Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

10 2.1 Các công việc cơ bản trong hoạt động thiết kế: 2.4 Thiết kế thông 2.5 Tổng hợp thiết kế: C - Ứng dụng để chuẩn hoá module trong công nghiệp tau thay 3.1 Xu hướng phát triển sản

Trang 1

TỔNG CÔNG TY CÔNG NGHIỆP TÀU THỦY VIỆT NAM CƠNG TY CƠ KHÍ - ĐIỆN - ĐIỆN TỬTÀU THỦY

Chương trình KHCN cấp nhà nước KC 06

"UNG DUNG CONG NGHE TIEN TIEN TRONG SAN XUAT SAN PHAM XUẤT KHAU VA SAN PHAM CHU LUC”

DỰ ÁN

CHẾ TẠO MỘT SỐ PHẦN TỬ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN, ĐO LƯỜNG QUAN TRỌNG TRÊN TÀU THỦY

Trang 2

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

MỤC LỤC

A - Téng quan về phát triển sản phẩm và thiết kế tích hợp:

1,1 Các nguyên tắc cơ bản trong phát triển sản phẩm:

1.2 Phân biệt giữa sản phẩm có cấu trúc module và sản phẩ

12.1 Khái niệm về module và khối 12.2 So sánh sẵn phẩm có cấu trúc module và sdn ph u trúc tích hợp: Na ae có cẩu trúc tích hợp:

B- Một số phương pháp hiện đại thiết kế tích hợp mạch điều khiển: 10

2.1 Các công việc cơ bản trong hoạt động thiết kế: 2.4 Thiết kế thông 2.5 Tổng hợp thiết kế:

C - Ứng dụng để chuẩn hoá module trong công nghiệp tau thay

3.1 Xu hướng phát triển sản phẩm điện, điện từ:

Trang 3

Phương pháp thiéi âu khiển và ứng dựng PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TÍCH HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN VA UNG DUNG

A - Tổng quan vẻ phát triển sản phẩm và thiết kế tích hợp:

Lịch sử phát triển của loài người chứng minh rằng nhiều quá trình được phát

triển theo hình xốy trơn ốc, với mức độ ngày càng hoàn chỉnh, sâu sắc hơn Mốt

là một ví dụ điển hình, và sắn xuất là một ví dụ khác Trong sản xuất, chế tạo, một

thời những yêu cầu về việc chế tạo các sản phẩm có nhiều chức năng được đặt ra

như những ưu tiên hàng đâu, đó là vì khách hàng mong muốn có sản phẩm “da chúc năng” Sau đó lại xuất hiện yêu cầu về việc “chuẩn hođ” các chỉ tiết, các cụm chỉ tiết, hoặc thậm chí các sản phẩm, để thoả mãn các yêu cầu đa dạng và thay đổi nhanh chóng của khách hàng, và vì thế, chúng duoc “module hod” Lại đến một giai đoạn xuất hiện phổ biến các nhu cầu vẻ các sản phẩm được rích hợp nhiều chức năng tiên tiến nhất, trong một cấu hình chặt chẽ Tuy vậy, việc module hoá hay tích hợp hố khơng phải chỉ là các giải pháp hay xu hướng riêng rẽ với các ưu, nhược điểm của mình Thị trường sản phẩm phức rạp trong thế kỷ 21 đòi hỏi khả năng cung ứng nhanh chóng trong phạm vỉ toàn câu các sản phẩm theo yêu câu đa dang, doi khi là “độc” của khách hàng, do đó việc kết hợp các giải pháp khác nhau là một yêu cầu khách quan Và việc zích hợp các module đã được chuẩn hoá là một

xu hướng tất yếu Việc phát triển các sản phảm mới có thể tiến hành nhanh và

thuận lợi hơn bằng cách tích hợp, tức là “trộn” và “ghép” các module

Sự kết hợp giữa thiết kế module và thiết kế tích hợp rạo ra khả năng kết hợp tốt

hơn giữa các ưu điểm của các nhà cung cấp bộ phận cấu thành và các nhà chế tạo 'Việc phân tách các sản phẩm ra các module được chuẩn hoá tạo điều kiện cho các nhà cung cấp bộ phận cấu thành có thể chuyên môn hoá, tập trung hoá cao độ để sản xuất một khối lượng lớn sản phẩm là một vài module đã được chuẩn hoá, bởi

thiết kế (cả thiết kế sản phẩm và thiết kế sản xuất) đều đã được đơn giản hoá

Trong khi đó, hãng chế tạo lại có điều kiện tập trung vào việc tích hợp các sản phẩm module chuẩn đố, và tạo ra các sản phẩm đa dạng, có thể thoả mãn yêu cầu khác nhau của người tiêu dùng

Khái niệm module hoá đã và dang được sử dụng rộng rãi rong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ chế tạo (ví dụ đồ vật module, máy móc module) cho tới thiết kế các

sản phẩm cơ khí và điện tử, và các phần mềm Một trong những ví dụ ấn tượng

nhất về module hoá trong thiết kế công nghiệp là sản phẩm máy bay Boeing 777 Một ví dụ khác về hiệu quả mạnh mẽ của thiết kế chuẩn hoá module chưa được công bố rộng rãi là panel đo lường của hãng Nippondenso Panel đo lường cũ đã

được thiết kế lại với 6 module chuẩn Qua quá trình thiết kế lại thì số lượng bộ

phận đã được giảm đáng kế, ví dụ, số lượng bộ điều chỉnh điện áp (volage

Trang 4

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

regulators) đã giảm từ 20 xuống 3; số lượng lưỡng kim (bimeral) giảm từ 8 xuống

4, v.v Việc phối hợp 6 module đã rạo ra 288 mau khác nhau, trong đồ có khoảng 40 mẫu đã được sử dụng trong sản xuất Tuy module hoá có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp và dịch vụ khác nhau, nhưng cơ sở khoa học của nó thì hầu như không tồn tại, đặc biệt là trong thiết kế công nghiệp Một cách

lý tường, việc tạo ra 1 mẫu module cần phải đủ khái quát để nhà thiết kế có thể tạo

ra các module thuộc các loại khác nhau (ví dụ các module cơ khí, điện và các module phần mềm), tại bất cứ một giai đoạn nào của vòng đời sản phẩm, từ khái niệm tối loại bò hoặc phục hỏi, tái chế, Dù chúng ta mong muốn tạo ra các module từ giai đoạn đầu của quá trình thiết kế, nhưng rất có thể thông tin cần thiết

để tạo ra các module đó lại chưa có Do đó, các module được rạo ra trong những

giai đoạn đầu của quá trình thiết kế không đáp ứng được các đòi hỏi có thể xuất hiện sau đó trong quá trình thiết kế Hiện nay, khó khăn nhất của việc chuẩn hoá module là một số hạn chế chủ yếu sau:

-_ Hiểu biết nghèo nàn về các van dé module hoá;

~_ Thiếu cơ sở lý thuyết và công cụ để định ra các module từ một viễn cảnh rộng lớn;

-_ Nhiều nhà thiết kế bi quan về ưu điểm của chuẩn hoá module do chưa có ai

có thể chỉ ra cho họ thấy một cách rõ ràng các lợi điểm của nó

Như vậy, có thể thấy rằng chuẩn hoá module còn có nhiều hạn chế vẻ mặt khoa

học, và cả thực tiễn thiết kế Vì thế, việc phát triển sản phẩm tích hợp (Tntegrated

Product Development - IPD) cũng là một xu hướng chủ yếu trong sản xuất thông

minh (Tarelligent Manufacruring) Phát triển sản phẩm tích hợp dựa trên cơ sở thiết kế tích hợp của các sản phẩm và việc chế tạo chúng cũng như các quá trình hỗ trợ

Phát triển sản phẩm tích hợp không phải là vấn đẻ quyết định khả năng chế tạo

duge (producibility), khả năng thử nghiệm được (tesrabiliry), khả năng hỗ trợ được (supporrability) và chất lượng (qualiry) của sản phẩm sau khi nó đã được thiết kế;

hoặc là tập trung vào mục số liệu liên quan; hoặc là việc thử nghiệm mờ rộng để

cải thiện chất lượng hay tính tin cậy Các cách tiếp cận này kéo đài việc thiết kế

vòng đời, tăng giá thành phát rriển sản phẩm và có thể không tạo ra phương pháp tối ưu để sản xuất và hỗ trợ sản phẩm Thay vào đó, tất cả mọi yếu tố cạnh tranh cần phải được xem xét từ rất sớm khi bắt dau việc phát triển sản phẩm và phải được thiết kế vào sản phẩm Thiết kế sản phẩm và quá trình cần phải được tích hợp để

đảm bảo cách tiếp cận tối ưu hơn cho sản xuất và hỗ trợ sản phẩm

Phần này trình bày những vấn đề cơ bản nhất trong việc phát triển sản phẩm và

thiết kế tích hợp hệ thống để thoả mãn yêu cầu khách hàng, với mục đích phục vụ

cho việc thiết kế chuẩn hoá module

Trang 5

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

1.1 Các nguyên tắc cơ bản trong phát triển sẵn phẩm:

Có thể khái quát các nguyên tắc cơ bản của phát triển sản phẩm như sau:

(a) Hiểu rõ khách hàng và các yêu cầu của họ Càng có quan hệ tốt hơn với

khách hàng, càng giao tiếp thường xuyên với họ, và phản hồi tốt hơn thì

càng hiểu rõ hơn những yêu cầu của khách hàng/người sử dụng Việc khách hàng tham gia vào phát triển sản phẩm làm tăng khả năng sản phẩm đáp ứng

được yêu cầu của họ và sự thành công của sản phẩm trên thị trường Các phương pháp như “Triển khai chức năng chất lượng” (Qualiy Funcion

Deploymenr) để định rõ các yêu cầu của khách hàng và chuyển các yêu cầu

đó thành các sản phẩm, các quá trình và các yêu cầu về chất lượng riêng biệt

Một khi các yêu cầu của khách hàng được định rõ thì bám theo đó và quản

lý chặt chế các yêu cầu đó, và dần dần mở rộng sự phát triển sản phẩm

(b) Lập kế hoạch và quân lớ việc phát triển sân phẩm Tích hợp nghiên cứu —

phát triển, phát triển sản phẩm, và quá trình đầu tư rrong chiến lược kinh

doanh nói chung Xác định ảnh hưởng , của thời gian cung cấp cho thị Trường (time-to-market) đối với việc phát triển sản phẩm, và xem xét thời gian và chất lượng như là các ưu thế cạnh tranh Phát triển một viễn cảnh dài hạn trong các chiến lược kinh doanh của việc đầu tư vào nghiên cứu-phát triển,

kỹ thuật và yếu tố quá trình Kết nối các kế hoạch đó để phát triển và nghiên cứu-phát triển nhân lực Tiến hành ít dự án phát triển hơn để có thể tập trung nhiều hơn các nguồn lực và làm giảm thời gian phát triển sản phẩm

(e) Sử dụng các nhóm phái triển sân phẩm để tạo thuận lợi cho việc sớm tham gia vào qúa trình và thiết kế song song (parallel design) Việc quản lý chương rrìnhiếp thị, sản xuất, vật tư, thử nghiệm, chất lượng và nhân lực hố

trợ sản phẩm sớm tham gia vào việc phát triển sản phẩm sẽ tạo ra một viễn

cảnh đa chức năng (multi-funetional perspeetive) và hỗ trợ việc thiết kế song song của sản phẩm và quá trình, giảm sự lặp lại thiết kế cũng như các vấn để

sản phẩm Việc sắp đặt theo thứ tự làm tăng giao tiếp và phối hợp giữa các

thành viên trong nhóm Các nhóm tự chỉ huy và được trao quyền đây đủ có

tính sở hữu mạnh hơn và rận tụy hơn đối với các đối tượng phát triển, tăng

cơ hội của việc thiết kế thành công vẻ mặt thời gian và kinh phí

(4) Tích hợp quá trình thiết k c thiết kế các quá trình chế tạo và hỗ trợ sản

phẩm phải được rích hợp với việc thiết kế các sản phẩm để tối ưu hoá các chỉ

tiêu, giá trị và giá thành vòng đời của sản phẩm Phát triển và ứng dụng các hướng dẫn về khả năng sản xuất được và tính hỗ ợ được và sử dụng các công cụ như thiết kế cho khả năng chế tạo/lắp ráp và các công cụ phân rích khả năng duy trì để cải thiện các thiết kế sản phẩm Tích hợp qui tắc thiết kế

và kinh doanh vào các quá trình thiết kế tự động

4

Trang 6

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

(e) Quân lý giá thành từ lúc bắt đầu Làm cho các thành viên của nhóm phát triển tham gia vào các kế hoạch và các để xuất cho sản phẩm mới hoặc

chương trình mới để có được sự tận tâm của họ Thiết lập các giá thành mục

tiêu và quản lý các mục tiêu đó Sử dụng các công cụ để dự kiến sản phẩm và giá thành, và xem các dự kiến giá thành đó như là một phản của việc ra

quyết định để quản lý giá thành một cách tích cực Quản lý giá phát triển

không lặp lại bằng một kế hoạch hiệu quả, tăng tiểu lời rủi ro thấp, và quản lý phạm vỉ dự kiến

(f) Làm cho các nhà cung cấp các nhà thâu phụ sớm liên quan với quá trình

phát triển sản phẩm Các nhà cung cấp biết rõ nhất công nghệ sản phẩm, ứng dụng sản phẩm và các giới hạn quá trình của họ Sử dụng sự thành thạo

này trong quá trình phát triển sản phẩm, và tối ưu hoá các thiết kế sản phẩm

để tạo ra “nhà máy ảo” bao gồm cả các nhà cung cấp đó Giảm cơ sờ cung cấp để tập trung nhiều hơn mối quan râm vào các quan hệ lâu dài và khích lệ việc liên quan sớm Giữ sự ổn định của lịch trình và cời mở để tăng đẻ xuất

từ các nhà cung cấp nhằm rạo ra sản phẩm tốt hơn với giá hạ hơn

(g) Phát triển các thiết kế vững mạnh Kỹ thuật chất lượng và các kỹ thuật tio cậy, như Thiết kế của Thực nghiệm (Design of Experiments), FMECA,

v.v cung cấp một cách hiệu quả để hiểu rõ vai trò và mối quan hệ tương hỗ của sản phẩm và các thông số quá trình với một đặc tính chất lượng dẫn

tới các thiết kế vững mạnh và làm tăng độ tỉn cậy áp dụng các bài học đã

học được để tránh lặp lại các quá sai lầm trong qua khứ và tiến hành xem xét

thiết kế chính thức để đảm bảo rằng mọi vấn đẻ thiết kế và rủi ro đã được

xem Xét

(h)Tích hợp các công cụ CAE, CAD, CAM (CAE: Computer Aided

Engineering - Kỹ thuật với hỗ trợ của may tinh, CAD: Computer Aided Design - Thiết kế với hỗ trợ của máy tinh va CAM: Computer Aided Manufacturing - Chế tạo với hỗ trợ của máy tính) Các công cụ tích hợp CAE/CAD làm việc với mô hình sản phẩm số rạo thuận lợi cho việc thu

được sản phẩm, phân tích và cải tiến sản phẩm và dữ liệu thiết kế một cách

kịp thời hơn Tích hợp các công cụ CAM tạo thuận lợi cho thiết kế quá trình

với ír sai số hơn, độ chính xác cao hơn, và giảm thời gian chế tạo

(Ì) Mơ phỏng bằng điện tử hoạt động của sản phẩm và các qúa trình sản xuất Tầm mô hình chặt chế hơn bằng các phân tích khác nhau và kiểm tra chéo sẽ cho phép mô phòng điện tử Việc phân tích và các công cụ mô phòng như mạch mô phòng, phân tích nhiệt, phần mẻm mô phòng, v.v có thể dùng để

phát triển và cải thiện cả sản phẩm và quá trình thiết kế một cách không tốn kém Các công cụ đó cần phải được sử dụng sớm trong quá trình phát triển để phát triển một thiết kế kỹ càng hơn và giảm số lượng lặp lại thiết kế/xây

5

Trang 7

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

dựng và kiểm tra tốn thời gian cho mô phòng và phát triển các nguyên mẫu phát triển

(j) Tạo ra một cách tiếp cận phát triển hiệu quả và hợp bd (streamlined) Tao ra các nhóm phát triển sản phẩm gọn với nhiều kinh nghiệm và bao gồm các thành viên năng động Giảm thiểu số các nhóm phát triển và công việc điều

phối Tạo ra một môi trường làm việc ír quan liêu nhất, các nhóm phát triển sản phẩm đủ quyền hạn, và các hệ thống thường để hỗ trợ các đối tượng phát triển và cách tiếp cận trên cơ sở nhóm đó

(kj Cải tiến quá trình thiết kế một cách liên tục Sắp đặt lại quá trình thiết kế và

loại bò các bành động không tăng thêm giá trị Liên tục đặt câu hồi vì sao

công việc được thực hiện và làm sao có thể thực hiện tốt hơn Coi chất lượng là cơ sở cho việc ra quyết định Tích hợp liên tục các công cụ kỹ thuật, các hoạt động thiết kế và các phương pháp thông thường sẽ cải thiện quá trình

thiết kế Đầu tư cho dao mo va phát triển nhân lực để tăng năng suất

1.2 Phân biệt giữa sẵn phẩm có cẩu trúc module và sản phẩm có cấu trúc tích

hợp:

1.2.1 Khái niệm về module và khối:

Một sản phẩm có thể xem xét ở khía cạnh chức năng và khía cạnh vật lý Các

yếu tố mang tính chức năng của sản phẩm là hoạt động mang tính cá thể và các

biến đổi góp phân vào chất lượng sản phẩm Các yếu tố vật lý của sản phẩm là các phân, các bộ phận và các bộ phận phụ thực hiện một cách cơ bản các chức năng

của sản phẩm Các yếu tố vật lý của một sản phẩm đựoc rổ chức thành nhiều khối

vật lý chủ yếu Mỗi một khối là tập hợp của các bộ phận cấu thành mà chúng thực

hiện một số chức năng của sản phẩm Một khối có thé la mot rap hợp của các bộ

phận cấu thành có thể thay thế nhau mà chúng thực hiện các chức năng tương tự, trong trường hợp này thì các khối được gọi là module Cấu trúc của một sản phẩm là một sự sắp xếp theo hệ thống mà dựa vào đó các yếu tố chức năng của sản phẩm

được bố trí thành các khối vật lý và các khối ảnh hưởng lần nhau

Một đặc tính quan trọng của một cấu trúc sản phẩm là tính module Xem ví dụ

sau về 2 thiết kế khác nhau của một phần nội thất trong nhà, như chỉ ra ở Hình 1

Với thiết kế ở Hình l(a) thì có 2 loại chức năng là ngăn kéo và khoảng trống,

chúng được phân vào các module riêng biệt và trong thực tế được ghép với nhau để

tạo ra phần của nội thất trong nhà Cấu trúc module rõ nhất là một cấu trúc mà ở đó mỗi phần tử chức năng của sản phẩm được thực hiện bởi đúng một module, và

Trang 8

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

đến các module khác, do đó sản phẩm có chức năng chính xác Mỗi module cũng có thể thiết kế khá độc lập với các hệ thống khác

Một cấu trúc truyền thống được tích hợp rất khác với cấu wic module mo 1a 6

trên, được chỉ ra ở Hình 1(b) Một sản phẩm thể hiện một cấu trúc rích hợp thường được thiết kế để cực đại hoá một chỉ tiêu chất lượng nào đó, tuy vậy, việc sửa đổi

một thành phần hoặc một tính chất nào đó có thể đòi hỏi việc thiết kế lại rong

phạm vỉ rộng sản phẩm đó Việc thực hiện các yếu 16 chức năng có thể tiến hành với nhiều khối Ranh giới giữa các khối có thể khó xác định, hoặc thậm chí không

to tai

Một số yếu tố tạo ra nhu cầu thay đổi sản phẩm là: nâng cấp, thêm chức năng,

điều chỉnh, nhu cầu tiêu thụ, khả năng sử dụng uyển chuyến, tái sử dụng, Module cho phép thực hiện sự thay đổi đối với một số nhỏ các thành phần chức

năng được tách biệt của sản phẩm mà không nhất thiết ảnh hường đến việt rhiết kế

của các thânh phần còn lại Tuy vậy, việc thay thế một khối trong một sản phẩm

tích hợp có thể ảnh hưởng đến nhiều thành phần chức năng và đòi hỏi thay đối đối với nhiều khối liên quan

Hình 1: Hai thiết kế khác nhau của các phần rong một thiết bị nội thất

(a) Sử dụng 4 modules (b) Sử dụng 7 khối

1.2.2 So sánh sân phẩm có cấu trúc module và sản phẩm có cấu trúc tích hợp:

Cấu trúc của một sản phẩm là một tổ hợp mà các chức năng của sản phẩm được

phân bố vào các bộ phận cấu thành vẻ mặt vật lý bằng rổ hợp đó Khái niệm cấu

trúc sản phẩm bao gồm: (a) sự sắp xếp các phần tử chức năng, tức là cấu trúc của các hoạt động riêng rẽ có đóng góp vào chất lượng (performance) của sản phẩm;

(b) phép gán từ các phần tử chức năng vào các phản vật lý, tức là bộ phận cấu

thành nào thực hiện chức năng nào; và (c) đặc trưng của các giao diện giữa các bộ

Trang 9

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

phận cấu thành khác nhau, có thể là các nối tiếp và các quan hệ tương hỗ có tiếp

xúc (ví dụ hình học) hoặc không tiếp xúc (ví dụ bằng hồng ngoại)

Cấu trúc của sản phẩm có thể là module hoặc rích hợp, tùy thuộc vào 2 đặc tung sau: (a) Phép gán từ các yêu cầu vẻ chức năng vào các vật thể vật lý tạo hợp

thành sản phẩm, và (b) Mức độ “chia tách” (decougling) hoặc “tác động tương hố” (interaction) giữa các bộ phận cấu thành

"Trong cấu trúc module, các bộ phận cấu thành thực hiện một hoặc một vài phần tử chức năng (phép gán 1 - 1), và tác động tương hỗ của các bộ phận cấu thành

được định rõ Trong cấu trúc tích hợp có phép gán phức hợp giữa các phần tử chức

năng và các bộ phận cấu thành (có nghĩa là các bộ phận cấu thành thực hiện nhiều

phần tử chức năng), và tác động tương hỗ của các bộ phận cấu thành không được

định rõ và gắn kết với nhau (coupled)

Dé hiểu rõ hơn sự khác biệt giữa cấu tic module và cấu trúc tích hợp, cần xem

xét khái niệm về chất lượng sản phẩm Chất lượng sản phẩm ở đây được định nghĩa

là một sản phẩm đáp ứng một chức năng định trước như thế nào Các đặc trưng

điển hình vẻ chất lượng của sản phẩm là tốc độ, hiệu quả, độ chính xác, nhiễu và

tuổi thọ Ngoài ra, chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào kích cỡ, hình dạng hoặc số lượng của sản phẩm, và nói chung có thể làm tăng chất lượng sản phẩm bằng cấu

trúc tích hợp, nhưng không nhất thiết là cấu tric module

Các đặc tính của cấu trúc module và cấu trúc tích hợp được so sánh trong Bảng 1 Tuy nhiên, sản phẩm thường không đơn thuần là module hoặc rích hợp, mà

chúng liên quan đến một mức độ nào đó của tính module

Bảng 1: So sánh giữa cấu trúc tích hợp và module

Cấu trúc tích hợp Cấu trúc moduk

Một tích hợp của các bộ phận cấu thành thực hiện một số chức năng của

một sản phẩm được gọi là một khối

Một tích hợp của các bộ phận cấu thành thực hiện một số chức năng của một sản

phẩm được gọi là một module

"Tương tự như đối với cấu trúc module Các yếu tố chức năng của một sản phẩm

được thực hiện bằng nhiều hơn 1 khối

Một khối đơn thực hiện nhiều yếu tố

chức năng Một module thực hiện 1 hoặc một số yếu tố chức năng trong toàn bộ các yếu tố đó

Tác động tương hỗ giữa các khối được

định nghĩa không rõ ràng và có thể là

ngẫu nhiên đối với các chức năng Tác động tương hỗ giữa các module được

định nghĩa rõ và thường là cơ sở đối với

chức năng nguyên thủy của sản phẩm

Trang 10

Phương pháp thiéi âu khiển và ứng dựng nguyên thủy của các sản phẩm

Chất lượng sản phẩm có thể được tao ra

nhờ một cấu trúc tích hợp Chất lượng sản phẩm có thể không được

tao ra bởi cấu tric module

Thay đổi một khối trong một sản phẩm

tích hợp có thể ảnh hưởng nhiều yếu tố

chức năng và đòi hồi thay đổi nhiều

Thay đổi một số yếu tố chức năng tách biệt của sản phẩm có thể không ảnh hường tới thiết kế của các module khác

khối liên quan

Các đặc tính cấu trúc của sản phẩm có thể có liên quan khác nhau đến chiến

lược sản phẩm của một hãng Thực rế là cấu trúc module rö ra rhích hợp hơn khi

hãng sản xuất muốn, ví dụ, tập trung vào tính đa dạng của sản phẩm, sự thay đổi và sự chuẩn hoá, vì sản phẩm có cấu trúc module cho phép hãng sản xuất thay đổi sản phẩm bằng cách nâng cấp hoặc thêm các module mà không cân thay đổi phân còn lại, và do đó giữ cho việc thay đổi đó được “tách biệt” Trong khi đó, cấu trúc tích

hợp có thể phù hợp khi chất lượng sản phẩm là mối quan râm đầu tiên của hãng sản

Xuất

Do đó, các hãng có một phạm vi rộng rãi để lựa chọn cấu trúc của sản phẩm và các quyết định đó liên quan đến các yếu tố có quan hệ tối chiến lược của các hãng, và đặc biệt là tới chất lượng của sản phẩm, việc thay đổi sản phẩm, tính đa dạng của sản phẩm, tính chuẩn hóa của bộ phận cấu thành, khả năng chế tạo, và việc quản lý dự án Nói cách khác, các sản phẩm có thể có cấu trúc module hoặc tích

hợp là tùy thuộc vào chiến lược riêng biệt của hãng sản xuất

Vi vay, nhà thiết kế có sự tự do nhất định khi chọn một cấu trúc thích hợp để

thoả mãn mục tiêu của hãng sản xuất Ví dụ vẻ mô tô BMW RI100RS là một

trường hợp minh hoạ quyết định như thế đã được hình thành như thế nào trong thực tế, và những yếu tố nào ảnh hường đến nó Các mô rô luôn được thiết kế theo một

cấu trúc mà phần tử chức năng hố trợ cấu trúc được thực hiện bằng khung xe và bộ

biến đổi năng lượng bằng bộ truyền động Trong mô tô BMW R1100RS thì để loại

trừ sự dư thừa (trong trường hợp này là rrọng lượng và khối lượng) và để cải thiện

các đặc tính hoạt động liên quan kích cỡ, khối lượng, hình dáng, module truyền

động thực hiện cả các bộ phận chức năng hỗ trợ cấu trúc và biến đổi năng lượng Thiết kế như vậy được gọi là chia sẻ chức năng Do đó, trong khi thiết kế mô tô luôn luôn là module, thì rong mô rô BMW R1100RS cấu trúc tích hợp lại được ưa

thích hơn, để tối ưu hoá các đặc tính sản phẩm đặc biệt

Ví dụ về mô rô đó cho thấy rằng: một số sản phẩm có thể có cả hai cấu trúc,

module hoac tich hợp, tùy thuộc vào mong muốn của nhà thiết kế và vào các thông số mà nhà thiết kế muốn tối ưu hoá Cấu trúc rích hợp có thể phù hợp hơn cho việc

Trang 11

Phương pháp thiéi

âu khiển và ứng dựng

tối ưu hoá chất lượng sản phẩm, trong khi đó cấu trúc module lại phù hợp với việc

thay đổi, nâng cấp và đa dạng một cách dễ dàng hơn

Tuy vậy, cần nhấn mạnh 2 điểm sau:

(a) Các hệ thống module hoá khó thiết kế hơn các hệ thống tích hợp, bởi vì nhà thiết kế cần phải hiểu biết sâu về “hoạt động bên trong” của sản phẩm, để có

thể chia và phân rách các công việc thiết kế Từ quan điểm kỹ thuật, cấu trúc

module bảo đảm việc phân chia rõ ràng, hay là việc chia tách chính xác giữa

“các thông số thiết kế thấy được và bị che khuất” Các thông số thiết kế thấy

được là các thông số định rõ các module, các chức năng của chúng, và các giao điện của chúng: và người thiết kế của mỗi module cần biết rõ các yếu tố đó vì họ cần phải thiết kế phù hợp với chúng Các thông số bị che khuất chỉ liên quan đến các bộ phận cấu thành, và các nhà thiết kế của các bộ phận cấu thành khác không cân phải biết đến, vì các bộ phận cấu thành đó không ảnh hưởng đến các quyết định liên quan đến các module

(b) Việc thiết kế module cho phép “kết hợp lòng” (loose eoupling) các mối quan hệ tương hỗ giữa các bộ phận cấu thành ở mức độ thiết kế, và điều đó

khác với các mối quan hệ tương hỗ “chặt hoặc lòng” (tight or loose) wong

một sản phẩm thực tế Ví dụ, xem xét một máy tính cá nhân Thiết kế của

nó có thể có các mối quan hệ rương hỗ giữa các bộ phận cấu thành được kết

hợp lòng (loosely eoupled) mà trong đó các bộ phận cấu thành khác nhau (ví

dụ: vi xử lý) có thể được thay thế trong một phạm vi nhất định được quyết

định bởi cấu trúc, vào trong thiết kế máy tính mà không đồi hỏi việc thiết kế lại các bộ phận cấu thành khác

'Tuy vậy, các bộ phận cấu thành trong các máy tính vật lý phải được kết hợp

chặt (ghdly eoupled) sao ho tất cả các bộ phận cấu thành phải thực hiện

chức năng thống nhất để cho máy tính thực hiện chức năng như là một hệ thống

B- Một số phương pháp hiện đại thiết kế tích hợp mạch điều khiển:

Quá trình thiết kế công nghiệp ảnh hường ro lớn đến các yếu tố như thời gian

chuẩn bị và giá thành phát triển sản phẩm, các yếu tố này thường xác định lợi nhuận của sản phẩm trong thị trường cạnh tranh Để giảm thời gian chuẩn bị giá thành phát triển sản phẩm, vấn đẻ quan trọng là trước tiên cần phải mô tả quá trình thiết kế sao cho các kỹ thuật và các phương pháp mới có thể được nghiên cứu để

tăng tính hiệu quả của nó

Việc mô tả quá trình thiết kế đòi hòi cả quan điểm quá trình tự nhiên và cả

quan điểm qúa trình nhân rạo của việc thiết kế Quan điểm quá trình rự nhiên nhấn 10

Trang 12

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

mạnh các quá trình nhận thức và xã hội, như nhận dạng các nhu cầu của khách hàng, và thiết kế nhóm với viễn cảnh đa dạng Quan điểm quá trình nhân tạo nhấn

mạnh nhấn mạnh việc mô tả mang tính tượng rưng/hình Tượng và các qúa trình

bằng tay như mơ phỏng, rính tốn và lý luận Việc phát triển các phương pháp, công cụ và môi trường thiết kế để giúp các nhóm thiết kế đòi hỏi việc chú ý cần thận làm sao hai quan điểm đó tác động tương hỗ và bù trừ lẫn nhau

Phần này trình bày những công việc cơ bản trong thiết kế từ quan điểm quá

trình nhân rạo và phân tích ứng dụng của các cách tiếp cận (phương pháp) khác

nhau để hỗ trợ các công việc đó

2.1 Các công việc cơ bản trong hoạt động thiết kế:

Có 3 công việc cơ bản trong hoạt động thiết kế, đó là: lựa chọn thiết kế, thiết

kế thông số và rồng hợp thiết kế

Mục đích tổng quát của 3 công việc này là: với một mô tả đã cho của một thiết kế (các yêu cầu), cần tạo ra các mô tả mới của thiết kế (các bổ sung) bằng

cach tao ra các quyết định mà giảm một cách cơ bản không gian của các hiện thực

có thể của việc thiết kế Các công việc này được đặc trưng như sau:

Lua chon thiét kế: Công việc này liên quan đến việc lựa chọn một đối tượng thiết kế thoả mãn các yêu cầu thiết kế từ một nhóm được định rõ các lựa chọn Lựa chọn thiết kế đòi hồi kiến thức về các thuộc tính của các lựa chọn, các thuộc tính xác

định các yêu câu, và tiêu chuẩn lựa chọn để xác định tính tối ưu trong việc lựa

chọn Thuật ngữ đối tượng thiết kế được sử dụng với ý nghĩa chung, ví dụ việc lựa chọn một nguyên tắc làm việc cho một thiết bị, một loại vật liệu, hoặc một bộ phận cấu thành, một module chức năng, hoặc một thiết kế hoàn thiện

Thiết kế thông số: Công việc này liên quan đến việc xác định các giá trị hoặc các nhóm giá trị cho một nhóm xác định các biến, được gọi là các thông số thiết kế và

chúng xác định một thiết kế (kích thước, vật liệu, v.v ) sao cho đạt được các giá trị tối ưu cho các thông số mà đặc trưng cho các yêu cầu thiết kế (hoạt động, giá

thành, v.v ) Các giá trị của các thông số thiết kế cần phải thoả mãn các giới hạn

trong các biến số nảy sinh từ kỹ thuật được chun mơn hố và các nguyên tắc

khác Hình thức của các giới hạn này thay đổi về tính phức tạp, từ phương pháp

giải quyết vấn đề, đến các quan hệ lô-gíc, tới các phương trình vi phân từng phần

Tổng hợp thiét kế: Công việc này liên quan đến việc tạo hình thể cho các thực thể

như các kích thước nguyên thủy, các bộ phận cấu thành máy móc, các mẫu thông

số kết thành, hoặc các nguyên lý trừu rượng của một phạm vi để định nghĩa một

cấu trúc hệ thống mà thoả mãn các yêu cầu thiết kế Các yêu cầu thiết kế định rõ

hành vị của thiết kế, và các tiêu chuẩn để đánh giá tính tối ưu (chẳng hạn cực tiểu

giá thành) của một cấu trúc hệ thống Kiến thức về các thiết kế trước đó, và các

i

Trang 13

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

nguyên tắc vẻ kỹ thuật và các nguyên tắc khác định rõ các giới hạn thực sự cho hành vi và cấu trúc

'Tổng hợp thiết kế được phân biệt với thiết kế thông số là thiết kế thông số chỉ cho phép thay đổi các giá trị trong một nhóm được định trước của các biến Trong

thiết kế tổng hợp, việc đưa ra các thực thể và biến số mới là được phép trong quá

trình định nghĩa một hình dạng của các thực thể (ờ đây các thuật ngữ “hình dạng”, “cấu trúc”, “tổng hợp thiết kế” và “thiết kế hình dạng” được dùng một cách đồng

nghĩa) Thực tế, một hình dạng được tổng hợp sẽ định ra không gian biến đổi thông

số thiết kế

Thực tế thiết kế thường liên quan việc áp dụng kép cả 3 loại công việc trên ở các mức khác nhau của việc loại trừ hoặc kết hợp, với các mối quan hệ tương hỗ phức tạp giữa chúng Ví dụ: trong thiết kế mô tô, phần đầu có thể được lựa chọn từ

ca-ra-lô, động cơ và bộ truyền động có thể được chọn từ dây truyền sản xuất của

các khu vực chế rạo khác nhau, các trục bánh xe và các giá đỡ có thể được thiết kế

lại về thông số, trong khi đó một các phanh chống khoá mới có thể được tổng hợp

sử dụng các nguyên lý đầu tiên của các thiết kế trước đó Việc thiết kế trục bánh xe và phanh quan hệ tương hố rất mạnh trong trường hợp này

2.2 Các phương pháp thiết kế:

Các phương pháp cơ bản để hỗ trợ các quá trình thiết kế nói chung được trình bày

ở Bảng 2, chúng độc lập với các công việc nêu ra trong mục 2.1 Vấn đẻ áp dụng

các phương pháp đó vào các công việc chọn thiết kế, thiết kế thông số và tổng hợp thiết kế sẽ được trình bày, phân tích trong mục tiếp theo (mục 2.3) để đưa ra các kỹ thuật thực tế

Đảng 2: Các phương pháp hỗ trợ các quá trình thiết kế,

và các lý thuyết, kỹ thuật được tao ra

Phương pháp Lý thuyết và kỹ thuật được tạo ra "Thuật toán Các quá trình tiền định hữu hạn

(Algorithmic) ~_ Giải phương trình;

-_ Tối ưu hoá;

- Biên dịch ngôn ngữ và ngữ pháp;

"Tiên để Tién dé hod các hướng dẫu thiết kế mạnh một cách trực

(Axiomatic) quan; chứng minh các lý thuyết thiết kế;

Cơ sở dữ liệu Các mô hình thiết kế được tập trung hoá và tập hợp các

12

Trang 14

Phương pháp thiéi âu khiển và ứng dựng (Databas) Học máy (Machine Learning) Gidi van dé/lap kế hoach (Problem solving/planaing) Khoa học hệ thống (System Science) Chuyển hoá (transformational) quá trình thiết kế

-_ Các mô hình quan hệ, thứ bậc và mạng dữ liệu;

-_ Thứ bậc đối tượng, các phương pháp và tính kế

Thừa;

- Biểu diễn, truyền thông điệp;

'Thu nhận kiến thức từ các hướng dẫn, ví dụ: phân tích,

quan sát và làm thí nghiệm;

-_ Khái quát hoá bằng qui nạp;

-_ Khái quát hoá trên cơ sở lý giải;

~ Tranh luận trên cơ sở từng trường hợp;

"Trình bày/mô tả kiến thức, tranh luận

-_ Phân rách vấn đẻ một cách đệ qui (recursive);

- Tim kiém không gian trạng thái, tìm kiếm các

chiến lược kiểm soát;

-_ Tranh luận trên cơ sở qui tắc và trên cơ sở mô hình;

- _ Tranh luận các giới hạn; -_ Hệ thống bảng đen;

Nhận dạng và mơ hình hố hệ thống, môi rrường và các mối quan hệ tương hỗ

-_ Lý thuyết hộp đen, lý thuyết trạng thái, lý thuyết tích hợp bộ phận cấu thành;

~_ Lý thuyết quyết định;

-_ Lập kế hoạch công

- Kiém soát trình tự;

Chuyển hố ngơn ngữ và dịch

~ Các biểu diễn lô-gíc và các qui tắc suy luận; - _ Các biểu diễn đại số và viết các qui tắc;

Trang 15

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

2.3 Lua chon thi

Cơ chế cơ bản cần thiết cho việc chọn lựa thiết kế là cơ chế của thuộc tính gán (attribute matchiag) Một thiết kế được chọn lựa khi các thuộc tính của một thiết kế trong một thư thiết kế phù hợp với các thuộc tính đòi hòi một cách tối ưu, theo các tiêu chuẩn được định Các vấn đề sâu hơn trong việc hỗ trợ cơ chế là : (a) Cúc đối tượng thiết kế và các thuộc tính của chúng được mô tả và tổ chức như thế

nào trong thư viện thiết kế, và (b) Các quá trình nào được sử dụng để gán một phần

hoặc roàn bộ các thuộc tính đòi hỏi với các thuộc tính của các đối tượng được lưu

trữ

Hay xem xét tổ chức của các bộ truyền động kiểu quay để làm ví dụ minh hoạ

Hình 2 chỉ ra tổ chức thứ bậc của các lớp của các bộ truyền động được tổ chức trên

cơ sở các nguyên tắc vật lý, các nguyên tắc làm việc, các nguyên tắc ứng dụng, các

nguyên tắc rhiết kế và các kiểu cấu trúc

Việc phát triển một tổ chức như vậy của các đối tượng đòi hỏi kiến thức chỉ

tiết về các nguyên tắc kỹ thuật và các vật nguyên mẫu của một phạm vi cũng như việc chọn các cơ sở cho phân cấp Ví dụ, trong Hình 2, thuật ngữ hình dạng có điều kiện (form eonditioned) liên quan tới các trường hợp mà nguyên tắc làm việc cho

bộ truyền động của lực cơ học dựa vào hình dạng vật lý cua các bộ phận cấu thành

bộ truyền động, và phụ tải vuông góc với bẻ mặt tiếp xúc của chúng Thuật ngữ

có điều kiện (force condidoned) liên quan tới các trường hợp nguyên

cho bộ truyền động của lực cơ học dựa vào ma sát trượt hoặc lực chất lòng sinh ra như là kết quả của tải vuông góc với bẻ mặt tiếp xúc giữa các bộ phận cấu thành bộ

truyền động Sự phân rõ như thế là hữu ích trong việc làm tương quan các thuộc

tính cấu trúc với các thuộc tính hành vi của các bộ truyền động cơ khí

Các tầng bậc đối tượng thiết kế như Hình 2 cung cấp một khung cho việc gắn

kèm các thuộc tính của của chức năng, hoạt động và giá vào các đối tượng thiết kế

14

Trang 16

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng Các hệ thống truyền động quay cơ học ae

Cơ học Thủy lựcjkhí i Nguyên tắc vat if

Hioh dang Tực có Hình dạng Lực có Nguyên tắc

có điều kiện điều kiện eó điều kiện điều kiện làm việc

5 ‘i : Tuyền độn; ái

Truyền Truyền động Tayén quả eve sẻ Nguyện the | tích cực động tƯỢt ch cực ¬ Truyền Truyền a # 2 độn độn # "5 SE ding Tuyển động động động động a6 vàn động lan quan lăn quấn Tee (a0) thủy học tinh Kiểu cấu trúc 4 Trúc lanjcau Che — Bemuyếndông | Cưưenđầu — | Gau L Trướtchh L Kiểuph-tông

2 Pu bánh 3 Nénlic 2 Cura phẳng Cúcbihmờng =2 Xếchuclan đen giản chỉnh 2 Dànghàh tue 2 Whitditn tit Bínhính lô Tue A NGnving — Sinheht 1 Cum 3 Xichcam 3 Dinghinha Vong lichtiea 3 Chu Huy ng 2 Đnhạc = 4 Bo auyen thán kinh) 1đêy tạng cường

8 Temidal 3 xiên donadidu tod 4 Ding hin hop 2 Kidubénh rang

7 Cuan 8 Đncau tuc ba 4 Làxe xiến 5 Ren ố Bánh nang 3 Phun 6 ng hồ mắt đau bom) Che bên trọng "Bánh răng tiên Của bên ngoài

Trang 17

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng Hệ thống truyền động quay cơ khí Cơ khí Thủyjkhí Giới hạn phạm vi tỉ số vận tốc Tiss vận tốc bất kỳ

Khoảng cách vào và ra nhỏ đến Phạm vị lớn giữa vio va ra

trung bình Sai biệt góc giữa các trục vào vi ra trục quay sào và ra Tính linh hoạt trong góc giữa các Bà cố định Việc trữnăng lượng trung gian là Tính lỉnh hoạt Các tỉsố vật tốc biến thiên liên tục của việc tr năng

có giới han lượng trung gian

Lực có điểu kiện Hìnhđấngcóđiểu Lựccóđiềukn Hầnhdángcóđiểu

Tên thất tốc độ do kiện Tân thất tốc độ khi kiện

trượt Tén thất công suất — tổnthấttốc độ Không trượt, không — trượt Tén thất công suất — tổnthất Không trượt, không trung bình Giải quyết mô men - nhà — thấp, Tần thất công suất — lớn Giải quyết mô men “ổn thất công suất Giải quyết mô men

quá tải và rụng tốt Giải quyết mỏ men quá tài và rung tốt quá tài và rung kém

hơn Ti s6 van tốc cố quấdivàrungkớm hơn Tỉ số vận tốc không định hoặc biến thiên — đải liên tục Z\ Z\ THyếu động Tayéadéng Taayế động Tuyến động Tayeading —Truyén ding Ba viớt Tan quấn thủy động lục —_ thủy nhót(chÍ Teun dng thủy tĩnh học bang nude: " “5 tường áp co

Hindiên lên bien thign lin tuc - có định biển thiên iên tục gp aust tha, áp sut hap ing iy tee,

tục Góctuccó - ThườngcácEúc - củ đình de8 định Góc các trục /cổ đình “Thường các trúc là đồng chày cao Vấn dngới — Ađưcclabk eS a đình Xioingcách —Khowgcách song song ngdn Khoảng cách sang song hang ch ti trung bình Chị chuyển để Lordi Tác do thip 4 ngắn đểncao ‘Vantsethip tah "ngắn tới trung ‘Yantsctitthsp “Nig men tit Vane ttthsp "Wis man tip daptentcao Bình Van tscti¢ ngin tdi tung nteas Tác dã cao đến — mơ men ¬ ¬ ‘ung PHI, tế ng cao

Msmmenthip tng ah” apraraicas tung bah bran tse ep tee Bah MB men sBinng inh Shrug bah smn tip gì tua

Hình 3: Các thuộc tính của lớp các bộ truyền động quay

16

Trang 18

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

Hình 3 chỉ ra một số thuộc tính của các bộ truyền động quay kèm theo các nút

tương ứng của thang bậc lớp trên Hình 2 Để đưa các thuộc rính vào các đối tượng

thiết kế, các quyết định mô hình phải được đưa ra cho các thuộc tính được quan

tâm, các thuộc tính mà bao gồm một phạm vi các mô tả đòi hỏi ở một mức độ giản lược thích hợp Ví dụ: một đặc tính hành vi quan trọng của các nguyên tắc vật lý thủy lực/khí mà cần phải mô tả là hầu hết tỉ số rốc độ nào của chuyển động quay

trong một phạm vi nào đó cũng có thé đạt được, do dễ trữ năng lượng chất lòng

trung gian và việc khống chế áp lực chất lòng và lưu lượng bằng các van

Có một nhược điểm trong việc thay thế các khả năng thiết kế như là các hệ thống cấp bậc với các thuộc tính giống như rrình bày rrên Hình 2 và Hình 3 Việc thay thế đó là nghiêng lệch về quá trình chọn lựa mà xem các thuộc tính trong một

trình tự riêng biệt bắt đầu từ đáy của hệ thống cấp bậc Ví dụ, tỉ số tốc độ phải

được xem xét trước khi rổn thất tốc độ, và các nguyên tắc vật lý phải được lựa chọn

trước các nguyên tắc làm việc Có thể tránh các nghiêng lệch đó một cách đơn giản bằng cách mô tả các khả năng như các cấu trúc phẳng, như trong một cơ sở dữ liệu

quan hệ, nhưng phải trả giá bằng việc giảm hiệu quả tìm kiếm khi việc nghiêng lệch là thích hợp Việc mô tả các hệ thống cấp bậc nhiều lớp ở đỉnh của các mô tả phẳng vẫn là ưu điểm của cả hai, nhưng với giá của việc tích trữ thêm và những đòi hỏi về bảo dưỡng

Van đề là làm sao có thể gán các thuộc tính đòi hỏi với các thuộc tính của các

đối tượng thiết kế để đảm bảo việc lựa chọn Hệ thống cấp bậc được mô tả ở trên

có thể sử dụng để làm hẹp không gian của các thuộc tính ở tất cả các kỹ thuật được

mô tả dưới đây

Lắ thuyết quyết định: Vấn đè quyết định (tiếp cận khoa học hệ thống) có thể

đặt ra và giải quyết bằng việc cân đong sự quan trọng tương đối của các thuộc tính

đời hỏi, đánh giá khả năng bằng cách xếp thứ tự bạc có thể chấp nhận được (degree

of acceptability) với việc lưu ý đến mỗi một thuộc tính, và tính các thứ bậc tích lũy

của chúng bằng một công thức, ví dụ như là một tổng các trọng số (weighted sum)

Nếu các đối tượng thiết kế được rổ chức một cách cấp bậc như được mô tả ở trên,

các đối tượng thiết kế có thể tìm được dân bắt đầu từ đáy của hệ thống cấp bậc Ví

dụ, sử dụng Hình 3, một khoảng cách đầu ra lớn có thể được xếp bậc như là thuộc

tính quan trọng nhất để xem xét cho một ứng dụng mà có thể làm hẹp các khả

năng với các bộ truyền động thủy lực/khí Tiếp theo, các đòi hỏi không trượt có thể giới hạn việc chọn lựa với các bộ truyền động thủy tĩnh Việc đánh giá các kiểu

cấu trúc thay thế của các bộ truyền động thủy tĩnh bằng các thuộc tính trọng số

(weighred auributes) của phạm vi tốc độ và mô men, giá thành và độ tia cay, co thé

tạo ra kết quả là việc lựa chọn các bộ truyền động thuỷ tĩnh ăn khớp (geared hydrostatic drives)

7

Trang 19

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

Việc tính toán bậc tích lũy cho một khả năng được làm giản đơn is ky thuật này, và làm việc tốt với các thông tin định tính Tuy nhiên, phương pháp này thường được giả thiết là độc lập giữa các thuộc tính và tùy thuộc vào việc trực giác thiết kế trong việc gán ghép các trọng số và các rhứ bậc; mặc dù các phương pháp tồn tại cho việc bình thường hoá các trọng số và loại trừ nghiêng lệch khi xếp thứ tự các khả năng trong các thuộc tính đa dạng

Các qui tắc phân loại: Các kỹ thuật từ các hệ chẩn đoán chuyên gia (expert

diagnostic systems) (phuong pháp giải quyết vấn đè/lập kế hoạch) có thể dùng

trong chọn lựa thiết kế Một kỹ thuật là giải mã kiến thức phân loại như là luật

“nếu - thì” Hoạt động của các qui tắc có chú ý đến hệ thống cấp bậc của các đối

tượng thiết kế làm tăng việc phân loại lại các yêu cầu sao cho phản ánh từ phân

lớp (subelass) phổ biến nhất, tới phân lớp riêng biệt nhất mà thoả mãn các yêu câu

Các qui tắc riêng biệt về phạm vi có thể được tổ chức bằng cách gắn kèm các

nhóm qui tắc liên quan tới một phân lớp vào đối tượng tương ứng trong hệ thống

cấp bậc Ví dụ, từ các yêu cầu cho một bộ rruyền động quay với tổn thất điện áp là

0,5%, hoạt động của một luật được gắn kèm với lớp các nguyên tắc vật lý cơ học

như là “nếu tồn thất điện áp < 1% thì phân cấp lại như là truyền động hình dạng có

điêu kiện”, có thể phân cấp lại các yêu cầu trong một phân lớp hình dạng có điều kiện

Một kỹ thuật khác là thực hiện việc chọn lựa rõ ràng các qui tac chon lua “gui

tắc vào” hoặc “qui tắc ra” trên cơ sở các thuộc tính của chúng Một ví dụ của qui tac chọn lựa cho việc ruyền động là “nếu góc giữa trục vào và trục ra = 90 độ thì qui tắc vào là cặp bánh răng trục vít” Các kỹ thuật chọn lựa dựa trên qui tắc mã hoá thành công kiến thức chọn lựa của các phạm vi thiết kế đặc biệt, dù rằng việc thu nhận được các qui tắc có thể là khó khăn, và phạm vi có hiệu lực của chúng có xu hướng bị hẹp lại

Các ngôn ngũ hỏi chất vấn: Các ngôn ngữ chất vấn (phương pháp cơ sở dữ

liệu) có thể sử dụng để chọn lựa các đối tượng từ các mô hình mạng lưới dữ liệu và

mô hình hướng đối tượng, mô hình quan hệ Ví dụ, có thể hỏi/chất vấn một cơ sở dữ liệu về các bộ truyền động quay mà có các thuộc tính của tỉ số vận tốc trong

khoảng từ 10 đến 20 và có tổn thất công suất nhỏ hơn 5% Các ngôn ngữ chất vấn

Tạo ra các con đường để thu hồi chú dẫn của các đối rượng thiết kế, nhưng không ngược với kiến thức chọn lựa Hơn nữa, hoạt động chất vấn có cơ sở vững chắc về mặt toán học, và chỉ đóng kín cho các mô hình số liệu có liên quan

Biến đổi chỉ số và suy luận: Khi các yêu câu thiết kế không trùng hợp hoàn toàn với một chỉ số thì các qui tắc của việc biến đổi chỉ số (phương pháp học máy) có thể sử dụng để tạo lại yêu câu thiết kế thành các yêu cầu khác mà các chỉ số có

thể trùng hợp hoàn roàn Ví dụ, nếu trong không gian hiện có không có bộ truyền

động nào phù hợp để áp dụng, thì một qui tắc biến đổi chỉ số cho không gian phân

18

Trang 20

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

chia có thể tạo ra kết quả là chọn một bơm pit tông ở đầu vào và một động cơ thủy lực hướng trục ở đầu ra bằng cách thuyết minh các đối tượng trong các phân

lớp khác nhau

Thay vì biến đổi chỉ số, lập luận lô gíc rạo ra các con đường để liên kết các thuật ngữ được sử dụng trong các khái niệm thiết kế khác nhau, và việc phân tích một lý giải về nguyên nhân của các chức năng đòi hỏi sao cho khôi phục lại một thiết kế và chức năng là “gần” với chức năng đời hồi

Khả năng chọn lựa thiết kế bằng các chỉ số biến đổi và bằng các phép pan

“gân” là có giá trị cực kỳ to lớn bởi vì các đối tượng thiết kế phù hợp hoàn toàn các

yêu cầu có thể không có Hơn nữa, bản thân các yêu cầu có thể là đàm phán được

hoặc là đối tượng thay đổi Tuy vậy, các qui tắc cho biến đổi chỉ số và “độ gần” có xu hướng là phạm vi cá biệt và khái niệm cá biệt

Lập luận định lương và không pian: Các kỹ thuật lập luận định lượng (qualirarive) và lập luận không gian (thuật toán) (giải quyết vấn đẻ/lập kế hoạch)

có thể sử dụng để biểu diễn các tập hợp các phương án thiết kế một cách chính xác

Ví dụ, các yêu cầu vẻ vận tốc và công suất hoạt động có thể biểu diễn bằng các

khoảng không (không gian) như [100, 200] vòng/phút và [50, 500] w mà chúng

hoàn roàn đại diện cho các tập hợp của các đối tượng thiết kế có liên quan trong

một thư viện của các bộ truyền động Các tập hợp của các khả năng có thể được

lam hẹp lại hoặc bằng các khoảng được định rõ trên các thuộc tính bổ sung, hoặc bằng cách tinh các khoảng chặt chẽ hơn trên các thuộc rính bằng cách rồng hợp chức năng Một khả năng khác là thay thế định lượng của hoạt động của máy móc cùng với việc làm đơn giản và các hoạt động lược bò có thể phân loại các thiết kế

cho việc chọn lựa dựa trên các đặc tính hoạt động của chúng Ví dụ, việc đơn giản

và lược bỏ biểu diễn khong gian cấu hình động lực học của các bộ truyền động có

thể sử dụng để tạo ra một lớp tương đương của các bộ truyền động tự khoá (self-

locking transmissions)

Ưu điểm ở đây là các yêu câu có thể được định rõ và giải thích ở các cấp độ khác nhau của việc lược bò Tuy vậy, việc thay thế các khoảng không gian là trực tiếp chỉ khi các thuộc tính có thể được mơ hình hố như là các biến số với các giá

trị được đặt, chẳng hạn các số thực, trong khi đó các thay thế định lượng của các

tập hợp của các giá trị có thể không làm hẹp các khả năng đủ để chọn lựa

3.4 Thiết kế thông số:

Công việc thiết kế thông số được thực hiện theo một kiểu sau:

(1) Tạo ra một mô hình biểu tượng (symbolic model) của một cấu hình rhiết

kế đã được chỉ định trước khi các thông số xác định thiết kế, các yêu cầu

19

Trang 21

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

thiết kế, nội dung sử dụng và các thuộc tính được quan tâm khác trong

vòng đời sản phẩm là được xác định;

@)_ Các điều kiện hạn chế và mục tiêu từ các lý thuyết phạm vi và các quá trình chế tạo (và các vấn để liên quan đến vòng đời sản phẩm) có thể áp dụng với các bộ phận cấu thành và các hệ thống con, được sử dụng để

tao lập mơ hình rốn học;

() Xuất phát từ các giá trị thông số đã biết biểu diễn các yêu cầu thiết kế,

giải mô hình toán học để xác định các thông số tối ưu hoặc chấp nhận

được cho các thông số chưa biết xác định thiết kế, hoạt động của nó và các thuộc tính của nó Trong trường hợp đặc biệt, các thông số xác định thiết kế được tính một cách trực tiếp, trong khi với phần lớn các rường

hợp thì chúng cần được ước lượng ban đầu và được cải thiện một cách

lặp đi lặp lại bằng cách đánh giá các hiệu quả của chúng đối với các yêu

cầu

Các phương pháp sốïphân tích

áp dụng khi mà toàn bộ các điều giới hạn được tập hợp và các giá trị của thônng số chưa biết được giải từ các giá trị thông số đã cho trên cơ sở phân tích

tiêu chuẩn (chẳng hạn vận dụng đại số, thay thế) và các phương pháp số (chẳng

hạn phương pháp građien, phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn) 'Tuy vậy, trong việc tăng cường các giải pháp trực tiếp như vậy thì cần xem xét một số vấn để sau: Một cách tiếp cận thuật toán trực tiếp có thể

(1) Tính khó khăn của việc thoả mãn liên tục đa mục tiêu và giải một số lớn các điêu kiện hạn chế với hình dạng và độ phức tạp biến thiên;

(2) Bản chất phân phối của các kiến thức đặc biệt vẻ các mô hình thông số

và các phương pháp giải; việc tạo ra tập hợp các thông số, các điều kiện

giới hạn, các mục đích và các phương pháp giải, là không thực tế;

(3) Sự cân thiết giải các vấn để một cách song song để giảm thời gian thiết

kế,

(4) _ Sự cần thiết của các quyết định thiết kế khi các thông tin về phạm vi và

tình huống không cố định một số đầy đủ các thông các và dẫn tới việc tạo ra các điều kiện giới hạn yếu với các không gian giải pháp lớn;

Phân tách công việc: Tính khó khăn của việc giải liên tục các điều kiện giới hạn có thể tránh được bằng cách phân tách vấn đẻ (cách tiếp cận giải vấn đẻ/lập kế hoạch) Các vấn đẻ phụ có thể định nghĩa trên cơ sở gộp mục tiêu và kiến thức vẻ điều kiện giới hạn trong phạm vi

20

Trang 22

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

Một vấn đẻ nảy sinh ở đây là vấn để lập kế hoạch và khống chế một trình tự giải quyết hiệu quả cho các giải pháp của các vấn đẻ phụ Các kỹ thuật tìm kiếm từ các cách tiếp cận giải quyết vấn đê/lập kế hoạch, các kỹ thuật quản lý công việc từ

khoa học hệ thống (chẳng hạn PERT, CPM), và các kỹ thuật tối ưu hoá như lập

trình động (dynamic programming) có rhể áp dụng được Như là một phương pháp

thay thế cho việc lập kế hoạch trước trình tự của giải pháp, các hệ thống bảng đen (blackboard systems) có thể sử dụng để giải các quá trình một cách cơ hội khi xảy ra việc ghép các sự kiện của các thông số

Một vấn đề khác nảy sinh trong việc quản lý các quá trình giải quyết là sự

xung đột giữa tìm ra và giải quyết

su hoá: Nhiễu kỹ thuật tối ưu hoá đa đối tượng có thể được áp dụng bằng

cách liên kết (kết hợp) các hàm đối tượng với các vấn đẻ phụ riêng lẻ, và xếp loại

hoặc cân nhắc tính quan trọng tương đối của các đối tượng Ví dụ, đối tượng của cực đại hố yếu tố an rồn cho lò xo xoắn ốc có thể được xếp loại cao hơn đối

tượng của cực tiểu hố đường kính ngồi của ống vòng quanh

Lập luận định lượng và phân tích tính đơn điệu có thể kết hợp với các kỹ thuật

tối ưu hoá để dẫn dắt việc rìm kiếm các giá trị hàm đối tượng được cải thiện Ví dụ,

có thể xác định bằng lập luận định lượng và phân tích tính đơn điệu của các điều kiện giới hạn và các chức năng thực hiện mà cả quá trình giải lò xo xoắn và quá

trình giải ống vòng quanh tạo ra giá trị của thông số chung trong cùng một hướng

tìm kiếm

Các kỹ thuật tối ưu hoá làm việc tốt đối với các đối tượng và các điều kiện

giới hạn tuyến tính, nhưng gặp khó khăn khi tìm kiếm trong vùng lân cận của các giải pháp thiết kế khi liên quan đến tính phi tuyến

Tối uu hố khơng pian phụ được phối hợp: Các phương pháp tối ưu hoá có thể

kết hợp với các kỹ thuật khoa học hệ thống đề phối hợp giải pháp của các hệ thống

phụ được kết hợp Các hệ thống phụ tác động tương hỗ qua các thông số chung có

thể được phối hợp với giải pháp của vấn đề toàn bộ bằng cách trao đổi thông tin nhậy cảm thông số qua các hàm pê nan tỉ Ví dụ, nếu một mục tiêu của vấn đẻ phụ về ống là cực tiểu hoá đường kính ngoài của van, và tiểu vấn đẻ lò xo có một mục tiêu là giữ chỉ số lò xo gần với 9, và hàm pê nan tỉ cho vấn đề phụ của lò xo kết

hợp tính nhạy cảm của chỉ số lò xo với đường kính van Các thuật ngữ cũng có thể

được thêm vào các điều kiện giới hạn của vấn đẻ phụ lò xo để kết hợp phạt việc vi phạm các điều kiện giới hạn của vấn đẻ phụ lò xo, và ngược lại Các pê nan ti này bao gồm các hệ số mô phỏng nghĩa vụ và sự thoả hiệp của các vấn đẻ phụ khác nhau trong việc đạt được các mục tiêu và thoả mãn các điều kiện giới bạn Các hệ

số thoả hiệp và nghĩa vụ được tự tối ưu hoá bằng cách sử dụng các thông tin nhạy

cảm từ các vấn đề phụ

Trang 23

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

Một cách thay thế cho việc sử dụng các hàm pê nan tỉ là phối hợp các qúa trình giải bằng điều khiển trên cơ sờ mô hình (model-based control) hoặc điều khiển phản hồi (feedback control): (a) các thông số vào và các giá trị mặc định cho các biến điều khiển của các quá trình giải được dùng để bắt đầu việc tối ưu hoác các vấn đẻ phụ: (b) các đại lượng ra và các biến quá trình được cảm aban (sense); và (e) các biến điều khiến được cập nhật bằng một luật điều khiển sử dụng thông tỉa cảm nhận được hoặc là các mô hình của quá trình

Trong khi vẫn còn các giới hạn cơ bản của các kỹ thuật tối ưu hoá, các kỹ

thuật để tối ưu hoá các không gian phụ được phối hợp xử lý hiệu quả sự tác động

tương hỗ giữa các vấn để phụ, và cho phép giải song song các vấn đề phụ Nếu

động học của các quá trình giải được phân tích và có thể dự đoán được, các vòng

điều khiển có thể duy trì tính ổn định của quá trình và cải thiện tính hiệu quả của

quá trình

Láp luân trên cơ sở nhóm/tổ hợp: Một cách thay thế cho các giá trị lan truyền (propagaring values) và các hàm hữu dung (utility functions) la truyền các tổ hợp

giá trị giữa các vấn để phụ hoặc như là các khoảng (arervals) hoặc như là các

hom mi (fuzzy sets)

Việc truyền các tổ hợp giá trị có ưu điểm là có thé biểu diễn và lập luận một

cách chặt chế với một không gian phụ của các thiết kế cụ thể, dù vậy, một số phép lầm gân đúng cân phải được ứng dụng trong việc lập luận điều kiện giới hạn Mặt khác, việc truyền giá trị và lợi ích không đưa ra các phép làm gần đúng, nhưng chúng chỉ có thể lập luận ở vùng lân cận của một giải pháp thiết kế điểm

Lập luận trên cơ sở qui tắc và điều kiện giới hạn: Thay bằng phát biểu một

cách có hệ thống việc tối ưu hoá với những vấn để phụ được công thức hoàn toàn

trước khi giải, có thể hỗ rrợ một kiểu thiết kế “ít tận tụy” sử dụng một kỹ thuật giải

quyết vấn đè/lập kế hoạch bằng cách thực hiên các tác động tương hỗ giữa các vấn đẻ phụ như là các điều kiện giới hạn để công thức hoá và lan truyền

Tuy vậy, kỹ thuật này trờ nên không khả thì khi các biểu diễn điều kiện giới

hạn là quá phức rạp để truyền một cách tượng trưng qua các điều kiện giới hạn

khác Khi việc truyền điều kiện giới hạn là không khả thi, các tầng bậc thiết kế thông số có thể được mã hoá như là các qui tắc áp dụng hoặc là các qui tắc nhạy cảm sử dụng kỹ thuật giải quyết vấn đẻ lập kế hoạch

Khái quát hoá qui tắc và thay thể quá trình: Các kỹ thuật học máy có thể

được sử dụng để khái quát hoá các qui rắc áp dụng có được do kinh nghiệm, và để điều chỉnh và thay thế các kế hoạch quá trình thiết kế

Việc khái quát hoá bằng suy diễn (deductive generalization) các qui tắc áp

dụng dựa trên cơ sở giải thích về hình thức làm sao việc áp dụng (phần “then” -

“thì”) thoả mãn các yêu cầu (phần “¡f? - “nếu”) Phân “thì” được khái quát hoá

2

Trang 24

âu khiển và ứng dựng

Phương pháp thiế

bao hàm các điều kiện tiên quyết mà cân phải được thoả mãn để đảm bảo việc biểu điễn là đúng Phần “nếu” được khái quát hoá bao hàm đặc trưng được giải thích bởi phần “thì” được khái quát hoá cùng với các điều kiện tiên quyết cho hành vi thích hợp của bộ phận cấu thành Ví dụ của việc khái quát hoá phát biểu sau: Nếu vời

phun cạnh cứng được chọn và tỉ số áp lực < 0,9 và tốc độ dòng chảy < 500 ga

lông/phút, thì tổ hợp hệ số vòi phun (Cf) = 0,65 có thể thay thế điều kiện tốc độ dòng chảy của “dòng chảy lớp — laminar flow” Sự khái quát hoá như vậy là có căn cứ (hợp lý) nếu việc giải thích vẻ hình thức làm thế nào việc chọn Cf = 0,65 thoả mãn các yêu cầu hôi chỉ được giả thiết là dòng chảy là dòng chảy lớp và không cần

thiết phải có tốc độ dòng chảy < 500 ga lông/phút

Lịch sử của các quá trình thiết kế thông số có thể được lưu trữ/giữ như là một

chuỗi các quyết định mà tạo ra một thiết kế thành công từ các yêu cầu Các thông

số cho sự biến thiên trong các quá trình như vậy là các thông số không ảnh hưởng tính chấp nhận được của chuỗi quyết định được lưu giữ Thiết kế thông số với với các thuyết minh mới của các thông số đó sau đó tương ứng một cách đơn giản với

việc thay thế của lịch sử quá trình

3.5 Tổng hợp thiết kế:

'Tổng hợp thiết kế là một công việc tạo cấu hình các thực thể của một phạm vi

để xây dựng một cấu trúc hệ thống thực tế mà thoả mãn các yêu cầu thiết kế Có

nhiều hoàn cảnh thiết kế bao gồm việc định nghĩa các thực thể trong phạm vi đó, ở các mức độ giản lược khác nhau (chẳng hạn các đối tượng hình học, các mô hình thông số được thu gọn, các module chức năng và các nguyên tắc vật lý), và việc phân tách khác nhau (ví dụ: các máy bay, các vũ khí mức độ thiết bị, các cấu trúc vật liệu và hoá học) “Thiết kế nguyên bản - original design” được nhóm/gộp lại

bởi việc tổng hợp thiết kế khi các thiết kế nguyên bản được xem như là các rổ hợp

không hiển nhiên, và như là việc sử dụng các đối tượng, các mô hình hoặc các nguyên tắc đã biết Thém vào đó, các hoàn cảnh thiết kế mà một hệ thống phụ không hoàn hảo hoặc bán tối ưu (suboptimal) của một hệ thống đang tồn tại cần phải được thay thế bằng một hệ thống đã được cải thiện, và bao gồm việc định

nghĩa lại viễn cảnh của công việc tổng hợp hệ thống phụ

‘Vi một cấu hình đã được tổng hợp định ra một không gian cho biến tham số, nó đại diện cho các mục tiêu về giá thành và chất lượng có thể đạt được một khi

thiết kế được hồn thành Tuy vậy, cơng việc này là việc khó khăn nhất đối với việc ấp dụng một cách truyền thống các kỹ thuật xử lý số và hình tượng Một

trường hợp ngoại lệ là lĩnh vực điện tử số (thiết kế VL.SI), nơi mà đã và đang đạt

được tiến bộ lớn rrong việc phát triển các kỹ thuật và các công cụ tổng hợp Tuy rằng các kỹ thuật tổng hợp cho điện tử số là các ứng cử viên cho việc tổng quát hoá

Trang 25

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

cho các lĩnh vực khác, nhiều ưu điểm cố hữu của lĩnh vực này rất khó tìm thấy ở

các lĩnh vực khác của các hệ thống vật lý Các ưu điểm cố hữu (mang tính chất thuộc tính) của lĩnh vực điện tử số là: số lượng các loại phần tử cấu thành nhỏ (thực

tế là bản thân một cổng NAND là hoàn thiện vẻ mặt chức năng), các mối quan hệ

giữa các bộ phận cấu thành là đơn giản (chẳng hạn nối bằng cáp), hành vi có thể biểu diễn đễ dàng (ví dụ bằng các hàm số bool với trễ thời gian), nhiễu hiệu quả phụ có thể khống chế được (ví dụ bằng cách giữ cho các đường cáp đủ xa nhau), và việc chuẩn hoá module chức năng là khả thi và chấp nhận được (chẳng hạn tách việc sử dụng bộ nhớ và các chức năng xử lý) Một số kỹ thuật có thể áp dụng cho

việc tổng hợp các hệ thống vật lý không nằm rrong phạm vi VLSI sẽ được mô tả

trong phần này

C6 4 loại kiến thức liên quan đến công việc tổng hợp thiết kế: (1) Kiến thức về các yêu cầu thiết kế; (2) Kiến thức về các thiết kế thành công và thất bại trước đây;

(3) Các nguyên tắc của kỹ thuật liên quan và các qui tắc khác; và (4) Làm thế nào để sử dụng các kiến thức trong (1), (2) và (3) để xây dựng các cấu trúc thoả mãn

các yêu cầu thiết kế

Liệt kê cấu trúc: Một kỹ thuật thuật toán trực tiếp để hỗ trợ việc tổng hợp loại

này là tạo ra các cấu trúc và thử chúng về khả năng chấp nhận được Thứ nhất, một tổ hợp các loại bộ phận cấu thành và các loại mối quan hệ giữa các bộ phận cấu

thành được chọn lựa từ một thư viện và một số cố định các trường hợp các loại chon Lua duoc tao ra Thứ nhì, các bộ phận cấu thành được mô tả và các mối quan hệ được sử dụng để rạo ra một cách toàn diện rất cả mọi cấu rrúc khả thi bằng các

nguyên lý kỹ thuật Thứ ba, các cấu trúc được tạo ra được đánh giá về các yêu cầu thiết kế

Ưu điểm của kỹ thuật này là rính khả thi của một cấu trúc được thử trong khi

tạo ra Nhưng có 2 nhược điểm quan trọng của kỹ thuật này Thứ nhất, quá trình

tạo ra không được điều khiển bởi mục tiêu thoả mãn các yêu câu thiết kế; mặc dù

các văn phạm thuộc tính có thé giúp trong việc thử các điều kiện tiên quyết trước

khi làm hoạt hoá các sản phẩm, và các phương pháp tối ưu hoá có thể loại trừ mạnh

mmẽ các bộ phận cấu thành dư thừa của một cấu trúc sau khi nó được tạo ra Thứ hai,

các loại và số lượng các trường hợp của các bộ phận cấu thành để sử dụng cần phải

được chọn lựa từ lúc ban đầu của quá trình tổng hợp, như vậy việc giới hạn trước không gian của các cấu trúc được tao ra

Biến đổi cấu trúcichúc năng: Một cách để tránh các nhược điểm trên là bắt

đầu với các yêu cầu mang tính chức năng, và phối hợp các phương pháp khoa học

hệ thống và cơ sờ dữ liệu để chuyển công việc tổng hợp thành các công việc chọn

lựa và biến đổi Thứ nhất, rạo ra một thư viện thiết kế mà ở đó các thiết kế được

biểu diễn một cách tầng bậc như là các sơ đồ khối chức năng Các bộ phận cấu thành được gắn kết với các khối chức năng Thứ hai, một hệ thống thoả mãn các

24

Trang 26

Phương pháp thiéi âu khiển và ứng dựng

yêu cầu được chọn lựa từ cơ sở dữ liệu nếu có thể Nếu diéu đó là không thể, kỹ

thuật phải sử dụng là dùng cho cấu trúc tương hỗ của một hệ thống trong số các

khối chức năng sẵn có và các bộ phận cấu thành liên quan

Việc chọn hoặc việc xây dựng một thiết kế thoả mãn các yêu cầu tạo ra các

khả năng cho việc tổng hợp các thiết kế khác bằng việc biến đổi chức năng và cấu trúc Biến đổi chức năng thay thế một cách hệ thống một hoặc nhiều khối chức năng bằng các khối chức năng đồng nhất, trong khi đó sự biến đổi cấu trúc thay thế

một hay nhiều bộ phận cấu thành trong cấu trúc bằng các cấu trúc chức năng đồng nhất

Không gian của các cấu trúc mà có thể tạo ra bằng kỹ thuật này bị giới hạn bởi cấu hình ban đầu mà được chọn lựa hoặc xây dựng cũng như các khối chức

năng được thể hiện trong thư viện Các cơ hội cho việc thực hiện nhiều khối chức

năng với một bộ phận cấu thành (sự chia sẻ chức năng) là khó lợi dụng (khai thác) trừ khi chúng đã ẩn trong định nghĩa khối chức năng Và khả năng thực hiện được

của một cấu hình đã được rạo ra là không thể được đảm bảo

Điều chỉnh theo tình huống: Sự cần thiết làm cho phù hợp một cách chính xác các yêu cầu trong biến đổi chức năng/cấu trúc có thể làm yếu (giảm nhẹ) đi bằng

việc làm phù hợp một phần và việc làm cho phù hợp “chặt chế” như là mô tả ở trên cho việc chọn lựa thiết kế Một trường hợp thiết kế đã được khôi phục sau đó có

thể điều chỉnh nếu có thể thoả mãn các yêu cầu

Khi các chọn lựa bộ phận cấu thành phức tạp được thực hiện qua các qui tắc

biến đổi chỉ số, sự thống nhất các biến số chỉ số trong các qui tắc xác định một

cách hoàn toàn làm sao các bộ phận cấu thành đã được lựa chọn có thể được cấu

hình và điều chỉnh

Khi các đối tượng thiết kế được phục hồi bằng lý luận tương tự (analogical), các sai khác giữa các yêu cầu và khả năng của thiết kế được phục hồi có thể được

phân tích trên cơ sở của các biểu diễn chức năng và nguyên cớ của thiết kế và hành vi của nó Các kết quả của việc phân tích này được sử dụng để làm tăng hoặc biến

đổi thiết kế sử dụng các kế hoạch cụ thể và các qui tắc phạm vi eụ thể

Các kỹ thuật thích nghi khai thác kiến thức của các thiết kế trong quá khứ mà

không cân phải chọn lựa ban đầu bằng cách làm phù hợp một cách chính xác Tuy vậy, cần nhấn mạnh việc tái sử dụng các thiết kế đã biết, và không tổng hợp các

thiết kế mới dùng kiến thức về công việc và môi trường

Phân tách công việc: Kiến thức về công việc và phạm vi có thể được khai thác

bằng cách dùng phương pháp giải quyết vấn dé/lap kế hoạch Công việc tổng hợp

toàn diện được phân tách một cách đệ qui thành các công vi sốc (primitive — nguyên thủy, nguyên gốc) mà có thể giải một cách trực tiếp, và giải pháp roàn diện được tổ hợp từ các giải pháp gốc Việc phân tách trên cơ sở cấu trúc của kiến thức

25

Trang 27

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

công việc được biểu diễn như là các mục tiêu, các đi:

Các kế hoạch liên quan với các công việc ờ mỗi mức độ của việc nhau tách để điều khiển việc thực các công việc phụ của nó

một kế hoạch mức độ cao nhất (top level) áp dụng kiến thức công việc của các qui tắc và các điều kiện giới hạn bằng các phương tiện suy luận

dựa trên qui tắc hoặc các công cụ truyền điều kiện giới hạn Các công việc phụ gốc chọn lựa các đối tượng thiết kế từ một thư viện, hoặc thiết kế lại về thông số các

mô hình của các dụng cụ mẫu Các đối tượng thiết kế và các mẫu có thể tự chúng được tổ chức riêng biệt như là các hệ thống cấp bậc

Các kết quả của việc thực hiện các kế hoạch bậc thấp hơn được tổ hợp bằng

các kế hoạch bậc cao hơn trong khi các điều kiện giới hạn hợp nhất mà chúng kết

hợp các kết nối bên trong sự việc ở mỗi mức độ phân tách Trong các trường hợp

đặc biệt, có thể chọn các công việc phụ mà nó kéo dài cấu hình thiết kế từng phần sao cho không cân hoặc chỉ cân lui lại (hồi qui) một ít

Phân tách công việc và phân tách chức năng (dùng trong biến đổi cấu

trúc/ehức năng và các kỹ thuật thích nghỉ) có xu hướng bổ trợ, một cái khai thác

kiến thức của các mẫu thiết kế đã biết, và cái kia khai thác cả kiến thức mô rả và

kiến thức thiết kế theo trình tự Các kỹ thuật phân tách công việc cũng là các kỹ

thuật hướng đích (goal directed) va bắt đầu với các yêu cầu thiết kế

Biển đổi hình và phép mở (siấn) rông: Việc dựa vào công việc hoặc phân tách

chức năng hoàn toàn giới hạn không gian khảo sát thành việc phân tách đã biết của công việc mà các kế hoạch đã thành công, hoặc là thành các biến đổi và điều chỉnh

của các thiết kế đã biết Một cách khác là sửa đổi kỹ thuật đếm cấu trúc được mô tả

ở trên để bắt đầu với việc mô tả bằng đồ thị các yêu cầu thiết kế mang tính hành vi Bước thứ nhất là biểu diễn (a) các yêu cầu vẻ hành vi và các đoạn hành vi

nguyên thủy của một phạm vi thực hiện như là các đồ thị (chẳng hạn các đồ thị trái

phiếu, mạng lưới các điều kiện giới hạn), và (b) các qui tắc của phép biến đổi đổ

thị mà chúng mã hoá các thuộc tính của tính rạo dạng đồ thị tốt và kiến thức vẻ

phạm vi

ước thứ 2 là áp dụng các phép biến đổi vào đô thị yêu cầu để liệt kê tất cả các đô thị được biến đổi và được mờ rộng, các đô thị mà giữ lại mục đích của các yêu cầu ban đâu Các phép biến đổi làm phù hợp và thay thế các đô thị, trong khi các phép mở rộng (giãn) đưa ra các điểm nút mới hoặc là các nhánh mới giữa các

điểm nút

Bước thứ 3 là làm phù hợp các đồ thị phụ (subgraph) của các đồ thị đã biến đổi và mở rộng với các đoạn hành vi tương ứng với các bộ phận cấu thành và các

mối quan hệ giữa các bộ phận cấu thành được lưu giữ trong một thư viện

26

Trang 28

Phương pháp thiết kế tích hợp mạch điều khiển và ứng dụng

Ưu điểm chính của các kỹ thuật dựa trên đồ thị là không gian cấu trúc được

khảo sát không bị giới hạn bởi các phép phân tách chức năng và công việc đang tôn tại, ngay cả khi nó bị khống chế bởi các yêu câu thiết kế mang tính hành vi ngay từ khi bắt đâu Như thế cơ hội khảo sát và chia sẻ chức năng của các bộ phận

cấu thành có thể được phát hiện và được thực hiện Cái giá của việc rạo ra các ưu điểm đó là khả năng lại tìm ra các thiết kế mà đã biết rừ trước, hoặc là các thiết kế mà có thể được tạo ra một các hiệu quả hơn từ các phân tách đã biết của công việc

hặc là kiến thức về dụng cụ

Biến đổi đại số và lõ-gíc: Các phép biến đổi và mờ rộng đồ thị có xu hướng địa phương vẻ mặt hiệu quả, trong khi đó các phép biến đổi vẻ biểu diễn hình

tượng có thể dễ dàng được chấp nhận và thay thế các mẫu không kể nhau

Với một yêu cầu về hành vi đã cho như là một sự biểu diễn hình tượng của

một ngôn ngữ, các qui tắc thao tác đại số có thể được sử dụng để biến đổi lặp đi lặp lại phép biểu diễn Mục đích của các phép biến đổi là để các phép biểu diễn phụ (sub-expression) các yêu cầu có thể được làm phù hợp với các hành vi của các bộ

phận cấu thành và các mối quan hệ trong một thư

Các thuộc tính của các kỹ thuật biến đổi đại số và lô gíc rất giống với các kỹ thuật biến đổi và mở rộng đồ thị Một điểm khác biệt là đại số và lô gíc tạo ra một ngôn ngữ giàu có hơn để biểu diễn và lý luận, nhưng với một cái giá là bằng các cách khó kiểm soát hơn việc khống chế quá trình lập luận Với các ngôn ngữ lô gíc,

việc tồn tại cơ sở tốn học (lý thuyết mơ hình) va tinh thừa kế về lô gic dy thuyết

chứng minh) đưa vấn đè giải quyết co bản với thời gian, với tính không chắc chắn và tính đơn điệu của các suy luận thành các vấn đề đã biết

Mé rong bién và tối uà hoá: Việc biểu diễn va lap luận với các ngôn ngữ dựa

trên cơ sở các đồ rhị, đại số và lô gíc là khó khăn khi các mô hình của các khái

niệm vật lý dẫn tới các phép biểu diễn toán học phức tạp mà đòi hỏi các phương pháp số để giải chúng

Các phương pháp số và hình tượng có thể sử dụng với các cấu trúc mờ được

phát triển (evolved) các phạm vi vật lý đã định rõ băng cách đưa vào các biến thiết

kế mới và tối ưu hoá trên chúng Một kỹ thuật biến đc biên đã được phát triển cho thiết kế cấu trúc nơi mà vấn đề tổng hợp thiết kế được xem như là việc xác

định sự phân bố tối ưu của các lỗ trong mọi vật Liệu cấu trúc

Các kỹ thuật mở rộng biến và tối ưu hoá đề cập đến sự cần thiết thay thế và

lap luận với các phép biểu diễn hành vi phức rạp và chỉ tiết hình học khi được đòi hỏi Một nhược điểm của nó là các phương pháp này nhạy cảm với loại phạm vỉ mà

chúng được áp dụng (ví dụ cơ học, động học) Nhược điểm khác cũng như các

Trang 29

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

C - Ứng dụng để chuẩn hố module trong cơng nghiệp tàu thủy:

Phần A đã cho thấy rằng: một sản phẩm có thể có cả hai cấu trúc, module

hoặc tích hợp, tùy thuộc vào mong muốn của nhà thiết kế và vào các thông số mà nhà thiết kế muốn tối ưu hoá Cấu trúc tích hợp có thể phù hợp hơn cho việc tối ưu hoá chất lượng sản phẩm, trong khi đó cấu trúc module lại phù hợp với việc thay

đổi, nâng cấp và đa dạng một cách dễ dàng hơn Hơn nữa, đối với cấu trúc module

thì các bộ phận cấu thành thực hiện một hoặc một vài phần tử chức năng (phép gán

1 — 1), và tác động tương hỗ của các bộ phận cấu thành được định rõ Trong cấu trúc tích hợp có phép gán phức hợp giữa các phần tử chức năng và các bộ phận cấu thành (có nghĩa là các bộ phận cấu thành thực hiện nhiêu phân tử chức năng), và

tác động tương hỗ của các bộ phận cấu thành không được định rõ và gắn kết với

nhau Ngoài ra, cấu trúc tích hợp có thể làm răng chất lượng của sản phẩm, trong

khi đó cấu trúc module lại rạo ra khả năng để thay đổi, nâng cấp và đa dạng hoá

sản phẩm

Vì thế, việc sản phẩm là module hay tich hợp tùy thuộc vào ý đồ của nhà thiết

kế, có nghĩa là nó bắt đầu từ quá trình thiết kế, hay nói chính xác hơn là từ khi đặt

bài toán phát triển sản phẩm

Phân này sẽ phân tích một số vấn để liên quan đến việc phát triển sản phẩm với ứng dụng kiến thức vẻ thiết kế tích hợp mạch điều khiển để chuẩn hoá module các thiết bị, hệ thống điện, điện tử

3.1 Xu hướng phát triển sẵn phẩm điện, điện tử"

Như trên đã phân tích, luôn tồn tại các xu hướng tích hợp và module hoá sản

phẩm, vì yêu cầu của khách hàng là đa dạng, và việc chọn lựa thiết kế module hoặc

thiết kế tích hợp trước hết phụ thuộc vào nhu cầu của khách hàng, thị trường Tuy

vậy, về số lượng sản phẩm thì rõ ràng thiết kế tích hợp chỉ phù hợp với các sản

phẩm được sản xuất với số lượng không nhiều, bởi việc thiết kế, chế tạo sản phẩm

tích hợp đòi hỏi nhiều thời gian, công sức hơn Trong khi đó, đối với các sản phẩm module thì việc thiết kế một sản phẩm mới nhiều khi chỉ là tăng thêm một số

module đã được chuẩn hoá Tất nhiên cũng có những trường hợp thiết kế phối hợp

giữa phương pháp tích hợp và phương pháp chuẩn module

Việc chọn lựa sản phẩm chuẩn module hay sản phẩm tích hợp phụ thuộc vào

rất nhiều yếu tố Có thể nêu một số yếu tố chính sau để thấy được xu hướng phát

triển sản phẩm điện, điện tử:

- Loại sản phẩm: các sản phẩm dân dụng, sản phẩm công nghiệp, sản phẩm quốc phòng thường được sản xuất với số lượng lớn, và mẫu mã, chức năng cũng cẩn được thay đổi liên tục, tuy rằng không lớn lắm Đòi hòi của khách hàng, thị trường đối với loại sản phẩm này là luôn được cải tiến, làm mới, đôi khi chỉ để

Trang 30

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

phục vụ thị hiếu Một loạt các sản phẩm điện, điện tử dân dụng từ tỉ vi, radio, DVD, điện thoại (cả cố định và di động) đến nổi cơm điện, ấm điện, máy xay sinh rố, máy pha cà phê, từ điểu điện tử, máy giặt, máy rửa bát (cả dân dụng và công nghiệp), luôn được thay đổi liên rục Đôi khi là thay đổi về chức năng (ví du thêm một vài chức năng, tiện ích nhỏ), đôi khi là sự nâng cấp từ thế hệ này sang thế hệ khác, và cũng có thể là chỉ thay đổi nhò vẻ kiểu dáng công nghiệp, hình thức bên ngoài Chẳng hạn với tỉ vỉ, radio hay DVD chỉ cần thay đổi kiểu dáng của loa (lắp bên hông, lắp phía trước, loa treble và bass kết hợp hoặc rách riêng; vò gỗ, vỏ nhựa, vò kim loại hoặc vò nhựa mạ kim, .) là có thể tạo ra sản phẩm mới, đáp

ứng được thị hiếu khách hàng Để đáp ứng được nhu cầu khá đơn giản và thường

xuyên đó thì nhà sản xuất phảt thực hiện việc thiết kế sản phẩm chuẩn hod module, sao cho khi cần làm một sản phẩm mới họ chỉ cầu thay đổi một số phần (module) nhất định, và giữ nguyên các phần còn lại Thực chất việc thay đổi để rạo ra các sản phẩm mới như vậy khá đơn giản, nhanh chóng, không tốn kém và nhiều khi

nhà sản xuất có thể dự kiến trước (chuẩn bị một số mẫu mã, phương án để thay đổi

khi có như cầu), nghĩa là có thể linh hoạt đáp ứng yêu cầu đa dạng của khách hàng

Ngược lại, các sản phẩm phục vụ nghiên cứu, các ngành đòi hỏi kỹ thuật cao

(như hàng không vũ trụ), các máy móc chế tạo (máy cái), thường yêu cầu tính

năng kỹ thuật chặt chế ngay từ khi thiết kế ban đầu và ít đòi hỏi thay đổi trong quá trình sử dụng Những sản phẩm như vậy thường là gia trị cao, dù có sản xuất với số

lượng nhiều hay số lượng ít thì cũng phải có thiết kế tối ưu ngay từ ban đầu, và

không có nhiều thay đổi trong tương lai, trừ khi có những tiến bộ khoa học, công

nghệ mới (như vật liệu, chức năng, công nghệ mối) Ví dụ: đối với một máy hàn thì

có các thế hệ: máy hàn xoay chiều, máy hàn một chiều, máy hàn TIG, MIG, máy

hàn bán tự động, máy hàn tự động, hàn tần số thấp, hàn cao tần, nhưng nhìn

chung việc thay đổi từ loại này sang loại khác hoặc là phụ thuộc vào nhà chế tạo, hoặc là phụ thuộc vào thế hệ, rất ít khả năng đòi hòi thay thế kiểu dáng, mẫu mã,

chức năng Do vậy, chúng được thiết kế tối ưu, chặt chế (compacr), tức là thiết kế

tích hợp, mặc dù có thể nhiều bộ phận cấu thành lại được thiết kế chuẩn module

Như vậy, bản thân loại sản phẩm được chế tạo cũng đòi hỏi thiết kế sản phẩm

phải có sự phù hợp để tạo rính tối ưu cho quá rrình sản xuất

- Nền sản xuất và tính chất của nền sản xuất: mỗi nền sản xuất có một số đặc

trưng khác nhau và việc rạo sản phẩm rích hợp hay sản phẩm chuẩn module cũng

được xem dựa trên các rính chất đó Ví dụ: các nhà sản xuất của châu Âu, Mỹ sử

dụng các nhà cung cấp trung gian là các nhà chế tạo các bộ phận cấu thành hàng, đầu thế giới, để cung cấp các bộ phận cấu thành cho họ, và các nhà sản xuất có xu hướng sử dụng tối đa khả năng của các nhà cung cấp trung gian đó, vì họ là các nhà chế tạo hàng đầu Tuy nhiên, do số lượng các nhà chế tạo hàng đầu thế giới không nhiều, nên họ chủ yếu là các nhà sản xuất khối lượng lớn, và các nhà sản

Trang 31

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

xuất phải sử dụng nhiều nhà cung cấp hơn, phải sử dụng các dịch vụ hậu cần (kho

bãi, vận chuyển, ), và việc quản lý qúa trình chế tạo, kiểm soát chất lượng các bộ

phận cấu thành cũng phức rạp hơn Hơn nữa các nhà chế tạo các bộ phận cấu thành

mà không thay đổi bản thân họ thì thật khó tạo ra các sản phẩm mới Do đó, việc thay đổi mẫu mã, kiểu dáng, tính năng khó được thực hiên hơn, hoặc đòi hồi giá

thành lớn hơn Ngược lại, nên sản xuất châu Á (như Nhật bản Hàn quốc, .) lại

đáp ứng tốt hơn với yêu cầu thay đổi của các bộ phận cấu thành, vì bản thân các nhà chế tạo bộ phận cấu thành không phải là các nhà chế tạo lớn, các loại xí nghiệp

vệ tỉnh như vậy có qui mô không lớn, và có tổ chức linh hoạt, phần lớn tập trung

gần các nhà sản xuất sản phẩm và theo một hệ thống quản lý chất lượng chung

Chính vì vậy, các nhà sản suất không phải tạo ra hoặc sử dụng hệ thống hậu cần

phức tạp, tốn kém, và khi họ cdo mo ra sản phẩm mới rhì họ có thể tiến hành thay

đổi, cải tổ lại các nhà cung cấp bộ phận cấu thành để phù hợp với thay đổi trong thiết kế công nghệ sản phẩm Rõ ràng khi cần thay đổi mầu mã, kiểu dáng, chức

năng không cơ bản (như đã phân tích ờ trên) rhì việc thiết kế chuẩn module là lựa

chọn tốt, và cũng chỉ một số ít các nhà cung cấp bộ phận cấu thành liên quan đến việc cải tổ, thay đổi cho phù hợp với yêu cầu chế tạo sản phẩm mới mà thôi

Chúng ta có thể thấy tương đối rõ đặc trưng này của các nền sản xuất khi xem

xết một số sản phẩm điện, điện tử Ví dụ trong thị trường may cao râu điện thì

châu Âu chỉ có một vài hãng (ví dụ Phillip) sản xuất, và các sản phẩm của họ đích

thực là sản phẩm tich hợp, với đặc tính compact, và nhiều tiện ích, bền, ruy hình thức có thể không xinh xắn, gọn nhẹ (thậm chí thô) và giá khá cao Tương phản với

điêu đó, một loạt nhà sản xuất châu Á (Nhật, Hàn quốc, Indonesia, Thailand, .) như Sanyo, National, v.v lại sản xuất ra vô vàn các chủng loại, thế hệ, mầu mã, kiểu đáng máy cạo râu khác nhau Các loại máy cạo râu này giá thành nhìn chung không cao, có thể thay đổi khá dễ dàng theo thị hiếu người tiêu dùng

Tất nhiên phân tích rên chỉ có tính đặc trưng Ngay ở châu Âu, Mỹ cũng có

những nhà chế rạo, trong những lĩnh vực nhất định, thích hợp với việc chế tạo các

sản phẩm chuẩn module, ngược lại, ở châu Á, nhất là Nhật bản, lại cũng có một số hãng chỉ chế tạo một số “hàng độc”, tức là một vài sản phẩm đòi hòi tính năng đặc

biệt, cần phải áp dụng thiết kế sản phẩm tích hợp, và do vậy giá thành rất cao

- Nhà chế tạo: Các tập đồn, cơng ty đa quốc gia có thể chế rạo từ sản phẩm

tích hợp với tính năng phức tạp, đến sản phẩm module với đặc tính linh động, phù

hợp cho sản xuất với số lượng lớn, nhưng nhìn chung các hãng lớn thường tập trung sản xuất số lượng lớn, vì chỉ phí cho hệ thống điều hành, quản lý chất lượng,

phân phối sản phẩm là lớn, đông thời họ cũng ưu tiên phát triển các công nghệ mới để có thể tạo ra các sản phẩm mới Các công ty qui mô trung bình và nhỏ, khả năng hạn chế thường phải làm nhà chế tạo bộ phận cấu thành cho các tập đồn,

hãng lớn, cơng ty đa quốc gia, hoặc tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ của 30

Trang 32

âu khiển và ứng dựng

Phương pháp thiéi

riêng mình, họ có thể tạo ra sản phẩm của riêng mình, nhưng đó thường là sản phẩm tích hợp vì được khách hàng chấp nhận với giá cao, họ không có đủ năng lực

sản xuất với số lượng lớn, tức là không phù hợp cho việc sản xuất sản phẩm chuẩn hod module

3.2 Định hướng ứng dụng để chuẩn hoá module trong công nghiệp tàu thủy:

'Trên tàu thủy sử dụng một số lượng lớn các loại thiết ện, điện tử và do

nên sản xuất công nghiệp tàu thủy đòi hỏi thoả mãn những yêu cầu chặt chế (qui

phạm, công ước quốc tế), và đồng thời cũng cần có sự thay đổi phù hợp với công,

nghệ mới, hoặc là những yêu câu phục vụ an toàn, tính năng hành hải, nên việc chuẩn hoá module nhìn chung là thích hợp trong việc sản xuất các sản phẩm điện,

điện tử cho tau thủy

Lấy ví dụ các hệ thống đo lường trên tàu thủy Một hệ đo lường (từ các đại

lượng điện như điện áp, dòng điện, công suất, góc pha, hệ số eos phi, đến các

tín hiệu áp suất, nhiệt độ, cơ học, hoặc là các bộ phận đo lường trong các thiết bị

điều khiển, cảnh báo, v.v.) luôn eó các bộ phận cơ bản sau: 1) chuẩn hoá tín hiệu; 2) dôn kênh; 3) biến đổi tương tự - số (ADC); 4) vi xử lý/ vi điều khiển Đó là mô

hình kiến trúc chuẩn của thiết bị do SAMI (Standard Architechture of

Measurement Instrumentation) Điều đó, có nghĩa là việc chuẩn hoá module các bộ phận d6 là giải pháp lý tường cho các thiết bị, hệ thống đo lường Bên cạnh đó, các thiết bị điện, điêu khiến trên tàu thủy đều cần có nguồn cung cấp, và nguồn cung

cấp điện trên tàu thường là nguồn xoay chiều (220/380 VAC, 240/400 VAC, 50/60 Hz, .) hoặc nguồn 1 chiều (ắc qui 12/24 VDC) Tất nhiên một số tàu cũng có các

nguồn cung cấp đặc biệt (ví dụ 400 VDC), nhưng đó không phải là phổ biến Do đó, việc tạo ra các khối nguồn được chuẩn hoá kiểu module là rất thích hợp Bên cạnh đó, ngày nay việc sử dụng các chuẩn truyền thông, điện là phổ biến, và để

giao kết thuận lợi với các sản phẩm công nghiệp, thì các rhiết bị điện, điện tử trên

tầu thủy cũng phải tuân thủ các chuẩn đó

Tuy vậy, phải nhìn nhận rằng nhiều ngành kỹ thuật, nhiều lĩnh vực công nghệ ngày nay đang phát triển rất nhanh, tạo ra nhiều biến đổi không thể mường

tượng trước được Ví dụ hiện nay đã sản xuất được các chip vi xử lý có rhể thực

hiện hàng ngàn tỉ phép tính mỗi giây, các chip đa chức năng, đặc biệt là gần đây

xuất hiện các chip thông minh, với các tính năng được tích hợp, và với khả năng vượt trội Một chip thông mioh loai PSoC (Programmable System on a Chip — Hé thống khả trình trên một con chip) có thể thực hiện được việc tích hợp tất cả các

chức năng cơ bản đã nêu ở trên (chuẩn hoá tín hiệu; dồn kênh; biến đổi tương tự -

số (ADC); vi xit ly/ vi điều khiển) của các thiết bị đo lường Tức là chip PSoC thực

Trang 33

Phương pháp thiế âu khiển và ứng dựng

Do vậy, thực chất việc chuẩn hoá module và tích hợp không còn ranh giới nhiều nữa, và với sự mẻm dẻo, linh hoạt, vạn năng của các chip thông minh thế hệ mới,

có thể thực hiện việc kết hợp uyển chuyển giữa thiết kế sản phẩm cấu trúc module và thiết kế sản phẩm cấu trúc tích hợp Nhà sản xuất có công cụ mạnh để thực hiện

việc tạo ra, phát triển các sản phẩm mới, và cũng không quá chú ý đến việc đang tuân theo nguyên tắc của sản phẩm chuẩn hoá module hay sản phẩm tích hợp nữa

D - Kết luận:

Việc phát triển sản phẩm tích hợp (Tategrated Producr Development — IPD)

cũng là một trong các xu hướng chủ yếu trong sản xuất thông minh (Tntelligenr

Manufacturing) Phát triển sản phẩm tích hợp dựa trên cơ sở thiết kế tích hợp của các sản phẩm và việc chế tạo chúng cũng như các quá trình hỗ trợ Đồng thời,

chuẩn hoá module cũng là một xu thế phổ biến và tạo ra nhiều cơ hội tốt cho việc phát triển sản phẩm, trong đó có như cầu đa dạng hoá sản phẩm của khách hàng

Chuyên dé này đã trình bày tổng quan về phát triển sản phẩm và rhiết kế thích hợp, trong đó chú trọng các nguyên tắc phát triển sản phẩm và phân biệt giữa sản

phẩm có cấu trúc module và sản phẩm có cấu trúc tích hợp; sau đó, phân chính của chuyên để trình bày một số phương pháp hiện đại thiết kế tích hợp mạch điều

khiến, bao gồm các hoạt động chủ yếu trong thiết kế và các phương pháp thiết kế tích hợp

Để phục vụ cho các hoạt động chủ yếu trong thiết kế là lựa chọn thiết kế, thiết

kế tham số và tổng hợp thiết kế, nhiều phương pháp thiết kế đã được đề cập Có thể

tóm tắt các phương pháp thiết kế được áp dụng cho các công việc thiết kế như sau:

Các phương pháp chon lựa thiết kế:

- Lý thuyết quyết định;

-_ Các ngôn ngữ chất vấn;

-_ Khoảng và lập luận định tính; ~_ Các qui tắc phân loại;

-_ Phép biến đổi chỉ số và tương tự; Các phương pháp thiết kế thông số -

-_ Các phương pháp số, phân tích;

-_ Tối ưu hoá;

-_ Lập luận dựa trên nhóm;

~ _ Khái quát hoá qui tắc/thay thế quá trình;

- _ Phân tách công việc;

Trang 34

âu khiển và ứng dựng

- _ Tối ưu hố khơng gian phụ được phối hợp;

-_ Lập luận trên cơ sờ nhóm tổ hợt

Các phương pháp tổng hợp thiết kế:

-_ Liệt kê cấu trúc;

-_ Biến đổi cấu trúc/chức năng; -_ Điều chỉnh theo tình huống: - _ Phân tách công việc;

-_ Biến đổi hình và phép mỡ (giãn) rộng; - Bién déi dai s6/l6 gic;

-_ Mỡ rộng biến và tối ưu hoá;

Phân tiếp theo của chuyên đề này đã đẻ cập đến việc ứng dụng phương pháp

thiết kế tích hợp trong công nghiệp tàu thủy, trong đó để cập đến vấn đẻ thiết kế

phát triển sản phẩm điện, điện tử nói chung và định hướng ứng dụng thiết kế tích

hợp để chuẩn hoá module rrong công nghiệp tàu Công nghiệp tàu thủy là một

ngành sử dụng thành quả của nhiều ngành khoa học, nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau, trong đó điện, điện tử có vai trò ngày càng lớn Vì vậy việc thiết kế các thiết bị điện, điện tử (thiết bị đo lường, điều khiển, thu thập, quản lý và xỷ lý số

liệu, .) rất cần được nghiên cứu, phân tích

Tất nhiên khơng thể nói chuẩn hố module là xu hướng duy nhất, hoặc là xu

hướng tốt nhất trong số các phương pháp phát triển sản phẩm hiện nay Và như đã phân tích từ đàu, việc phát triển sản phẩm luôn là một quá trình hoàn thiện dao, va

cần phải gắn chặt với nhu cầu đa dạng của khách hàng, từ nhu cầu cá biệt tới nhu cầu rổng thể Sự chuyển hoá, biến đổi giữa sản phẩm có cấu trúc tích hợp và sản phẩm có cấu trúc module là luôn tồn tại, và ứng dụng phương pháp nào là tùy

thuộc vào nhụ cầu của khách hàng và mục tiêu của nhà sản xuất Hơn nữa, với sự

phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vì điện tử, công nghệ na nô và các công nghệ hiên đại khác, nhiều khi ranh giới giữa thiết kế sản phẩm cấu trúc module và thiết kế sản phẩm cấu trúc tích hợp là không rõ ràng Và do đó, quá trình nghiên cứu các

phương pháp thiết kế các sản phẩm này cũng cần được liên tục phát riển để phù hợp với phát triển của các công nghệ mới