Bài giảng "Nhập môn Kỹ thuật cơ khí: Chương 2 - PGS.TS. Thiết kế cơ khí" trình bày các nội dung kiến thức sau đây: tổng quan về thiết kế cơ khí, quá trình thiết kế cơ khí, quá trình sản xuất cơ khí, các chủ đề thiết kế cơ khí. Mời các bạn cùng tham khảo!
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Nhập môn Kỹ thuật cơ khí: Chương 2 - PGS.TS. Bùi Ngọc Tuyên
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Chương 2. Thiết kế cơ khí
2.1. Tổng quan
2.2. Qua trình thiết kế
2.2.1. Phát triển yêu cầu
2.2.2. Ý tưởng thiết kế
2.2.3. Thiết kế chi tiết
2.2.4. Chế tạo
2.3. Quá trình sản xuất
2.4. Các chủ đề thiết kế
1
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
2.1. Tổng quan
14 thách thức trong thế kỷ 21 như sau: (The 14 challenges are as follows:)
Tạo năng lượng từ mặt trời một cách kinh tế (Make solar energy economical)
Cung cấp năng lượng từ băng tan (Provide energy from fusion)
Phát triển phương pháp cô lập cac bon (Develop carbon sequestration methods)
Quản lý chu trình ni tơ) (Manage the nitrogen cycle)
Cung cấp giải pháp làm sạch nước (Provide access to clean water)
Bảo tồn và cải thiện cơ sở hạ tầng đô thị (Restore and improve urban
infrastructure)
Đẩy mạnh thông tin về sức khỏe, y tế (Advance health informatics
Phát minh ra nhiều thuốc tốt hơn (Engineer better medicines)
Tái tạo lại bộ não (Reverse-engineer the brain )
Phòng ngừa thảm họa hạt nhân (Prevent nuclear terror)
An toàn thông tin mạng (Secure cyberspace)
Tăng cường thực tế ảo (Enhance virtual reality)
Đẩy mạnh giáo dục nhân cách (Advance personalized learning)
Đưa ra các công cụ phát minh khoa học (Engineer the tools of scientific 2
discovery)
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Các KS Cơ khí không những tham gia mà còn đóng vai trò quan trọng về kỹ thuật và
lãnh đạo toàn cầu trong giải quyết một số thách thức trên
Mặc dù các thách thức trải rộng trên rất nhiều lĩnh vực, nguyên tắc chung để kết nối
các vấn đề khoa học và kỹ thuật là thiết kế.
Các đội thiết kế đa ngành, nghề là cần thiết để thiết kế ra các giải pháp sáng tạo và
và hiệu quả đáp ứng được vô vàn các vấn đề nảy sinh trong mỗi thách thức trên.
Qúa trình phát triển sản phẩm:
Xác định vấn đề Phát triển ý Đăng ký bản
thiết kế tưởng mới Sản xuất quyền (patent)
3
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Các nội dung thiết kế liên quan đến chương trình kỹ thuật cơ khí được mô tả trong
các ô tô sẫm mầu
4
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Khảo sát sản phẩm (Product archaeology ) là quá trình xây dựng lại vòng đời của sản
phẩm bao gồm : nhu cầu của khách hàng, các đặc trưng thiết kế, quy trình sản xuất sản
phẩm đó từ đó hiểu được các quyết định dẫn đến sự phát triển sản phẩm này. Qúa
trình này được đề xuất đầu tiên vào năm 1998.
Khảo sát sản phẩm
- Nghiên cứu giá thành sản xuất
- Ảnh hưởng của bối cảnh toàn cầu & bối cảnh xã hội
- Nghiên cứu tác động của sản phẩm đến môi trường thông qua năng lượng tiêu thụ,
vật liệu sử dụng trong toàn bộ vòng đời của sản phẩm
5
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Qúa trình khảo sát sản phẩm gồm các giai đoạn:
1. Chuẩn bị (Preparation): Nghiên cứu các kiến thức cơ sở (background) về sản
phẩm, kể cả nghiên cứu thị trường, các đăng ký bản quyền và các tiêu chuẩn hiện
hành của sản phẩm
2. Đào sâu (Excavation): Mổ xẻ tháo rời các chi tiết của sản phẩm, thực hiện phân
tích sản phẩm, xây dựng các mô tả chức năng, lắp ráp lại sản phẩm
3. Đánh giá (Evaluation): Xem xét các tiêu chuẩn hiện hành của sản phẩm, tiến hành
các thực nghiệm về vật liệu & thử nghiệm sản phẩm
4. Giải thích (Explanation): Rút ra các kết luận về các vấn đề toàn cầu, kinh tế, môi
trường và xã hội định hình ra thiết kế sản phẩm và định hình đến thiết kế các sản
phẩm tương tự
6
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Ví dụ: Khảo sát cho thiết kế xe đạp
1. Xe đạp trong bối cảnh toàn cầu
Xe đạp được sử dụng như là phương tiện cứu thương ỏ Sahara Châu Phi
Nhật bản có nhiều xe đạp nên phải có những bãi đỗ xe đạp
Ở một số nước như Hà lan, có những cơ sở hạ tầng giao thông dành riêng cho xe
đạp như: làn đường, đèn tín hiệu, bãi đỗ, ký hiệu đường, đường hầm dành riêng cho
xe đạp
Ở Trung quốc có nhiều xe đạp điện
2. Xe đạp trong bối cảnh xã hội
Một số cửa hàng cà phê xe đạp có dịch vụ bán đồ ăn và cho thuê xe đạp đi tham
quan thành phố
Henry Ford đã từng là một thợ cơ khí xe đạp
Xe đạp cũng được xem là một xúc tác cho phong trào giải phóng phụ nữ 7
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
3. Tác động môi trường của xe đạp
Có nhiều chương trình chia xẻ, sử dụng chung xe đạp ở các nước châu Âu
Có rất nhiều chương trình khuyến khích mọi người sử dụng xe đạp làm phương tiện
đi làm nhằm làm giảm khí thải cacbon
Có nhiều thống kê cho thấy sinh viên ở nhiều thành phố tại Mỹ đi xe đạp theo vé
tháng
Tìm ra các tác đọng tích cực của xe đạp cũng như tỷ lệ tai nạn
4. Vân đề kinh tế trong thiết kế xe đạp
So sánh giá thành tương đối của xe đạp với ô tô kể cả giá thành chế tạo, vận hành và
bảo trì
Gía thành cân nhắc lựa chọn giữa xe đạp bằng chất dẻo so với vật liệu truyền thống
Giảm các chi phí về y tế, chăm sóc sức khỏe khi xe đạp là một phương tiện giao
thông nổi bật 8
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Bản chất đa ngành, đa lĩnh vực của thiết kế và phát triển sản phẩm
Các KS cơ khí là một phần không thể thiếu của các đội thiết kế sản phẩm. Một sản
phẩm thường là rất phức tạp cho một người với tất cả các kỹ năng, kiến thức, thời gian
và kinh nghiệm cần thiết. KS cơ khí cần tương tác, giao tiếp hiệu quả với các thành
viên khác trong đội : các KS điện, KS máy tính,quản lý, tiếp thị, người sản xuất, nhà
cung cấp, khách hàng,..….
Trong quá trình thiết kế sản phẩm, đội thiết kế cần phải:
Xây dựng ý thức trách nhiệm giữa các thành viên trong đội vì thành công chung của
cả đội
Tiến hành thảo luận, trao đổi về các ý tưởng, giải pháp khác nhau, đảm bảo mỗi
thành viên trong đội đều có thể đóng góp ý kiến
Cho phép mọi thành viên giải thích ý tưởng của họ và nghiên cứu một cách tập thể
Ủng hộ các quyết định đưa ra được sự quan tâm nhiều nhất của cả đội
9
Đẩy mạnh một cách sáng tạo, hiệu quả các giải pháp mới về các vấn đề kỹ thuật,
toàn cầu, xã hội, môi trường, kinh tế
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
2. 2. Qúa trình thiết kế
KS cơ khí đóng vai trò quan trọng trong khởi tạo đổi mới quốc gia cũng như công ty.
Nhận biết và hiểu được tác động của thiết kế cơ khí đến thành công của các công nghệ
sáng tạo là cần thiết để giải quyết các thách thức của thời đại.
Chiến lược phát triển sản phẩm mới có thể mô tả trên đồ thị với 2 trục Style (low/high)
và Technology (low/high) .
VD1: Các máy nghe nhạc số Apple ™ iPhone,
Một máy chơi
nhạc có hình dạng được thiết kế cho
giống như một những khách hàng
khối Lego®, muốn có công
được thiết kế cho nghệ mới nhất
những khách cùng với các tính
Style
hàng sành điệu năng thời trang
Một máy nghe
nhạc tiêu chuẩn, Máy nghe nhạc
giá cả phải chăng, tích hợp khả
được thiết kế cho năng chống thấm
những khách hàng Technology
bơi lội
10
nước cho người
chỉ cần nghe nhạc
Biểu đồ kiểu cách - công nghệ cho máy nghe nhạc kỹ thuật số.
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
VD2: Các sản phẩm lọc nước:
Hệ thống Hệ
lọc dạng thống
bình lọc
Hague
Clear20®
Water
Max®
Style
Bình lọc
nước, sử
Nồi đun dụng
Style
nước sôi công
nghệ
Nano
Technology
11
Style versus technology chart for water purification systems
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
2. 2. Qúa trình thiết kế
Qúa trình thiết kế cơ khí có thể chia thành 4 giai đoạn:
Phát triển các yêu cầu (Requirements development)
Thiết kế ý tưởng (Conceptual design)
Thiết kế chi tiết (Detailed design )
Sản xuất (Production)
12
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
13
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
2.2.1. Xây dựng các yêu cầu (Requirements development)
Thiết kế cơ khí bắt đầu khi các nhu cầu cơ bản được xác định. Đây có thể là nhu cầu
kỹ thuật từ một thị trường nào đó hoặc nhu cầu cơ bản của con người như là nước
sạch, năng lượng tái tạo hay phòng ngừa thảm họa tự nhiên,…Trước tiên KS cơ khí sẽ
xây dựng một tập đầy đủ các yêu cầu hệ thống có liên quan đến các vấn đề sau:
Functional performance: What the product must accomplish
(Hiệu suất chức năng: Sản phẩm phải đạt được những gì)
Environmental impact: During production, use, and retirement
(Tác động đến môi trường: Trong quá trình sản xuất, sử dụng và loại bỏ)
Manufacturing: Resource and material limitations
(Sản xuất: Hạn chế về tài nguyên và vật liệu)
Economic issues: Budget, cost, price, profit
(Các vấn đề kinh tế: Ngân sách, chi phí, giá cả, lợi nhuận)
Ergonomic concerns: Human factors, aesthetics, ease of use
(Mối quan tâm về công thái học: Yếu tố con người, tính thẩm mỹ, tính dễ sử dụng)
Global issues: International markets, needs, and opportunities
(Các vấn đề toàn cầu: Thị trường quốc tế, nhu cầu và cơ hội)
Life cycle issues: Use, maintenance, planned obsolescence
14
(Các vấn đề về vòng đời: Sử dụng, bảo trì, tính lỗi thời được hoạch định trước)
Social factors: Civic, urban, cultural issues
(Các yếu tố xã hội: Các vấn đề về dân cư, đô thị, văn hóa)
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
2.2.2. Thiết kế ý tưởng
Trong giai đoạn này, các KS thiết kế cộng tác và tạo ra một phạm vi rộng
các giải pháp tiềm năng đối với vấn đề cần giải quyết và lựa chọn được
một hoặc mốt số các giải pháp triển vọng nhất để phát triển.
Qúa trình được dẫn dắt ban đầu bằng tư duy phân tích (divergent thinking
) một tập các ý tưởng sáng tạo được phát triển
Khi một tập phong phú các ý tưởng đã được tạo ra, qúa trình sẽ được dẫn
dắt bởi tư duy hội tụ (convergent thinkings ). Các KS bắt đầu hạn chế đưa
ra các ý tưởng và tập trung và một số ít ý tưởng tốt nhất. Danh sách các yêu
cầu liệt kê trong giai đoạn 1 sẽ được dùng để loại bỏ các thiết kế không
khả thi hay yếu kém và nhận dạng các ý tưởng có triển vọng nhất đáp ứng
các yêu cầu. Các đánh giá này có thể thực hiện bằng cách lập bảng hay ma
trận so sánh thuận lợi và khó khăn đối với các yêu cầu cơ bản
Các mô hình máy tính hoặc các mẫu chế tạo bằng RP có thể được sử dụng
để hỗ trợ cho quá trình lựa chọn phương án
15
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
16
Việc tạo ra và lựa chọn các ý tưởng trong thiết kế ý tưởng
(The generation and selection of ideas in conceptual design).
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
2.2.3. Thiết kế chi tiết
Trong giai đoạn thiết kế chi tiết cần phải thực hiện một số nhiệm vụ sau:
Xây dựng bố cục và cấu hình sản phẩm (Developing product layout and
configuration)
Lựa chọn vật liệu cho từng chi tiết (Selecting materials for each component)
Giải quyết các vấn đề về thiết kế (ví dụ: thiết kế về độ tin cậy, sản xuất, lắp ráp, biến
thể, chi phí, tái chế) (Addressing design-for-X issues (e.g., design for reliability,
manufacturing, assembly, variation, costing, recycling)
Tối ưu hóa hình học cuối cùng, bao gồm dung sai thích hợp (Optimizing the final
geometry, including appropriate tolerances)
Xây dựng các mô hình kỹ thuật số hoàn chỉnh của tất cả các thành phần và cụm lắp
ráp (Developing completed digital models of all components and assemblies)
Mô phỏng hệ thống bằng cách sử dụng các mô hình toán học và kỹ thuật số
(Simulating the system using digital and mathematical models)
Tạo mẫu và thử nghiệm các thành phần và mô-đun quan trọng (Prototyping17 and
testing critical components and modules)
Xây dựng kế hoạch sản xuất (Developing the production plans)
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Một số đặc trưng của quá trình thiết kế:
1- Tính đơn giản (Simplicity):
2- Tính lặp lại (Iteration)
3- Tính sử dụng (usability)
4- Tài liệu (documentation)
5- Bản quyền (Patents)
6- Tạo mẫu nhanh (Rapid prototyping)
18
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
2.2.4.Sản xuất
Ngay trong giai đoạn đầu xây dựng các yêu cầu, các KS phải quan tâm đến các yêu cầu
chế tạo của giai đoạn sản xuất. Các chức năng thiết kế, hình dạng, vật liệu, giá thành và
dạng sản xuất quan hệ chặt chẽ và cân đối với nhau trong cả quá trình thiết kế.
Các dạng sản xuất:
Sản xuất lớn (mass production) trong một số lĩnh vực như ô tô, điều hòa, IC, van
thủy lực, ổ đĩa cứng máy tính, thường được tự động hóa cơ khí. Các sản phẩm được
sản xuất đại trà với sản lượng lớn.
Sản xuất theo yêu cầu (custom production) dùng cho chế tạo thử nghiệm hoặc chế
tạo chi tiết thay thế với sản lượng nhỏ. Công nghệ sử dụng ở đây thường là công
nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid prototyping) hay còn gọi là công nghệ in 3D (3D
printing technology) theo nguyên lý bổ sung dần vật liệu . Sản phẩm được trực tiếp
hình từ file điện tử tạo ra bằng máy tính
19
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Căn cứ theo khối lượng chi tiết và sản lượng sản xuất ra trong một năm
có thể phân sản xuất chi tiết cơ khí ra thành 3 dạng:
• Sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ
• Sản xuất dạng khối, loạt lớn (sản xuất lớn )
• Sản xuất loạt vừa
Q – Khối lượng của chi tiết
Dạng sản xuất >200 kg 4- 200kg < 4 kg
Sản lượng hàng năm của chi tiết (chiếc )
Đơn chiếc 1000 > 5000 > 50000
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
