Xây dựng cơ sở dữ liệu cho hệ thống CADCAM ứng dụng trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu

Bộ giáo dục vá đào tạo
Trờng đại họcbách khoa hànội

Luận văN thạc sĩ khoa học

Xây dựng cơ sở dữ liệu cho hệ thống CAD/CAM
ứng dụng trong thiết kế chế tạo khuôn mẫu
Ngành: S phạm kỹ thuật
M số:

Trần văn giang

Thầy giáo hớng dẫn khoa học: PGS-TS. Tăng Huy

Hà nội 2006


Mục lục
Trang
Mở đầu
Chơng I.Vai trò của CAD/CAM trong công ghệ chế tạo khuôn mẫu
I.1.KháI niệm về CAD/CAM
I.2. Công nghệ cơ khí với sự trợ giúp của máytính
I.3.Thực trạng và nhu cầu về công nghiêp, công nghiệp chế tao
khuôn mẫu của nớc ta và thế giới
I.3.1.Thực trạng và nhu cầu của nền công nghiệp Việt Nan
I.3.2. Công nghiệp khuôn mẫu và tình hình ứng dụng Công nghệ thông tin
Trong nớc hiện nay
I.3.2.1 Khảo sát thị trờng khuôn mẫu ở Hà Nội và trong nớc.
I.3.2.2 Tình hình ứng ứng dụng Công nghệ thông tin tropng sản xuất
khuôn mẫu trên thế giới

I.3.2.3. Đặc điểm của việc ứng dụng Công nghệ thông tin trong sản xuất
khuôn mẫu tại việt nam hiện nay
I.4
Kết luận chơng I
Chơng II . Tổng quan về công nghệ CAD/CAM và cơ sở dữ liệu
phục vụ quá trình CAD/CAM
II.1.Vai trò chức năng của CAD
II. 2.Thiết kế và gia công tạo hình
II.2.1Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống
II.2.2. Thiết kế và gia công tạo hình bằng công nghệ CAD/CAM
II.2.3.Thiết kế và gia công tạo hình bằng côngnghệ CIM
II.3. Mô hình hoá hình học trong CAD..
II.3.1 Phong pháp mô tả đờng cong..
II.3.2 Phơng pháp mô tả mặt cong..
II.3.3 Phơng pháp mô tả khối hình học ..
II.3.4. Phơng pháp mô hình hoá hình học .
II.4. Phân tích kỹy thuật trong CAD.
II.5. CAD và tiến trình thiết kế sản phẩm
II.6. Lợi íc của CAD
II.7. CSDL phục vụ quá trình CAD/CAM..
II.8. Kết luận chơng II..
ChơngIII. Lựa chọn mô hình CSDL đồ hoạ thuộc tính..
III.1 Lựa chọn mô hinhg CSDL.
III.2. Lựa chọn CSDL để xây dng CSDL đồ hoạ thuộc tính.
III.3. kết luận chơng III

5
8
8
12

13
13
15
15
17
20
21
21
24
24
25
26
27
28
27
30
30
31
30
33
35
45
45
45
50
59


Chơng IV Tổ chức cơ sở dữ liệu chế tạo khuôn
IV.1 Khuôn và kết cấu khuôn cơ bản

IV.1.1 Khuôn mẫy tạo hình
IV.1.2 Khuôn cho sản phẩm nhựa.
IV.1.2.3 Các yếu tố ảnh hởng tới sự tạo thành sản phẩm trong khuôn
IV.1.2.4.Cấu tạo cơ bản của một bộ khuôn cho sản phẩm nhựa
IV1.2.5 Tiêu chuẩn hoá thiết kế khuôn mẫu..
IV.1.2.6.Tham số của các thành khuôn..
IV.2. Kết luận chơng IV..
Chơng V: ứng dụng quan điểm CSDL-Tạo lập đối tợng
gia công trên máy CNC. Trong lĩnh vực khuôn mẫu
V.1 ứng dụng trong khuôn sản phẩm nhựa
V.2. ứng dụng trong khuôn sản phẩm kim loại
Kết luận

60
60
60
63
64
65
68
72

72
78
107


1

Lời cảm ơn

Với tình cảm chân thành của mình tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới lãnh đạo
trờng, Trung tâm Đào tạo sau Đại học, Khoa S phạm Kỹ thuật, Khoa cơ khí
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Vinh
và các thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy và hớng dẫn tôi trong suốt quá
trìnhhọc tập, nghiên cứu nhằm nâng cao trình độ, đáp ứng ngày càng tốt hơn
yêu cầu nhiệm vụ.
Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Tăng Huy đã tận
tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành bản luận văn
này. Xin chân thành cảm ơn những tình cảm của bạn bè, ngời thân . . . đã
động viên, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tôI hoàn thành khoá học.
Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, bản thân đã thực sự nỗ lực
với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng dẫn PGS TS. Tăng Huy nên đã
tổng hợp đợc những nội dung cần thiết trong các tài liệu tham khảo, kết hợp
với những kiến thức đã đợc học, ứng dụng vào đề tài đợc giao để hoàn
thành nội dung đặt ra.
Tuy nhiên do trình độ và thời gian có hạn cho nên nội dung của bản luận
văn sẽ không tránh khỏi thiếu sót, hạn chế. Rất mong nhận đợc sự quan tâm,
góp ý kiến của quý Thầy, Cô giáo và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn
đợc hoàn chỉnh hơn và có hớng khắc phục trong nghiên cứu tiếp theo

Xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 6 tháng 10 năm 2006
Trần Văn Giang


2

Danh mục các chữ viết tắt
1. CAD: (Computer Aided Design ) Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

2. CAE : (Computer Aided Engineering) Phân tích kỹ thuật
3. CAPP: (Computer Aided Process Planning) Lập trình chế tạo
4. CAM: (Computer Aided Manufacturing) Lâp chơng trình gia công điều
khiển số
5. CAQ: (Computer Aided Quality Control) Giám sát chất lợng sản phẩm
6. CNC : (computer Numerical controlled) Thiết bị điều khiển số
7. CNTT: công nghệ thông tin
8. CNH : công nghiệp hoá
9. CSDL: Cơ sở dữ liệu
10. HĐT: Hớng đối tợng
11. API: Giao diện lập trình
12. MRP (Manufacturing Resources Planning) Hoạch định nguồn lực sản xuất
13. PP: (Production Planning) Lập kế hoạch sản xuất


3

Mở Đầu
Ngày nay công nghệ thông tin đã đóng một vai trò quan trọng, trong đời
sống, trong khoa học kỹ thuật, kinh doanh. Cũng nh trong mọi mặt vận động
của xã hội, với mọi quy mô từ xí nghiệp, công ty cho đến quốc gia và cả quốc
tế. Sự bùng nổ của công nghệ thông tin mở ra nhiều hớng nghiên cứu, ứng
dụng, kinh doanh mới trong tất cả các lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội của
xã hội loài ngời hiện đại ứng dụng và phát triển của công nghệ thông tin ở
nớc ta nhằm góp phần giải phóng sức mạnh vật chất. Trí tuệ và tinh thần của
toàn dân, thúc đẩy công cuộc đổi mới, phát triển nhanh và hiện đại hoá các
ngành kinh tế. . . . đảm bảo an ninh, quốc phòng và tạo khả năng đi tắt đón
đầu để thực hiện thắng lợi công nghiệp hoá, hiện đại hoá Nh nhận định của
bộ chính trị trong chỉ thị 58- CT/TW Về đẩy mạnh ứng dụng và phát triển
công nghệ thông tin phục vụ sự nghiệp công nghiệp, hiện đại hoá. Trong đó,

CSDL luôn đóng vai trò thiết yếu, bởi vì trong cuộc sống loài ngời luôn có
nhu cầu tích luỹ, tổng hợp dữ liệu (thông tin) một cách khoa học nhằm mục
đích xử lý dữ liệu và đa ra các quyết định các phơng án giả quyết cho một
bài toán cụ thể trong thời gian nhanh nhất với hiệu quả cao nhất. Khi bài toán
có kích thớc lớn. Khối lợng dữ liệu cần phải xử lý nhiều, hoặc có thể do tính
phức tạp của dữ liệu mà tầm bao quát của một ngời bình thờng khó quản lý
hết đợc, sẽ xuất hiện nhu cầu tự động hoá việc xử lý dữ liệu, nghĩa là phải
xây dựng CSDL và hệ quản trị CSDL để lu trữ và xử lý các dữ liệu trong
CSDL.
Trục lu thông thông tin cơ bản CAD-CAM-CNC là tiền đề để hình thành
và phát triển CIM- tức kỹ thuật gia công tích hợp điều khiển bằng các máy
tính ghép mạng. Trong đó CIM đợc nhìn nhận nh một hình ảnh của các xí
nghiệp cơ khí trong tơng lai, ở đó máy tính đợc trang bị trong tất cả các khu
vực sản xuất: các số liệu dữ liệu và thông tin từ một địa chỉ ứng dụng nay đến
các địa chỉ khác kế tiếp đợc truyền đi bằng một hệ thống thông tin ghép
mạng để khai thác các ngân hàng dữ liệu. xử lý số các trong xí nghiệp nh vậy
sẽ hớng tới kỹ thuật quản lý và khai thác những mảnh dữ liệu có dung lợng
lớn liên quan đến sản xuất, quản lý kinh tế, kế hoạch hoá và bao quát trọn gói
quá trình điều hành tổng thể của một công ty.
Trong khi đó, công nghệ phát triển phần mềm những năm ngần đây đã đa
ra hàng loạt phơng án cấu trúc dạng mở, có thể ghép nối tốt hơn nhiều so với
trớc và do vậy có khả năng trợ giúp cho những ứng dụng tổng hợp. Đó là
những công cụ đợc phát triển theo các đối tợng chuyên dụng, kèm theo nó
là hệ thống các giao diện tơng thích theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO STEP)


4

Mặt khác, những khuynh hớng công nghệ cuối thế kỷ 20 và đầu 21 chỉ
rõ:

Thơng mại hoá trong thị trờng toàn cầu, chế tạo sản phẩm theo địa
chỉ khách hàng với định hớng thoả mãn tối đa yêu cầu của họ và cung cấp
hang hoá theo nguyên tắc JIT= ngay tức thì (Just-In-Time) với chất lợng
cao kể cả dịch vụ bảo hành và sửa chữa.
Tăng cờng trình tổng hợp toàn diện của các sản phẩm, tính toán tuổi
thọ của sản phẩm theo chu kỳ ngắn hơn nhằm luôn luôn đổi mới kết cấu, vật
liệu và công nghệ chế tạo chúng. Gia công đồng thời nhiều nguyên công trên
một lần gá, tổ hợp khép kín hoặc mở giữa các phân tử trong hệ thống gia công
với công đoạn lắp ráp cũng nh các khu vực thiết kế với khu vực nghiên cứu
phát triển và cung ứng thị trờng .
Trong bối cảnh đó, muốn theo đuổi khuynh hớng công nghệ mới, ngoài
việc nghiên cứu các phơng tiện phần cứng, một trong những khía cạnh bức
xúc nhất là cần phải tiến hành nghiên cứu cơ sở dữ liệu định hớng đối tợng
với kỹ thuật tích hợp và khai thác cá phần mềm chuyên dùng- đối với chế tạo
cơ khí trớc hết đó chính là kỹ thuật mở rộng trên trục thông tin tích hợp cơ
bản CAD - CAM- CNC.
Mặt khác, hiện nay, để đáp ứng nhu cầu ngay càng cao của con ngời, các
mặt hàng công nghiệp cần phải đợc liên tục cải tiến và thay đổi không ngừng
về kỹ thuật và mỹ thuật. Không những thế các công ty, xí nghiệp luôn bị sức
ép phải liên tục thay đổi mẫu mã, chủng loại sản phẩm để có thể tồn tại và
phát triển trong môi trờng cạnh tranh của cơ chế thị trờng. Để làm đợc
điều đó đòi hỏi quá trình sản xuất phải linh hoạt, các thế hệ máy CNC đã ra
đời, thay thế từng phần cho các thế hệ máy chuyên dụng, máy tự động trong
các dây chuyền sản xuất cơ khí nhằm linh hoạt hoá dây chuyền sản xuất. Giải
pháp công nghệ tiên tiến CAD/CAM/CNC đáp ứng quá trình sản xuất linh
hoạt đó, tuy nhiên đòi hỏi phải có vốn đầu t lớn nhng lại đang đợc coi là
giải pháp hữu hiệu ở các nớc có nớc cơ khí hiện đại.
Khi dây truyền, tổ hợp đã linh hoạt hoá nhờ việc đầu t các máy CNC, vấn
đề tiếp theo là cân phải rút ngắn giai đoạn chuẩn bị sản xuất: Đặc biệt là quá

trình chuẩn bị cho thiết kế, xây dựng qui trình công nghệ và tạo lập chơng
trình điều khiển cho sản xuất cơ khí. Hiện nay, để rút ngắn đợc thời gian
chuẩn bị công nghệ ngời ta đã xây dựng và áp dụng các hệ thống tự động hoá
chuẩn công nghệ với sự trợ giúp của máy tính. Trong các hệ thống tự động
hoá chuẩn bị công nghệ đó CSDL phục vụ quá trình chuẩn bị công nghệ là
một cấu thành quan trọng, nó góp phần lựa chọn phơng án công nghệ tối u.
Cũng nh rút ngắn thời gian của quá trình gia công.


5

Khi dây chuyền tổ hợp đã linh hoạt hoá nhờ việc đầu t sử dụng các máy
CNC, vấn đề tiếp theo là phả rút ngắn giai đoạn chuẩn bị sản xuất, đặc biệt là
chuẩn bị công nghệ cho sản xuất cơ khí để có thể mau chóng ra sản phẩm
mới, đáp ứng kịp thời nhu cầu thị trờng. Ngày nay, để rút ngắn thời gian chế
tạo sản phẩm ngời ta đã xây dung các CSDL, cho thống tự động hoá với sự
trợ giúp của máy tính. Cho nên mục đích nghiên cứu của đề tài Xây dựng
CSDL cho hệ thống CAD/CAM phục vụ cho chế tạo khuôn mẫu cũng
không nằm ngoài hớng đó bởi vì CSDL là một cấu thành quan trọng, đối với
chế tạo cơ khí đó chính là kỹ thuật mở rộng trên trục thông tin tích hợp cơ bản
CAD- CAM- CNC


6

Chơng: I
Vai trò của CAD/CAM trong công nghê chệ tạo khuôn
mẫu
I. Khái niệm CAD/CAM
I.1. Định nghĩa về CAD/ CAM

CAD/CAM (computer design/Computer Aided Manufacturing) là thuật
ngữ chỉ việc thiết kế và chế tạo đợc hỗ trợ bằng máy tính. Công nghệ
CAD/CAM sử dụng máy tính để thực hiện một số chức năng nhất định trong
thiết kế và chế tạo/ công nghệ này đang đợc phát triển theo hớng thích hợp
thiết kế với sản xuất, hai hoạt động xa nay vẫn đợc coi là những chức năng
riêng biệt của một đơn vị sản xuất. Điều cơ bản là, CAD/CAM sẽ tạo ra một
nền tảng công nghệ cho việc tích hợp máy tính trong sản xuất.
CAD là việc sử dụng các hệ thống máy tính để hỗ trợ trong xây dựng, sửa
đổi, phân tích hay tối u hoá một thiết kế. Hệ thống máy tính bao gồm phần
mềm và phần cứng đợc sử dụng để thực thi các chức năng thiết kế chuyên
ngành. Phần cứng CAD gồm có máy tính, cổng đồ hoạ , bàn phím và các thiết
bị ngoại vi khác. phần mềm CAD gồm có các chơng trình thiết kế đồ hoạ,
chơng trình ứng dụng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật cho ngời sử dụng , ví
dụ nh : Phân tích lực ứng suất của các bộ phận, phản ứng động lực học của
các cơ cấu, các tính toán truyền nhiệt và lập trình bộ điều khiển số. Việc lựa
chọn chơng trình ứng dụng thờng khác nhau để dây chuyền sản xuất, quá
trình chế tạo và thị trờng khác hàng. Những yếu tố này thờng tạo ra các yêu
cầu khác nhau đối với hệ thống CAD.
CAM là việc sử dụng các hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lí và điều
khiển các hoạt động sản xuất thông qua dao diện trực tiếp hay gián tiếp giữa
máy tính và các nguồn lực sản xuất. Theo định nghĩa, các ứng dụng CAM
đợc chia thành hai phạm trù sau:
1- Hiển thị và kiểm soát bằng máy tính: Đây là các ứng dụng trực tiếp.
Máy tính đợc kết nối trực tiếp với các quá trình sản xuất để hiển thị hay điều
khiển quá trình.
2- Hỗ trợ sản xuất: Đây là các ứng dụng gián trực tiếp. Máy tính đợc sử
dụng để hỗ trợ cho các hoạt động sản xuất tại nhà máy, nhng không có giao
diện trực tiếp nào giữa máy tính và quá trình sản xuất.
Hiển thị và kiểm soát máy tính
Để hiển thị quá trình sản xuất bằng máy tính đòi hỏi phải có giao diện trực

tiếp giữa máy tính và quá trình sản xuất để quan sát quá trình và thiết bị, đồng
thời thu thập dữ liệu về quá trình. Quá trình sản xuất không do máy tính điều
khiển trực tiếp mà do con ngời thực hiện thông qua các chỉ dẩn của máy tính


7

Điều khiển bằng máy tính tiến xa hơn hiển thị bằng máy tính do máy tính
không chỉ quan sát mà con điều khiển quá trình sản xuất dựa trên các quan sát
đó. Sự quan sát giữa hiển thị bằng máy tính và điều khiển bằng máy tính đợc
hiển thị trong hình vẽ I-1. Hiển thị bằng máy tính chỉ thấy đợc sự lu chuyển
dữ liệu một chiều giữa quá trình sản xuất và máy tính (từ quá trình sản xuất
sang máy tính ). Còn điều khiển, thông qua giao diện máy tính và quá trình
sản xuất, cho thấy dòng dữ liệu lu chuyển 2 chiều. Các tín hiệu đợc truyền
từ quá trình sản xuất sang máy tính, còn máy tính truyền các tín hiệu lệnh
thẳng tới quá trình sản xuất dựa trên các thuật toán điều khiển có trong phần
mềm của máy.
Tín hiệu điều khiển

Máy
tính

Dữ liệu quá trình

Quá trình
sản xuất

Máy
tính

(Hiển thị bằng máy tính)

Dữ liệuquá trình

Quá trình
sản xuất

(Điều khiển bằng máy tính)

Hình I-1: Hiển thị bằng máy tính khác với điều khiển bằng máy tính
Ngoài các ứng dụng trực tiếp trong hiển thị và điều khiển quá trình sản
xuất, phần mềm CAM cũng đợc ứng dụng gián tiếp, với sự hỗ trợ bằng máy
tính trong các hoạt động sản xuất. Trong ứng dụng gián tiếp, máy tính không
đợc nối trực tiếp với quá trình sản xuất mà đợc sử dụng ngoại tuyến để lập
kế hoạch, chơng trình, các dự báo, khai báo lệnh và cung cấp thông tin giúp
quản lý hiệu quả các ngôn ngữ sản xuất. Hình vẽ I- 2 dới đây mô hình tả
mối quan hệ giữa máy tính và quá trình sản xuất. Các dòng đứt quãng chỉ kết
nối ngoại tuyến giữa điều khiển và truyền thông, trong đó, đòi hỏi phải có con
ngời để tạo thành giao diện. Dới đây là một vài ứng dụng của CAM trong
hỗ trợ sản xuất:
Dữ liệu của

Máy
tính

quá trình sản xuất
Các tín hiệu điều
khiển (gián tiếp)

Quá

trình
sản
xuất

Hình1- 2: Chức năng cAM trong trợ giúp sản xuất


8

* Lập kế hoạt sản xuất tự động dùng máy tính: Máy tính sẽ liệt kê một
chơng trình cần thiết kế để sản xuất một sản phẩm hay một bộ phận sản
phẩm.
* Đa ra các yêu cầu của vật liệu: Máy tính sẽ xác định thời điểm đặt
mua vật liệu, phụ tùng và số lợng đặt mua để đạt kế hoạch sản xuất.
* Lập kế hoạch sản xuất: Máy tính sẽ quyết định kế hoạch hợp lí nhằm
đáp ứng các yêu cầu sản xuất.
* Kiểm soát sản xuất: Máy tính thu thập dữ liệu sản xuất để xác đợc tiến
độ sản xuất.
Trong tất cả các ứng dụng nay, con ngời rất cần thiết trong việc cung cấp
đầu vào cho các chơng trình hay thông dịch đầu ra của máy tính và thực hiện
các hoạt động theo các yêu cầu.
I.2. Chu kỳ sản phẩm và hệ thống CAD/CAM
Để đánh giá quy mô ứng dụng hệ thống CAD/CAM trong hoạt động sản
xuất, chúng ta cần xem xét các hoạt động và chức năng đợc thực hiện trong
thiết kế và chế tạo sản phẩm. Chúng ta gọi các hoạt động và chức năng này là
chu kỳ sản phẩm.
Khái niệm
sản phẩm

Khách

hàng

Quản lý
chất lợng

Kỹ thuật
thiết kế

Phác thảo

Đặt mua thiết
bị và dụng cụ

Hoạch
định qui

Sản xuất

Lập kế
hoạch sản

Hình I-3: Chu kỳ sản phẩm (thiết kế và chế tạo)
Hình I-3 là sơ đồ thể hiện các giai đoạn của một chu kỳ sản phẩm. Chu kỳ
sản phẩm thờng chịu tác động của khác hàng và thị trờng có nhu cầu về sản
phẩm, do đó nó đợc xây dựng theo từng nhóm khác hàng. Thiết kế và sản
xuất thờng do hãng kinh doanh thực hiện. Trong một số trờng hợp, khách


9

hàng thiết kế sản phẩm còn hãnh kinh doanh sản xuất. Tuy nhiên, trong bất kỳ
trờng hợp nào, chu kỳ sản phẩm vẫn luôn hình thành từ một khái niệm một ý
tởng về sản phẩm. Khái niệm đó đợc hoàn thiện và phát triển thành kế
hoạch sản phẩm thông qua thiết kế kỹ thuật. Kế hoạch tiếp tục đợc bổ sung
với các bản vẽ phác thảo thể hiện phơng thức sản xuất và các tính kỹ thuật
cho thấy các sản phẩm đó sẽ hoạt động nh thế nào.
Ngoại trừ những thay đổi kỹ thuật diễn ra trong vòng đời, của sản phẩm,
hình I-3 dới đây thể hiện đây đủ các hoạt động thiết kế và sản xuất một sản
phẩm. Kế hoạch sản xuất thờng nêu cụ thể trình tự các hoạt động sản xuất.
Đôi khi, phải mua trang thiết bị và công cụ để sản xuất sản phẩm mới. Việc
lập kế hoạch sẽ giúp hãng chú trọng vào việc sản xuất một số lợng sản phẩm
nhất định trong khoảng thời gian nhất định. Khi tất cả các kế hoạch này đã
hoàn chỉnh, sản phẩm sẽ đợc sản xuất, sau đó đợc kiểm tra chất và chuyển
đến khách hàng.

Vẽ tự động và
chế bản điện tử

Thiết kế trên
máy tính

Khái niệm về
sản phẩm
Khách hàng
và thị trờng

Kiểm tra
chất luợng

Kiểm tra

chất lợng
bằng máy tính

Thiết kế
kỹ thuật
công trình
Đặt mua thiết bị
và dụng cụ cắt
mới

Sản xuất

Máy và robot
do máy tính
điều khiển

Vẽ

Quy trình
công nghệ

lập quy trình
công nghệ trên
máy tính

Kế hoạch
tiến độ sản
xuất

Máy tính hoá việc lập tiến

độ, kế hoạch cung ứng vật
tu, điều khiển phân xuởng

Hình I-4: Chu trình sảnphẩm với sụ tham gia của CAD/CAM
Hệ thống CAD/CAM tác động đến tất cả các hoạt động trong chu kỳ sản
phẩm (xem hình I- 4). Việc thiết kế trên máy tính (CAD) và thiết kế phác thảo


10

tự động đợc sử dụng trong khái niệm hoá sản phẩm, thiết kế và hoàn thiện
sản phẩm. Máy tính đợc sử dụng để lập chơng trình và kế hoạch sản xuất cố
hiệu quả hơn. Ngoài ra, trong giám định chất lợng sản phẩm, máy tính đợc
sử dụng để kiểm tra và thử nghiệm hoạt động của sản phẩm và các bộ phận
cấu thành sản phẩm.
Nh hình I- 4 minh hoạ, hệ thống CAD/CAM tác động đến mọi chức năng
và hoạt động chu kỳ sản phẩm. Trong quá trình thiết kế và sản sản xuất của
một nhà máy hiện đại, máy tính đã trở thành công cụ trợ giúp hiệu hữu không
thể thiếu. Tầm quan trọng có tính chiến lợc và u thế cạnh tranh mà
CAD/CAM đem lại buộc các nhà sản xuất phải biết hệ thống này.
I.2. Công nghệ cơ khí với sự trợ giúp của máy tính
Mặc dù trên thế giới tất cả các công ty lớn đều triển khai tơng đối rộng
rãi hệ thống CAD/CAM nhng trên thực tế, phần lớn họ vẫn còn một khoảng
cách đáng kể đối với một nền công nghệ thiết kế kết cấu và chế tạo tự động
với sự trợ giúp của máy tính . Hiệu quả chủ yếu của hệ thống CAD hiện nay
vẫn là chỉ việc chế ra các bản vẽ, trong khi các hệ thống CAM cũng chỉ tạm
dừng ở việc thiết lập các chơng trình gia công CNC mô phỏng. Những công
đoạn trong quá trình thiết kế khởi thảo, xử lý các bớc thiết kế thô trong đó có
kỹ thuật lựa chọn phơng án, lồng ghép những vấn đề Katalog các chi tiết hay
cụm kết cấu tiêu chuẩn, xử lý kích thớc có dung sai lắp ghép .. .. Mới chỉ

thực hiện trên một điểm tản mạn thông qua các mảng dữ liệu số có tính đặc
thù, đợc tích hợp vào hệ thống CAD. Về cấu trúc phần mềm thì có nhiều nét
khác biệt đáng kể. Trong khi các chơng trình tính toán đơn giản và các mô
hình CAD 2D có mặt gần 70% số công ty có qui mô khác, thì những phần
mềm có giá trị cao hơn nh các hệ thống tính toán phân tích, tính toán tối u,
hệ thống mô phỏng Simulationn hệ thống CAD - 3D phân tích, thiết kế đối
tợng chỉ có khoảnh 40%- 60% các công ty có qui mô lớn. Việc khai thác các
ngân hàng dữ liệu ngoại vi còn rất yếu, chỉ có gần 30% các công ty cỡ lớn có
khả năng này. Một số vấn đề điển hình, dẫn tới khó khăn trong quá trình triển
khai các hệ thống thiết kế và chế tạo có trợ giúp của máy tính là:
+ Cấu hình tổ chức sản xuất và quản lý của các nghiệp đã quá lạc hậu
hoặc chỉ còn phù hợp rất hạn chế với việc lắp đặt và sử dụng các phơng tiện
điều khiển kỹ thuật và quả lý điều hành kiểu mới.
+ Những khía cạnh chuyên môn hẹp nh vấn đề giao diện do bản thân
các phần cứng hay phần mềm đặt ra cha đợc giải quyết một cách hệ thống.
+ Thiếu một chiến lợc tổng thể cho hạ tầng cơ sở về thông tin, về sản
phẩm, về các vấn đề sản xuất, tiếp thị nhân sự..


11

Rõ ràng khả năng quản lý điều hành toàn diện của các hệ thống thiết kế và
chế tạo có trợ giúp của máy tính, ngay trong cộng đồng các nớc phát triển
cao, trớc sau vẫn phụ thuộc sự thành công của kỹ thuật tích hợp mở rộng
trục thông tin cơ bản.
Tại Việt Nam với chơng trình KHCN cấp nhà nớc giai đoạn 1992
1995 (KC 02 ), chúng ta đã giành u tiên cho các hớng nghiên cứu xây
dựng hệ thống CAD chuyên ngành. Trong giai đoạn 1996 2000 , với chơng
trình KC- 04 các đề tài nghiên cứu tiếp tục tập trung giải quyết nghiên cứu
ứng dụng các hệ thống CAD/CAM cho một số lĩnh vực sản xuất quan trọng.

Nó bao gồm việc xây dựng một số hệ cơ sở dữ liệu chuyên ngành dùng chung
(vật liệu, dung sai lắp ghép, th viện các nguyên lý cơ cấu máy), xây dựng
một hệ thống CAD/CAM, chuyên ngành hẹp nh chế tạo mạch in phá cắt vật
liệu giày da hay xây dựng tuyến đồ hình và phóng dạng vỏ tàu biển. Đáng chú
ý là mảng đề tài tích hợp CAD/CAM, thiết kế và gia công các chi tiết có hình
dáng phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao trong gia công khuôn mẫu.
Chơng trình cũng đã mở rộng đến việc nghiên cứu ứng dụng một số phơng
tiện kỹ thuật cao nh hệ thống đo hình số hoá
3D-Digitizer (phần cứng là đầu dò TS - 220/ thiết bị Micro Scrreibe - 3D;
phần mềm là SUSA của hãng Haidenhain).
Tuy nhiên, cho đến nay có thể nói Việt Nam cha hề có một trục thông tin
cơ bản CAD/CAM/CNC nào mang đầy đủ công nghiệp. phần lớn các hệ
thống đợc triển khai mới chỉ dừng lại ở khả năng mô phỏng dùng trong dạy
học hay nghiên cứu lý thuyết. Phần áp dụng vào thực tế sản xuất thì cũng chỉ
dừng lại ở một loại hình sản phẩm có đặc thù riêng mà khả năng mở rộng ứng
dụng rất hạn chế.
I.3. Thực trạng và nhu cầu của nền công nghiệp và công nghiệp chế tạo
chế tạo khuôn mẫu của nớc ta và thế giới
I.3.1 Thực trạng và nhu cầu của nền công nghiệp việt nam
I.3.1.1. Thực trạng của nền công nghiệp việt nam.
Ngành cơ khí Việt Nam có bề dày lịch sử trên 40 năm và đã phát triển
mạnh vào thời chống mỹ cứu nớc theo chính sách trang bị sản xuất phân
phối kế hoạch hoá, nên nhiều xí nghiệp đợc khép kín từ khâu tạo phôi đến
gia công cơ khí và lắp ráp, để sản xuất ra các sản phẩm đơn giản nhng cần
thiết phục vụ công cuộc kháng chiến giải phóng dân tộc và phát triển kinh tế
trong một giai đoạn, hầu hết các ngành và các địa phơng đều có cơ khí.


12

Lực lợng cơ khí chủ lực tập trung chủ yếu trong sản xuất thiết bị động
lực, thiết bị điện qua trọng, phơng tiện vận tải, thiết bị phụ tùng phục vụ cho
các ngành cơ khí có khối lợng lớn, chất lợng cao, tập trung chủ yếu ở các
bộ. Tổng số tài sản cố định và lu thông chiếm trên 80% tổng 5 số vốn cơ khí
quốc doanh, nhng chỉ bằng 7% giá trị tài sản toàn ngành công nghiệp .
Cả nớc có 460 xí nghiệp cơ khí quốc doanh với 50000 máy công cụ giá trị
3500 tỷ VNĐ trong đó có 10000 máy đã h hỏng nặng, khoảng 70% số máy
đã sử dụng từ 25-30 năm.
Đến hết năm 1996 có thêm 127 xí nghiệp có vốn đầu t nớc ngoài với số
vốn đã thực hiện gần 364 triệu USD nhng chủ yếu cho công nghiệp lắp rắp
ôtô và sản xuất phụ tùng xe máy, chỉ có một số dự án nhỏ đầu t vào ngành
công nghiệp chế tạo cơ khí, Thiếu hụt nhiều công nghiệp cơ bản : Công nghệ
chế tạo phôi chính xác có cấu trúc vật liệu tối u, công nghệ xử lý bề mặt,
công nghệ nghệ nhiệt luyện , công nghệ cắt gọt dùng công cụ chính xác cao
và kỹ nghệ High-tech khác nh CAD/CAM/CAE- CNC; CAPP; CAQ: Rapid
Prototype.....
Tỷ lệ máy công cụ điều khiển số khoảng 2% không đợc tập trung thành
các điểm cơ khí mạnh mà phân tán ở các dự án tài trợ nớc ngoài do các cơ
quan nghiên cứu và chế tạo, các doanh nghiệp có vốn đầu t nớc ngoài và
một vài xí nghiệp quốc phòng có nhiệm vụ đặc biệt quan trọng .
Khai thác máy với hiệu suất thấp khoảng từ 15-20%, thiết bị càng hiện đại
bao nhiêu thì hiệu suất khai thác càng thấp bấy nhiêu vì 2 nguyên nhân cơ
bản:
+ Trình độ chuyên môn hoá của thợ máy .
+ Tình hình thi trờng biến động đầu vào , bế tắc đầu ra.
I.3.1.2. Nhu cầu cho ngành công nghiệp Việt Nam
Tại báo cáo chính trị của ban chấp hành trung ơng Đảng cộng sản Việt
Nam khoá 8 nêu rõ Mục tiêu từ nay đến năm 2020 ra sức phấn đấu đa nớc
ta thành một nớc công nghiệp. Để thực hiện mục tiêu đó ta phải nhanh
chóng thúc đẩy công cuộc CNH, HĐH đất nớc.

Ngành cơ khí là nền tảng của quá trình CNH, HĐH đất nớc. Khi Việt
Nam trở thành một nớc công nghiệp thì cơ khí trong nớc phải đủ năng lực
sản xuất, phần lớn các thiết bị , máy móc cung cấp cho nền kinh tế quốc dân,
đủ sức tham gia phục vụ mục tiêu quốc phong và an ninh quốc gia.
Hiện nay tình trạng thiết bị và công nghệ của ngành cơ khí hầu hết đã cũ,
chỉ đáp ứng 10% nhu cầu sản phẩm cơ khí hàng năm, Mặt khác năm 2006
AFTA sẽ đợc áp dụng trông các nớc trong khối ASEAN, khi đó sản phẩm


13

cơ khí của Việt Nam sẽ không những chỉ cạnh tranh với các sản phẩm khác
trên thị trờng khu vực và trên thế giới mà còn phải cạnh tranh với những sản
phẩm với các nớc thành viên ASEAN ngay trên thị trờng Việt Nam.
Qua phân tích trên cho thấy những cơ hội vá thách thức lớn đối với ngành
công nghiệp chế tạo cơ khí ở Việt Nam.
Hiện nay vấn đề nâng cấp và hiện đại hoá công nghệ để tạo ra sự cạnh
tranh cho các sản phẩm cơ khí là nhu cầu lớn
cho các đơn vị và doanh nghiệp nớc ta với chính sách mở cửa khuyến khích
đầu t nớc ngoài, phát triển kinh tế nhiều thành phần, Kinh tế t nhân ,
những năm vừa qua đã có hàng loạt máy móc thiết bị và công nghệ nớc ngoài
du nhập vào . Tuy nhiên nếu không có năng lực công nghệ thì sẽ không có khả
năng tiếp thu và phát triển công nghệ.
Do đó cần phải có một chiến lợc phù hợp về thiết bị và công nghệ để
dần chiếm lĩnh thị trờng, từng bớc đầu t nâng cấp và hiện đại hoá thiết bị
và công nghệ, nâng cao chất lợng sản phẩm và năng lực sản xuất phục vụ
phát triển các ngành kinh tế quốc dân và tham gia xuất nhập khẩu, đồng thời
phục vụ quốc phòng và an ninh quốc gia. Phấn đấu xứng đáng trong công
cuộc CNH và HĐH đất nớc.
I.3.2. Công nghiệp khuôn mẫu và tình hình ứng dụng công nghệ thông tin

trong nớc hiện nay
I.3.2.1. Khảo sát thị trờng khuôn mẫu ở Hà Nội và trong nớc
Từ năm 1996, một số doanh nghiệp đã đầu t mua sắm các thiết bị điều
khiển số. Hàng loạt dây chuyền, máy móc hiện đại đã đợc nhập vào Việt
Nam , làm thay đổi các quan điểm về mặt công nghệ chế toạ sản phẩm của các
kỹ s và và công nhân Việt Nam. Nhận thấy đợc sự phát triển vợt bậc của
CNTT, Đảng và chính phủ đã có hàng loạt các chỉ thị , quyết sách và gần đây
nhất là Nghị quyết 8 của TW tạo ra cơ hội và bớc ngoặt cho các doanh
nghiệp trong nớc mạnh dạn ứng dụng CNTT trong sản xuất công nghiệp.
Về nhu cầu khuôn mẫu hiện nay ở Việt Nam có thể tóm tắt nh sau:
+ Nhu cầu về khuôn mẫu ngày nay càng tăng. Độ phức tạp , độ chính
xác, tính đa dạng đối với các sản phẩm tiêu dùng cũng ngày càng đợc nâng
lên dẫn đến việc thiếu trầm trọng các bộ khuôn mẫu. Thờng thì hầu hết các
công ty, doanh nghiệp sản xuất đều đặt hàng chế tạo khuôn mẫu ở nớc ngoài.
+ Việc thiết kế và chế tạo khuôn mẫu hiện còn rất manh mún, mỗi doanh
nghiệp chỉ có thể chế tạo các loại khuôn đơn giản (do hạn chế thiết bị, về công
nghệ, đặc biệt là hạn chế trình độ của ký s thiết kế). Kết quả là các bộ khuôn


14

đợc sản xuất tại Việt Nam có chất lợng thấp, kỹ thuật lạc hậu , giá trị thấp
nhng giá thành cao, Tuổi thọ khuôn đơn giản sản xuất tại Việt Nam kém 50
lần so với khu vực và thời gian gia công khuôn mẫu lại nhiều hơn 15 lần. các
loại khuôn mẫu phức tạp, giá trị lớn từ vài chục đến vài trăm nghìn USD đều
cha chế tạo đợc. Theo số liệu thống kê sơ bộ, ở Việt Nam hiện nay số lợng
các Công Ty chuyên sản xuất khuôn mẫu còn rất ít , và hầu hết là vốn của
nớc ngoài đầu t :

TT

TÊN CÔNG TY

Địa điểm

1

CTy chế tạo khuôn mẫu Đồng Nai

2

HSENVI (VN)
TNHH HIROTA

Đồng Nai

3

Cty TNHH MUTO (VN)

Đồng Nai

4
5

Tập đoàn SCHMIDT
CtyLD VINA- SHLROKI

TPHCM

Hà Nội

Nớc
vốn
đầu t đầu t
(tr.
uSD)

Đài
loan
Nhật
Bản
Nhật
Bản
Đức
Nhật
Bản

Công suất
hiện tại

4,83
1,30
7,50

3,824

300
/năm

Bộ

Sản phẩm do các công ty này chế tạo ra có kích cỡ nhỏ và trung bình nhỏ,
độ phức tạp kỹ thuật trung bình, một phần sử dụng cho xuất khẩu và một phần
là cho thị trờng nội địa. Giá thành thờng rất cao không giảm mấy so với
khuôn nhập khẩu. Các cơ sở chế tạo khuôn mẫu này đều dùng hầu hết các
máy công cụ CNC , các phần thiết kế, chế tạo khuôn mẫu đợc tự động hoá,
điều khiển nhờ chủ yếu vào phần mềm CAD/CAM có kết hợp một số mô đun
chuyên dùng khác. Dới đây là giá của một số bộ khuôn cối của Nhật Bản:
+ Khuôn ép két đựng chai bia 80.000 USD
+ Khuôn ép nắp bàn cầu: 30.000 USD
+ Khuôn ép vỉ thuốc 10.000 USD
+ Hệ thống khuôn dập chậu rửa 550.000 USD
+ Khuôn dột dập liên hợp sản xuất động cơ quạt máy 320.000 USD
+ Khuôn đúc áp lực 1 chi tiết vỏ nhôm hợp động cơ xe máy 12.000 USD.
Trong khi đó nhu cầu khuôn cối hàng năm của các nhà máy trên địa bàn Hà
Nội rất lớn. Dới đây là thống kê mới nhất của một số doanh nghiệp nh sau:
- Công ty điện cơ :


15

+ Số lợng / năm: 2500 bộ chủ yếu đột thép.
+ Trọng lợng : từ 15kg/ bộ 250kg/ bộ
- Công ty đồng tháp :
+ Số lợng / năm : 40 bộ. Chủ yếu đúc áp lực.
+ Trọng lợng : từ 500kg/ bộ 1000 kg/ bộ
- Công ty nhựa Hà Nội:
+ Số lợng / năm : 100 bộ
+ Trọng lợng : Từ 30kg/ bộ 4000 kg/ bộ

Công ty Đại Kim:
+ Số lợng / Năm: 30 bộ.
+ Trọng lợng: Từ 100 kg/ bộ 1600kg/ bộ.
- Công ty Nam Hồng:
+ Số lợng / năm : 150 bộ .
+ Trọng lợng: Từ 8 kg/ bộ 800 kg/ bộ.
- Xích líp Đông Anh :
+ Số lợng / năm : 250 bộ. chủ yếu đột thép.
+ Trọng lợng : Từ 10 kg/ bộ 250 kg/ bộ.
- Hợp tác xã công nghiệp Song Long hàng năm sản xuất trên 500 loại sản
phẩm. Nh vậy lợng khuôn hàng năm là một con số khá lớn, nhiều nhng
hoàn toàn phải mua.
- Công Ty kim khí Thăng Long ở thời điểm năm 2002 lợng khuôn mẫu
hàng năm cần gần 3.000 bộ
Để Việt Nam có thể hội nhập với thế giới, ngành cơ khí Việt Nam trong giai
đoạn 2001- 2010 cần đầu t khoảng 70 tỉ USD (xấp xỉ 7 tỉ USD/ năm).
Để hình thành nên nền công nghiệp cơ khí chế tạo tiến và công nghệ cao
của công nghiệp khuôn mẫu thì cần thiết phải đầu t lớn từng bớc và ứng
dụng công nghệ thông tin từng giai đoạn, và liên tục.
Theo tính toán của các chuyên gia, hiện tại với 1USD đầu t cho thiết bị sẽ
tạo ra đợc giá tri sản phẩm khuôn mẫu là 1USD,trong khi đó, thực trạng sản
xuất khuôn mẫu hiện nay (nếu tính 100% sản phẩm của các trung tâm khuôn
mẫu tại Việt Nam đều phục vụ cho nhu cầu trong nớc) thì chỉ mới đáp ứng
đợc10% mà chủ yếu là khuôn mẫu đơn giản, kỹ thuật lạc hậu.
I.3.2.2. Tình hình ứng dụng công nghệ thông tin trong sản xuất khuôn
mẫu trên thế giới
Công nghệ thông tin đợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất, đặc
biệt phát triển công nghệ cao trong công nghiệp chế tạo khuôn mẫu hiện đại.
Trình độ thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có thể coi là một tiêu chí đánh giá sự

16

phát triển của nền công nghiệp. trên thế giới, ớc từ 40 90% các sản phẩm
trong các ngành công nghiệp đợc chế tạo ra bằng việc sử dụng các hệ thống
khuôn mẫu khác nhau. Theo đánh giá của hiệp hội khuôn mẫu Châu á
(FADMA), trên phạm vi toàn thế giới thị trờng khuôn mẫu vào năm 1993 đã
doanh số 65 tỉ USD trong đó, quốc gia sản xuất khuôn mẫu lớn nhát là Mỹ
(31%) và Nhật Bản (23%) . Đặc biệt chỉ riêng với sản phẩm nhựa, Nhật Bản
đã sản xuất trong năm 1995 trên 70.000 bộ khuôn . Tại Châu á, có khoảng
21.000 Công ty tham gia vào lĩnh vực này với trên 600.000 công nhân, kỹ
thuật viên lành nghề. Chỉ riêng ở Hồng Kông có khoảng 6500 Công ty và
xởng sản xuất khuôn mẫu. ở Singapore có gần 500 Công ty chuyên chế tạo
khuôn mẫu. Sản phẩm khuôn mẫu thuộc loại sản phẩm cơ tin điện tử
(MECHATRONICS ) kỹ thuật cao, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào
công nghiệp khuôn mẫu. Hiện nay theo các hớng :
1* Hoàn thiện và phát triển phàn cứng điều khiển số CNC. Hớng phát
triển này là sự kết hợp giữa Cơ - Tin Điện tử và đã kết quả rất tốt. Các dây
chuyền sản xuất đồng bộ với hành loạt các thiết bị công nghiệp , máy công cụ
có gắn hệ điều khiển CNC có độ tin cậy và tốc độ rất cao . Hãng FANUC và
heidenhin là hai hãng nghiên cứu và chế tạo hệ điều khiển CNC nổi tiếng nhất
thế giới ( chiếm khoảng 90% thị trờng điều khiển CNC ). Phát triển phần
mềm điều khiển theo hớng : Đơn giản trong lập trình, tích hợp nhiều tính
năng và gao diện thân thiệu, linh hoạt hơn.
2* Xây dựng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE trợ giúp trong
thiết kế và chế tạo khuôn mẫu. Có thể nói CNTT đợc ứng dụng triệt để trong
hớng phát triển này. Có thể kể đến các hệ phần mềm nổi tiếng nh catia
(do dassaul systemse viết, và thờng đợc các hãng Nhật Bản và Mỹ sử
dụng), pro/engineer ( do parametric technology corporation xây dựng và phát
triển ), cimatron (do cimatron Ltd. Nhật bản israel hợp tác ), delcam

(do delcam- vơng quốc Anh viết) , mastercam (do CNC softwere inc .
Xây dng )...Các hệ thống trên đợc dùng rất phổ biến ở các Công ty qui mô
nhỏ , vừa và lớn đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật rất cao. Hớng phát triển
tiếp của hệ thống tích hợp CAD/CAM sẽ bổ sung các mô hình thiết kế, cập
nhật thêm các phơng pháp gia công chính xác, hiệu quả và hiện đại hơn (
theo kịp hớng phát triển thứ nhất ).
3* Phát triển các phần mềm trợ giúp thiết kế, kiểm định và mô phỏng.
Hớng phát triển này khá mới mẻ (xuất hiện khi CNTT đủ đáp ứng yêu cầu về
phần cứng và phần mềm ) và đang đợc đầu t u tiên hàng đầu. Lợi ích đáng
kể nhất của các loại phần mềm này là cho phép ngời sử dụng thiết kế nhanh
hơn, chính xác hơn và đặc biệt có thể giảm thiểu các sai sót trong khâu thiết


17

kế và chế tạo (giảm sai số hệ thống). Trong lĩnh vực khuôn mẫu, có thể kể đến
th viện trợ giúp thiết kế khuôn theo chi tiết tiêu chuẩn. Hàng trăm Công ty
lớn nhỏ khác nhau sản xuất các chi tiết tiêu chuẩn đẻ cung cấp cho các nhà
máy chế tạo khuôn. Hớng tiêu chuẩn hoá đang là xu hớng tất yếu trong các
lĩnh vực chế tạo nói chung.Một ví dụ khác là ứng dụng thiết kế ngợc
(Inverse Engineering): bên cạnh thiết bị có độ phức tạp rất cao thì các phần
mềm thiết kế ngợc đã tận dụng đợc sức mạnh của CNTT đã tạo nên một xu
hớng thiết kế mới: thiết kế theo mẫu . Những ứng dụng của chúng đã và đang
chứng tỏ những u việt hơn hẳn các phơng pháp thiết kế truyền thống: nhanh
, chính xác và đặc biệt là thích ứng đợc với các yêu cầu ngày càng cao của
khách hàng (chất lợng và thơi gian),.
Ngoài 3 hớng ứng dụng trên, một loạt các ứng dụng mới, có tính thời sự
cao nh : Công nghiệp chế tạo mẫu nhanh (Rapid prototype) công nghệ nano
mét, công nghệ Laser, công nghệ gia công ở tốc độ cao (Hi speed),.... cũng
đang đợc triển khai với qui mô quốc tế . Phần đóng gốp của CNTT trong

công nghiệp cũng đợc chính phủ các nớc quan tâm và đầu t rất lớn . Mô
hình đào tạo hiện nay về ứng dụng CNTT trong lĩnh vực công nghiệp nói
chung và cơ khí nói riêng có thể tóm tắt nh sau:
1. Đào tạo ở các trờng Đại học : Kỹ s đợc đào tạo bài bản cả lý thuyết
và thực hành. Cần nhấn mạnh việc thực hành các trờng Đại học ở các nớc
phát triển đợc coi nh đào tạo tay nghề nên họ đầu t rất lớn vào các thiết bị
công nghiệp và chúng đợc thay đổi thờng xuyên (4 5 năm ) một lần. Phần
lớn vốn tài trợ cho việc trang bị trên đều do các công ty lớn cung cấp (bên
cạnh mục đích về thơng mại và quảng cáo thiết bị ). Nội dung học phong phú
và đợc cập nhập liên tục. tuy nhiên hớng đào tạo chủ yếu là thiên về nghiên
cứu .
2. Đào tạo ở các trờng day nghề : Học viên đợc vị trang bị các kỹ năng
vận hành cơ bản và nâng cao đối với hệ thông CNC . Singapore là một ví dụ
điển hình, về hớng đào tạo này . Có thể nói Singapore hiện đang là một
trong những nớc đầu t khá lớn và cũng là tâm điểm của hầu hết khoá đào
tạo tay nghề về công nghệ CAD/CAM CNC ở Châu á. Tuy nhiên các
trờng dạy nghề hiện nay đang có xu hớng sát nhập với các trung tâm đào
tạo công nghệ cao do các công ty thành lập hay tài trợ. Học viên khi ra trờng
sẽ trở thành các công nhân vận hành trực tiếp
3 . Xây dựng các trung tâm đào tạo công nghệ cao. Các trung tâm này
thờng do các công ty lớn thành lập ra không những để đáp ứng cho nhu cầu
của bản thân mà còn là nơi đào tạo cho các công ty và các trờng dạy nghề
khác. Đặc điểm chính của trung tâm công nghệ cao là ngoài việc đào tạo còn


18

là nơi ký kết các hợp đồng kinh tế, nơi làm các dịch vụ liên quan đến gành
nghề đào tạo. Trung tâm công nghệ cao đó là tính thực tiễn rất cao do chúng
đợc thừa hởng các kinh nghiệm thực tế của chính công ty thành lập hay tài

trợ cho nó. Tốt nghiệp các trung tâm này học viên có thể vừa là ngời thiết kế
vừa là công nhận vận hành có tay nghề tốt.
I.3.2.3. Đặc điểm của việc ứng dụng CNTT trong sản xuất khuôn mẫu tại
Việt Nam hiện nay
+ Trang bị máy công cụ gia công điều khiển số CNC để chế tạo khuôn
mẫu phục vụ cho cơ sở ngày càng phổ biến ở các doanh nghiệp. Đặc biệt ở các
doanh nghiệp miền Bắc. Mỗi doanh nghiệp chỉ mới đợc trang bị một vai
trung tâm gia công phay CNC, Tiện CNC và một vài thiết bị gia công CNC
khác (do nguồn vốn có hạn ) đều thuộc cỡ trung, cỡ nhỏ, đơn giản, không
đồng đều về mặt chất lợng. Có thể kể đến công ty và các viện tiếp cận sớm
với máy CNC và chế tạo khuôn mẫu nh: imi , Công ty hameco, vinashiroki,
... Song sản phẩm của họ vẫn ở mức đơn giản, chất lợng thấp, tuổi thọ ngắn.
Còn khu vực phía Nam thờng mua máy CNC cũ của Nhật có giá rất rẻ và thu
hút vốn đầu t nớc ngoài (thông qua con đờng gia đình), miền Nam khá
nhạy bén với thị trờng khuôn mẫu cho đồ tiêu dùng hàng ngày. Thị trờng
lớn, nhu cầu lớn tạo ra yêu cầu đầu t nhiều hơn về thiết bị.
+ ứng dụng các hệ thống phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE: Hiện
nay đang là thị trờng mua bán và ứng dụng khá sôi động. Cần phải nhận thấy
đợc sức mạnh của CNTT thông qua các hệ phần mềm này. Có thể nói rằng:
Không có phần mềm cad/CAM thì không thể thiết kế và chế tạo khuôn mẫu
phức tạp và độ chính xác cao. Hàng loạt các công ty nh Kim khí Thăng
Long , nhựa Hà Nội, Hoà Phát, hameco.... đã đâu t vào phần mềm cad/CAM
nổi tiếng nh catia, cimatron, Pro/Engineer, mastercam,. . Kết quả là sản
phẩm của các công ty trên có sự đóng góp rất lớn của hệ phần mềm tích hợp
cad/CAM.
+ Vấn đề đào tạo: hiện nay hầu hết các trờng Đại học đã có môn học về
cad/ CAM CNC với các kiến thức mới, cập nhật khá thờng xuyên. Tuy
nhiên, sinh viên vẫn còn phải học chay Ngoài nguyên nhân không có máy
CNC công nghiệp còn có nguyên nhân về tính thực tiễn (hầu hết mới là các
bài học thực hành có tính chất lý thuyết chứ cha làm thật). Bên cạnh đó,

các trờng dạy nghề. Các viện nghiên cứu cũng đóng góp một phần đáng kể
cho việc đào tạo công nhân và kỹ s. Song hầu hết các kỹ s, công nhân khi ra
làm việc phải đi đào tạo lại. Điều này đã chỉ ra răng chất lợng đào tạo cha


19

theo kịp với nhu cầu sản xuất . Đặc biệt với yêu cầu cao trong việc đào tạo đội
ngũ chất xám cho công nghiệp khuôn mẫu, kỹ thuật cao, giá trị lớn.
I.4. Kết luận
Sau khi phân tích, đánh giá tình hình phát triển cơ khí và khả năng ứng
dụng Công nghệ thông tin trong sản xuất khuôn mẫu trong nớc và trên thế
giới chúng ta có thể kết luận sau:
Sản phẩm khuôn mẫu công nghệ cao phục vụ cho các công nghệ chế tạo
tiên tiến của các gành công nghiệp cơ khí, công nghệ nhựa , công nghiệp tạo
phôi chính xác bằng đúc áp lực,. . . đang đóng vai trò chủ chốt của công
nghiệp Hà Nội và cấp thiết phải là sản phẩm chủ lực của Hà Nội để trong một
thời gian không xa sẽ hình thành ngành công nghiệp khuôn mẫu của Hà Nội
và Việt Nam.
Trong công nghệ chế tạo sản phẩm khuôn mẫu công nghệ cao thì công
nghệ thông tin đợc ứng dụng rất có hiệu quả và đóng vai trò quyết định trong
ngành Mechatronics ngành cơ khí mới của thế kỷ 21.
Việc ứng dựng công nghệ thông tin trong gia công cơ khí bằng các thiết bị
điều khiển số là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tế lớn trong cả công tác
đào tạo cũng nh thực tế sản xuất cơ khí.
Bài toán ứng dụng công nghệ thông tin trong gia công cơ khí bằng các
thiết bị điều khiển số là là bài toán lớn và phức tạp, nên trong nội dung chỉ
giới hạn trong việc nghiên cứu tổ chức Cơ Sở Dữ Liệu định hớng đối với
khuôn mẫu làm tiền đề cho bài toán.

Chơng II
Tổng quan về Công nghệ cad/CAM, và cơ sở dữ liệu
phụcvụ quá trình cad/CAM
II.1 Vai trò chức năng của CAD
II.1.1. Vai trò của CAD
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ
tiên tiến là liên kết các thành phần của qui trình sản xuất trong một hệ thống
tích hợp điều khiển bởi hệ thống máy tính ghép mạng CIM
Các thành phần của hệ thống tích hợp cim đợc quản lý và điều hành dựa
trên cơ sở dữ liệu trung tâm mà các thành phần quan trọng là các dữ liệu từ
quá trình cad. Kết quả của quá trình cad không chỉ là dữ liệu để thực hiện


20

phân tích kỹ thuật CAE, lập quy trình chế tạo CAPP, lập chơng trình gia
công điều khiển số CAM, mà chính là dữ liệu điều khiển thiết bị CNC phục
vụ sản xuất, nh các loại máy công cụ, trung tâm gia công , ngời máy/tay
máy công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác.
Rộng hơn, dữ liệu từ quy trình CAD là cơ sở để hoạch định sản xuất
(manufaturing resources planning MRP) và điều khiển quy trình kiểm soát
chất lợng sản phẩm caq. (xem hình II-1)
II.1.2. Chức năng của CAD
Khác biệt cơ bản với quy trình thiết kế theo công nghệ truyền thống, CAD
cho phép quản lí đối tợng thiết kế dới dạng mô hình hình học số (computer
geometric model CGM). Bằng cách quản lí CGM trong cơ sở dữ liệu trung
tâm, CAD có khả năng hỗ trợ các chức năng kỹ thuật ngay từ giai đoạn phát
triến sản phẩm cho đến giai đoạn cuối của quá trình sản xuất bằng giải pháp
điều khiển số.
Hệ thống CAD đợc đánh giá có đủ khả năng để thực hiện chức năng

yêu cầu hay không, phụ thuộc chủ yếu vào chức năng xử lí của các phần mềm
thiết kế . Ví dụ, tại thời điểm năm 2001, những bộ phần mềm CAD/CAM
chuyên nghiệp phục vụ thiết kế/ gia công khuôn mẫu có khả năng thực hiện
đợc các chức năng cơ bản sau:
Thiết kế mô phỏng ba chiều (3D) những hình dạng phức tạp. có khả
năng xử lý hình học NURBS, Bezier, Gregory, Solids.
Giao tiếp với các thiết bị đo, quét toạ độ 3D ( Coordinate Measuring
Machine CMM, scaner ) thực hiện nhanh chóng các chức năng mô phỏng
hình học từ dữ liệu số ( digitized data ).
Phân tích và liên kết dữ liệu : tạo mặt phân khuôn, tách khuôn, quản
lí kết cấu lắp ghép . . .
Tạo bản vẽ và ghi kích thớc tự động: có khả năng liên kết với bản vẽ
2D với mô hình 3D và ngợc lại.
Liên kết các chơng trình tính toán thực hiện các chức năng phân tích
kỹ thuật (CAE): tính biến dạng khuôn , mô phỏng dòng chảy vật liệu,
trờng ứng suất, trờng nhiệt độ, độ co rút của vật liệu . . .
Nội suy hình học, biên dịch các kiểu đờng chạy dao chính xác cho
công nghệ gia công điều khiển số
Giao tiếp dữ liệu theo các định dạng đồ hoạ chuẩn : DXF , IGES,
VDA, STEP, PTC, DWG, Part, . . .


21

Xuất dữ liệu đồ hoạ 3D dới dạng tập tin SLT (Stereolithograph) để
giao tiếp với các thiết bị tạo mẫu nhanh theo công nghệ tạo hình lập thể (
Stereolithograph Apparatus SLA ).

ý tởng

CAD

CAE
Hệ cơ sở dữ liệu
Trung tâm

CAPP

CAM

Nhu cầu

MRP II

PP

CNC, Robots

Lu trữ

Phân phối

CAQ
CAD Computer Aided Design .
tính
CAE
Computer Aided Engineering .
CAPP Computer Aided Process Planning.
CAM Computer Aided Manufacturing.
khiển số

CNC computer Numerical controlled.
CAQ Computer Aided Quality Control

Thiết kế với sự trợ giúp của máy
Phân tích kỹ thuật
Lập trình chế tạo
Lâp chơng trình gia công điều
Thiết bị điều khiển số
Giám sát chất lợng sản phẩm


22

MRP Manufacturing Resources Planning
Hoạch định nguồn lực sản xuất
PP Production Planning
Lập kế hoạch sản xuất
Hình II-1: Vai trò của CAD trong hệ thống tích hợp
II.2. thiết kế và gia công tạo hình
Theo lịch sử hình thành và phát triển có thể phân biệt các phơng pháp
công nghệ thiết kế và gia công đợc hình thành nh sau:
Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống .
Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ CAD/CAM .
Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ tích hợp (CIM ).
II.2.1. Thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống
ý tởng về sản phẩm
Hiệu chỉnh

Vẽ và thiết kế

Mẫu sản phẩm

Bản vẽ kỹ thuật

Tạo mẫu chép

Mẫu chép

Gia công chép
Hình II-2: quy trình thiết kế và gia công tạo hình theo công nghệ truyền thống
Theo công nghệ truyền thống các mặt cong 3D phức tạp đợc gia công trên
máy vạn năng theo phơng pháp chép hình, sử dụng mẫu hoặc dỡng .