Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu các lý thuyết liên quan đến khuôn đùn để từ đó có thể thiết kế và chế tạo được một bộ khuôn đùn; nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt lòng khuôn đùn khi gia công trên máy cắt dây CNC để từ đó tối ưu hóa được các thông số khi gia công trên máy cắt dây CNC,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT TRẦN TÚ ANH NGIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ REVERSE ENGINEERING TRONG THIẾT KẾ KHUÔN MẪU, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ KHUÔN ĐÙN GIOĂNG CAU SU CHO XE TẢI THÁI NGUYÊN, 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn i
LỜI CAM ĐOAN Luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải” được hoàn thành bởi tác giả Trần Tú Anh, học viên lớp cao học chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, lớp 16, khóa học 2013-2015, khoa Cơ khí,Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, tất cả các số liệu đều trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016 Tác giả luận văn Trần Tú Anh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn ii
LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS. TS.Trần Minh Đức, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô trong khoa Cơ khí – Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên. Xin cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Cơ khí của trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyênđã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành Luận văn này. Tác giả cũng chân thành cảm ơnban lãnh đạo trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyên. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy (cô) giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Thái Nguyên, ngày 22 tháng 02 năm 2016 Tác giả luận văn Trần Tú Anh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn iii
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT - CAD (Computer Aided Design): Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính. (CAD còn được định nghĩa là Computer Aided Design: Công cụ trợ giúp vẽ trên máy tính). - CAM (Computer Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy tính để tạo chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể cả trực tiếp điều khiển các thiết bị, hệ thống đảm bảo vật tư, kỹ thuật. - CNC (Computerized Numerical Control): Máy gia công điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính trong việc vận hành và lập trình gia công. - CMM (Coordinate Measuring Machine): Các thiết bị vạn năng có thể thực hiện việc đo các thông số hình học theo phương pháp tọa độ, còn được gọi là máy quét hình. - RE (Reverse Engineering): Kỹ thuật ngược hay công nghệ chép mẫu. - RP (Rapid Propotyping): Tạo mẫu nhanh, bao gồm các phương pháp tạo mẫu nhanh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn iv
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Số liệu tiêu thụ các sản phẩm cao su............................................. 37 Bảng 3.2. Các bước lập trình gia công nửa khuôn dưới trên máy phay CNC 56 Bảng 3.4. Thành phần hợp kim của thép SKD61. ......................................... 61 Bảng 3.5. Quy đổi mác thép theo các tiêu chuẩn trên thế giới. ..................... 61 Bảng 3.6. Mức hưởng của các biến đầu vào ................................................. 68 Bảng 3.7. Bảng lựa chọn mảng trực giao theo số cấp độ của biến đầu vào ... 68 Bảng 3.8. Sơ đồ mảng trực giao thực hiện thí nghiệm .................................. 69 Bảng 3.9. Bảng kết quả thí nghiệm ............................................................... 69 Bảng 3.10: Bảng số liệu thông qua xử lý ...................................................... 71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ chu kỳ phát triển sản phẩm. .................................................. 6 Hình 1.2. Quá trình từ sản phẩm cụ thể tới mô hình CAD. ............................. 6 Hình 1.3. Sơ đồ ý tưởng của kỹ thuật RE. ...................................................... 7 Hình 1.4. Quy trình lấy mẫu ô tô áp dụng công nghệ kỹ thuật ngược. ............ 8 Hình 1.5. Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật. 10 Hình 1.6. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược lấy mẫu hoa văn thủ công. .. 10 Hình 1.7. Ứng dụng RE thiết kế lại, cải tiến mẫu mã sản phẩm. ................... 11 Hình 1.8. Ứng dụng công nghệ RE để thiết kế lại, phát triển sản phẩm. ....... 11 Hình 1.10. Ứng dụng thiết kế đảo chiều để tạo răng hàm. ............................ 12 Hình 1.11. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược tạo mảnh sọ não dùng trong y học. .............................................................................................................. 12 Hình1.12. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngược lấy mẫu mặt người và động vật. ............................................................................................................... 13 Hình 1.13. Sử dụng công nghệ RE để thiết kế trong Game. .......................... 13 Hình 2.1. Cấu tạo máy CMM. ...................................................................... 17 Hình 2.2. Quét bằng máy CMM so với quét bằng laser. ............................... 18 Hình 2.3. Một số máy điển hình quét bằng ánh sáng trắng ........................... 20 Hình 2.4. Quy trình xử lý dữ liệu quét của Geomagic. .................................. 22 Hình 2.5. Quy trình làm việc của Rapidform ................................................ 23 Hình 2.6. Sơ đồ công nghệ kỹ thuật ngược trên Rappitform. ....................... 24 Hình 2.7. Máy scan hình tốc độ cao ATOS I (2M). ...................................... 26 Hình 2.8. Các bộ phận làm việc chính của ATOS I (2M). ............................ 28 Hình 2.9. Khả năng linh hoạt của máy. ......................................................... 29 Hình 2.10. Hệ thống máy. ............................................................................ 30 Hình 2.11. Khởi động phần mềm ATOS v6.2.0-3 ........................................ 30 Hình 2.12. Giao diện làm việc của phần mềm ATOS v6.2.0-3. .................... 31 Hình 2.13. Kết quả quét mẫu thu được. ........................................................ 31 Hình 2.14. Nhập dữ liệu quét vào phần mềm ................................................ 32 Hình 2.15. Sửa lỗi quét bằng công cụ Healing wizard. ................................. 32 Hình 2.16. Phân vùng tự động bằng công cụ Auto Seginent. ........................ 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn vi
Hình 2.17. Kết quả thu được sau khi phân vùng hoàn chỉnh. ........................ 34 Hình 2.18. Phác thảo biên dạng Sketch1....................................................... 35 Hình 2.19. Kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude. .......... 35 Hình 2.20. kết quả tạo khối bao quanh bên ngoài bằng lệnh Extrude ............ 36 Hình 2.21. Phân tích độ chính xác của sản phẩm thiết kế ............................. 36 Hình 2.22. Dây truyền đùn gioăng cao su [6]. .............................................. 39 Hình 2.23. Máy đùn gioăng cao su ............................................................... 42 Hình 2.24. Chuyển đổi dữ liệu trực tiếp từ phần mềm Rapidform sang Inventor ........................................................................................................ 43 Hình 2.25. Kích thước nửa khuôn dưới tiêu chuẩn ....................................... 44 Hình 2.26. Kích thước nửa khuôn trên tiêu chuẩn ........................................ 45 Hình 2.27. Bộ khuôn thiết kế hoàn chỉnh trên phần mềm Inventor ............... 46 Hình 3.1. Bản vẽ kỹ thuật của nửa khuôn trên .............................................. 49 Hình 3.2. Giao diện phần mềm MasterCam .................................................. 50 Hình 3.3. Mũi khoan và các thông số hình học ............................................. 50 Hình 3.4. Thông số về chế độ cắt mũi khoan ................................................ 51 Hình 3.5. Các thông số trên phần mềm MasterCam ...................................... 51 Hình 3.6. Mô phỏng gia công khoan nửa khuôn trên .................................... 52 Hình 3.7. Tạo mã điều khiển máy phay CNC ............................................... 52 Bảng 3.1. Các bước lập trình gia công 31 lỗ Ф5 trên máy phay CNC ........... 53 Hình 3.8. Bản vẽ kỹ thuật nửa khuôn dưới ................................................... 53 Hình 3.9. Mở dữ liệu nửa khuôn dưới .......................................................... 54 Hình 3.10. Thông số hình học dao phay ngón............................................... 55 Hình 3.11. Chế độ cắt dao phay ngón ........................................................... 55 Hình 3.12. Các thông số trên phần mềm MasterCam .................................... 55 Hình 3.13. Nguyên lý gia công tia lửa điện .................................................. 57 Hình 3.14. Máy cắt dây GOLDSUN GS ....................................................... 60 Hình 3.15. Các thông số trên bảng điều khiển của máy cắt dây. ................... 67 Hình 3.16. Ứng dụng phần mềm Minitab để tính toán .................................. 71 Hình 3.17. Đồ thị biểu diễn giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab ........ 72 Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn S/N giá trị trung bình bằng phần mềm Minitab . 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn vii
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước trong những năm gần đây đang được đẩy nhanh là một yêu cầu tất yếu cho sự phát triển của công nghiệp nói riêng và nền kinh tế nói chung. Và ngành công nghiệp ô tô đaSng được Đảng và Chính phủ hết sức quan tâm, tuy nhiên theo lộ trình cắt giảm thuế đến năm 2018 của Hiệp định Thương mại hàng hóa ASEAN (ATIGA), từ năm 2018, thuế suất thuế nhập khẩu ô tô nguyên chiếc (CBU) từ các nước Đông Nam Á sẽ giảm về 0%. do đó gây áp lực lớn cho ngành công nghiệp ô tô trong nước. Mặt khác tỷ lệ sản xuất nội địa hóa của các doanh nghiệp ô tô trong nước rất thấp chỉ đạt từ 10 đến 30% tùy theo dòng xe. Và các linh kiện được sản xuất tại Việt Nam chủ yếu là các loại phụ tùng đơn giản giá trị thấp. Quy hoạch phát triển ngành được Thủ tướng phê duyệt đã chỉ rõ mục tiêu tổng quát là phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệp quan trọng của đất nước, đáp ứng tối đa nhu cầu thị trường nội địa về các loại xe tải, xe khách thông dụng và một số loại xe chuyên dùng. Do đó việc nghiên cứu, thiết kế,chế tạo khuôn để tạo ra những thiết bị, phụ tùng của các dòng xe tải là rất cần thiết, làm tăng khả năng nội địa hóa các sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh và tự chủ công nghệ của các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước. Dựa trên những nhu cầu và thực trạng đã nêu ở trên và cơ sở những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập tại trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Thái Nguyêntác giả quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dung công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải”. 2. Mục đích và đối tƣợng nghiên cứu: Giải pháp nâng cao độ chính xác khi thiết kế biên dạng mặt cắt ngang của gioăng cao su nhờ ứng dụng công nghệ Reverse Engineering. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 1
Nghiên cứucác lý thuyết liên quan đến khuôn đùn để từ đó có thể thiết kế và chế tạo được một bộ khuôn đùn. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt lòng khuôn đùn khi gia công trên máy cắt dây CNC để từ đó tối ưu hóa được các thông số khi gia công trên máy cắt dây CNC 3. Phƣơng pháp nghiên cứu: Tác giả kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết về vật liệu, khuôn đùn gioăng cao su. Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ kỹ thuật ngược (RE) và phần mềm ứng dụng. Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ CAD/CAM và các phần mềm ứng dụng. Nghiên cứu lý thuyết về máy cắt dây, các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt của khuôn đùn, nghiên cứu phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa các thông số gia công. Thực nghiệm đo các mẫu sử dụng máy đo 3D và xử lý kết quả. Thực nghiệm gia công các chi tiết của khuôn trên máy phay CNC và cắt dây CNC, trong đó thí nghiệm các mẫu trên máy cắt dây và xử lý số liệu để tìm ra được thông số tối ưu khi gia công. 4. Tóm tắt nội dung đề tài Nội dung luận văn gồm 4 chương cơ bản: Chƣơng 1. Tổng quan về công nghệ Reverse Engineering: Chương này tác giả trình bày tổng quan về công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) trên cơ sở lý thuyết như: Vai trò, ứng dụng, ưu nhược điểm của công nghệ, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước trên cơ sở đó tác giả chọn hướng nghiên cứu cho đề tài của mình. Chƣơng 2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Reverse Engineering để thiết kế bộ khuôn đùn gioăng cao su: Chương này tác giả đã trình bày các cơ sở lý thuyết về vật liệu, công nghệ gia công và cơ sở thiết kế khuôn đùn gioăng cao su. Từ đó, tác giả đã ứng dụng phần mềm Inventor để thiết kế được bộ khuôn đùn từ biên dạng mặt cắt ngang của gioăng cao su đã thiết kế nhờ sử dụng công nghệ Reverse Engineering. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 2
Chƣơng 3. Thiết kế vàchế tạo khuôn đùn gioăng cao su: Chương này tác giả trình bày việc ứng dụng phần mềm Mastercam, một phần mềm CAM thông dụng có để lập trình gia công các chi tiết của khuôn. Tác giả cũng tiến hành thí nghiệm, nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công lòng khuôn trên máy cắt dây CNC. Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tìm ra các thông số tối ưu để từ đó ứng dụng vào gia công lòng khuôn trên máy cắt dây. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 5.1 Ý nghĩa khoa học. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo khuôn đùn gioăng cao su ứng dụng công nghệ RE hiện tại chưa có tác giả nào nghiên cứu và đề cập đến. Tài liệu chuyên sâu về lĩnh vực này còn hạn hẹp chủ yếu là các tài liệu nước ngoài. Các công ty sản xuất trong nước chỉ sản xuất được những loại khuôn đùn đơn giản, chất lượng thấp. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu ứng dung công nghệ Reverse Engineering trong thiết kế khuôn mẫu, ứng dụng thiết kế, chế tạo bộ khuôn đùn gioăng cao su cho xe tải”có đóng góp mới và ý nghĩa khoa học nhất định. Đề tài cũng đưa ra một số giải pháp nâng cao chất lượng của khuôn như: Nâng cao độ chính xác biên dạng mặt cắt ngang của gioăng bằng việc ứng dụng công nghệ Reverse Engineering và nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố công nghệ đến độ nhám bề mặt khi gia công lòng khuôn trên máy cắt dây CNC trong điều kiện sản xuất cụ thể, ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi để tối ưu hóa thông số chế tạo từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. 5.2 Ý nghĩa thực tiễn. Kết quả đề tài có thể ứng dụng và có thể kết hợp để chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất thực tế, do đó đề tài có giá trị thực tiễn. Kết quả của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành kỹ thuật và những người làm việc trong lĩnh vực thiết kế chế tạo khuôn đùn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ REVERSE ENGINEERING. 1.1.Giới thiệu về công nghệ Reverse Engineering 1.1.1. Sự cần thiết của công nghệ RE. Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì đời sống của con người ngày càng được nâng cao, kéo theo đó là nhu cầu của con người cũng ngày càng nhiều và liên tục thay đổi từng ngày, từng giờ. Do vậy càng ngày thì vòng đời của một sản phẩm (tức là thời gian từ khi nó xuất hiện trên thị trường đến khi không còn được ưa chuộng bị thay thế bằng một sản phẩm khác) càng giảm. Điều đó đòi hỏi các nhà sản xuất nếu muốn tồn tại và phát triển thì phải liên tục cải tiến mẫu mã và sản phẩm, phải nhanh chóng đưa ra thị trường được sản phẩm mới. Trong thời buổi cạnh tranh khắc nghiệt trên toàn cầu hiện nay, các nhà sản xuất luôn phải tìm kiếm phương thức sản xuất mới nhằm giảm thời gian phát triển sản phẩm, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Nhưng phương thức sản xuất được áp dụng từ bao thế kỷ nay là một chu trình sản xuất truyền thống. Theo phương pháp này thì thông thường để chế tạo ra 1 sản phẩm, người thiết kế đưa ra ý tưởng về sản phẩm đó, phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là quá trình tính toán thiết kế, chế thử, rồi kiểm tra, hoàn thiện phác thảo, để đưa ra phương pháp tối ưu, cuối cùng là công đoạn sản xuất ra sản phẩm. Phương pháp này còn được gọi là công nghệ sản xuất thuận (Forward Engineering). Từ những năm 90 cho tới nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, xuất hiện một dạng sản xuất mới theo một chu trình mới, đi ngược với sản xuất truyền thống, đó là chế tạo sản phẩm theo hoặc dựa trên một sản phẩm có sẵn. Vì vậy nên quy trình này có tên gọi là công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) hay cũng được hiểu là công nghệ chép mẫu. Hiện tại công nghệ kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) được xem là một trong những kỹ thuật đạt hiệu quả kinh tế cao nhất trong việc rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm. Công nghệ kỹ thuật ngược ra đời từ một nhu cầu rất thường gặp trong sản xuất thực tế đó là: chúng ta cần phải chế tạo những chi tiết, sản phẩm mà không có bản vẽ hay mô hình CAD của chúng do các chi tiết đã được chế tạo từ rất lâu không Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 4
còn bản vẽ, các sản phẩm không rõ xuất xứ, những mẫu vật thể được làm bằng tay, phù điêu hoặc các bộ phận cơ thể con người, động vật được thay thế như xương, mảnh sọ não… Hay đơn giản chỉ là sao chép lại kết quả của những sản phẩm đã khẳng định tên tuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc để cải tiến sản phẩm đó theo hướng mới. Trong khi theo chu trình thuận thì để tạo được mẫu của những sản phẩm này, người ta phải đo đạc rồi phác lại hoặc dựng sáp, thạch cao để in mẫu. Các phương pháp này cho độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là đối với những chi tiết phức tạp. 1.1.2. Định nghĩa về công nghệ RE. Công nghệ kỹ thuật ngược là: quá trình phân tích, thu thập được thông tin về sản phẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ) sau đó sử dụng dữ liệu thu được như là cơ sở tiến hành khôi phục lại mô hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm mới, thông qua việc sử dụng CAD/RP/CNC để ứng dụng chế thử mẫu, hoàn thiện và chế tạo sản phẩm mới. Thiết kế này có thể là bản sao của thiết kế ban đầu hoặc là thiết kế hoàn toàn mới. - theo định nghĩa của công ty SCANSITE - Như vậy công nghệ kỹ thuật ngược thực chất là quá trình tạo mô hình 3D từ một sản phẩm đã có sẵn. Là bước đầu tiên cho quá trình tái thiết kế chế tạo sản phẩm. Vật mẫu sẽ được quan sát, đo đạc, thu thập các thông tin về chức năng, hình dáng, điều kiện làm việc…sau đó sẽ mô hình hóa trên máy tính tiến tới thiết lập quy trình chế tạo sản phẩm. Trong lĩnh vực chế tạo máy, công nghệ RE được định nghĩa là hoạt động tạo ra sản phẩm từ các mẫu sản phẩm cho trước mà không có bản vẽ thiết kế hoặc đã bị mất hay không rõ ràng. Sản phẩm mới được tạo ra trên cơ sở khôi phục nguyên vẹn hoặc phát triển lên từ thực thể ban đầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 5
Hình 1.1. Sơ đồ chu kỳ phát triển sản phẩm. Hình 1.2. Quá trình từ sản phẩm cụ thể tới mô hình CAD. 1.1.3. Quá trình ứng dụng công nghệ RE. Sau đây là một số lý do giải thích cho việc phải sử dụng công nghệ RE: - Khách hàng cần sản phẩm từ nhà chế tạo, sản xuất bản gốc không tồn tại nữa. - Nhà chế tạo không còn chế tạo sản phẩm đó nữa, ví dụ sản phẩm đó đã lỗi thời, quá cũ. - Tài liệu thiết kế của sản phẩm gốc bị mất hoặc không bao giờ tồn tại. - Tạo dữ liệu để tân trang hoặc chế tạo chi tiết không có dữ liệu CAD, hoặc dữ liệu CAD đã lỗi thời hoặc bị mất. - Kiểm tra hoặc so sánh - quản lý chất lượng chi tiết đã chế tạo với mô hình CAD. - Loại trừ một số đặc điểm không tốt của sản phẩm. - Làm mạnh thêm những đặc tính tốt của một sản phẩm dựa trên việc sử dụng lâu dài. - Phân tích tính năng tốt và xấu của sản phẩm bên phía đối thủ cạnh tranh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 6
- Khám phá con đường mới để cải thiện hiệu suất sản phẩm và tính năng. - Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình, hoặc một sản phẩm điêu khắc để tạo, lấy tỷ lệ hoặc tái chế tác phẩm nghệ thuật. - Tạo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình, hoặc tác phẩm điêu khắc cho hoạt hình trong các trò chơi game hoặc phim ảnh. - Kiến trúc công trình, các tài liệu hướng dẫn xây dựng và đo lường. - Tạo bằng chứng và xây dựng hiện trường phạm tội. - Thiết kế và chế tạo những sản phẩm mà vật mẫu là những thứ không phải là nhân tạo như xương, răng để thay thế trong kỹ thuật y học chỉnh hình hoặc để lập kế hoạch phẫu thuật. Công nghệ kỹ thuật ngược đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như chế tạo máy, thiết kế công nghiệp, thiết kế nữ trang, y học … Ý tưởng ban đầu của kỹ thuật ngược được chỉ ra ở sơ đồ dưới đây: MÔ HÌNH VẬT LÝ SỐ HÓA VẬT THỂ MÔ HÌNH TRÊN MÁY TÍNH máy tính Hình 1.3. Sơ đồ ý tưởng của kỹ thuật RE. Từ vật mẫu, bằng các thiết bị số hóa 3 chiều như máy đo tọa độ 3 chiều như CMM, máy quét laser hoặc camera số hóa bề mặt chúng ta sẽ có dữ liệu 3 chiều về vật thể. Sau đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý dữ liệu quét và cuối cùng sẽ tạo được mô hình CAD 3D với độ chính xác cao. Ngoài ra mô hình 3D này có thể được chỉnh sửa nếu cần để thay đổi hình dạng và kích thước cho phù hợp với yêu cầu thực tế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 7
Từ khi ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trước tới nay, kỹ thuật công nghệ RE ngày càng phát triển theo sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM. Nó luôn được quan tâm và cũng liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu của xã hội trên nhiều lĩnh vực sản xuất. Reverse Engineering trở thành một bộ phận quan trọng của sản xuất hiện đại. Đã có nhiều công ty của nhiều quốc gia ứng dụng hiệu quả và rất thành công công nghệ này. Có thể thấy Trung Quốc là một quốc gia điển hình. Nhiều loại sản phẩm như xe máy, ô tô, hàng loạt đồ gia dụng, đồ chơi đã được sản xuất dựa trên sự sao chép, cải tiến các mẫu có sẵn trên thị trường của các hãng nổi tiếng của Nhật, Hàn Quốc như Honda, Misubishi, Toyota. Sản phẩm thực Mô hình quét 3D sản phẩm Sản phẩm được sơn trắng và dán điểm để quét mẫu Hình 1.4. Quy trình lấy mẫu ô tô áp dụng công nghệ kỹ thuật ngược. Ở Việt Nam, trong một số năm trở lại đây công nghệ kỹ thuật ngược cũng được áp dụng vào sản xuất; một số công ty, nhà máy cơ khí đã được trang bị các máy CMM nhằm đo lường kiểm tra sản phẩm cơ khí như Honda Việt Nam, Vikyno... Tuy nhiên phần lớn vẫn chưa mang tính chuyên nghiệp. Ví dụ như các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 8
công ty sản xuất, chế tạo khuôn cho các mặt hàng nhựa, cơ khí thường khi nhận các đơn đặt hàng của các đối tác làm một bộ khuôn cho một mẫu sản phẩm cho trước thì đa số việc số hóa mô hình lấy dữ liệu đều thực hiện một cách thủ công, đo vẽ bằng tay. Việc ứng dụng các thiết bị số hóa công nghệ cao chuyên dụng, các phần mềm thiết kế ngược được sử dụng vẫn chưa nhiều. Chỉ có ở một số ít công ty có thể làm theo hợp đồng như Trung tâm dịch vụ công nghệ 3Dtech – Công ty TNHH thiết bị công nghệ và giáo dục tân tiến (AIE), công ty Hoàng Quốc, hay các viện, các trường đại học như Học viện Kỹ Thuật Quân Sự, Đại học Giao Thông Vận Tải, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh trang bị máy CMM Beyond A504 của hãng Mitutoyo, Đại học Cần Thơ có máy quét 3D hiện đại của hãng Konica, Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên có máy đo CMM 544 và máy tạo mẫu nhanh Spectrum Z510 nhưng chủ yếu vẫn là phục vụ cho học tập và nghiên cứu. 1.2. Các ứng dụng phổ biến của công nghệ RE. Với tính ưu việt của mình, là mô hình hóa được nhiều loại chi tiết (kể cả chi tiết có độ phức tạp cao) một cách nhanh chóng và chính xác. Công nghệ RE đáp ứng tối đa được các nhu cầu đa dạng của thị trường trong rất nhiều lĩnh vực: - Trong lĩnh vực nghệ thuật, công nghệ RE được thể hiện ở việc sao chép hay phân tích các đặc điểm nét vẽ của các kiệt tác hội họa, điêu khắc. Thông thường với những chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mô hình hóa bởi các nhà mỹ thuật (Stylist) trên các chất liệu như gỗ, chất dẻo, đất sét…Tuy nhiên các tác phẩm hay các kiệt tác nghệ thuật chỉ có một và là ý tưởng duy nhất của một nhà nghệ thuật, nhà thiết kế nào đó trong khi ai cũng muốn được có, muốn được thưởng thức chúng. Nhu cầu thị trường đòi hỏi các sản phẩm phải có một số lượng lớn theo một vài phong cách, hay sản phẩm của một số nhà thiết kế mà tác phẩm của họ đã được khẳng định trên thị trường. Để đáp ứng nhu cầu đó thì cần phải có được mô hình CAD của sản phẩm mong muốn. Việc này chỉ có thể thực hiện bằng công nghệ đảo chiều. Với các thiết bị máy móc hiện đại cùng sự trợ giúp của máy tính, chúng ta có thể xây dựng được các dữ liệu CAD giống hệt mô hình thật do các nhà mỹ thuật tạo ra với dung sai rất nhỏ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 9
Hình 1.5. Công nghệ RE dựng mô hình CAD cho các tác phẩm nghệ thuật. Hình 1.6. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượclấy mẫu hoa văn thủ công. - Công nghệ RE có vai trò rất lớn trong cải tiến mẫu mã sản phẩm. Yêu cầu về thời gian không cho phép chúng ta khi chế tạo một mẫu mã mới có thể bắt đầu chu trình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính toán, tối ưu, chế thử, kiểm tra, kiểm nghiệm mới đưa vào sản xuất. Vì vậy quá trình trên tốn rất nhiều thời gian và công sức. Do vậy mà chúng ta phải thiết kế sản phẩm từ các mẫu đã được tối ưu, đạt các tiêu chuẩn kiểm tra trên cơ sở đó ta thiết kế lại phù hợp với yêu cầu mới để có được một mẫu mã mới. Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết kế, rút ngắn thời gian đưa sản phẩm vào thị trường tức là giảm được thời gian của chu trình sản xuất. Với nhu cầu thị trường thay đổi liên tục từng ngày như hiện nay công ty nào sớm đưa ra được mẫu mã mới sẽ chiếm được thị phần và giành lợi nhuận cao nhất. Còn công ty nào đưa ra được sản phẩm chậm hơn sẽ không còn cơ hội có được lợi nhuận. Do vậy mà công nghệ kỹ thuật ngược sẽ là trọng tâm của công nghệ thiết kế sản phẩm trong tương lai. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 10
Mô hình quét mẫu sản phẩm. Mô hình CAD thu được khi thiết kế lại. Hình 1.7. Ứng dụng RE thiết kế lại, cải tiến mẫu mã sản phẩm. Công nghệ RE còn được sử dụng khi cần thay thế một chi tiết, bộ phận mà nhà sản xuất không còn cung cấp, chúng ta phải chế tạo lại chúng mà không hề có bản vẽ thiết kế. Hay khi muốn sản xuất theo một mẫu mã tối ưu trên thị trường mà nhà thiết kế ra chúng đã làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp tài liệu thiết kế. Đặc biệt là khi sản phẩm có hình dạng rất phức tạp, khó miêu tả như hình dạng người, hình dạng con vật… Hình 1.8. Ứng dụng công nghệ RE để thiết kế lại, phát triển sản phẩm. - Trong khảo cổ học, công nghệ RE cho phép khôi phục hình dạng của các sinh vật thời tiền sử dựa trên các hóa thạch cổ thu được trong đất, đá hay trong băng mà không hề làm tổn hại hay phá hoại mẫu hóa thạch đó. Thiết kế ngược còn cho phép chúng ta tạo dựng lại các mẫu tượng cổ, khôi phục lại các công trình kiến trúc, nghệ thuật cổ đã bị tàn phá trong lịch sử. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 11
Hình 1.9. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượctrong khảo cổ học. - Trong y học công nghệ kỹ thuật ngược cho phép chúng ta có thể tạo ra các bộ phận cơ thể phù hợp cho từng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay thế cho các khuyết tật, các bộ phận bị hỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do bẩm sinh như xương, khớp, răng hàm, mảnh sọ não… Hình 1.10. Ứng dụng thiết kế đảo chiều để tạo răng hàm. Mô hình CAD Chương trình gia công Khuôn bằng nhôm Hình 1.11. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượctạo mảnh sọ não dùng trong y học. - Trong thời trang công nghệ thiết kế ngược trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết kế tạo các trang phục, các mẫu mã theo hình dáng con người. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 12
Hình1.12. Ứng dụng công nghệ kỹ thuật ngượclấy mẫu mặt người và động vật. - Công nghệ kỹ thuật ngược còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giải trí, mô phỏng như thiết kế các nhân vật trong thiết kế game 3D, tạo các môi trường giao diện ảo trong game phục vụ giải trí, làm phim ảnh hay mô phỏng một quá trình nào đó phục vụ cho một mục đích nào đó. Hình 1.13. Sử dụng công nghệ RE để thiết kế trong Game. Công nghệ RE còn được áp dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nữa. Nói chung cứ ở đâu cần thiết kế lại đưa ra mô hình CAD thì ở đó có thể áp dụng công nghệ RE. Xu hướng của nền sản xuất hiện đại hướng đến tiêu chí JIT (Just – In – Time: là tiêu chí rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm). Với tiêu chí này khoảng thời gian từ lúc đặt hàng sản phẩm cho đến khi có sản phẩm thật đã được rút ngắn rất nhiều, có thể tính theo ngày, theo giờ thay vì tính theo quý, theo tháng hay theo tuần như trước kia. Với tính ưu việt về thời gian và độ chính xác của mình công nghệ thiết kế ngược hứa hẹn sẽ là công nghệ thiết kế chủ đạo của nền sản xuất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.ltc.tnu.edu.vn 13