp đôi khi khác với tiêu chuẩn ban đầu của những hàng mẫu được làm bằng tay Ford đã xây dựng một nhà máy lắp ráp thử nghiệm, sử dụng những dụng cụ, khuôn mẫu, thiết bị giống nhau, thậm chí kỹ năng làm việc cũng giống nhau cho quy trình sản xuất hàng loạt Phương pháp này ngày nay đã trở thành tiêu chuẩn làm việc cho tất cả những nhà máy lắp ráp lớn

Lúc đầu hệ thống lắp ráp trên thường chỉ như là một hệ thống lắp ráp bằng tay đối với những sản phẩm được sản xuất hàng loạt hoặc hàng khối Tuy nhiên, đầu thế kỷ XX, những người thợ lắp ráp bằng tay được thay thế bằng những thiết bị máy móc, rồi tiến đến dùng thiết bị lắp ráp tự động và sử dụng robot trong lắp ráp

Trang 13

Những hệ thống lắp ráp hiện đại thường chỉ dùng cho quy mô sản xuất lớn bởi chi phí đầu tư khá cao Sự phát triển của hệ thống lắp ráp này có quan hệ chặt chẽ với nền công nghiệp, đặc biệt trong các lĩnh vực như vũ khí quốc phòng, xe hơi, đồng hồ và những sản phẩm tiêu dùng khác Một thống kê vào lúc đó cho thấy, những hàng hóa được sản xuất bằng máy móc chiếm khoảng

15 ÷ 20% và chỉ khoảng 5% sản phẩm được lắp ráp tự động, còn lại được lắp ráp bằng tay Điều này có nghĩa là phương pháp lắp ráp bằng tay vẫn giữ vai trò quan trọng trong sản xuất Kể từ thế chiến thứ II, các nhà sản xuất đã chú tâm vào khả năng dùng robot trong lắp ráp và nhận thấy rằng, robot có tính linh hoạt cao, chúng có thể được áp dụng đối với sản xuất nhỏ và trung bình

Năm 1954, George Deval đã sáng chế một thiết bị có thể thay đổi chương trình, thiết bị này được ứng dụngï chủ yếu trong robot công nghiệp hiện đại Năm 1962, thử nghiệm Unimate Mark 1 đã được triển khai và vào năm 1965, robot công nghiệp hiện đại đầu tiên được cấp giấy phép đi vào sản xuất

Lúc đầu, việc ứng dụng robot công nghiệp nhằm thay thế những công việc được thực hiện bằng tay trong điều kiện khó khăn như quy trình đổ khuôn kim loại, đục lỗ v.v… Và đến năm 1968, người ta đã bắt đầu sử dụng robot để lắp ráp

Qua mỗi giai đoạn lịch sử, quy trình lắp ráp đã được cải tiến và hoàn thiện nhằm mang lại hiệu quả tốt nhất Từ ý tưởng xây dựng một nhà máy chuyên dùng để lắp ráp một chủng loại sản phẩm nhất định đến ý tưởng sử dụng hệ thống vận chuyển tự động trong quá trình lắp ráp, phân chia, sắp xếp các công đoạn trong quá trình lắp ráp Từ những dây chuyền lắp ráp thủ công đến hệ thống lắp ráp tự động rồi đến việc ứng dụng robot để lắp ráp là một sự phát triển về công nghệ lắp ráp Mặc dù các phương pháp lắp ráp sau được cải tiến từ những phương pháp lắp ráp trước đó nhưng không có nghĩa là nó hoàn toàn thay thế cho nhau Mỗi phương pháp lắp ráp đều có một phạm vi ứng dụng nhất định, nếu ứng dụng không thích hợp, không những không mang lại hiệu quả mà có thể làm cho hiệu quả giảm xuống

Mặt khác, những người tiên phong trong lĩnh vực này còn nhận thức được rằng giai đoạn thiết kế có tác động đáng kể đến quá trình lắp ráp, họ đã nghiên cứu để thiết kế những sản phẩm dễ dàng cho việc lắp ráp và họ cũng đã bắt đầu quan tâm đến thời gian lắp ráp

1.3 THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP

Trang 14

1.3.1 Giới thiệu

Thiết kế đảm bảo khả năng lắp ráp là đánh giá tính thuậän tiện trong việc lắp ráp một sản phẩm Do hầu như tất cả sản phẩm đều được lắp ráp từ nhiều chi tiết và việc lắp ráp tốn kém thời gian, người ta khuyến khích chế tạo sản phẩm càng dễ lắp ráp càng tốt

Kỹ thuật “Thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp“ được nghiên cứu trong luận văn này có liên quan đến việc giảm bớt giá thành sản phẩm thông qua sự đơn giản hóa mô hình thiết kế Cách tốt nhất để giảm bớt giá thành sản phẩm, trước tiên là giảm bớt số chi tiết riêng lẻ và số loại chi tiết được lắp ráp lại, đồng thời đảm bảo rằng các chi tiết còn lại phải dễ dàng chế tạo và lắp ráp

Vì vậy, việc phân tích thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp phải có tính hệ thống và là một quá trình xây dựng từng bước một

Khả năng giảm chi phí lắp ráp được quyết định nhiều nhất ở giai đoạn thiết kế và do vậy, người thiết kế cần nhận thức được bản chất tự nhiên của các quá

trình lắp ráp Khi gặp phải những điều kiện ràng buộc, đòi hỏi phải chế tạo

Lựa chọn

phương pháp lắp ráp

Phân tích theo lắp ráp tự động tốc độ cao

Cải tiến mô hình thiết kế và phân tích lại

Phân tích theo

lắp ráp

bằng tay

Phân tích theo lắp ráp bằng robot

Hình 1−1 Các bước phân tích một thiết kế đảm bảo khả năng lắp ráp

Trang 15

những chi tiết riêng lẻ thì mới phải cân nhắc còn không thì nên thiết kế gộp chung lại thành một chi tiết, chi phí lắp ráp sẽ thấp hơn Khi thiết kế cũng luôn lưu ý rằng, mỗi sự kết hợp của hai chi tiết thành một sẽ loại ra ít nhất một hoạt động trong việc lắp ráp bằng tay hoặc một phần của máy khi lắp ráp tự động Thiết kế đảm bảo khả năng lắp ráp phải được xem xét trong tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất Khi người thiết kế đã hình thành những hướng giải quyết khác nhau và bắt đầu ghi lại những suy nghĩ của mình, sẽ có nhiều phương án xem xét nhằm đơn giản hóa việc lắp ráp sản phẩm hoặc lắp ráp các cụm chi tiết

Hình 1−1 giới thiệu sơ đồ khối các bước phân tích một thiết kế đảm bảo khả năng lắp ráp và có thể tóm tắt như sau:

Bước 1 Lựa chọn phương pháp lắp ráp: Căn cứ vào bản vẽ thiết kế sản phẩm, tổng số chi tiết trong thiết kế, số chi tiết được lắp ráp, sản lượng của sản phẩm trong một năm và thời gian hoàn vốn trang thiết bị để lựa chọn một trong

ba phương pháp lắp ráp bằng tay, tự động với tốc độ cao hay bằng robot

Bước 2 Sau khi đã lựa chọn được một phương pháp lắp ráp thích hợp trong số ba phương pháp kể trên, bước tiếp theo phải tiến hành phân tích thiết kế để đánh giá được hiệu quả của phương pháp lắp ráp đó và khả năng cải tiến của thiết kế

Bước 3 Cải tiến mô hình thiết kế và phân tích lại: Mục đích của bước này nhằm giảm bớt thời gian và chi phí lắp ráp tới mức thấp nhất

1.3.2 Mục đích nghiên cứu

Nếu một sản phẩm thiết kế không đánh giá được khả năng đảm bảo cho chế tạo và lắp ráp, thì kỹ thuật hiện đại áp dụng chỉ có thể làm giảm thiểu những khiếm khuyết của thiết kế Việc cải tiến thiết kế ở giai đoạn này không còn giá trị nữa bởi đã tốn nhiều thời gian và tiền bạc trong quá trình sản xuất mới nhận

ra nhược điểm của thiết kế Vì vậy, kỹ thuật chế tạo và lắp ráp cần được xem xét ngay ở giai đoạn thiết kế ban đầu, thì việc cải tiến thiết kế mới có ý nghĩa nhằm mang lại hiệu quả kinh tế

Ba chỉ tiêu để xác định hiệu quả của một phương pháp thiết kế là: giá thành, chất lượng và thời gian Mối quan tâm chính ở đây là giá thành và thời gian, bởi quá trình lắp ráp có liên hệ trực tiếp đến hai chỉ tiêu này Thời gian và chi phí lắp ráp phụ thuộc vào hai yếu tố Trước hết, bản thân thiết kế đó có dễ dàng cho việc lắp ráp hay không, điều này phụ thuộc vào quá trình thiết kế Thứ hai,

Trang 16

việc lựa chọn một phương pháp lắp ráp thích hợp sẽ giảm bớt thời gian và chi phí lắp ráp Không nên nghĩ rằng, việc lựa chọn phương pháp lắp ráp không có mối liên hệ nào với giai đoạn thiết kế Thực ra, từ khi hình thành ý tưởng đến khi đi vào thiết kế, người thiết kế phải suy nghĩ đến việc sản phẩm thiết kế của mình sẽ được lắp ráp như thế nào, sử dụng phương pháp nào Như vậy, một thiết kế có xem xét đến tất cả các yếu tố trên mới có thể là một thiết kế hoàn chỉnh

Mặc dù có nhiều cách để tăng hiệu quả chế tạo (cải tiến vật liệu, công cụ, qui trình, cách bố trí dây chuyền sản xuất trong nhà máy…), nhưng xem xét việc chế tạo và lắp ráp trong suốt giai đoạn thiết kế sản phẩm giữ vai trò rất lớn, nó quyết định phần lớn chi phí sản xuất của sản phẩm Việc cải tiến quy trình chế tạo và lắp ráp sẽ cho phép giảm đáng kể chi phí sản xuất và làm tăng hiệu quả sản xuất

Ở Việt nam, công nghệ lắp ráp nói riêng và công nghệ cơ khí chế tạo máy nói chung còn non yếu, qui mô nhỏ, chỉ sản xuất các sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật không cao, công nghệ và tổ chức khép kín (từ tạo phôi đến lắp ráp), v.v… Có thể nói khoa học về công nghệ lắp ráp chưa có gì đáng kể, hoàn toàn mới mẻ hay nói cách khác công nghệ lắp ráp chưa được phát triển Trong những năm gần đây, một số xí nghiệp đã cố gắng đổi mới công nghệ và thiết bị, nhưng cũng chỉ một vài xí nghiệp có công nghệ lắp ráp thủ công hay bán tự động (lắp ráp xe hơi, xe hai bánh gắn máy…), còn hầu hết vẫn sử dụng công nghệ lắp ráp bằng tay

Chính vì vậy, việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng thiết kế đảm

bảo khả năng lắp ráp sản phẩm cơ khí” là rất cần thiết và bổ ích, thiết thực

với tình hình chung hiện nay ở nước ta trong giai đọan công nghiệp hóa, hiện đại hóa

1.4 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu, ứng dụng thiết kế đảm bảo khả

năng lắp ráp sản phẩm cơ khí sao cho đạt hiệu quả cao

1.5 PHẠM VI, GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN

Trong phạm vi đề tài nghiên cứu của luận văn, ta quan tâm đến các khía cạnh:

Trang 17

năng lắp ráp

mềm thư viện phân tích thiết kế cho các phương pháp lắp ráp với sự trợ giúp của máy tính

và phân tích tính hiệu quả của nó

Như vậy, trong đề tài nghiên cứu này sẽ không đi sâu vào các vấn đề khác như: thiết kế sản phẩm đảm bảo độ bền, độ tin cậy, hợp lý về động lực học hay tối ưu hóa kết cấu v.v…

Trang 18

Ví dụ, khi lắp ráp sản phẩm với số lượng khoảng vài nghìn trong một năm thì chỉ cần lắp ráp bằng tay Còn khi sản xuất với số lượng vài triệu sản phẩm hàng năm thì đòi hỏi phải trang bị những dụng cụ chuyên dùng và phải được tự động hóa bằng dây chuyền lắp ráp tự động với tốc độ cao, và dĩ nhiên chi phí đầu tư ban đầu để làm việc này sẽ cao hơn Khi số lượng sản phẩm lớn hơn nữa mà với việc lắp ráp bằng robot có thể mang lại hiệu quả kinh tế thì tốt nhất là chúng ta lựa chọn phương pháp lắp ráp này

Như ta đã biết, những yêu cầu thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp bằng tay khác xa với trường hợp lắp ráp tự động hay robot, nó tùy thuộc vào khả năng, trình độ tay nghề của người công nhân Ngược lại, một hoạt động lắp ráp dễ dàng đối với người công nhân, nhưng có thể robot hay một thiết bị lắp ráp chuyên dùng lại không thực hiện được

Để lựa chọn được một phương pháp lắp ráp hữu hiệu đối với sản phẩm cơ khí của mình, phải xem xét nhiều mặt, phân tích hiệu quả của thiết kế đối với mỗi phương pháp lắp ráp và phải dựa vào khả năng sẵn có của nhà máy, xí nghiệp Nếu là phương pháp mà nhà máy, xí nghiệp chưa trang bị máy móc thì xem xét có nên trang bị hay không?

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẮP RÁP

Để đảm bảo năng suất và độ chính xác khi lắp ráp trong các nhà máy, xí

Trang 19

nghiệp, thường sử dụng các phương pháp lắp ráp sau đây:

Ngòai ra, phương pháp lắp ráp bằng tay khi kết hợp với lắp ráp tự động hay bằng robot còn được gọi là lắp ráp bán tự động

2.2.1 Lắp ráp bằng tay

Phương pháp lắp ráp bằng tay chủ yếu sử dụng những công cụ đơn giản trong quá trình lắp ráp và dùng cho sản xuất có quy mô nhỏ, chủng loại sản phẩm không ổn định, trong đó công việc được chia ra thành những công đoạn nhỏ Các công đoạn nhỏ này được giao cho từng vị trí làm việc trong dây chuyền Một trong những thuận lợi của phương pháp này là có sự chuyên môn hóa lao động khi giao cho mỗi công nhân một số nhiệm vụ cụ thể có tính lặp lại, nhờ vậy họ làm việc với tốc độ nhanh hơn và chất lượng cao hơn Chất lượng sản phẩm theo phương pháp này phụ thuộc nhiều vào tay nghề của công nhân Sử dụng phương pháp này có thể thay đổi chủng loại, loại sản phẩm mà không mất nhiều thời gian

Có các kiểu dây chuyền lắp ráp bằng tay sau:

• Dây chuyền lắp ráp kiểu đơn : dây chuyền này được chuyên môn hóa để

thích ứng với việc sản xuất những sản phẩm cùng một kiểu

• Dây chuyền lắp ráp kiểu loạt : loại này dùng cho việc sản xuất hai hoặc

nhiều kiểu sản phẩm Mỗi kiểu được lắp ráp một loạt trên dây chuyền và các kiểu sản phẩm thường giống nhau về quy trình lắp ráp

• Dây chuyền lắp ráp kiểu hỗn hợp : loại này cũng dùng để lắp ráp hai hay

nhiều kiểu sản phẩm Tuy nhiên, các kiểu khác nhau nằm hỗn hợp trên dây chuyền sao cho cùng một lúc có thể lắp ráp nhiều kiểu khác nhau chứ không theo loạt

2.2.2 Phương pháp lắp ráp tự động

Việc lắp ráp được thực hiện hoàn toàn bởi máy móc trong dây chuyền, có thể là dây chuyền đồng bộ hay dây chuyền không đồng bộ Thiết bị cấp phôi tự động sẽ cung cấp phôi cho hệ thống Những dây chuyền này thường chỉ dùng để lắp ráp một loại sản phẩm và dùng trong sản xuất với quy mô lớn Phương

Trang 20

pháp này khó thay đổi chủng loại sản phẩm

2.2.3 Phương pháp lắp ráp bằng Robot

Phương pháp lắp ráp này cũng giống như lắp ráp tự động nhưng có tính linh hoạt cao hơn

1 Trạm lắp ráp robot một cánh tay (hình 2−1)

Hệ thống này bao gồm một cánh tay robot riêng lẻ, bộ phận cố định và một vài trang thiết bị chuyên dùng như máng cấp phôi rung, ổ chứa phôi, các cơ cấu cài, kẹp chặt hay những đầu kẹp chuyên dùng Kiểu một cánh tay robot đơn giản được trang bị đầu kẹp đa năng để sử dụng cho việc gá đặt, kẹp chặt chi tiết Kiểu này đòi hỏi tối thiểu phải có bốn bậc tự do: tịnh tiến theo ba phương

X, Y, Z và quay xung quanh trục Z giúp cho robot định hướng được các chi tiết theo phương thẳng đứng để cài vào đúng vị trí Khi sự gá đặt của chi tiết không theo phương thẳng đứng thì cần phải có một cấu hình robot khác với 6 bậc tự

do Trạm làm việc robot một cánh tay được giới thiệu như ở hình 2−1

Hình 2−1 Trạm làm việc robot một cánh tay [1]

Trang 21

2 Trạm lắp ráp robot hai cánh tay (hình 2−2)

Trong hệ thống lắp ráp này một thiết bị điều khiển trung tâm có nhiệm vụ điều khiển sự vận động của hai cách tay robot cùng một lúc Những cánh tay, đầu kẹp đa năng và các trang thiết bị khác cũng giống như trong hệ thống máy lắp ráp robot một cánh tay Có hai ưu điểm chính trong việc sử dụng hai cánh tay robot ở một trạm lắp ráp Trước hết, một cánh tay robot có thể kiểm soát hoạt động đi xuống nhờ các cảm biến vị trí, trong khi đó một cánh tay khác của robot làm nhiệm vụ cài đặt chi tiết Ưu điểm thứ hai là thời gian lắp ráp sẽ giảm nhiều khi sử dụng cùng lúc hai cánh tay robot mà trên lý thuyết thì sự sắp xếp này sẽ chia đôi thời gian của chu kỳ lắp ráp

3 Hệ thống lắp ráp robot nhiều trạm (hình 2−3)

Hệ thống này thích hợp với những lắp ráp có chu kỳ ngắn hơn so với hai loại trên Về cơ bản các trạm robot một cánh tay khi được nối với nhau thành một dây chuyền sẽ tạo thành hệ thống robot nhiều trạm, mỗi trạm sẽ có các thiết bị giống với trạm lắp ráp robot một cánh tay Để giảm thời gian chết của hệ thống

Hình 2−2 Trạm làm việc robot hai cánh tay [1]

Trang 22

gây ra bởi trục trặc kỹ thuật ở một trạm nào đó, những thành phần dự trữ sẽ được đặt vào giữa các trạm Sử dụng các robot ở dạng này cho năng suất cao và tạo ra sự linh hoạt trong quá trình lắp ráp

2.2.4 Phương pháp lắp ráp bán tự động

Thực chất của phương pháp lắp ráp này là sự kết hợp giữa phương pháp lắp ráp bằng tay và phương pháp lắp ráp tự động, đôi khi với cả phương pháp lắp ráp bằng robot Sự kết hợp này nhằm mang lại hiệu quả kinh tế tốt nhất cho việc lắp ráp Điều này cũng dễ hiểu bởi vì một sản phẩm hoàn chỉnh được lắp ráp từ nhiều bộ phận, nhiều chi tiết khác nhau, mà không phải tất cả những bộ phận hay chi tiết này đều thích hợp với một phương pháp lắp ráp nào đó Chẳng hạn, có những bộ phận, chi tiết thích hợp với việc lắp ráp bằng tay, cũng có những bộ phận, chi tiết thích hợp với lắp ráp tự động… Vì vậy, vấn đề cần giải quyết là làm sao có thể kết hợp hài hòa giữa các phương pháp lắp ráp trên

Hình 2−3 Hệ thống lắp ráp robot nhiều trạm [1]

Trang 23

Thực tế, phương pháp lắp ráp này được dùng phổ biến ở các nhà máy sản xuất và lắp ráp hiện đại

2.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP LẮP RÁP

2.3.1 Các yêu cầu khi lựa chọn phương pháp lắp ráp

Lựa chọn phương pháp lắp ráp phù hợp với một sản phẩm có liên quan đến nhiều yếu tố Trước tiên, ta xét đến qui mô sản xuất Như phần đầu đã nói, để sản xuất một sản phẩm với số lượng nhỏ (qui mô sản xuất nhỏ) thì không thể trang bị một quy trình lắp ráp tự động hay robot được vì chi phí cho việc này khá cao và không mang lại hiệu quả kinh tế, trường hợp này nên lắp ráp bằng tay Kế tiếp là điều kiện kỹ thuật hiện có của nhà máy, xí nghiệp và chi phí dùng để lắp ráp sản phẩm đó

Khi sự lựa chọn phương pháp lắp ráp theo mức độ sản xuất với những điều kiện kỹ thuật không rõ ràng thì sản phẩm đó có thể được phân tích theo nhiều phương pháp lắp ráp Qua đó, sơ bộ xác định thời gian và chi phí lắp ráp rồi mới

so sánh kết quả của các phương pháp, cuối cùng ta sẽ tìm được phương pháp lắp ráp thích hợp nhất

Trong thực tế, những hệ thống lắp ráp có thể là sự kết hợp của một hay nhiều phương pháp lắp ráp Chẳng hạn trong lắp ráp bằng tay, một vài bộ phận có thể được định hướng trước với sự trợ giúp của thiết bị chuyên dùng Những hệ thống lắp ráp nhiều trạm làm việc lại có sự kết hợp của các trạm tự động, trạm robot và trạm bằng tay với những mục đích khác nhau

Trước khi tiến hành lựa chọn phương pháp lắp ráp, ta cần tìm hiểu bản chất của từng phương pháp

Trong phương pháp lắp ráp bằng tay, những dụng cụ dùng cho việc lắp ráp nói chung là đơn giản và giá cả không cao nhưng chi phí cho việc lắp ráp bằng tay cũng không thấp, khó xác định và độc lập với khối lượng lắp ráp Phương pháp lắp ráp này có sự linh hoạt và thích ứng cao, nhưng chất lượng sản phẩm lại phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của người công nhân

Những máy móc trang bị trong hệ thống lắp ráp tự động cùng với các thiết bị vận chuyển đi kèm thường được dùng để lắp ráp một loại sản phẩm nào đó Hệ thống này bao gồm một cơ cấu di chuyển hoạt động theo nguyên tắc nhất quán (hệ thống đồng bộ) hay hoạt động tự do (hệ thống không đồng bộ) Những hệ

Trang 24

thống kiểu này có giá thành khá cao và có liên quan đến sự phát triển của khoa học kỹ thuật Những thiết bị này thường có một chu kỳ làm việc nhất định, do vậy không nên sử dụng nữa khi nó đã hết thời gian làm việc ổn định

Khi thay thế một hay vài đầu làm việc của hệ thống lắp ráp tự động bằng các cơ cấu di chuyển tự do thì hệ thống này trở thành dây chuyền lắp ráp robot nhiều trạm Sự thay đổi này cho phép có nhiều hơn một hoạt động lắp ráp được thực hiện tại một trạm làm việc, tạo ra sự linh hoạt cho quá trình sản xuất, thích ứng với những thay đổi kiểu sản xuất Đối với qui mô sản xuất nhỏ, một trạm làm việc robot một hay hai cánh tay riêng lẻ là thích hợp nhất

2.3.2 Lựa chọn phương pháp lắp ráp bằng biểu đồ

Qua quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, người ta xây dựng các biểu đồ giúp cho việc lựa chọn phương pháp lắp ráp được dễ dàng và nhanh chóng hơn [1] Với các biểu đồ này, khi đã biết số lượng sản phẩm sản xuất trong năm, số lượng chi tiết trong sản phẩm đó và thời gian hoàn vốn trang thiết bị, chúng ta sẽ lựa chọn được một phương pháp lắp ráp thích hợp nhất

Có hai dạng biểu đồ:

Trong biểu đồ có sử dụng các ký hiệu:

ráp các kiểu sản phẩm trong suốt giai đoạn hoàn trả vốn trang thiết bị

Trang 25

1 Lựa chọn phương pháp lắp ráp theo biểu đồ 2−1 (hình 2−4)

2 Lựa chọn phương pháp lắp ráp theo biểu đồ 2−2 (hình 2−5)

3 Điều kiện cho việc ứng dụng các hệ thống lắp ráp

Nếu những điều kiện giới hạn nằm trong phạm vi lắp ráp bằng tay thì

Hình 2−4 Biểu đồ dạng 1 [1]

Trang 26

phương pháp phân tích lắp ráp bằng tay sẽ được sử dụng Nếu những điều kiện rơi vào trường hợp dây chuyền đồng bộ và những dây chuyền không đồng bộ thì phương pháp phân tích lắp ráp tự động được sử dụng để kiểm tra thiết kế Cuối cùng, nếu việc lắp ráp bằng robot được sử dụng, thì phương pháp phân tích lắp ráp bằng robot sẽ được xem xét

Hình 2−5 Biểu đồ dạng 2 [1]

Trang 27

Cần lưu ý rằng, các biểu đồ được trình bày ở đây chỉ phù hợp với các giá trị điển hình của chi phí trang thiết bị và tỉ lệ lao động Hơn nữa, những kết quả này chỉ ứng dụng cho các công đoạn lắp ráp có số lượng kiểu sản phẩm hay quá trình lắp ráp giống nhau Do vậy, nó chỉ có tính chất hướng dẫn kỹ thuật thông qua việc phân tích một mô hình thiết kế đảm bảo khả năng lắp ráp Để đạt được hiệu quả khi thay đổi những thông số này hay những thông số khác thì cần một chương trình được lập trình sẵn Với chương trình này, người sử dụng có thể thay đổi những tỷ lệ làm việc tương ứng giữa người và máy, những chi phí trang thiết bị, những thông số sản xuất và những kết quả chi tiết đạt được trong những điều kiện khác nhau

Ví dụ, một cái khóa cửa có thể có nhiều kiểu tùy thuộc vào chức năng và hình dạng yêu cầu Chẳng hạn, có thể có tới 70 chi tiết được lắp ráp trong một ổ khóa và dĩ nhiên ổ khóa này sẽ có chức năng quan trọng, nhưng những ổ khóa khác có chức năng kém hơn có thể chỉ có 40 chi tiết tách rời Trong trường hợp

thời kỳ hoàn vốn yêu cầu là 3 năm và có hai lần thay đổi công việc được tính trước thì giai đoạn hoàn vốn sẽ là 6 năm Với thời kỳ hoàn vốn là 6 năm và với

gần nhất trong dạng hai này

Giả sử, số lượng sản xuất của ổ khóa được tính trước trong mỗi năm của giai đoạn 3 năm là 400.000 chi tiết/năm Với giá trị này, nếu việc lắp ráp ổ khóa có

từ biểu đồ 2−2b ta thấy phương pháp lắp ráp bằng tay cũng là phương pháp được ưu tiên

2.4 XÂY DỰNG PHẦN MỀM THƯ VIỆN LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP LẮP RÁP

2.4.1 Cơ sở lý thuyết

Như phần trước đã trình bày, việc lựa chọn phương pháp lắp ráp bằng các biểu đồ là căn cứ vào những thông số cần thiết: tổng số chi tiết trong thiết kế

vốn trang thiết bị, qua đó ta có thể lựa chọn được một phương pháp lắp ráp thích hợp

Để thuận tiện trong việc lựa chọn phương pháp lắp ráp dựa trên cơ sở các

Trang 28

biểu đồ 2−1 và 2−2, chúng ta sẽ xây dụng phần mềm thư viện lựa chọn phương pháp lắp ráp Trước hết, ta phân tích biểu đồ thành các biểu thức logic (phụ lục 1) và xây dựng chương trình cho máy tính thực hiện việc lựa chọn phương pháp lắp ráp theo các thông số nhập vào

2.4.2 Sơ đồ cấu trúc chương trình

2.4.3 Giao diện chính của chương trình

Khi tiến hành lựa chọn phương pháp lắp ráp, ta nhập đầy đủ các thông số cần thiết, máy tính sẽ dựa vào các dữ liệu từ thư viện được xây dựng theo biểu đồ 2−1 và 2−2 để phân tích và đưa ra phươhg pháp lắp ráp phù hợp với những thông tin đã nhập

BẮT ĐẦU CHƯƠNG TRÌNH

NHẬP CÁC THÔNG TIN CẦN THIẾT

– Tổng số chi tiết trong thiết kế (N 0 ) – Số chi tiết được lắp ráp (N a ) – Sản lượng trong một năm (SL) – Thời gian hoàn vốn trang thiết bị

KẾT THÚC CHƯƠNG TRÌNH

TÌM KIẾM, TÍNH TOÀN VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP LẮP RÁP

Hình 2−6 Sơ đồ cấu trúc chương trình

Trang 29

Hình 2−7 Giao diện lựa chọn phương pháp lắp ráp 2.4.4 Ví dụ ứng dụng

Hình 2−8 Ví dụ 1

Trang 30

Nhập các thông số về cái ổ khóa ở trên:

sản lượng hàng năm là 400.000 cái khóa và thời kỳ hoàn vốn là 4 năm, máy lựa chọn phương pháp lắp ráp bằng tay (hình 2−8)

sản lượng hàng năm là 1.000.000 cái khóa và thời kỳ hoàn vốn là 4 năm, máy lựa chọn phương pháp nhiều trạm robot (hình 2−9)

Hình 2−9 Ví dụ 2

Trang 31

Với phương pháp kiểm tra này, các thiết kế sẽ được nghiên cứu một cách tỉ

mỉ, có hệ thống và hiệu quả của thiết kế cũng được xét đến Hiệu quả này được dùng để so sánh ưu, nhược điểm của các thiết kế với nhau và tìm ra thiết kế tối

ưu

Phương pháp này bao gồm hai bước quan trọng đối với mỗi chi tiết, bộ phận trong quá trình lắp ráp:

• Bước thứ nhất: xem xét và quyết định có hay không có những chi tiết có

thể được loại bỏ hay kết hợp với các chi tiết khác để tạo thành một chi tiết mới dễ dàng hơn cho quá trình lắp ráp

• Bước thứ hai: ước tính thời gian cần thiết để lấy, đặt vào vị trí và ráp các

chi tiết lại, tính toán chi phí dành cho việc lắp ráp và hiệu quả của thiết kế

3.2 NHỮNG QUY TẮC KHI THIẾT KẾ SẢN PHẨM ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG LẮP RÁP

Từ kết quả ứng dụng việc phân tích thiết kế đảm bảo khả năng lắp ráp đối với các sản phẩm cơ khí, có thể phát triển thành một bộ các quy tắc hay những hướng dẫn chung khi thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp Qua nghiên cứu và tham khảo một số tài liệu: [1], [2], [3] và [4], chúng ta có thể tổng hợp lại thành những qui tắc chung khi thiết kế sản phẩm đảm bảo khả năng lắp ráp Những quy tắc này bao gồm:

Trang 32

1 Thiết kế giảm bớt số chi tiết và loại chi tiết

2 Thiết kế sản phẩm có một chi tiết cơ sở để lắp đặt những chi tiết khác

3 Thiết kế loại bỏ bớt sự điều chỉnh

4 Thiết kế công việc gắn chi tiết theo một đường lắp ráp liên tục, xuất phát từ một hướng

5 Thiết kế các chi tiết tự định vị vào đúng vị trí

6 Thiết kế khoảng không gian và tầm nhìn rõ ràng khi lắp ráp

7 Thiết kế tránh những tính chất của chi tiết làm cản trở khả năng lấy chi tiết ra

8 Thiết kế đảm bảo sự dễ dàng khi xử lý các chi tiết có kích thước lớn, sắc cạnh

9 Thiết kế loại bỏ việc phải định hướng lại trong quá trình lắp ráp

10 Thiết kế những chi tiết không thể lắp đặt sai

11 Thiết kế những chi tiết có tính chất đối xứng giữa hai đầu

12 Thiết kế những chi tiết đối xứng quanh trục lắp của nó

13 Thiết kế những chi tiết không đối xứng quanh trục lắp hay bất đối xứng

một cách rõ ràng

Sau đây, chúng ta sẽ phân tích và trình bày các ứng dụng cụ thể để làm sáng tỏ từng qui tắc kể trên

3.2.1 Thiết kế giảm bớt số chi tiết và loại chi tiết

Việc loại bỏ các chi tiết và giảm bớt số loại chi tiết khác nhau sẽ giảm đáng kể chi phí sản xuất, bao gồm việc giảm chi phí cho vật liệu, chi phí chế tạo, chi phí lắp ráp, chi phí cho thiết bị máy móc, chi phí kiểm tra… qua đó cải tiến chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, lợi ích lớn nhất trong việc giảm tổng chi phí là nhờ vào:

Trang 33

Để có thể giảm bớt số chi tiết có thể áp dụng các biện pháp sau:

1 Kiểm tra từng cặp chi tiết cận kề nhau trong thiết kế để xem chúng å thực sự cần phải tách riêng ra hay không Nếu không, về mặt lý thuyết ta có thể kết hợp chúng thành một

2 Để đánh giá bất cứ sản phẩm nào, ta có thể tính đến khả năng cải tiến (KNCT) của nó:

(Số chi tiết thật sự) − (Số chi tiết tối thiểu theo lý thuyết) KNCT =

Số chi tiết thật sự

3 Loại bỏ các chốt riêng lẻ bằng cách thiết kế các chi tiết với đặc tính tự khóa chặt

4 Loại bỏ các chi tiết bằng cách di chuyển hai chức năng gần giống lại với nhau Ở hình 3−1 ta thấy, nếu chức năng duy nhất của ống nối là kết nối bộ phận này với bộ phận kia, thì ta có thể loại bỏ ống nối và di chuyển hai bộ phận đó lại gần để cài đặt với nhau

5 Thiết kế những chi tiết có càng nhiều chức năng càng tốt, chẳng hạn sử dụng những chi tiết đúc và quy trình đúc để giảm bớt số chi tiết và giá thành sản phẩm

Hình 3−1 Đơn giản hóa bằng cách lọai bỏ các đường ống [1]

Trang 34

6 Thiết kế những chi tiết riêng lẻ không cần sự định hướng khi lắp ráp

7 Loại bỏ bất kỳ đặc tính nào của sản

phẩm hay những chức năng không

có lợi cho người sử dụng

3.2.2 Thiết kế sản phẩm có một chi tiết

cơ sở để lắp đặt những chi tiết khác

Khuyến khích sử dụng một chi tiết cơ

sở để có thể lắp ráp các chi tiết khác trên

nó Hình 3−2 cho thấy vị trí phù hợp của

các chi tiết, cách lắp ráp, định hướng và số

chi tiết Trên thực tế, việc dùng một chi

tiết cơ sở có thể rút ngắn quãng đường của

công việc lắp ráp xuống hai lần

3.2.3 Thiết kế loại bỏ sự điều chỉnh

Sự điều chỉnh và những quá trình tương

tự cần được loại bỏ trong suốt thời gian lắp

ráp Để có thể loại bỏ sự điều chỉnh, ta cần

cân nhắc các trường hợp sau:

1 Giảm bớt số các bộ phận kết nối

giữa chức năng đầu vào và đầu ra

của mô hình thiết kế hoặc giữa các

bề mặt có quan hệ thay đổi Kết

hợp các chức năng hay các bề mặt

Hình 3−2 Thiết kế sản phẩm

có một chi tiết cơ sở [4]

Hình 3−3 Lọai bỏ sự điều chỉnh [1]

Trang 35

có quan hệ thay đổi này thành một chi tiết đơn giản nếu có thể Hình 3−3 là ví dụ về sự loại bỏ ba bộ phận và một sự điều chỉnh (của khe và hai rãnh), kết quả là giảm đáng kể chi phí vật liệu

2 Di chuyển các chức năng đầu vào và đầu ra hay các bề mặt có quan hệ thay đổi lại gần nhau hơn để làm đơn giản sự điều chỉnh

3 Chuyển đổi sự điều chỉnh điện thành điều chỉnh cơ khí

4 Cho phép kết hợp các bề mặt để loại bỏ bớt đi sự điều chỉnh

5 Thiết kế những chi tiết càng gần với với nguyên tắc thiết kế động học càng tốt Điều này được giải thích như việc tránh sự ép buộc quá giới hạn minh họa trong hình 3−4 Cũng theo nguyên tắc thiết kế động học, có thể giảm bớt số chi tiết mà không làm thay đổi tính chất chuyển động của nó (ví dụ hình 3−5)

3.2.4 Thiết kế công việc gắn chi tiết theo một đường lắp ráp liên tục, xuất phát từ một hướng

Nhằm tối thiểu hóa các dịch chuyển trong quá trình lắp ráp, có hai khía cạnh cần xem xét:

1 Các chi tiết nên dịch chuyển theo một đường liên tục khi được lắp ráp

2 Luôn theo cùng một hướng

Nếu cả hai khía cạnh trên được thỏa mãn thì việc lắp ráp sẽ trôi chảy, theo

Hình 3−4 Xét đến yếu tố động học [1]

Trang 36

đó quá trình lắp ráp sẽ không cần đến việc tái định hướng chi tiết cơ sở hay bất cứ chuyển động nào khác với hướng thẳng đứng từ trên xuống (hướng thẳng đứng từ trên xuống là hướng lý tưởng trong quá trình lắp ráp do trọng lực hỗ trợ)

Ví dụ các chi tiết ở hình 3−6a đòi hỏi ba chuyển động để lắp ráp Tuy nhiên, con số này giảm xuống còn một trong hình 3−6b sau khi đã thiết kế lại

Hình 3−5 Đơn giản hóa chi tiết theo nguyên tắc thiết kế động học [1]

Hình 3−6 Thiết kế chi tiết theo một đường lắp ráp [4]

Trang 37

3.2.5 Thiết kế các chi tiết tự định vị vào đúng vị trí

Các chi tiết nên được thiết kế để kết hợp các bề mặt và chi tiết có thể dễ dàng rơi vào vị trí Muốn vậy, khi thiết kế phải:

1 Đảm bảo rằng các chi tiết sẽ tự định vị nhanh chóng khi lắp ráp (hình 3−7)

2 Thiết kế những chi tiết với các đoạn dài ra, có dạng hình nón, có mép vát… để việc lắp ráp được dễ dàng (hình 3−8, 3−9)

3 Cho phép tạo khoảng trống để dễ dàng cho việc lắp ráp nếu thiết kế yêu cầu

4 Đảm bảo các bộ phận được đặt vào đúng vị trí trước khi thả tay ra (hình

Hình 3−7 Thiết kế với đặc điểm tự cài đặt [3]

Hình 3−8 Hiệu quả của mép vát [3]

Trang 38

3−10)

5 Sử dụng vít có phần định tâm để tránh mất nhiều thời gian đưa vít vào mối ghép (hình 3−12)

3.2.6 Thiết kế khoảng không gian và tầm nhìn rõ ràng khi lắp ráp

Lối cài vào bị hạn chế hay tầm nhìn bị giới hạn có thể làm cho một thao tác đơn giản trở nên khó khăn và mất nhiều thời gian Do vậy, khi thiết kế phải luôn xem xét hai yếu tố sau:

1 Đảm bảo khoảng trống đủ cho tay và dụng cụ thao tác được, cho việc

Hình 3−9 Mép vát làm quá trình cài đặt dễ dàng hơn [1]

Hình 3−10 Khó khăn khi lắp đặt những chi tiết ngắn [1]

Trang 39

kiểm tra, thử nghiệm và các bước tiếp

theo Tránh những trường hợp như

trong ví dụ ở hình 3−11

2 Đảm bảo tầm nhìn của công nhân trong

quá trình lắp ráp không bị giới hạn Khi

lắp ráp, công nhân phải xem xét những

bề mặt được lắp ráp một cách rõ ràng

Những thao tác tiến hành bên trong hay

bị che chắn giữa các bộ phận thì nên

tránh

Nếu mô hình thiết kế là một hoạt động lắp

ráp nhỏ, chắc chắn không gian lắp đặt được

mở rộng và tầm nhìn rõ ràng có tác động đến

các quá trình tiếp theo sau Hình 3−12 cho

Hình 3−11 Không gian

lắp đặt bị hạn chế [1]

Hình 3−12 Ảnh hưởng của khoảng cách c đến thời gian lắp ráp đinh vít [1]

Trang 40

thấy ảnh hưởng của khoảng trống bị giới hạn (c) đến khoảng thời gian lắp ráp đinh vít, hiệu quả của vít có phần định tâm và lỗ tiêu chuẩn Hình 3−13 cho thấy những kết quả tương tự về hiệu quả của khoảng trống khi lắp ráp bulon Tóm lại, không gian thao tác được mở rộng và tầm nhìn không bị hạn chế

cần được đảm bảo trong quá trình lắp ráp Chẳng hạn, với quá trình lắp ráp chi tiết dạng hộp (hình 3−14), những bộ phận nằm bên trong nên được gắn vào một tấm đế vàø cuối cùng được đậy bởi cái hộp, không nên gắn chúng bên trong hộp rồi sau đó mới đậy bằng nắp

Hình 3−13 Ảnh hưởng của khoảng cách c

và dụng cụ đến thời gian lắp ráp bulon [1]

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	2,04 MB