Ứng dụng công nghệ CAD, CAM và CIM

Chia sẻ: Dam Thanh Thinh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

94
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo cho các bạn học chuyên ngành tốt

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng công nghệ CAD, CAM và CIM

Ứng dụng công nghệ CAD, CAM và CIM 14:57 Posted by Bảo dưỡng cơ khí Labels: Bài viết kỹ thuật Máy tính điện tử được áp dụng cả trong lĩnh vực k ỹ thu ật l ẫn vi ệc đi ều hành, qu ản lý và quản trị. Về mặt kỹ thuật đã có hệ thống CAD (hệ th ống máy tính h ỗ tr ợ thi ết k ế) và CAM (hệ thống máy tính hỗ trợ việc chế tạo). Hai hệ thống này đã đ ược ứng d ụng trong nhiều lĩnh vực, như các phép toán ổn định và sức bền thân tàu, cho vi ệc l ập b ảng t ọa đ ộ và làm trơn nhẵn đường hình dáng vỏ tàu, cho việc khai tri ển tôn, b ố trí đ ể ti ết ki ệm nguyên v ật liệu, cho tính tải và dao động của động c ơ diesel, cho vi ệc kh ống ch ế tai n ạn trên bi ển, cho hệ thống đường ống mà ta phải khai triển cắt góc. Các kỹ sư máy tàu và v ỏ tàu c ủa T ập đoàn Công nghiệp tàu thủy Việt Nam (VINASHIN) đã thi ết kế và ch ế tạo các b ản v ẽ trên máy tính dựa vào các phần mềm chuyên dụng như Autoship, Ship Constructor, Nupas-cadmatic…, sau đó các bản vẽ được trực tiếp gửi tới máy CNC. Trong việc đi ều hành, qu ản lý và qu ản tr ị, h ệ thống máy tính cũng đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nh ững x ưởng c ủa các nhà máy đóng tàu. Ngày này công nghệ máy tính đang phát tri ển r ất nhanh, khuynh h ướng m ới là CIM, nghĩa là hệ thống máy tính tích hợp với chế tạo. Xu hướng phân tán, mềm hóa và chuẩn hóa là ba trong nhiều điểm đặc trưng cho sự thay đổi này. Những xu hướng mới đó không nằm ngoài m ục đích gi ảm giá thành gi ải pháp và nâng cao chất lượng hệ thống. Thông qua việc, ứng dụng r ộng rãi các hệ th ống m ạng truy ền thông trong công nghiệp, đặc biệt các hệ thống bus trường. Mạng truyền thông công nghiệp cũng như công nghệ bus trường không ph ải là m ột lĩnh vực kỹ thuật hoàn toàn mới, mà thực chất là các công nghệ được kế th ừa, chắt l ọc và phát triển từ kỹ thuật truyền thông nói chung cho phù hợp với các yêu c ầu trong công nghi ệp. T ừ hơn một thập kỷ nay, công nghệ bus trường đã trở nên không thể thi ếu trong các h ệ th ống điều khiển và giám sát hiện đại. Song thực tế người sử dụng trong công nghi ệp th ường g ặp phải hàng loạt các vấn đề khác nhau, do vậy trước khi xây d ựng m ột gi ải pháp t ự đ ộng hóa không còn là nên hay không nên mà là phải lựa chọn hệ thống mạng truyền thông nào cho phù hợp với yêu cầu và nhiệm vụ của ứng dụng thực tế. Công nghệ máy tính có ảnh hưởng to lớn đến các hệ th ống sản xu ất trong su ốt nh ững thập kỷ qua. Các ứng dụng quan trọng của máy tính thể hi ện trong nhi ều lĩnh v ực nh ư đi ều khiển số, các hệ thống rôbốt, các hệ thống sản xuất linh ho ạt và đặc biệt là ch ức năng đi ều khiển quá trình trong các hoạt động sản xuất, bao gồm từ khâu thiết kế sản phẩm đến lập kế hoạch và điều khiển sản xuất cùng với những hoạt động kinh doanh c ủa doanh nghi ệp nh ư nhận đơn đặt hàng, tính giá và thanh toán với khách hàng. Những ho ạt đ ộng này yêu c ầu m ột quá trình xử lý thông tin là tích hợp các chức năng thi ết kế, sản xu ất và kinh doanh trong m ột thể thống nhất, giúp nhanh chóng đưa ra quyết định m ột cách chính xác, tránh các trùng l ặp hoặc các thông tin mâu thuẫn nhau. Điều này thể hiện qua khái ni ệm về “hệ th ống sản xu ất tích hợp máy tính”. Tại các xưởng đóng tàu, một loạt máy tính điện tử hiện đại đã được đưa vào sử dụng và một mạng lưới máy tính của toàn tổng công ty đã được kết n ối Internet. T ốc đ ộ và ch ất lượng của khâu thiết kế và chế tạo vì thế được đảm bảo và thu được lợi ích đáng kể. Một số đặc điểm của hệ thống CAD, CAM và CIM Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD
CAD được định nghĩa là một hoạt động thiết kế liên quan đến việc sử dụng máy tính để tạo lập, sửa chữa hoặc trình bày một thiết kế kỹ thuật. CAD có liên hệ chặt chẽ với hệ thống đồ họa máy tính. Các lý do quan trọng có thể kể đến khi sử dụng hệ thống CAD là tăng hiệu quả làm việc cho người thiết kế, tăng chất lượng thiết kế, nâng cao chất l ượng trình bày thiết kế và tạo lập cơ sở dữ liệu cho sản xuất. Các bước ti ến hành m ột thi ết k ế v ới CAD: Tổng hợp (xây dựng mô hình động học); phân tích t ối ưu hóa (phân tích k ỹ thu ật); trình bày thiết kế (tự động ra bản vẽ). Khái niệm cơ bản về CAD Mô hình hình học Mô hình hình học là dùng CAD để xây dựng bi ểu di ễn toán h ọc d ạng hình h ọc c ủa đ ối tượng. Mô hình này cho phép người dùng CAD biểu diễn hình ảnh đ ối t ượng lên màn hình và thực hiện một số thao tác lên mô hình như làm biến dạng hình ảnh, phóng to thu nhỏ, lập m ột mô hình mới trên cơ sở mô hình cũ. Từ đó, người thiết có thể xây dựng một chi tiết mới ho ặc thay đổi m ột chi ti ết cũ. Có nhiều dạng mô hình hình học trên CAD. Ngoài mô hình 2D ph ổ bi ến, các mô hình 3D có th ể được xây dựng cho phép người sử dụng quan sát vật thể từ các hướng khác nhau, phóng to thu nhỏ, thực hiện các phân tích kỹ thuật như sức căng, tính chất vật liệu và nhiệt độ. Mô hình lưới Sử dụng các đường thẳng để minh hoạ vật thể. Mô hình này có nh ững h ạn ch ế l ớn nh ư không có khả năng phân biệt các đường nét thấy và nét khuất trong vật th ể, không nh ận bi ết được các dạng đường cong, không có khả năng kiểm tra xung đột giữa các chi tiết bộ phận và khó khăn trong việc tính toán các đặc tính vật lý. Mô hình bề mặt Được định nghĩa theo các điểm, các đường thẳng và các bề mặt. Mô hình này có kh ả năng nhận biết và hiển thị các dạng đường cong phức tạp, có khả năng nhận bi ết b ề m ặt và cung cấp mô hình 3D có bề mặt bóng, có khả năng hi ển th ị rất t ốt mô ph ỏng qu ỹ đ ạo chuy ển động như của dao cắt trong máy công cụ hoặc chuyển động của các rôbốt. Mô hình đặc Mô tả hình dạng toàn khối của vật thể một cách rõ ràng và chính xác. Nó có th ể mô t ả các đường thấy và đường khuất của vật thể. Mô hình này trợ giúp đ ắc l ực trong quá trình l ắp ráp các phần tử phức tạp. Ngoài ra, mô hình còn có khả năng tạo mảng màu và đ ộ bóng b ề mặt. Hơn nữa, người sử dụng có thể kết hợp với các chương trình ph ần m ềm chuyên d ụng khác để biểu diễn mô hình và tạo hình ảnh sống động cho vật thể. Phân tích kỹ thuật mô hình Sau khi có được phương án thiết kế thể hiện dưới dạng mô hình CAD sẽ tr ợ giúp mô hình. Hai ví dụ về việc phân tích mô hình là tính toán các đặc tính v ật lý và phân tích ph ần t ử hữu hạn. Tính toán các đặc tính vật lý bao gồm vi ệc xác đ ịnh kh ối l ượng, di ện tích b ề m ặt, thể tích và xác định trọng tâm. Phân tích các phần tử hữu hạn nh ằm tính toán s ức căng, đ ộ truyền nhiệt… Đánh giá thiết kế
Đánh giá thiết kế có thể bao gồm: tự động xác định chính xác các kích th ước, xác đ ịnh khả năng tương tác giữa các bộ phận. Điều này đặc biệt quan trọng trong các thi ết kế lắp ráp nhằm tránh hai chi tiết cùng chiếm một khoảng không gian, ki ểm tra đ ộng h ọc. Đi ều này c ần đến khả năng mô phỏng các chuyển động của CAD. Tự động phác thảo bản vẽ Lĩnh vực trợ giúp đắc lực thứ tư của CAD là khả năng tự động cho ra các b ản v ẽ v ới đ ộ chính xác cao một cách nhanh chóng. Điều này rất quan trọng trong quá trình trình bày m ột thiết kế và tạo lập hồ sơ thiết kế. Sản xuất với trợ giúp của máy tính CAM Được định nghĩa là việc sử dụng máy tính trong lập kế ho ạch, quản lý và đi ều khi ển quá trình sản xuất. Các ứng dụng của CAM được chia làm 2 loại chính: + Lập kế hoạch sản xuất + Điều khiển sản xuất Lập kế hoạch sản xuất + Ước lượng giá thành sản phẩm: Ước lượng giá của một loại sản phẩm mới là khá đơn giản trong nhiều ngành công nghiệp và được hoàn thành b ởi ch ương trình máy tính. Chi phí của từng chi tiết bộ phận được cộng lại và giá của sản phẩm sẽ được xác định. + Lập kế hoạch quá trình với sự trợ giúp của máy tính: Các trình tự thực hiện và các trung tâm gia công cần thiết cho sản xuất một sản phẩm được chuẩn bị b ởi máy tính. Các h ệ thống này cần cung cấp các bản lộ trình, tìm ra l ộ trình t ối ưu và ti ến hành mô ph ỏng ki ểm nghiệm kế hoạch đưa ra. + Các hệ thống dữ liệu gia công máy tính hóa : Các chương trình máy tính cần được soạn thảo để đưa ra các điều kiện cắt tối ưu cho các lo ại nguyên v ật li ệu khác nhau. Các tính toán dựa trên các dữ liệu nhận được từ thực nghiệm hoặc tính toán lý thuyết v ề tu ổi th ọ c ủa dao cắt theo điều kiện cắt. + Lập trình với sự trợ giúp của máy tính: Lập trình cho máy công cụ hoặc lập trình CNC là công việc khó khăn cho người vận hành và gây ra nhi ều l ỗi khi các chi ti ết tr ở nên ph ức tạp. Các bộ hậu xử lý máy tính được sử dụng để thay thế việc lập trình bằng tay. Đ ối với các chi tiết có hình dạng hình học phức tạp, hệ thống CAM có th ể đ ưa ra ch ương trình gia công chi tiết nhờ phương pháp tạo ra tập lệnh điều khiển cho máy công c ụ hiệu quả hơn hẳn l ập trình bằng tay. + Cân bằng dây chuyền lắp ráp với sự trợ giúp bằng máy tính: Việc định vị các phần tử trong các trạm lên dây chuyền lắp ráp là vấn đề lớn và khó khăn. Các ch ương trình máy tính như COMSOAL và CALB được phát triển để trợ giúp cân bằng tối ưu cho các dây chuyền lắp ráp. + Xây dựng các định mức lao động: Một bộ phận chuyên trách sẽ có trách nhiệm xác lập chuẩn thời gian cho các công việc lao động trực tiếp tại nhà máy. Vi ệc tính toán này khá công phu và phức tạp. Hiện đã có một số chương trình phần m ềm đ ược phát tri ển cho công vi ệc này. Các chương trình máy tính sử dụng dữ liệu về th ời gian chu ẩn cho các phần t ử c ơ b ản, sau đó cộng tổng thời gian thực hiện của các phần tử đơn đó và ch ương trình s ẽ đ ưa ra th ời gian chuẩn cho công việc hoàn chỉnh.
+ Lập kế hoạch sản xuất và quản lý tồn kho: Máy tính được sử dụng trong hai chức năng lập kế hoạch sản xuất và lưu trữ. Hai chức năng này bao gồm ghi nh ớ các b ản ghi t ồn kho, đặt hàng tự động các mặt hàng khi kho rỗng, điều độ sản xuất chủ, duy trì các đ ặc tính hiện tại cho các đơn đặt hàng sản xuất khác nhau, lập kế hoạch nhu cầu nguyên v ật li ệu và lập kế hoạch năng lực. Điều khiển sản xuất Điều khiển sản xuất liên quan tới việc quản lý và điều khiển các ho ạt động sản xuất trong nhà máy. Điều khiển quá trình, điều khiển chất lượng, điều khiển sản xuất phân xưởng và giám sát quá trình đều nằm trong vùng chức năng của điều khiển sản xu ất. Ở đây máy tính tham gia trực tiếp (on-line) vào các hoạt động sản xuất trong nhà máy. Các ứng dụng của điều khiển quá trình sử dụng máy tính là khá phổ bi ến trong các h ệ th ống s ản xu ất t ự đ ộng hi ện nay. Chúng bao gồm các dây chuyền vận chuyển, các h ệ th ống lắp ráp, đi ều khi ển s ố, k ỹ thuật rôbốt, vận chuyển nguyên vật liệu và hệ thống sản xuất linh hoạt. Điều khiển hoạt động sản xuất phân xưởng liên quan tới việc thu nhập d ữ li ệu đó đ ể trợ giúp điều khiển sản xuất và lưu trữ trong nhà máy. Các công ngh ệ thu nh ập d ữ li ệu máy tính hóa và giám sát quá trình bằng máy tính đang là phương tiện được đánh giá cao trong ho ạt động sản xuất phân xưởng hiện tại. Hệ thống CAD/CAM Khái niệm CAD/CAM dù đã có từ rất lâu nhưng vẫn đang ti ếp tục đ ược phát tri ển và mở rộng. Ban đầu CAD và CAM được sử dụng độc lập để mô tả vi ệc l ập trình b ộ phận v ới sự trợ giúp của máy tính và các bản vẽ, đồ họa. Trong những năm gần đây, hai khái ni ệm này được nối kết với nhau để tạo ra khái niệm thống nhất CAD/CAM, bi ểu di ễn m ột ph ương pháp tích hợp máy tính trong toàn bộ quá trình sản xuất bao trùm c ả hai khâu thi ết k ế và s ản xuất. Cụ thể trong pha thiết kế bao gồm toàn bộ các hoạt động liên quan đến các d ữ li ệu k ỹ thuật như bản vẽ, các mô hình học, phân tích các phần tử hữu h ạn, bản ghi các chi ti ết và k ế hoạch, thông tin chương trình NC. Trong khâu sản xuất, các ứng dụng của máy tính bao trùm trong lập kế hoạch quá trình, điều độ sản xuất, NC, CNC, quản lý chất lượng và lắp ráp. Mục đích của tích hợp CAD/CAM là hệ thống hóa dòng thông tin từ khi bắt đầu thi ết k ế sản phẩm tới khi hoàn thành quá trình sản xuất. Chuỗi các bước được ti ến hành v ới vi ệc t ạo dữ liệu hình học, tiếp tục với việc lưu trữ và xử lý bổ sung, và kết thúc với việc chuyển các dữ liệu này thành thông tin điều khiển cho quá trình gia công, di chuyển nguyên vật li ệu và kiểm tra tự động được gọi là kỹ thuật trợ giúp bởi máy tính CAE (Computer – Aided Engineering) và được coi như kết quả của việc kết nối CAD và CAM. Mục đích của công nghệ CAE không chỉ thay thế con người b ằng các thi ết b ị máy tính hóa mà còn nâng cao năng lực của con người đ ể phát minh các ý t ưởng và nh ững s ản ph ẩm mới. Sản xuất tích hợp máy tính hóa CIM Sản xuất tích hợp máy tính hóa bao gồm tất cả các chức năng k ỹ thu ật c ủa CAD/CAM cũng như các chức năng kinh doanh. Các hệ th ống CIM lý t ưởng áp d ụng công ngh ệ máy tính đối với tất cả các chức năng vận hành và xử lý thông tin trong s ản xu ất, t ừ x ử lý đ ơn đ ặt hàng, thiết kế và sản xuất tới giao sản phẩm t ới khách hàng. Ph ạm vi tác đ ộng c ủa CIM r ộng hơn so với phạm vi của CAD/CAM.
Khái niệm CIM có nghĩa là tất cả các hoạt động sản xuất đều được kết hợp lại trong một hệ thống máy tính để được hỗ trợ, được tự động hóa. Hệ th ống máy tính t ỏa r ộng và tác động vào tất cả các hoạt động của doanh nghiệp. Đây là hệ thống tích h ợp, đầu ra c ủa ho ạt động này là đầu vào của một hoạt động khác, tạo thành dây chuyền, các s ự ki ện b ắt đ ầu t ừ khâu đặt hàng tới tận khâu chuyển giao sản phẩm. Đơn đặt hàng sẽ được nhập vào phòng bán hành c ủa doanh nghi ệp nh ờ h ệ th ống đ ặt hàng máy tính hoá. Các đơn đặt hàng này bao gồm các thông s ố đặc tr ưng c ủa s ản ph ẩm, các thông số này sẽ là đầu vào của phòng thiết kế sản phẩm. Các sản phẩm m ới s ẽ đ ược thi ết kế trong hệ thống CAD. Các phần tử tạo nên sản phẩm sẽ đ ược chuyển thành c ấu trúc v ật tư sản phẩm, sau đó sơ đồ lắp ráp được chuẩn bị. Đ ầu ra c ủa phòng thi ết k ế s ẽ là đ ầu vào của phòng kỹ thuật sản xuất. Tại đây, việc lập kế hoạch quá trình gia công, thi ết k ế công c ụ và các hoạt động chuẩn bị cho sản xuất được thực hi ện. Đầu ra c ủa phòng k ỹ thu ật s ản xu ất được đưa vào phòng lập kế hoạch và điều khiển sản xuất-Tại đây, kế hoạch v ề nhu c ầu nguyên vật liệu và điều độ được thực hiện bởi hệ thống máy tính. Các hoạt động sản xuất được trợ giúp bởi máy tính có thể rơi vào vùng lập kế hoạch quá trình hoặc lập kế hoạch sản xuất. Lập kế hoạch quá trình liên quan đ ến vi ệc chuẩn b ị các tài liệu về kế hoạch sản xuất sản phẩm, chức năng này đ ược th ực hi ện b ởi h ệ th ống l ập kế hoạch quá trình với sự trợ giúp của máy tính CAPP (Computer - Aided Process Planning). Một số chức năng trong quản lý sản xuất liên quan đến lập k ế ho ạch như l ập k ế ho ạch v ề nhu cầu nguyên vật liệu MRR ( Material Requirement Planning) và l ập k ế ho ạch v ề năng l ực CP (Capacity Planning)