Tài liệu CÔNG NGHỆ CHO PHÁT TRIỂN NHANH SẢN PHẨM docx

MES Ezine Single Issue I, October 2008 Hoàng Quang Huy (Ezine Team)
Công nghệ cho phát triển nhanh sản phẩm www.meslab.org |
CÔNG NGHỆ CHO PHÁT TRIỂN NHANH SẢN PHẨM
Hoàng Quang Huy (MES Ezine)
Ngày nay xu thế toàn cầu hóa mạnh mẽ đã
khiến cho thị trường tiêu thụ sản phẩm trở nên
khắc nghiệt. Các nhà sản xuất không chỉ phải
cạnh tranh với các đối thủ nội địa mà còn phải
chịu sức ép rất lớn từ các doanh nghiệp nước
ngoài. Trong khi đó tính đa nghiệm của bài toán
cạnh tranh luôn đặt các nhà sản xuất đứng trước
khó khăn để lựa chọn những phương án sản
xuất tối ưu. Các đáp số dễ nhận ra là:
 Rút ngắn thời gian thiết kế và chế tạo
sản phẩm.
 Ổn định và nâng cao chất lượng.
 Chú trọng tính thẩm mỹ .
 Hạn chế chi phí sản xuất.
 Giá thành rẻ.
Vậy đâu là lời giải cho các vấn đề trên. Đổi mới
và áp dụng các công nghệ tiên tiến để phát triển
nhanh các sản phẩm là một trong những giải
pháp tối ưu. Sau đây là một vài ứng dụng mang
lại hiệu quả cao trong sản xuất.
Công nghệ tái tạo
Công nghệ tái tạo còn được biết đến với cái tên
khác nữa là công nghệ ngược hay kỹ thuật
ngược (Reverse Engineering). Đây là một quy
trình nhằm thiết kế chế tạo lại các sản phẩm
dựa theo các nguyên mẫu có sẵn mà không có
các tài liệu về thiết kế ban đầu.

Hình 1. Phương thức phát triển nhanh sản phẩm
Theo sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công
nghệ tái tạo cho đến nay đã trải qua ba mức độ
sau:
Thủ công: Nhà sản xuất lấy mẫu sản phẩm
bằng cách in mẫu lên các vật liệu mền như:
thạch cao, nhựa thông hay các chất dẻo tổng
hợp . Ở mức cao hơn, người thiết kế dùng các
dụng cụ đo tiến hành đo nhiều lần các kích
thước, theo lý thuyết xác xuất sau n lần đo sẽ
dựng được đường cong biểu diễn phân bố kích
thước theo một đại lượng ngẫu nhiên nào đó.
Dựa vào sơ đồ đó, người thiết kế lựa chọn kích
Dịch vụ thiết kế web EZ48: Giá mới ưu đãi
Qu
ảng cáo với Ezine: Dịch vụ EzAds [sale !!!]
BKMech: Công ty Cơ điện tử Bách Khoa
Quảng cáo của Ezine
MES Ezine Single Issue I, October 2008 Hoàng Quang Huy (Ezine Team)
Công nghệ cho phát triển nhanh sản phẩm www.meslab.org |
thước rơi vào miền phân bố chính xác nhất để
lấy số liệu cho quá trình thiết kế tiếp theo. Với
các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao đặc biệt là
các kích thước lắp ghép, căn cứ vào phân tích
điều kiện làm việc và giải bài toán chuỗi kích
thước để xác định miền dung sai yêu cầu làm
cơ sở cho xây dựng bản vẽ chế tạo.
Bán tự động: Chi tiết được chụp ảnh hay scan
2D từng mặt, sau đó được chèn/nhập vào môi
trường CAD rồi vẽ đè lên các biên dạng để

dựng mặt. Mô hình 3D được hình thành sau khi
ghép các mặt lại với nhau.
Tự động: Kỹ thuật đồ họa phát triển ở mức cao
cùng với sự trợ giúp của máy tính đã giúp số
hóa nhanh chóng bề mặt chi tiết bằng cách sử
dụng các máy đo tọa độ 3D và phần mền thiết
kế chuyên dụng. Kỹ thuật ngược có sự trợ giúp
của máy tính (CARE – Computer Aided Reverse
Engineering) được xem là giải pháp nhanh nhất
và hiệu quả nhất để phát triển các dòng sản
phẩm khác nhau. Và xét ở mức độ nào đó công
nghệ ngược còn là sự “bắt chước” hay “sao
chép có cải tiến” mẫu sản phẩm của đối phương
nhằm tạo sựu bất ngờ và tăng tính cạnh tranh
trên thị trường. Khi đó mẫu sản phẩm được số
hóa, dựng lại mô hình 3D và chỉnh sửa lại hình
dáng, tối ưu hóa kết cấu để cho ra một series
sản phẩm mới thậm trí yếu tố thẩm mỹ và chức
năng ưu việt hơn cả nguyên mẫu (sản phẩm mẹ)
Chính vì vậy ngày nay, các nhà sản xuất cần
đặc biệt bảo đảm yếu tố bảo mật thông tin của
sản phẩm mới và rút ngắn chu kỳ sản xuất mỗi
dòng sản phẩm để thường xuyên thay đổi mẫu
mã.
Công nghệ tái tạo theo hướng tự động hóa
thường được chia làm 3 giai đoạn là: quét hình
(số hóa bề mặt), xử lý dữ liệu và ứng dụng.
Hình 2. Các giai đoạn của công nghệ tái
tạo theo hướng tự động hóa
Giai đoạn quét hình: sử dụng các máy đo tọa

độ dạng tiếp xúc (CMM-Coordinate Measuring
Machine) hoặc không tiếp xúc (scaner laser) để
số hóa bề mặt chi tiết, dữ liệu thu được sau gia
đoạn này là tập hợp các điểm (đám mây điểm)
của chi tiết.
Giai đoạn xử lý dữ liệu: Các gói phần mền
chuyên dụng được dùng để xử lý điểm. Đám
mây điểm được đa giác hóa để hình thành bề
mặt vật thể, cũng có thể người thiết kế tiến
hành thiết kế lại theo biên dạng chi tiết để bảo
đảm độ chính xác cao hơn và khắc phục các lỗi
nảy sinh trong quá trình quét hình.
Giai đoạn ứng dụng: Chi tiết có thể được tinh
chỉnh, tối ưu hóa quá trình thiết kế bằng các
phương pháp phân tích CAE hoặc chuyển sang
công đoạn thiết kế khuôn cho sản phẩm và cuối
cùng là lựa chọn đầu ra cho quá trình thiết kế.
Sản phẩm có thể sản xuất ngay bằng việc
chuyển mô hình CAD sang phần mền CAM để
lập trình gia công CNC hay chuyển sang file
định dạng .STL cho tạo mẫu nhanh.
Quy trình xử lý ngược này còn dùng để làm cơ
sở cho bộ phận KCS kiểm tra chất lượng sản
MES Ezine Single Issue I, October 2008 Hoàng Quang Huy (Ezine Team)
Công nghệ cho phát triển nhanh sản phẩm www.meslab.org |
phẩm, đánh giá độ chính xác về hình dáng hình
học và kích thước gia công so với nguyên mẫu.
Công nghệ mô phỏng
Mô phỏng trong sản xuất là quá trình giả lập
trạng thái của chi tiết trong những điều kiện

nhất định nhằm kiểm tra đánh giá mức độ làm
việc và độ tin cậy của chi tiết sau khi thiết kế.
Ngày nay với sự hỗ trợ của máy tính, mô phỏng
kỹ thuật giúp tiết kiệm đáng kể chi phí cho việc
thử nghiệm và đánh giá sản phẩm mới. Các lĩnh
vực mô phỏng trong cơ khí bao gồm:
Mô phỏng chuyển động và lắp ghép: Nhằm
đánh giá sơ bộ mức độ hoàn thiện của quá trình
thiết kế, nguyên lý hoạt động của chi tiết trong
một cụm chi tiết hay của toàn bộ cụm chi tiết.
Mô phỏng này có tính trực quan cao giúp bộ
phận thiết kế sản phẩm cụ thể hóa nội dung và
ý tưởng thiết kế, làm cơ sở cho các báo cáo
thuyết trình nghiệm thu sản phẩm.
Mô phỏng gia công: Đây là quá trình xem xét
vận hành chế tạo sản phẩm trên máy CNC. Qua
đó phát hiện ra các lỗi lập trình gia công, tối ưu
hóa đường chạy dao, lựa chọn điểm lùi dao hợp
lý để giảm thời gian chạy không.
Mô phỏng phân tích kỹ thuật: Kỹ thuật có sự
trợ giúp của máy tính (CAE – Computer Aided
Engineering) đã trở thành một công cụ vạn
năng cho các nhà thiết kế. Đây là kỹ thuật sử
dụng các thuật toán được lập trình sẵn trên các
gói phần mền để phân tích đối tượng hình học
CAD, nghiên cứu các ứng xử của chi tiết trong
những trường tác động khác nhau khi làm việc,
từ đó người thiết kế có thể tinh chỉnh, tối ưu
hóa sản phẩm và qua đó lựa chọn sát nhất các
hệ số thiết kế mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ

thuật nhằm tiết kiệm tối đa chi phí chế tạo.
Các lĩnh vực áp dụng CAE thường thấy gồm:
o Mô phỏng khí động lực học
o Phân tích chuyển vị và ứng suất
o Phân tích dòng chảy và truyền nhiệt

Hình 3. Mô phỏng khí động học
Quá trình phân tích kỹ thuật gồm 3 bước sau:
Tiền xử lý: Đưa các thông số đầu vào cần thiết
để giải tích, định nghĩa các phần tử hữu hạn
trong model và các thông số vùng biên, các
thông số môi trường.
Phân tích (xử lý): Các thuật toán xử lý đã được
lập trình sẵn nên gia đoạn này chủ yếu do phần
mền tự động tính toán, người sử dụng chỉ thao
tác trên các công cụ có sẵn theo yêu cầu của
công việc.
Hậu xử lý: Phân tích hình ảnh hay các thông số
kết quả phần mền đưa ra. Nhà thiết kế dựa vào
đó để đánh giá mức độ đạt được theo yêu cầu.
Nếu chưa được thì quá trình lặp lại từ bước 1
bằng việc thay đổi các thông số đầu vào để
phần mền chạy lại.
Công nghệ tạo mẫu nhanh
Tạo mẫu nhanh (RP – Rapid Prototyping) là
quá trình tạo mẫu trên môi trường CAD nhờ
các máy “in ba chiều”, cho phép người thiết kế
tạo ra sản phẩm nhanh hơn nhiều so với các
phương pháp truyền thống khác. Đây có thể coi
là giai đoạn cuối cùng của quá trình thiết kế,

MES Ezine Single Issue I, October 2008 Hoàng Quang Huy (Ezine Team)
Công nghệ cho phát triển nhanh sản phẩm www.meslab.org |
mẫu sản phẩm chính là mô hình vật lý cụ thể
hóa một cách chính xác ý tưởng của nhà thiết
kế.
Mẫu được tạo nên bằng các vật liệu dạng lỏng,
bột hay dạng khối, Nguyên lý chung là dải dần
từng lớp một theo mặt cắt ngang, sau đó hóa
cứng để tạo nên hình khối 3D. Tùy theo vật
liệu, mẫu được tạo thành qua quá trình cắt và
dán, nóng chảy và đông đặc hay thiêu kết bằng
laze.
Hình 4. Minh họa so sánh thời gian giữa gia công
CNC và tạo mẫu nhanh
Trong công nghiệp cơ khí, tạo mẫu nhanh được
sử dụng trong các lĩnh vực sau đây:
Tiếp thị: Tạo mẫu nhanh được sử dụng rất hiệu
quả trong giai đoạn tiếp thị giới thiệu sản phẩm.
Mô hình vật lý là một công cụ truyền đạt thông
tin hoàn hảo. Tính trực quan của một mô hình
vật lý của sản phẩm mới sẽ có sức thuyết phục
hơn nhiều một bản vẽ thiết kế đối với khách
hàng. Các thống kê cho thấy tạo mẫu nhanh sẽ
tiết kiệm được 30% – 50% chi phí cho việc giới
thiệu sản phẩm mới cho đối tác. Và một điều
quan trọng nữa là tăng cường độ tin cậy của
khách hàng trong việc lựa chọn và định giá sản
phẩm.
Tạo dữ liệu đầu vào cho các nhà cung cấp
dụng cụ gia công sản phẩm: Khi khách hàng

đã đồng ý lựa chọn sản phẩm, giai đoạn tiếp
theo là sản xuất hàng loạt sản phẩm. Mô hình
sản phẩm từ tạo mẫu nhanh chính là cơ sở để
các nhà cung cấp dụng cụ cắt nghiên cứu và
cung cấp chủng loại dao phù hợp, thậm trí
những loại dao cắt tổ hợp mang tính chuyên
dụng sẽ được thiết kế để gia công loạt sản phẩm
này. Đây chính là điều kiện căn bản để tăng
năng suất gia công và giảm giá thành đầu vào
cho sản phẩm mới.
Tạo công cụ sản xuất: Hai ứng dụng phổ biến
là chế tạo điện cực gia công xung điện và tạo
khuôn vỏ mỏng. Dụng cụ gia công xung điện ở
đây thường được thiết kế cho việc gia công các
khuôn mẫu chính xác có kết cấu phức tạp, mục
đích là để rút ngắn thời gian chế tạo và bảo đảm
độ chính xác. Bên cạnh đó khuôn vỏ mỏng
thích hợp cho đúc những chi tiết hợp kim kích
thước vừa và nhỏ, có yêu cầu độ chính xác cao,
thành mỏng và có mép sắc.
Phân tích thiết kế: Tạo mẫu nhanh là cơ sở để
kiểm tra dữ liệu từ mô hình CAD, nhất là các lỗ
lệch tâm, phần giao nhau giữa các khối, các
đường gân, các vùng biên dạng đối tiếp và
những lỗi có thể quên trong khi thiết kế mô
hình CAD. Đôi khi những lỗi này khó mà phát
hiện ra trong mô hình CAD nhưng lại dễ dàng
thấy được từ mô hình vật lý tạo mẫu nhanh.
Hình 5. Một số mẫu in 3D theo công nghệ phun
PolyJet (hãng OBJET)

Lựa chọn trang bị công nghệ:
Hiện nay trên thị trường, trang thiết bị sử dụng
cho các công nghệ trên cũng khá đa dạng. Các
doanh nghiệp căn cứ vào quy mô sản xuất và
MES Ezine Single Issue I, October 2008 Hoàng Quang Huy (Ezine Team)
Công nghệ cho phát triển nhanh sản phẩm www.meslab.org |
mục đích sử dụng để lựa chọn đầu tư một cách
phù hợp. Ngoài các gói phầm mền chuyên dụng
và quen thuộc như : autocad (thiết kế), Master
Cam (gia công), Ansys (phân tích kỹ thuật)…,
còn lại đa số các hệ cad/cam khác đều tích hợp
các modul phục vụ cho các quá trình từ thiết kế
đến phân tích kỹ thuật và lập trình gia công sản
phẩm trên máy CNC. Các đầu dò tọa độ 3D
trên trung tâm gia công cũng có thể được dùng
để số hóa tọa độ bề mặt các chi tiết phục vụ cho
công nghệ tái tạo.
o Các phần mền CAD/CAM tương đối
mạnh và đa chức năng: Pro/ Engineer,
Catia, Unigraphic,…
o Phần mền thiết kế ngược, xử lý dữ liệu
số hóa, kiểm tra sản phẩm: Rapid Form
(XOR, XOV, XOS), Geomagic…
o Máy quét laser 3D :Vivid (910, 9i),
Range7,…
o Máy tạo mẫu nhanh: dòng máy in 3D
Edden hãng OBJET, máy tạo mẫu nhanh SLS
HRPS-IV của hãng BINHU,…
Tài liệu tham khảo
1. Kỹ thuật ngược – Nguyễn Văn Tường,

Tạp chí máy móc và công cụ Việt Nam
2. Rapid Prototyping and Engineering
Applications – Frank W.Liou, CRC
press
3.
Bản quyền nội dung:
 Bài viết này do Hoàng Quang Huy, Ban Biên Tập MES Ezine viết. Bài viết được MES
Ezine biên tập, design và phát hành miễn phí cho độc giả của MES Ezine.
 MES Ezine không khuyến khích việc phát hành lại nội dung trong bài viết mà không kèm
theo ghi chú tên tác giả và đường link .
Ghi chú:
 Bài viết có thể đi kèm 1 vài dòng text nhỏ quảng cáo cho các dịch vụ của MES Ezine.
 Mọi chi tiết về các dịch vụ khác của Ezine, bao gồm dịch vụ quảng cáo trên Tạp chí điện tử
và dịch vụ xây dựng website, xin vui lòng xem tại
 Mọi thắc mắc hoặc tin nhắn có thể gửi đến email: hoặc gọi điện thoại
đến số máy 04 296 2810 (hotline 097 969 2810). Chúng tôi sẽ liên lạc lại trong thời gian
sớm nhất.
MES Ezine - Trang tin điện tử chuyên ngành cơ khí - vật liệu - luyện kim - tự động hóa
- máy móc - công cụ - thiết bị công nghiệp số 1 tại Việt Nam