TỔ CHỨC GIẢNG DẠY CÁC MÔN CADCAM CHUYÊN NGÀNH Ở CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHỐI KỸ THUẬT

TỔ CHỨC GIẢNG DẠY CÁC MÔN CADCAM CHUYÊN NGÀNH Ở CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHỐI KỸ THUẬT; TỔ CHỨC GIẢNG DẠY CÁC MÔN CADCAM CHUYÊN NGÀNH Ở CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHỐI KỸ THUẬT; TỔ CHỨC GIẢNG DẠY CÁC MÔN CADCAM CHUYÊN NGÀNH Ở CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHỐI KỸ THUẬT; TỔ CHỨC GIẢNG DẠY CÁC MÔN CADCAM CHUYÊN NGÀNH Ở CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHỐI KỸ THUẬT

Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật, số 21(2011) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh TỔ CHỨC GIẢNG DẠY CÁC MÔN CAD/CAM CHUYÊN NGÀNH Ở CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHỐI KỸ THUẬT TEACHING CAD/CAM AS MAJOR SUBJECT AT TECHNICAL COLLEGE Ngô Anh Tuấn Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM TÓM TẮT Nếu xem việc giảng dạy môn CAD/CAM chuyên ngành trình thực tập thiết kế, sản xuất hệ thống công nghiệp, trường kỹ thuật sử dụng phương pháp sư phạm phù hợp đúc kết từ nhiều đơn vị đào tạo chuyên môn Để tạo điều kiện học tập tốt cho SV, cần phải phân chia mảng kiến thức phức tạp thành nhiều phần phù hợp với lực SV điều kiện thực tế đơn vị Việc định hướng cho sinh viên học tập môi trường làm việc hệ thống giúp em có đủ kỹ cần thiết để xử lý tình thay đổi cơng nghệ diễn liên tục Chiến lược học tập qua tập xuyên suốt giúp Sinh viên có khả liên kết khái niệm với tình thực tế, giúp em xây dựng kỹ hoạch định phân bố nguồn lực, quản lý công việc kỹ quản lý vấn đề sản xuất Giảng dạy CAD/CAM trường kỹ thuật thông qua dự án thực tạo động lực học tập, xây dựng mối quan hệ hợp tác gắn kết kiến thức nhà trường yêu cầu xã hội Từ khoá: giảng dạy CAD/CAM, chiến lược học CAD/CAM, dạy học khối kỹ thuật, gắn kết kiến thức nhà trường yêu cầu xã hội ABSTRACT By looking at teaching CAD/CAM as practicing in an industrial system we can use pedagogical methods from the well-developed discipline organization Practicing in an industrial system breaks a complex field down into attainable steps, showing how learning strategies and attitudes can enhance mastery Balancing the realistic emphases of organizational analysis, communicative intent and contextual application can address different learning styles Guiding students in learning approaches from systematic study will equip them to deal with constantly changing technology Practicing learning strategies on realistic projects provides the ability to connect concepts to actual situations, drawing on resource-usage, task management, and problem management skills Including collaborative aspects in these projects provides the motivation of a real audience while linking academic study to practical concerns Keywords: Teaching CAD/CAM, CAD/CAM learning strategy, linking academic study to practical concerns Tổ chức giảng dạy môn cad/cam chuyên ngành trường đại học khối kỹ thuật GIỚI THIỆU Ngày nay, thời buổi cạnh tranh khốc liệt mang tính tồn cầu, nhà sản xuất ln ln tìm cách giới thiệu sản phẩm với tính đa dạng, chất lượng cao, giá thành hạ thời gian giao hàng ngắn Điều thực với tính tốn tối ưu hệ thống CAD/CAM hoàn chỉnh Tuy nhiên, đa dạng giải pháp phần cứng phần mềm đặt cho trường đại học khối kỹ thuật nước ta tốn khó việc lựa chọn cơng cụ tổ chức giảng dạy môn CAD/ CAM chuyên ngành Để giải vấn đề trên, phải quan tâm đến việc tổ chức giảng dạy môn học CAD/CAM trện hệ thống thiết bị dạy học, thiết bị sản xuất hoàn chỉnh, phù hợp với khả đơn vị phải tuân theo nguyên tắc sư phạm chuyên biệt môn học 1.1 Các môn học CAD/CAM CAD (Computer Aided Design) thiết kế với hỗ trợ máy tính Trong giảng dạy môn CAD, Giảng viên (GV) hướng dẫn sinh viên (SV) sử dụng máy tính phần mềm CAD AutoCAD, Pro/E, … để thiết kế từ chi tiết máy đến hệ thống thiết bị hoàn chỉnh, từ kết cấu đơn giản đến kiến trúc phức hợp nhà đại Các phần mềm CAD phần mềm đồ họa mạnh mẽ với tính tốn phức tạp, địi hỏi phải có xử lý mạnh hình có độ phân giải cao Các phần mềm CAD thường tích hợp modul CAE giúp phân tích, đánh giá thiết kế kỹ thuật để trợ giúp kỹ sư thiết kế tối ưu hóa thiết kế kỹ thuật Với CAD tạo vẽ kỹ thuật hồn chỉnh với đầy đủ thơng tin kỹ thuật mơ hình hình học 3D sản phẩm Hơn nữa, thiết kế CAD dùng cho ứng dụng CAM sau cho phép tiết kiệm thời gian cách đáng kể giảm sai số gây phải xây dựng lại mơ hình sản phẩm cần thiết kế lại phần mềm CAE (Computer Aided Engineering) kỹ thuật để phân tích, đánh giá mơ hình CAD với trợ giúp máy tính, cho phép người thiết kế mô hoạt động sản phẩm chế độ thực để từ tinh chỉnh tối ưu thiết kế sản phẩm Các công cụ CAE tương đối đa dạng, đáp ứng cho nhiều nhu cầu phân tích, đánh giá sản phẩm Hình 1: Mô ứng suất chuyển vị với Pro/ Mechanica CAM (Computer Aided Manufacturing) quản trị điều khiển gia công/sản xuất trợ giúp máy tính CAM cho phép kỹ sư dựa mơ hình CAD có, xây dựng qui trình cơng nghệ gia công, lập kế hoạch sản xuất, mô q trình gia cơng tạo chương trình gia cơng dạng mã G&M tối ưu hoá cho máy CNC định 1.2 Tình hình giảng dạy môn CAD/CAM Cho đến nay, trường đại học khối kỹ thuật, môn học CAD thường giảng dạy để hỗ trợ cho công tác thiết kế chế tạo kỹ sư tương lai Nếu trước trường thường sử dụng phần mềm AutoCAD giảng dạy cho tất ngành ngày ngành có mơn CAD với phần mềm CAD chuyên ngành Việc giảng dạy môn học CAD trường đại học khối kỹ thuật chia làm mảng: CAD bản, CAD chuyên ngành CAD/CAM Ta thấy rõ môn CAD/CAM thường tổ chức giảng dạy cách rời rạc phân chia chương trình học CAD bản, CAD chuyên ngành, sau CAD/CAM phân bố chủ quan việc giảng dạy thuộc môn Khoa khác Hệ phân chia làm sinh viên nhiều thời gian làm quen lại, học lại, kiến thức học có nhiều phần khơng sử dụng, kỹ Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật, số 21(2011) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh có liên quan đến họ chi tiết nhưng giai đoạn chuyên ngành thiết kế sản xuất họ chi tiết khác Việc giảng dạy môn học CAD thường không gắn kết ý tưởng thiết kế với việc gia công sản phẩm Cách dạy làm cho SV kỹ phát triển ý tưởng theo tình hình thực tế, khơng hình dung mối quan hệ thiết kế gia công làm giảm khả sáng tạo thiết kế mang tính thực tế Ngồi ra, số trường hợp SV khơng có tư sáng tạo qui trình cơng nghệ mà có tư sáng tạo rời rạc thiết bị Trên thực tế hệ thống CAD/CAM đóng vai trò quan trọng sản xuất dựa hệ thống điều khiển số, đặc biệt lĩnh vực chun mơn hóa cao Hiện nay, CAD/CAM ứng dụng phổ biến ngành có liên quan đến thiết kế kiến trúc, kỹ thuật dân dụng, kỹ thuật điện, kỹ thuật khí, Chính việc dạy mơn CAD gắn kết từ đầu với ý tưởng gia công với hệ thống CAM thiết kế gia công hệ thống CAD/ CAM tích hợp xu hướng tất yếu cho việc đào tạo lực lượng kỹ sư công nghệ có chất lượng cao [3] [4] TỔ CHỨC GIẢNG DẠY CAD/CAM TRÊN CÁC HỆ THỐNG DẠY HỌC, HỆ THỐNG SẢN XUẤT SẲN CĨ 1.1 Xác định vị trí môn học CAD/CAM hệ thống môn học Trước bắt đầu giảng dạy, GV cần xác định vị trí mơn học q trình sản xuất cơng nghiệp hồn chỉnh từ điều kiện đặt ban đầu, phân tích tình hình thực tiễn, lên ý đồ thiết kế, mơ hình hố, chế tạo, lắp ghép, kiểm tra, Để làm rõ điều GV cần giảng rõ cho SV qui trình sản xuất sau: - Tìm hiểu đặc tính sản phẩm cần thiết kế, thu thập thông tin môi trường hoạt động, điều kiện vật lý tác động lên sản phẩm - Sàng lọc đưa ý tưởng thiết kế - Phân tích dự đốn vấn đề xảy - Lên phương án thiết kế cụ thể dùng CAD - Xây dựng mơ hình lắp ráp 3D sản phẩm từ chi tiết thiết kế với CAD - Phân tích điều kiện vật lý tác động, phân tích kết cấu, phân tích dao động, phân tích động học cấu, (CAE) - Từ kết phân tích đánh giá bước trên, tiến hành hiệu chỉnh lại thiết kế để có thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh - Xây dựng chương trình gia cơng phần mềm CAM từ mơ hình CAD hồn chỉnh - Hiệu chỉnh liệu gia cơng có từ CAM (lựa chọn dụng cụ gia cơng, chế độ gia công, đường chạy dao tối ưu, ) - Xuất chương trình gia cơng, liệu gia cơng hoàn chỉnh - Tiến hành chế tạo, sản xuất sản phẩm - Kiểm tra sản phẩm theo yêu cầu đặt [3] 1.2 Những nguyên tắc giảng dạy CAD/CAM chuyên ngành Các môn học CAD/CAM mẻ nên phương pháp giảng dạy chưa nghiên cứu kỹ Các cơng trình nghiên cứu cho thấy nguyên tắc cần phải tuân thủ trình giảng dạy CAD/CAM sau: - Khơng phải người có khả tư môi trường 3D nhau, việc chuyển đổi mô từ 2D sang 3D cần thiết trường hợp - Việc mô 3D có tác dụng việc quan sát điều chỉnh sản phẩm cục chưa phải đầy đủ Mô động học sản phẩm mục tiêu giảng dạy CAD/CAM chuyên ngành - Phần mềm CAD thơng dụng dễ học làm nhiều việc lại bất tiện xây dựng cấu trúc phức tạp Do việc dạy CAD cần kết hợp dạy CAD thông dụng CAD chuyên ngành để làm rõ đặc điểm công cụ phần mềm 4 Tổ chức giảng dạy môn cad/cam chuyên ngành trường đại học khối kỹ thuật - Phần mềm CAM tạo xuất chương trình gia cơng cách tự động dựa định qui trình cơng nghệ người sử dụng không tự động chọn loại dao cụ, đường chạy tối ưu, chế độ gia cơng Chính SV cần phải có kiến thức tảng vững chuyên ngành qui trình gia cơng chế tạo - Tích cực hóa người học cách cho điểm chi tiết sản phẩm làm yêu cầu nhóm SV trình bày sản phẩm Mức độ “cạnh tranh” trình bày tạo động lực thúc đẩy SV học tập - Hãy để SV tự chọn mức độ phức tạp tập cách cung cấp nhiều nhóm tập từ dễ đến khó, nhóm tập có nhiều dạng khác độ phức tạp ngang - Trước làm tập nên cho SV xem đoạn mô q trình thiết kế - chế tạo CAD/CAM có liên hệ đến nhiệm vụ cần hoàn thành - Các tập xây dựng sản phẩm mẫu thật mô tả kỹ lưỡng - Để tiếp cận nhanh với điều kiện sản xuất thực tế, giảng tập phải xếp theo chuỗi chế tạo sản phẩm hoàn chỉnh Sau tập, chi tiết phải lắp thử với để đảm bảo độ xác lắp ráp - Đầu tiên, nên để SV tự học theo tốc độ khả người, SV có dư thời gian nên khuyến khích sáng tạo thêm Càng cuối môn học SV cần phải làm quen dần với áp lực thời gian tiến độ trình bày thiết kế - Những SV có kinh nghiệm học CAD thường thích mơ hình phức tạp đại mơ hình truyền thống hệ thống giảng tập cần phải xếp theo trình tự từ đơn giản đến phức tạp từ truyền thống đến đại [1] [5] 1.3 Tích hợp giảng dạy CAD/CAM phần mềm phổ biến cho môn chuyên ngành Như phân tích trên, để tránh thời gian cho SV đạt hiệu cao giảng dạy, việc tổ chức giảng dạy nên theo giai đoạn sau: - CAD với khái niệm kỹ thuật định hướng chuyên ngành - Kết hợp chặt chẽ CAD/CAM, trọng đến giai đoạn xuất liệu để sản xuất máy chuyên dụng Mỗi ngành có kỹ thuật CAD khác với cơng cụ chuyên biệt, cách đào tạo tốt dạy phần mềm CAD phổ biến dễ sử dụng AutoCAD kết hợp với CAD chuyên ngành Trong trình giảng dạy, kỹ thuật công cụ chung CAD dạy qua phần mềm AutoCAD lẫn phần mềm chuyên dụng, nên dùng AutoCAD để dạy khái niệm trước dùng CAD chuyên dụng để thực lại Đối với thiết kế mang tính chuyên biệt nên sử dụng CAD chuyên ngành để giảng dạy phát huy tác dụng làm cho SV nhận thức sâu Việc tích hợp CAD/CAM từ đầu tạo cho SV khái niệm suy nghĩ thực tạo sản phẩm thực Muốn giảng cần tích hợp đầy đủ yếu tố sau: - Luôn cho hiển thị mẫu thiết kế khơng gian 3D CAD cịn cho phép xem góc độ chi tiết bên khối bao chúng Kinh nghiệm cho thấy, khả tư không gian SV khác nên giảng mình, GV cần lưu ý tận dụng chức nhiều tốt - Trong lúc giảng cách thiết kế mơ hình, GV nên sử dụng cơng cụ vẽ 2D CAD để xác định nhiều mặt cắt (mặt cắt ngang) sản phẩm 3D Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật, số 21(2011) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh - Lựa chọn phương án gia cơng tối ưu giám sát thiết bị trình sản xuất [1] mức độ thiết kế cần thể qua dạng tập sau: 2.4.1 Bài tập thiết kế cấu trúc theo thư viện mẫu Hình 2: thiết kế cấu trúc vật chứa cấu trúc không gian 3D phần mềm ArtiosCAD - GV nên hướng dẫn chi tiết cho SV cách tính tốn mơ sử dụng phần mềm phân tích dựa vào đặc tính cơng nghệ sản phẩm kết hợp mơ hình 3D Kết phân tích vấn đề tiềm ẩn thiết kế Từ SV sửa đổi thiết kế đưa phương án thiết kế khả thi để sản phẩm thích ứng với điều kiện vật lý thực tế bên - Khi nộp cho GV, file thiết kế theo định dạng CAD chuẩn, SV phải nộp kèm file mơ hình CAD 3D Nếu sinh viên học lắp ráp cần nộp mô hình CAD 3D mơ tả tồn q trình lắp ghép phận với Mơ hình CAD 3D phải phương án thiết kế tối ưu sau tính tốn mơ với điều kiện vật lý tác động từ thực tế [1] [3] 1.4 Phân định rõ mức độ ứng dụng CAD/ CAM thiết kế Trong môi trường làm việc chuyên ngành, để SV có điều kiện tiếp cận với công cụ kỹ thuật thiết kế cần phân định rõ mức độ thiết kế kết hợp CAD/CAM: Một số GV cho việc thiết kế nên việc sinh viên phải tự tạo thiết kế theo mẫu Xét quan điểm hiệu cơng việc, điều khơng có nhiều kết cấu xây dựng từ kết cấu chung Nhiệm vụ SV tối ưu hóa thơng số kiểu thiết kế nhằm đưa thiết kế dạng mẫu chung dạng mẫu riêng biệt Xét quan điểm nhận thức, thao tác điều chỉnh hình dạng thơng qua số liệu thao tác giúp SV luyện tập tư không gian chiều để điều chỉnh thông số tính tốn lí thuyết Các thư viện thiết kế phần mềm CAD giúp SV nhanh chóng tạo mẫu thiết kế độc đáo SV thiết kế dễ dàng linh động qua thao tác, công cụ tối ưu hố Thơng qua thao tác điều chỉnh số liệu liên tục theo dạng tập thiết kế, em nhận khiếm khuyết mẫu có sẵn nhận thức ý nghĩa công cụ điều chỉnh tập [1] Các tập dạng tạo hoàn toàn mẫu thiết kế từ danh sách kiểu có sẵn thêm thay đổi hình dạng cấu trúc kết cấu Mẫu thiết kế SV phải đảm bảo có đầy đủ yêu cầu vẽ kỹ thuật sản phẩm thiết kế - Ứng dụng thư viện sẵn có phục vụ cho việc thiết kế xuất liệu sản xuất đến thiết bị chế tạo, sản xuất - Chỉnh sửa thiết kế không phù hợp xuất liệu sản xuất đến thiết bị chế tạo, sản xuất - Thiết kế cho mẫu chưa có xuất liệu sản xuất đến thiết bị chế tạo, sản xuất Hình 3: Thư viện cấu trúc mẫu theo chuẩn ISO phần mềm ArtiosCAD Tổ chức giảng dạy môn cad/cam chuyên ngành trường đại học khối kỹ thuật 2.4.2 Bài tập thiết kế cấu trúc từ công cụ phần mềm CAD Dạng tập yêu cầu SV phải biết chọn lựa công cụ cần thiết để xây dựng cấu trúc từ đơn giản đến phức tạp Khi tập dạng này, GV cần lưu ý: - Phối hợp tập lại với cho sản phẩm tập phần khối cấu trúc hồn chỉnh, ví dụ nhà, , cụm chi tiết máy hoàn chỉnh … - Các công cụ phải sử dụng nhiều lần nhiều mức độ khác tập Lưu ý SV đặc điểm phần mềm CAD cho phép tạo mẫu thiết kế lần lại sử dụng nhiều lần cho mẫu thiết kế có kích thước khác Những mẫu thiết kế tạo thêm vào danh sách mẫu có sẵn để tạo thành thư viện đưa lên trực tuyến [5] 2.4.3 Bài tập kiểm tra điều chỉnh cấu trúc mẫu không gian ảo 3D: Phần lớn nhà thiết kế muốn nhìn thấy hình ảnh mẫu thiết kế sau hồn tất cơng đoạn sau thiết kế xong Không phải tất SV biết kiểm tra không gian ảo 3D việc kiểm tra phụ thuộc vào tư 3D SV Trong dạng tư ln có chuyển đổi số liệu từ 2D sang 3D ngược lại nên tạo số bất cập không luyện tập 2.4.4 Bài tập liên kết chức phần mềm chuyển đổi qua lại phần mềm Một khiếm khuyết SV sau tốt nghiệp không liên kết kiến thức kỹ có với hệ thống thiết kế khác Để khắc phục tình trạng tập liên kết cần thể đặc tính sau: - Kết nối liên kết mẫu thiết kế để xác định vị trí, kiểm tra, đo đạc xuất - Các kết cấu, cấu trúc thiết kế CAD nên biểu diễn khơng gian 3D cần phân tích, đánh giá thiết kế kỹ thuật (CAE) Khi mở ra, file thiết kế sẳn sàng để để xây dựng q trình gia cơng CAM xuất đến máy CNC Ngồi ra, thiết kế lưu lại với định dạng CAD chuẩn thuận tiện cho việc trao đổi liệu phần mềm IGES, STEP, DDES, CFF2, DXF, HP-GL EPS, …) [5] Trong trường hợp đào tạo nâng cao, chức liên kết phải kết nối với hệ sở liệu để tính tốn ngun liệu tối ưu hóa giá thành sản phẩm cho SV luyện tập 2.4.5 Bài tập sản xuất thử Trong trình thực đồ án môn học, SV cần phải dùng công cụ CAM để hỗ trợ cho trình sản xuất tùy thuộc vào pha sản xuất, cụ thể sau: - Đối với pha lập quy trình sản xuất, kỹ CAM sau cần phải có: lập quy trình cơng nghệ chế tạo, phân tích chi phí, đặc điểm kỹ thuật công cụ vật liệu - Pha lập trình gia cơng chi tiết cần có cơng cụ lập trình NC Hình 4: Kiểm tra hộp gấp không gian 3D phần mềm ArtiosCAD - Pha kiểm tra cần phần mềm kiểm tra Qua tập này, SV có thêm nhiều điều kiện nhìn lại thiết kế để kiểm chứng khác biệt lí thuyết thực tiễn Từ tích luỹ dần kinh nghiệm thiết kế hướng đối tượng tự điều chỉnh tư thiết kế cho phù hợp KẾT LUẬN Giảng dạy CAD/CAM chủ đề phức Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật, số 21(2011) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh tạp Nó u cầu SV phải có khả tư 3D khả tưởng tượng lắp ráp không gian thiết kế đối tượng Tùy thuộc vào cấp độ khả người học mà GV phải thiết kế chương trình giảng dạy CAD/CAM khác Việc tổ chức giảng dạy CAD/CAM cần cải tiến để đạt hiệu cao cơng nghệ phát triển, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm GV việc tổ chức đào tạo chưa trọng đến tính hệ thống sản xuất cơng nghiệp Vì để việc dạy học mơn có hiệu quả, việc nắm nguyên tắc sư phạm nhà trường cần phải tổ chức đào tạo theo nguyên tắc kết hợp hướng đối tượng để SV có điều kiện làm quen với việc sản xuất từ đơn giản đến phức tạp hình thành kỹ giải “độ vênh“ ý tưởng thiết kế điều kiện sản xuất thực tiễn TÀI LIỆU THAM KHẢO Chin Pei Tang, Zhendan Xue and Yao Wang, “On Teaching CAD/CAE Applications Course,” Journal of online engineering education, vol 2, no 1, University of Texas at Dallas, 2001 Mayer, R E., Multimedia learning New York: Cambridge University Press, 2001 Nancy Yen-wen Cheng, “Teaching CAD with Language Learning Methods Representation and Design.” Proceedings of the Association for Computer Aided Design in Architecture (ACADIA), Cincinnati, Ohio, University of Oregon, 1997 Website Meslab, Hiểu đủ hệ thống CAD/CAM/CNC http://www.meslab.org/mes/threads/22549hieu-dung-va-du-ve-he-thong-cad-cam-cnc, 14/12/2011 Forums Website productdesign, Teaching & Learning of CAD 3D modelling packkage http://www.productdesignforums.com/ topic/12758-teaching-learning-of-cad-3dmodelling-packages/, 14/12/2011