Bài giảng CAD/CAM - Chương 4: Cơ sở của CAD

Chia sẻ: Hứa Tung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng CAD/CAM - Chương 4: Cơ sở của CAD có nội dung trình bày về việc xác định một hệ CAD, lịch sử phát triển, quá trình thiết kế, ứng dụng máy tính vào công tác thiết kế, tạo ra cơ sở dữ liệu để sản xuất,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng CAD/CAM - Chương 4: Cơ sở của CAD

C4 CAD- CAM> CO SO CAD 1 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Chương 4 CƠ SỞ CỦA CAD 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG. 4.1.1. Xác định một hệ CAD. Các hệ CAD hiện đại (còn gọi là CAD/CAM) được xây dựng trên cơ sở đồ hoạ máy tính tương tác (Interative Computer Graphics) viết tắt là ICG. Hệ thống đồ hoạ máy tính tương tác là một hệ hướng đến người sử dụng, trong đó máy tính được dùng để tạo ra, chuyển đổi và hiển thị dữ liệu dưới dạng các hình vẽ hay biểu tượng. Người sử dụng ở đây là nhà thiết kế, thực hiện truyền dữ liệu và ra lệnh cho các máy tính thông qua một số thiết bị vào (INPUT) như chuột, bàn phím ...Còn máy tính thì liên lạc với con người thông qua màn hình CRT (CRT viết tắt từ chữ Catode Ray Tube- ống phóng chùm tia âm cực). Người sử dụng tạo ra một hình ảnh trên màn hình CRT bằng cách vào lệnh để gọi những chương trình con (Subroutine) cần thiết của phần mềm lưu trữ trong bộ nhớ máy tính. Hình ảnh được xây dựng từ những phần tử hình học cơ bản như điểm, đường thẳng, vòng tròn v.v... Hình ảnh đó có thể được sửa đổi tuỳ theo lệnh của con người như phóng to, thu nhỏ, di chuyển vị trí trên màn hình và theo các phép biến đổi khác.Thông qua các thao tác này mà những chi tiết cần thiết của hình ảnh sẽ được tạo ra theo ý muốn của người thiết kế. Một hệ thống ICG điển hình bao gồm phần cứng và phần mềm . * Phần cứng gồm có bộ phận xử lý trung tâm (CPU), một hoặc nhiều trạm công tác (Work Station) kể cả những terminal hiển thị đồ hoạ, và các thiết bị ngoại vi như máy vẽ, máy in, v.v... * Phần mềm gồm các chương trình máy tính để thực hiện việc xử lí đồ hoạ trên hệ thống. Thông thường các chương trình ứng dụng lập ra để thực hiện các chức năng cụ thể của hãng hay công ty. Ví dụ hãng thiết kế xây dựng thường phải có phần mềm phân tích ứng suất - biến dạng, hãng thiết kế - chế tạo máy thường phải có phần mềm phân tích động lực học cơ cấu, hãng thiết kế công nghiệp hoá chất nào cũng có phần mềm về truyền nhiệt và hệ thống đường ống, v.v... Hệ ICG chỉ là một bộ phận của công tác thiết kế có sử dụng máy tính mà thôi, phần quan trọng chính là người thiết kế. Hệ ICG là công cụ trong tay người sử dụng để giải quyết những vấn đề về thiết kế công trình. Ở đây người sử dụng đảm nhận những kĩ năng sáng tạo của con người, còn máy tính đảm nhiệm phần việc phù hợp với nó nhất (tốc độ tính toán, hiển thị hình ảnh, lưu trữ dữ liệu số lượng lớn ...) Sử dụng hệ CAD (hệ ICG) cho phép ta đạt được các thuận lợi sau: 1. Nâng cao năng suất thiết kế của người kĩ sư: • Hiển thị hoá sản phẩm và các bộ phận cấu thành sản phẩm lên màn hình máy tính. • Giảm thời gian tổng hợp, phân tích và lập hồ sơ, tư liệu thiết kế cho người kĩ sư. • Hạ giá thành sản phẩm và giảm thời gian thiết kế. 2. Nâng cao chất lượng thiết kế: • Cho phép phân tích kĩ thuật một cách toàn diện và thấu đáo hơn. • Cho phép đưa ra nhiều phương án để phân tích, so sánh.
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 2 GVC NGUYỄN THẾ TRANH • Giảm sai sót trong thiết kế, nâng cao độ chính xác của bản đồ án. 3. Cải thiện và nâng cao điều kiện trao đổi thông tin: • Tạo ra các bản vẽ kỹ thuật tốt hơn so với thiết kế truyền thống. • Tiêu chuẩn hoá trong các bản vẽ cao hơn. • Chất lượng hồ sơ, tư liệu thiết kế cao hơn. • Bản vẽ đẹp, rõ ràng và ít sai sót. 4. Tạo ra một cơ sở dữ liệu trong máy tính để phục vụ cho giai đoạn chế tạo. Trong quá trình xây dựng hồ sơ tư liệu thiết kế cho một sản phẩm, các chi tiết tạo nên sản phẩm, đặc tính kỹ thuật, vật liệu v.v... sẽ tạo những cơ sở dữ liệu cần cho việc chế tạo sản phẩm, đồng thời cũng được tạo ra và lưu trữ trong bộ nhớ của máy tính. 4.1.2. Lịch sử phát triển Lịch sử phát triển của CAD liên quan trực tiếp tới sự phát triển của đồ hoạ máy tính. Đương nhiên CAD bao hàm một nội dung rộng lớn hơn đồ hoạ máy tính, song hệ ICG là bộ phận cơ bản của CAD. Lịch sử phát triển của đồ hoạ máy tính diễn biến qua nhiều thời kỳ: • Một trong những dự án quan trọng đầu tiên trong lĩnh vực đồ hoạ máy tính là dự án triển khai ngôn ngữ APT tại Học viện Công nghệ Massachusetts vào giữa thập kỷ 50. APT là chữ viết tắt của thuật ngữ Automatically Programed Tools, có nghĩa là “máy công cụ được lập trình tự động”. Dự án này có quan hệ mật thiết với ý tưởng triển khai một phương pháp thuận tiện để thông qua máy tính xác định các yếu tố hình học phục vụ việc lập trình cho máy công cụ điều khiển số. Mặc dù sự phát triển của APT là một cột mốc quan trọng trong lĩnh vực đồ hoạ máy tính, nhưng việc sử dụng ngôn ngữ APT trước đây lại ít liên quan với đồ hoạ máy tính. • Một ý tưởng khác, ra đời vào khoảng cuối thập kỷ 50 có tên là “bút quang”. Ý tưởng về bút quang xuất hiện khi nghiên cứu cách xử lý dữ liệu ra đa của một dự án quốc phòng gọi là SAGE (Semi-Automatic Ground Environment system). Mục đích của dự án này là triển khai một hệ thống phân tích dữ liệu rađa và làm rõ mục đích được coi là máy bay địch trên màn hình CRT. Để tiết kiệm thời gian vào việc hiển thị máy bay đánh chặn của chủ nhà chống lại máy bay địch, người ta nghĩ ra bút quang, dụng cụ dùng để vẽ hình ảnh trực tiếp lên màn hình và giúp cho CPU nhận biết vị trí cụ thể của màn hình vừa được bút quang tiếp xúc. • Năm 1963 Ivan Sutherland công bố một số kết quả đầu tiên về đồ hoạ máy tính, cho phép tạo ra và làm chủ các hình ảnh trong thời gian thực trên màn hành CRT. • Nhiều tập đoàn công nghiệp như General Motors, IBM, Lockheed-Georgia, Itek Corp, Mc. Ponell, v.v... đã bắt đầu thực hiện những dự án về đồ hoạ máy tính từ những năm 60. Đến cuối thập kỷ 60 một số nhà cung cấp hệ thống CAD/CAM đã được thành lập, trong đó phải kể đến hãng Calma vào năm 1969. Các hãng này bán trọn gói theo kiểu chìa khoá trao tay, trong đó gồm có hều hết hoặc toàn bộ phần cứng và phần mềm theo yêu cầu của khách hàng. Một số hãng khác phát triển theo hướng cung cấp phần mềm đồ hoạ như hãng Pat Hanratti mà công ty thành viên của nó là MCS đã cho ra đời AD 2000 (với phiên bản sau đó là ANVIL 4000), được coi là gói phần mềm CAD phổ dụng.
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 3 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Ngày nay CAD/CAM thực sự đã trở thành một công nghệ có tốc độ phát triển cực kỳ nhanh chóng, rât nhiều hãng sản xuất và cung cấp sản phẩm trong lĩnh vực này. Trong đó có AutoCAD ra đời từ cuối năm 1982 đến nay đã có Version 14 chạy trên Windows; AutoCAD 2000 và AutoCADIX chạy trên Windows và trên mạng Internet; hãng Gulf Publishing với các phần mềm thiết kế, dạy học và tư vấn trong lĩnh vực hoá chất và dầu khí, được thành lập từ năm 1985 tại London. • Ở Việt Nam, CAD/CAM xuất hiện thông qua các phần mềm mua của nước ngoài để học tập, nghiên cứu và ứng dụng. Tuy nhiên cũng đã có những cố gắng bước dầu theo hướng tự sản xuất phần mềm trong nước. Chẳng hạn Viện Tin học năm 1992 đã cho ra đời gói phần mềm TOWER để trợ giúp thiết kế mẫu thảm len trong khuôn khổ Dự án VIE/88/035, năm 1988 Công ty tư nhân Hải Hoá cho ra đời gói phần mềm thiết kế kiến trúc - xây dựng... 4.2 QÚA TRÌNH THIẾT KẾ Có thể nói quá trình thiết kế là một quá trình lặp, gồm các bước cơ bản sau : 1. Phát hiện nhu cầu. 2. Xác định vấn đề. 3. Tổng hợp. 4. Phân tích và tối ưu hoá. 5. Đánh giá. 6. Thể hiện. • Phát hiện nhu cầu là bước đầu tiên, thường do một người nào đó phát hiện ra, đôi khi bất ngờ, rằng ở một nơi nào đó có một vấn đề cần xem xét, sửa chữa, bổ sung. Nó có thể là một nhược điểm của một cỗ máy đang sử dụng do người kỹ sư nhận ra, cũng có thể là một nhu cầu mới của khách hàng do người tiếp thị nhận biết được. • Xác nhận vấn đề liên quan đến việc xác định đặc tính kỹ thuật tổng quát của mặt hàng sẽ được thiết kế ra, gồm: các đặc tính và chức năng, giá thành, chất lượng, vận hành... • Tổng hợp và phân tích là hai bước liên quan mật thiết với nhau và có tính lặp cao trong quá trình thiết kế. Một chi tiết hay một bộ phận cấu thành một sản phẩm hoàn chỉnh như một máy chẳng hạn, sẽ được người thiết kế trừu xuất hoá, phân tích, cải tiến thông qua bước phân tích này rồi được thiết kế lại cho phù hợp hơn. Quá trình đó được lặp đi lặp lại cho đến khi nào bản thiết kế là tối ưu theo những điều kiện ràng buộc đặt ra cho người thiết kế. Rồi chi tiết hay bộ phận đó được tổng hợp vào trong cái chung (một máy hoàn chỉnh chẳng hạn) mà nó là một bộ phận hợp thành, theo một quá trình lặp như trên. • Đánh giá một bản thiết kế là căn cứ vào các yêu cầu kỹ thuật được thiết lập trong bước xác định vấn đề để ước lượng, cân nhắc, đo lường xem nó đạt được đến đâu. Việc đánh giá này thường cần đến sự chế tạo và thử nghiệm một mẫu thật để xem xét chức năng vận hành, chất lượng, độ tin cậy và các chỉ tiêu khác. • Thể hiện là bước cuối cùng của quá trình thiết kế. Nó bao gồm việc thiết lập tư liệu thiết kế trong đó có các bản vẽ, các thuyết minh kỹ thuật, vật liệu chế tạo, bảng liệt kê các chi tiết và bộ phận lắp ghép v.v... Việc lập tư liệu chủ yếu là phải tạo ra được môt cơ sở dữ liệu về thiết kế. Hình 5.1 thể hiện các bước chủ yếu của quá trình thiết kế trong đó cho thấy bản chất lặp của quá trình này.
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 4 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Phát hiện nhu cầu Xác định vấn đề Tổng hợp Phân tích và tối ưu hoá Đánh giá Thể hiện Hình 4.1. Quá trình thiết kế Theo truyền thống, công tác thiết kế kỹ thuật được tiến hành trên bàn vẽ trong đó bản thiết kế được thiết lập dưới dạng các bản vẽ kỹ thuật. Tuỳ theo từng lĩnh vực mà bản thiết kế có những yêu cầu riêng, chẳng hạn thiết kế cơ khí, ngoài bản vẽ tổng thể, các bản vẽ chi tiết và các bản vẽ cụm, còn kèm theo bản vẽ dụng cụ cắt gọt và đồ gá để chế tạo ra sản phẩm. Thiết kế điện gồm các sơ đồ mạch, đặc tính kỹ thuật của các linh kiện điện tử v.v... Bản thiết kế của các lĩnh vực khác như xây dựng, hoá chất, chế tạo máy bay, ngoài đặc điểm chung cơ bản, cũng có những nét đặc thù riêng như vậy. Trong từng lĩnh vực nói trên, phương pháp tiếp cận truyền thống là tổng hợp một bản thiết kế sơ bộ theo cách thủ công rồi mới qua phân tích dưới một dạng nào đó. Bước phân tích này có thể gồm những bản tính toán kỹ thuật phức tạp hoặc phải qua đánh giá hoàn toàn chủ quan về phương diện thẩm mỹ mà bản thiết kế yêu cầu. Quá trình phân tích là để đạt được những cải thiện trong những chỉ tiêu cụ thể và như đã nói ở trên, đây là một quá trình lặp. Cứ mỗi lần lặp, chỉ tiêu được cải thiện thêm một ít đồng thời cũng tiêu hao thêm một lượng lao động tương ứng. Nếu không có sự tham gia của máy tính thì sự tiêu hao này sẽ có thể là rất lớn để hoàn thiện một đồ án thiết kế. Vì vậy dưới dây chúng ta sẽ xem xét vấn đề ứng dụng máy tính vào công tác thiết kế như thế nào. 4.3. ỨNG DỤNG MÁY TÍNH VÀO CÔNG TÁC THIẾT KẾ. Các nhiệm vụ liên quan đến thiết kế mà một hệ CAD hiện đại thực hiện có thể chia ra làm 4 lĩnh vực sau: • Mô hình hoá hình học.
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 5 GVC NGUYỄN THẾ TRANH • Phân tích kỹ thuật. • Rà soát và đánh giá thiết kế. • Vẽ tự động. 4.3.1. Mô hình hoá hình học. Trong CAD, mô hình hoá hình học tương ứng với giai đoạn tổng hợp, đòi hỏi mô tả hình dáng hình học của một đối tượng dưới dạng toán học theo cách máy tính có thể xử lý được. Mô hình toán học cho phép hình ảnh của đối tượng có thể hiển thị và thao tác trên màn hình máy tính thông qua tín hiệu lấy từ CPU của hệ CAD. Phần mềm đồ hoạ phải được thiết kế sao cho thuận tiện và có hiệu quả với máy tính và cả người sử dụng. Quá trình thiết kế Thiết kế có hỗ trợ của CAD Phát hiện nhu cầu Xác định vấn đề Tổng hợp Mô hình hoá hình học Phân tích Phân tích và tối ưu hoá kỹ thuật Đánh giá Rà soát và đánh giá Thể hiện Vẽ tự động Hình 4.2. Ứng dụng máy tính vào quá trình thiết kế Trong lĩnh vực mô hình hoá hình học, người thiết kế xây dựng những hình ảnh của đối tượng trên màn hình máy tính bằng 3 loại lệnh: - Loại lệnh tạo nên những yếu tố hình học cơ bản như điểm, đường thẳng, vòng tròn... - Loại lệnh thực hiện các phép biến đổi như dịch chuyển, thu nhỏ, phóng to, quay... - Loại lệnh làm cho các yếu tố hình học liên kết lại thành một hình dạng mong muốn. Trong quá trình này, máy tính chuyển đổi các lệnh thành hững mô hình toán học tương ứng rồi lưu trữ mô hình toán đó vào các tệp dữ liệu của máy tính và hiển thị nó thành một hình ảnh trên màn hình CRT. Mô hình toán nói trên cuối cùng có thể gọi ra từ các tệp dữ liệu để xem xét lại, phân tích hoặc sửa đổi. Có các phương pháp khác để biểu diễn đối tượng thành mô hình hình học:
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 6 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 1. Mô hình khung dây. Đây là dạng cơ bản để thể hiện đối tượng tức là vật thể. Theo phương pháp thể hiện này, vật thể được hiển thị lên màn hình thành những nét liền liên kết với nhau. Mô hình khung dây được chia ra thành 3 loại tuỳ theo khả năng của hệ ICG: a. 2D hay đồ hoạ 2 chiều dùng cho đối tượng 2 chiều. b. 21/2 D để thể hiện những đối tượng 3 chiều đơn giản như trụ, lập phương. c. 3D hay đồ hoạ 3 chiều thể hiện những đối tượng 3 chiều phức tạp. Để tăng khả năng thể hiện một đối tượng phức tạp, mô hình khung dây được mở rộng ra thành loại có nét khuất và loại không có nét khuất. Ngoài ra, mô hình khung dây còn có một biến thể nửa cho phép thể hiện bề mặt theo cáh làm cho người quan sát có cảm nhận là vật thể đặc. Tuy vậy vật thể vẫn được lưu trữ trong máy tính dưới dạng mô hình khung dây. 2. Mô hình đặc là cách thể hiện tốt nhất vật thể 3 chiều. Phương pháp này sử dụng những hình dáng hình học đặc gọi là các nguyên thể để dựng nên đối tượng. 3. Đồ hoạ màu là khả năng thú vị mà ngày nay hệ CAD nào cũng có. Nhờ có màu mà hình ảnh được hiển thị lên màn hình mang nhiều nội dung thông tin hơn, nó giúp cho các chi tiết trong một bản vẽ lắp trở nên dễ phân biệt, làm nổi bật những kích thước quan trọng hoặc những bộ phận chủ chốt và nhiều lợi ích khác nữa. 4.3.2. Phân tích kỹ thuật. Khi triển khai một đồ án thiết kế kỹ thuật thường cần đến một sự phân tích nào đó tuỳ theo loại công trình như về ứng suất, biến dạng, truyền nhiệt hoặc mô tả sự ứng xử động học của hệ thống. Máy tính chó thể giúp thực hiện các nhiệm vụ này một cách nhanh chóng và có hiệu quả. Đối với những bài toán thiết kế cụ thể, nhóm phân tích kỹ thuật có thể tự viết lấy phần mềm chuyên biệt để sử dụng trong nội bộ,còn đối với những bài toán có tính chất phổ thông thì thường được giải quyết bởi các gói phần mềm mua ở thị trường. Các hệ CAD/CAM phổ biến thường bao gồm các phần mềm phân tích kỹ thuật hoặc có thể giao diện với các phần mềm này. • Phân tích thuộc tính khối lượng: diện tích bề mặt, trong lượng, thể tích, trọng tâm, mômen quán tính,v.v.. Đối với một mặt phẳng hoặc tiết diện ngang của một vật thể nó còn cho ta biết cả chu vi, diện tích và ác thuộc tính quán tính nữa. • Phân tích phần tử hữu hạn: là một trong những khả năng mạnh nhất của một hệ CAD. Với kỹ thuật này vật thể được chia thành nhiều phần tử với số lượng hữu hạn tuỳ ý. Mỗi phần tử là một ô chữ nhật hay tam giác, tất cả tạo nên một mạng lưới gồm các nút. Nhiều hệ CAD có khả năng tự động phân chia các nút và xác định cấu trúc mạng lưới của toàn vật thể, người sử dụng chỉ cần đưa ra một số thông số cần thiết cho mô hình phần tử hữu hạn rồi hệ CAD sẽ làm các công việc tính toán tiếp theo. Đầu ra của bài toán phân tích phần tử hữu hạn thường được thể hiện dưới dạng đồ hoạ lên màn hình CRT để người sử dụng dễ quan sát. 4.3.3. Rà soát và đánh giá thiết kế. 1. Rà soát là công việc được tiến hành sau khi thiết lập xong bản vẽ nhằm kiểm tra độ chuẩn xác thiết kế và sự đúng đắn của việc lựa chọn kết cấu, mối ghép,v.v...
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 7 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Việc kiểm tra độ chuẩn xác thiết kế nếu được thực hiện trên màn hình đồ hoạ thì rất thuận tiện và có hiệu quả. Các khả năng của phần mềm về tự động ghi kích thước và cho dung sai ở những nơi người thiết kế yêu cầu khiến cho những sai sót trong việc ghi kích thước lên bản vẽ được giảm đi rất nhiều. Người thiết kế cũng có thể thu nhỏ hay phóng to một chi tiết nào đó để xem xét cận cảnh. 2. Đánh giá nhằm xem xét sản phẩm nếu được chế tạo theo bản thiết kế thì có đạt được các chỉ tiêu về động học, thao tác vận hành v.v...như ban đầu đề ra không. Nét đặc trưng của các hệ CAD hiện đại là khả năng đánh giá động học, là khả năng hoạt hoá chuyển động của các cơ cấu trong bản thiết kế như khớp treo, các khâu truyền động, đồng thời giúp người thiết kế kiểm tra độ lấn của các phần tử khi chuyển động để khắc phục. 4.3.4. Vẽ tự động. Vẽ tự động là dùng máy vẽ để tạo ra bản vẽ kỹ thuật trên giấy, trực tiếp từ cơ sở dữ liệu của hệ CAD. Khi giá thành của một hệ CAD còn khá cao thì việc một phòng thiết kế có vẽ tự động là còn phải cân nhắc, nhưng khi giá thành đó hạ xuống thi việc vẽ tự động ngày càng trở nên phổ biến ở các cơ sở thiết kế. Một hệ CAD thường cho phép tăng năng suất trong khâu xuất bản vẽ lên gấp năm đến mười lần so với vẽ thủ công. Hơn thế nữa, nó còn có nhiều ưu điểm về xử lý đồ hoạ như tự động ghi kích thước và mặt cắt, thu phóng bản vẽ, đặc tả từng phần hình vẽ hoặc quay vật thể theo một góc tự chọn. Nó còn cho phép chuyển đổi hình chiếu, chẳng hạn từ chiếu song song sang chiếu phối cảnh. Trong phép chiếu trực giao, hầu hết các hệ CAD đều có khả năng tạo ra sáu hình chiếu tương ứng với sáu mặt phẳng chiếu nếu thấy cần. Ngoài ra các hệ CAD còn cho phép người thiết kế lập trình bổ sung để đưa các tiêu chuẩn riêng của bản hãng nào đó. 4.3.5. Phân loại và ghi mã các chi tiết máy Ngoài bốn chức năng nêu trên, hệ CAD còn tạo ra một cơ sở dữ liệu để tiến hành xây dựng một hệ thống phân loại và ghi mã cho các chi tiết máy hoặc chi tiết kết cấu công trình. Việc phân loại và ghi mã có liên quan tới việc nhóm các bản thiết kế cuả những chi tiết máy giống nhau thành từng loại và dùng hệ thống sơ đồ mã để liên kết các đặc điểm tương đồng lại với nhau. Người thiết kế có thể sử dụng hệ thống phân loại và ghi mã để gọi những bản thiết kế chi tiết máy hay kết cấu công trình đã có ra sử dụng chứ không phải thường xuyên thiết kế lại những chi tiết máy mới. Trong giai đoạn chế tạo, những hệ thống như vậy cũng rất cần thiết và có nhiệu ứng dụng trong công nghệ nhóm, là một công nghệ thuộc lĩnh vực CAM. 4.4. TẠO RA CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT Một ứng dụng khác nữa của CAD là nó có thể tạo ra một cơ sở dữ liệu để chế tạo ra sản phẩm. Trong chu trình sản xuất cổ điển tồn tại bấy lâu trong công nghiệp, bản vẽ do kỹ sư thiết kế vẽ ra được kỹ sư công nghệ sử dụng lại để lập ra một bản quy trình công nghệ chế tạo. Các hoạt động thiết kế hoàn toàn tách biệt với các hoạt động lập quy trình công nghệ và như vậy, trên thực tế đã tồn tại một quy trình hai giai đoạn riêng biệt. Điều đó làm tăng gấp đôi chi phí thời gian và đầu tư nhân lực.
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 8 GVC NGUYỄN THẾ TRANH Ngày nay với hệ tích hợp CAD/CAM, một mối liên kết trực tiếp giữa hai lĩnh vực thiết kế và chế tạo đã được thiết lập. Mục tiêu của CAD/CAM không dừng lại ở chỗ tự động hoá một số khâu nào đó trong lĩnh vực chế tạo mà còn nhằm tự động hoá việc chuyển đổi từ lĩnh vực thiết kế vào lĩnh vực chế tạo. Hiện người ta đã triển khai những hệ thiết kế - chế tạo lấy máy tính làm nền tảng để tạo ra hầu hết dữ liệu và hồ sơ tư liệu phục vụ cho việc lập kế hoạch và điều khiển các hoạt động sản xuất ra sản phẩm. Cơ sở dữ liệu chế tạo là một cơ sở dữ liệu tích hợp CAD/CAM. Nó bao gồm tất cả những dữ liệu về sản phẩm có được qua giai đoạn thiết kế (số liệu về hình học, liệt kê chi tiết, dự trù vật liệu, thuyết minh kỹ thuật, v.v...) cúng những dữ liệu bổ sung cần cho giai đoạn chế tạo mà đa số là dựa vào bản thiết kế. CAD CAM MÔ HÌNH TK DAO & HOÁ HH ĐỒ GÁ PHÂN TÍCH LT ĐK SỐ KỸ THUẬT (NC) ĐỒ HOẠ CƠ SẢN SỞ XUẤT TƯƠNG TÁC DỮ RÀ SOÁT TK QTCN NHỜ LIỆU ĐÁNH GIÁ TK MÁY TÍNH VẼ KH & TỰ ĐỘNG TIẾN ĐỘ SX Hình 4.3. Mối liên hệ giữa Cơ sở dữ liệu với CAD/CAM 4.5 LỢI ÍCH CỦA CAD Lợi ích của CAD có nhiều, song chỉ có một số trong đó là có thể định lượng được thôi. Một số lợi ích khác khó có thể lượng hoá được mà chỉ thể hiện ở chỗ chất lượng công việc được nâng cao, thông tin tiện dụng, điều khiển tốt hơn v.v... Một số lợi ích cuả CAD trong hệ tích hợp CAD/CAM 1. Nâng cao năng suất kỹ thuật 2. Giảm thời gian chỉ dẫn 3. Giảm số lượng nhân viên kỹ thuật 4. Dễ cải tiến cho phù hợp với khách hàng 5. Phản ứng nhanh với nhu cầu thị trường 6. Tránh phải ký các hợp đồng con để kịp tiến độ 7. Hạn chế lỗi sao chép đến mức tối thiểu 8. Độ chính xác thiết kế cao 9. Khi phân tích dễ nhận ra những tương tác giữa các phần tử cấu thành 10. Phân tích chức năng vận hành tốt hơn nên giảm khâu thử nghiệm trên mẫu 11. Thuận lợi cho việc lập hồ sơ, tư liệu 12. Bản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao 13. Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 9 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 14. Dễ tiên liệu về chi phí, giá thành 15. Giảm thời gian đào tạo hội hoạ viên và lập trình viên cho máy NC 16. Ít sai sót trong lập trình cho máy NC 17. Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt có sẵn 18. Thiết kế dễ phù hợp với các kỹ thuật chế tác hiện có. 19. Tiết kiệm vật liệu và thời gian máy nhờ các thuật toán tối ưu. 20. Nâng cao hiệu quả quản lý trong thiết kế. 21. Dễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp. 22. Nâng cao hiệu quả giao diện thông tin và dễ hiểu nhau hơn giữa các nhóm kỹ sư, thiết kế viên, hội họa viên, quản lý và các nhóm khác. Sau đây chúng ta sẽ phân tích kỹ thêm một số lợi ích điển hình. 1. Nâng cao năng suất thiết kế Năng suất cao giúp cho vị thế cạnh tranh của một hãng được nâng lên vì giảm được yêu cầu nhân lực của một đồ án, dẫn tới hạ giá thành và thời gian xuất xưởng của một sản phẩm. Tổng kết một số đơn vị có sử dụng hệ CAD cho thấy năng suất có thể tăng từ 3 - 10 lần so với công nghệ thiết kế cũ, thậm chí còn cao hơn, tuỳ theo các yếu tố sau đây : • Độ phức tạp của bản vẽ kỹ thuật • Mức độ tỉ mỉ của bản vẽ • Mức độ lặp đi lặp lại của chi tiết hay bộ phận được thiết kế • Mức độ đối xứng của bộ phận được thiết kế • Tính dùng chung của các chi tiết để lập thư viện. 2. Giảm thời gian chỉ dẫn Thiết kế với hệ CAD nhanh hơn thiết kế theo cách truyền thống, đồng thời nó cũng đẩy nhanh các tác vụ lập biểu bảng và báo cáo (lập các bảng liệt kê cụm lắp ghép chẳng hạn) mà trước đây phải làm bằng tay. Do vậy, một hệ CAD có thể tạo ra một tập bản vẽ cuối cùng về các chi tiết máy và các báo cáo, biểu bảng kèm theo một cách nhanh chóng. Thời gian chỉ dẫn trong thiết kế được rút ngắn dẫn đến kết quả là làm giảm thời gian kể từ khi nhận đơn đặt hàng đến khi giao sản phẩm. 3. Phân tích thiết kế Các chương trình phân tích thiết kế có sẵn trong một hệ CAD giúp quá trình thiết kế diễn ra theo những khuôn mẫu tác nghiệp có logic hơn, không cần phải trao đi đổi lại giữa nhóm thiết kế và nhóm phân tích mà cũng những con người ấy, họ vẫn có thể tiến hành công việc phân tích khi bản thiết kế hãy còn nằm trên máy tính của trạm thiết kế. Điều đó giúp cho người kỹ sư tập trung tư tưởng hơn vì họ đang đối thoại trực tiếp với bản thiết kế cuả mình. Nhờ khả năng phân tích này mà bản thiết sẽ tối ưu hơn. Mặt khác, thời gian thiết kế nói chung cũng sẽ được tiết kiệm hơn do sự phân tích thiết kế giờ đây ứng xử nhanh hơn và không còn mất thời gian trao đi đổi lại từ bàn vẽ của người thiết kế tới bàn làm việc của người phân tích như trước đây nữa. Hãy lấy việc thiết kế động cơ máy bay làm ví dụ. Ở đây trọng lượng của động cơ là chỉ tiêu rất quan trọng, do vậy từng chi tiết của nó phải được xác định tỉ mỉ. Theo cách thiết kế thủ công thi để xác định trọng lượng của một chi tiết máy, nhất là ở những chi tiết có
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 10 GVC NGUYỄN THẾ TRANH hình dáng phức tạp, cần chia nó ra thành những mảnh đơn giản để tính rồi cộng lại để biết trọng lượng chung của chi tiết ấy. Sau đó cộng trọng lượng tất cả các chi tiết để biết trọng lượng toàn bộ động cơ. Cuối cùng, đem so sánh xem phương án thiết kế nào cho động cơ có trọng lượng bé nhất thì chọn phương án ấy. Nhờ hệ CAD với chức năng phân tích khối lượng của nó mà công việc này được thực hiện trên máy tính một cách dễ dàng và với độ chính xác cao. Do các hệ CAD cho phép phân tích và sửa đổi một bản thiết kế sơ bộ một cách dễ dàng và thuận lợi nên người ta có thể đưa ra nhiều phương án để nghiên cứu, so sánh, và vì thế có thể nói thiết kế trên hệ CAD cho kết quả tốt hơn trước đây nhiều. 4. Giảm sai sót thiết kế Các hệ CAD vốn có khả năng tránh các sai sót về thiết kế, vẽ và lập hồ sơ tư liệu, thuyết minh kỹ thuật. Do vậy các lỗi vào (input) và di chuyển dữ liệu ... thường xảy ra khi lập liệt kê chi tiết và làm dự trù vật liệu bằng cách thủ công thì ở đây đều bị loại bỏ. Sở dĩ có thể chính xác như vậy chủ yếu là do khi đã có bản vẽ ban đầu rồi thì các thông tin về nó không còn phải quản lý bằng cách thủ công nữa. Mặt khác, các công việc lặp đi lặp lại, tốn nhiều thời gian sau khi có bản vẽ nói trên như di chuyển nhiều ký hiệu hay hình vẽ, sắp xếp theo khu vực hay theo chi tiết cùng loại v.v... đều được thực hiện nhanh chóng với kết quả chính xác và nhất quán. Nhờ khả năng tương tác người - máy, các hệ CAD còn có khả năng đặt câu hỏi xem dữ liệu đưa vào có mắc lỗi không. Đương nhiên các khả năng kiểm tra việc vào dữ liệu loại này tuỳ thuộc vào ý định của các nhà thiết kế hệ CAD muốn đặt câu hỏi cho dữ liệu đầu vào nào và hỏi cái gì để người thiết kế tự kiểm tra lại xem mình vào đã đúng chưa. 5. Các phép tính thiết kế có độ chính xác cao hơn Độ chính xác toán học trong hệ CAD là 14 con số có nghĩa sau dấu chấm thập phân. Đặc biệt độ chính xác khi thiết kế các đường và mặt ba chiều thì cho đến nay chưa có phương pháp tính tay nào so sánh được. Độ chính xác do sử dụng các hệ CAD còn thể hiện ở rất nhiều phương diện. Chẳng hạn các chi tiết được đặt tên và đánh số như thế nào thì chúng vẫn được bảo toàn trong trong toàn bộ các bản vẽ. Hoặc nếu có môt sự thay đổi nào của một chi tiết thì sự thay đổi ấy vẫn được bảo toàn trong toàn bộ gói hồ sơ và tác động tới tất cả các bản vẽ có sử dụng chi tiết ấy. Độ chính xác do hệ CAD mang lại còn làm cho việc lập tiên lượng và dự toán công trình được chính xác hơn, tiến độ mua sắm vật tư được sít sao hơn. 6. Tiêu chuẩn hoá các thủ tục thiết kế, lập bản vẽ và lập tư liệu Trong một hệ CAD, chỉ có một cơ sở dữ liệu duy nhất và một hệ điều hành (DOS hoặc WINDOWS chẳng hạn) được thống nhất dùng chung cho mọi trạm thiết kế của hệ. Do vậy, một cách tự nhiên, hệ cung cấp một tiêu chuẩn thống nhất cho mọi thủ tục và mọi quá trình thiết kế cũng như thiết lập bản vẽ. Các bản vẽ đều được vẽ ra theo một quy định thống nhất, không hệ bị lẫn lộn vì những quy định này đã được thiết lập sẵn trong hệ CAD rồi.
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 11 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 7. Bản vẽ dễ đọc và dễ hiểu hơn CAD tạo ra và sửa đổi một bản vẽ hình chiếu trực lượng, chiếu xiên cúng dễ dàng như vậy đối với bản vẽ hình chiếu trực giao. Nói chung, tính dễ đọc dễ hiểu của một bản vẽ phụ thuộc trực tiếp vào phép chiếu được sử dụng trong bản vẽ đó: chiếu phối cảnh dễ hình dung hơn chiếu trực lượng, và chiếu trực lượng dễ hình dung hơn chiếu trực giao. Trên thực tế, hầu hết các bản vẽ kết cấu là từ các đường nét kết hợp lại, nếu được đánh bóng thêm vào thì chúng càng dễ hiểu hơn, và đánh màu càng làm nổi bật hơn nữa. Cuối cùng, phép hoạt hoá hình ảnh trên màn hình CRT càng giúp cho người quan sát dễ hiểu thêm một mức nữa. 8. Các thủ tục thay đổi kỹ thuật được cải thiện hơn Các bản vẽ và các tư liệu gốc được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của hệ CAD. Điều đó cho phép truy nhập dễ hơn là khi chúng được cất trong kho lưu trữ thông thường, cho phép kiểm tra lại chúng một cách nhanh chóng dựa theo những thông tin mới. Do việc lưu trữ dữ liệu là rất đảm bảo nên các thông tin quá khứ trong các bản vẽ trước kia vẫn rất dễ dàng lưu lại trong cơ sở dữ liệu của hệ CAD, thuận tiện cho việc so sánh với những yêu cầu của bản vẽ hay bản thiết kế mới. 9. Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo Cơ sở dữ liệu của hệ CAD/CAM được dùng cho cả giai đoạn thiết kế và việc lập kế hoạch và điều khiển sản xuất. Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo bao gồm: • Thiết kế đồ gá và dụng cụ cắt để chế tạo sản phẩm • Lập trình NC • Lập quy trình công nghệ bằng máy tính. • Liệt kê bản vẽ lắp (do hệ CAD lập) để sản xuất. • Dò khuyết tật bằng máy tính • Lập kế hoạch tay máy người máy. • Lập công nghệ nhóm Tất cả những lợi ích này có được là nhờ cơ sở dữ liệu do hệ CAD/CAM tạo ra mà khởi đầu là những dữ liệu được tạo ra từ giai đoạn CAD.