Phân tíh kết ấu và ứng dụng mô hình tiến hóa trong thiết kế khuôn nhựa

Với giải pháp trên, Skarka và Mazurek, 2005 [11] đã sử dụng Catia để tạo ra mô hình tiến hóa của sản phẩm ứng dụng trong thiết kế.. Lịch sử nghiên cứu - Năm 2005: Tác giả Jonas và cộng s

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 10

1 Lý do chọn đề tài 10

2 Lịch sử nghiên cứu 13

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 13

4 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả 14

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHUÔN NHỰA VÀ KẾT CẤU KHUÔN NHỰA 16

1.1 Khái niệm về khuôn 16

1.2 Phân loại khuôn 16

1.2.1 Theo phương pháp gia công nhựa: 16

1.2.2 Theo kết cấu khuôn 17

1.3 Cấu tạo và chức năng của các bộ phận của khuôn 23

1.4 Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn đúc phun sản phẩm nhựa 24

1.5 Quy trình thiết kế khuôn 25

1.5.1 Cơ sở dữ liệu cần thiết khi thiết kế khuôn 25

1.5.2 Quy trình thiết kế khuôn ép phun 25

1.5.3 Một số vấn đề lưu ý khi thiết kế 26

1.5.4 Xác định thông số máy ép phun 26

1.6 Tự động hóa quá trình thiết kế khuôn 28

Kết luận chương 1 32

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TIẾN HÓA VÀ GIẢI PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH

TIẾN HÓA TRONG CATIA 33

2.1 Kỹ thuật KBE trong thiết kế và mô hình tiến hóa 33

2.2 Phương pháp xây dựng mô hình tiến hóa trong CATIA 36

2.3 Các công cụ thực hiện việc xây dựng mô hình tiến hóa trong CATIA 40

2.3.1.Các tính năng cơ bản của mô đun Knowledge adivisor trong CATIA 40

2.3.2.Ứng dụng mô đun Knowledge adivisor trong CATIA 49

Kết luận chương 2 49

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TIẾN HÓA TRONG THIẾT KẾ KHUÔN 51

3.1 Thiết kế khuôn cho một sản phẩm nhựa theo cách truyền thống 51

3.1.1 Các bước trong quá trình thiết kế khuôn trên Catia 51

3.1.2 Ứng dụng thiết kế khuôn cho hộp đựng thực phẩm bảo quản lạnh 51

3.2 Thiết kế khuôn cho một sản phẩm nhựa có ứng dụng mô hình tiến hóa 58

3.2.1 Các bước trong quá trình thiết kế khuôn có ứng dụng mô hình tiến hóa trên Catia 58

3.2.2 Xây dựng quy trình thiết kế mô hình tiến hóa trong Catia 59

3.3 Ứng dụng mô hình tiến hóa trong thiết kế khuôn nhựa 60

3.3.1 Thiết kế mô hình tiến hóa sản phẩm hộp đựng thực phẩm 60

3.3.2 Thiết kế mô hình tiến hóa khối lòng- khối lõi 67

3.3.3 Thiết kế mô hình tiến hóa cụm chi tiết kết cấu khuôn nhựa 70

Kết luận chương 3 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

LỜI CAM ĐOAN Luận văn thạc sỹ “Phân tích kết cấu và ứng dụng mô hình tiến hóa trong thiết kế khuôn nhựa” của học viên Nguyễn Thị Hương, chuyên ngành Chế tạo máy Đây là nghiên cứu do tôi thực hiện Kết quả nghiên cứu trong Luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong công trình nghiên cứu nào Các nội dung tham khảo, thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tôi xin chịu trách nhiệm về những cam đoan trên

Ngày 10 tháng 11 năm 2015 Học viên

Nguyễn Thị Hương

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn Thạc sĩ, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp

đỡ của nhiệt tình của nhiều tập thể và cá nhân

Với tình cảm chân thành của mình, tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo TS Lê Giang Nam đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu hoàn thành bản luận văn này

Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô, công nhân viên chức Viện đào tạo sau đại học, Viện cơ khí cùng toàn thể các thầy, cô trong bộ môn Máy - Ma sát học đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu lãnh đạo trường Đại học Kinh tế –

Kỹ thuật Công nghiệp – nơi tôi đang công tác đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình theo học và hoàn thành luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình cùng bạn bè đồng nghiệp đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suất thời gian vừa qua

Do thời gian thực hiện có hạn và kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế cho nên luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 KBE Knowledge-Based Engineering Phân tích kỹ thuật dựa trên tri

5 CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp của

7 CAE Computer Aided Engineering Phân tích kỹ thuật với sự trợ

giúp của máy tính

10 FMS Flexible Manufacturing System Hệ thống sản xuất linh hoạt

Hình 1.9a Tháo ren trong và ren ngoài bằng chốt gập nhả 21

Hình 2.3 Chu kỳ chung của kỹ thuật KBE với ứng dụng CATIA cho

mô hình tiến hóa

Hình 2.6 Các chức năng cơ bản của modul Knowledge adivisor 43

Hình 2.15 Thiết lập thông tin hiển thị sau khi kiểm tra 48

Hình 3.1 Các bước thiết kế khuôn trên Catia theo cách truyền thống 52

Hình 3.19 Quy trình thiết kế mô hình tiến hóa cho một chi tiết (sản

phẩm, khối lòng- khối lõi)

60

Hình 3.20 Quy trình thiết kế mô hình tiến hóa bộ khuôn 61 Hình 3.21 Bản vẽ 3D sản phẩm hộp đựn sản phẩm trong CATIA 62 Hình3.22 Thiết lập các thông số tạo hàm và tạo bảng cho chi tiết 63

Hình3.25 Tạo lập các thông số trong Microsoft Exel 64

Hình 3.38 Lựa chọn các thông số thiết kế cho khối lòng 69

Hình 3.41 Kích hoạt các hàm quan hệ khối lòng 70

Hình3.48 Mô hình 3D của cụm chi tiết trong bộ khuôn 71

Hình3.50 Các hàm quan hệ và ràng buộc trong bản thân các chi tiết và

giữa các chi tiết với nhau

72

Hình3.52 Thiết lập hàm quan hệ trong bản thân chi tiết 73 Hình3.53 Thiết lập hàm quan hệ và ràng buộc giữa các chi tiết với

nhau

73

Hình3.54 Mối quan hệ giữa các thông số trong một chi tiết 74

Hình3.57 Tạo lập bảng thông số thiết kế cho cả bộ khuôn 75

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Công nghệ chế tạo khuôn ép phun các sản phẩm nhựa là một lĩnh vực kỹ thuật then chốt, có vị trí, vai trò hết sức quan trọng trong quá trình phát triển các ngành sản xuất, gia công dân dụng [1] Nhờ có sự phát triển của khoa học máy tính và công nghệ thông tin mà các giai đoạn thiết kế và chế tạo khuôn từng bước được tự động hóa [8,4] Việc áp dụng quy trình công nghệ CAD/CAM/CAE/CNC trong quá trình thiết kế, lập trình, mô phỏng quá trình gia công khuôn ép phun được áp dụng phổ biến, giúp giảm được thời gian thiết kế, chế tạo, nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm [7] Tuy nhiên giai đoạn thiết kế, chế tạo khuôn cho một mẫu sản phẩm có kích thước tương đồng vẫn đòi hỏi nhiều thời gian và nhiều công việc thiết kế lặp lại

Các sản phẩm nhựa ngày nay đang chiếm vai trò ngày càng lớn trong kỹ thuật

và đời sống như trong các máy móc thiết bị công nghiệp, thiết bị điện, đồ gia dụng…Chúng luôn có sự thay đổi về chủng loại và số lượng tùy theo yêu cầu sử dụng của người tiêu dùng Đồng thời các công ty sản xuất nhựa luôn có chiến lược thay đổi mẫu mã kiểu dáng của sản phẩm để thu hút người tiêu dùng Như vậy vòng đời của mỗi mẫu sản phẩm nhựa thường ngắn [10] Một vấn đề đặt ra là tốc độ ra sản phẩm phải đủ nhanh để có thể cạnh tranh trên thị trường Để tạo ra sản phẩm nhanh thì tốc độ ra khuôn phải đủ nhanh

Theo kết cấu khuôn thì khuôn ép phun có nhiều loại khác nhau như khuôn hai tấm, (hình 1), khuôn ba tấm (hình 2), khuôn nhiều tầng (hình 3)… Nhưng kết cấu một bộ khuôn nhựa thường được thiết kế và chế tạo theo xu hướng mô đun hóa và tiêu chuẩn hóa Điều đó cho phép công việc thiết kế và chế tạo khuôn chỉ cần tập trung vào thiết kế kết cấu hệ thống khuôn, thiết kế khối lòng, khối lõi khuôn còn hệ thống áo khuôn đã được thiết kế và chế tạo theo bộ tiêu chuẩn riêng và có thể mua sẵn Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất khuôn lớn như Futaba, Misumi… đều có một bộ tiêu chuẩn riêng để thuận tiện cho việc tự động hóa quá trình thiết kế khuôn

Hình 1: Khuôn hai tấm Hình 2: Khuôn ba tấm Hình 3: Khuôn nhiều tầng Công việc thiết kế khuôn đòi hỏi nhiều thời gian, nhiều công việc thiết kế lặp lại.Đặc biệt trong các vùng công việc: thiết kế khuôn cho cùng một họ các sản phẩm, thiết kế kết cấu khuôn hoặc thiết kế phát triển từ một sản phẩm đã có Các mẫu sản phẩm cải tiến luôn kế thừa những tính năng và hình dạng của mẫu thiết kế trước Quá trình thiết kế khuôn cho các họ sản phẩm có tính kế thừa các đời khuôn trước cao Vì vậy, một yêu cầu đặt ra là cần một kỹ thuật nào đó trong quá trình thiết kế để làm giảm thời gian thiết kế các công việc thiết kế lặp lại, giúp tăng tốc độ khuôn nhanh cho các họ sản phẩm, hoặc các thiết kế phát triển sản phẩm

Theo Stokes (2001)[13], tỷ lệ phần trăm của công việc có tính chất lặp đi lặp lại trong quá trình thiết kế chiếm khoảng 80% thời gian, còn lại 20% cho các hoạt động sáng tạo Tuy nhiên, sự hình thành một dự án hoàn chỉnh phụ thuộc phần lớn vào sự sáng tạo của các nhà thiết kế Nói cách khác, để có một dự án hoàn chỉnh cần có sự trợ giúp từ hệ chuyên gia, những giải pháp tối ưu, để tăng thời gian dành cho thiết kế sáng tạo Do vậy cần thiết phải giảm thời gian dành cho công việc có tính chất lặp đi lặp lại một cách đáng kể Một trong những giải pháp đã được sử dụng để giảm thời gian thiết kế có tính chất lặp lại là kỹ thuật KBE đã được đề xuất bởi Hopgood, năm 2001 [3]; Kusiak, 2000 [6]; Stokes, 2001 [13] (Hình 4)

Theo định nghĩa (Stokes, 2001)[13], kỹ thuật hệ thống KBE là một cách sử dụng tích hợp các phần mềm máy tính cho việc tổng hợp và tái sử dụng kiến thức

về một sản phẩm và con đường dẫn tới quá trình hình thành sản phẩm tốt nhất Điều đó mang lại lợi ích trong trường hợp thiết kế cho cùng một họ các chi tiết, thiết kế hệ thống hoặc thiết kế phát triển một dạng sản phẩm

Trong đó quá trình thiết kế chủ

yếu dựa trên các hoạt động lặp đi lặp lại

tạo thành xương sống cho một nhóm

công việc xác định của quy trình thiết kế

Với giải pháp trên, Skarka và Mazurek,

(2005 [11]) đã sử dụng Catia để tạo ra

mô hình tiến hóa của sản phẩm ứng dụng

trong thiết kế

Hình 4: Ứng dụng KBE làm giảm thời gian thiết kế [4]

Mô hình tiến hóa cho phép tạo ra nhanh các thiết kế mới dựa trên các thiết kế trước đó, cho phép giảm thời gian thời gian cần thiết cho những công việc lặp lại trong quá trình thiết kế Trên cơ sở đó, có thể sử dụng phần mềm Catia để tạo ra mô hình tiến hóa để giúp cho quá trình thiết kế khuôn diễn ra nhanh, chính xác mà vẫn đảm thiết kế đúng đảm bảo tính công nghệ trong thiết kế khuôn Nghiên cứu này đã

sử dụng Catia để xây dựng mô hình hình học bộ khuôn và tiến hành tham số hóa các thông số hình học và tạo ra các hàm liên kết giữa chúng, kết quả ta thu được một

mô hình tiến hóa của bộ khuôn Khi thay đổi các kích cỡ sản phẩm hay các thông số của bộ khuôn thì hình dạng của bộ khuôn sẽ thay đổi theo Do đó làm giảm thời gian thiết kế khuôn lặp lại của đời sản phẩm trước, tăng thời gian thiết kế sáng tạo mới của sản phẩm, giúp tạo ra sản phẩm nhanh chóng đồng thời tăng tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường

Từ những nhu cầu trên, tác giả đã nghiên cứu và thực hiện luận văn với đề tài: “Phân tích kết cấu và ứng dụng mô hình tiến hóa trong thiết kế khuôn nhựa”

2 Lịch sử nghiên cứu

- Năm 2005: Tác giả Jonas và cộng sự đã phát triển tính năng Knowledgeware trên Catia đã sử dụng kỹ thuật KBE trong việc thiết kế để tạo ra mô hình tiến hóa [15]

- Năm 2011: Tác giả Huabo He và cộng sự đã nghiên cứu và áp dụng kỹ thuật KBE trong quá trình thiết kế đối với các sản phẩm cơ điện tử để nâng cao hiệu quả thiết kế sáng tạo và tránh những công việc lặp lại trong những thiết kế truyền thống.[13]

- Năm 2012: Tác giả Zhou Xing và cộng sự đã nghiên cứu và áp dụng kỹ thuật KBE để tạo ra nhanh các thiết kế cho sản phẩm rơ mooc [18]

- Năm 2012: Tác giả Lưu Huy Hạnh và cộng sự đã nghiên cứu các ứng dụng phương pháp mô hình tiến hóa trong phần mềm CATIA hỗ trợ cho quá trình xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ cho trung tâm phay CNC tại trường Cao đẳng Nghề Kỹ thuật công nghệ nhằm nâng cao chất lượng, phục vụ tốt cho quá trình đào tạo kết hợp sản xuất trong nhà trường

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

 Mục đích nghiên cứu:

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là những tài liệu cần thiết phục vụ đào tạo, nghiên cứu và chuyển giao công nghệ, góp phần nâng cao hiệu quả đào tạo và hiệu quả sản xuất

Nghiên cứu nhằm đưa ra một quy trình ứng dụng mô hình tiến hóa trong thiết kế khuôn, xuất phát từ mô tả sản phẩm phát triển lên khối lòng, khối lõi, tấm lòng, tấm lõi và toàn bộ kết cấu khuôn Nghiên cứu đã đem lại hiệu quả trong thiết

kế các sản phẩm hình dạng tương đồng (họ sản phẩm), hoặc các thiết kế phát triển sản phẩm, giảm thời gian cho công việc thiết kế lặp lại, tăng thời gian thiết kế sáng tạo, từ đó tăng năng suất và tính cạnh tranh trên thị trường

Nghiên cứu cũng đưa ra minh chứng cho việc áp dụng mô hình tiến hóa trong lĩnh vực khuôn mẫu và đã mang lại hiệu quả ban đầu Đồng thời mở ra nhiều hướng nghiên cứu cho các lĩnh vực khác

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là kết cấu khuôn nhựa và mô hình tiến hóa Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế mô hình tiến hóa trong lĩnh vực thiết kế khuôn nhựa

Phạm vi nghiên cứu: Các sản phẩm nhựa có hình dạng tương đồng (họ sản phẩm)

4 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

Để đạt được mục tiêu của đề tài, luận văn tập trung nghiên cứu và phân tích các vấn đề sau:

- Nghiên cứu tổng quan về khuôn nhựa và kết cấu khuôn nhựa để thấy được

xu hướng của việc tiêu chuẩn hóa trong quá trình thiết kế và chế tạo khuôn nhựa

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về mô hình tiến hóa, hệ thống công cụ thực hiện

để xây dựng mô hình tiến hóa, cơ sở phương pháp luận xây dựng mô hình tiến hóa trong Catia

- Nghiên cứu quá trình thiết kế khuôn nhựa trên Catia và ứng dụng vào quá trình thiết kế cho sản phẩm hộp đựng thực phẩm

- Xây dựng quy trình thiết kế mô hình tiến hóa trong Catia cho khối lòng, khối lõi và kết cấu chung của khuôn nhựa

- Ứng dụng xây dựng mô hình tiến hóa cho khối lòng, khối lõi và kết cấu chung của khuôn cho sản phẩm hộp đựng thực phẩm

5 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên điều tra tư liệu, phương pháp nghiên cứu lý luận, mô phỏng số

Điều tra tư liệu: Nghiên cứu các công trình liên quan đã được công bố, các tài liệu khoa học, sách báo từ đó phân tích thống kê, tổng kết để đưa ra những vấn đề chưa được giải quyết

Nghiên cứu lý luận: Dựa trên cơ sở các công trình nghiên cứu đã công bố về việc ứng dụng kỹ thuật KBE và phương pháp MOKA cho quá trình thiết kế sản

phẩm, từ đó luận văn sẽ đi sâu vào nghiên cứu các ứng dụng của mô đun Knowledge adivisor trong CATIA cho việc xây dựng quy trình thiết kế mô hình tiến hóa trong thiết kế khuôn nhựa

Mô phỏng số: Ứng dụng mô đun Knowledge adivisor trong CATIA, xây dựng mô hình tiến hóa cho khối lòng, khối lõi, tấm lòng, tấm lõi và kết cấu khuôn của sản phẩm hộp đựng thực phẩm để đánh giá sự phù hợp và tính đúng đắn của hướng nghiên cứu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHUÔN NHỰA VÀ KẾT CẤU KHUÔN

NHỰA1.1 Khái niệm về khuôn

Khuôn là một cụm gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau, ở đó nhựa được phun vào, được làm nguội và đẩy ra sản phẩm Sản phẩm được tạo thành giữa hai phần của lòng khuôn Khoảng trống giữa hai phần khuôn được điền đầy bởi nhựa và nó

sẽ mang hình dạng của sản phẩm Một phần lõm vào xác định hình dạng của sản phẩm gọi là lòng khuôn, còn phần lồi ra xác định hình dạng bên trong của sản phẩm gọi là lõi khuôn

Việc phân loại khuôn cho sản phẩm nhựa chủ yếu dựa trên hai phương pháp: Phương pháp gia công và theo kết cấu khuôn

1.2.1 Theo phương pháp gia công nhựa:

Khuôn ép: Dùng để tạo hình sản phẩm nhựa từ nguyên liệu nhựa dùng để nung nóng và ép vào lòng khuôn

Khuôn đùn: Được sử dụng để tạo ra các sản phẩm nhựa dạng tấm, thanh, ống…

Khuôn tạo hình nhiệt ép: Sử dụng lực ép để tạo hình sản phẩm, loại này ít được sử dụng

Khuôn thổi định hình: Được sử dụng để tạo hình các chi tiết rỗng như chai, lọ…

1.2.2 Theo kết cấu khuôn

Theo kết cấu khuôn, khuôn có nhiều loại: khuôn một lòng khuôn; khuôn nhiều lòng khuôn; khuôn hai tấm; khuôn ba tấm; khuôn không có hệ thống kênh nhựa; khuôn nhiều tầng…

 Khuôn hai tấm

Kết cấu chung của bộ khuôn hai tấm

Hình 1.2 Kết cấu chung của bộ khuôn hai tấm Khuôn hai tấm là loại khuôn phổ biến nhất So với khuông ba tấm thì khuôn hai tấm đơn giản hơn, rẻ hơn và có chu kỳ ép phun ngắn hơn

 Khuôn hai tấm có kênh dẫn nguội

Đối với khuôn hai tấm có một lòng khuôn thì không cần đến kênh dẫn nhựa vì nhựa sẽ điền đầy trực tiếp vào khuôn thông qua bạc cuống phun

Đối với khuôn hai tấm có nhiều lòng khuôn thì ta nên quan tâm nhiều đến việc thiết kế kênh dẫn và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy vào các lòng khuôn cùng lúc (vấn đề cân bằng dòng chảy của nhựa) Trước khi bắt đầu thiết kế khuôn,

loại này ta nên dùng một quá trình phân tích số dựa trên công nghệ CAE để tìm ra

vị trí đặt miệng phun, áp lực phun rồi mới tiến hành thiết kế Khi xét thấy vị trí các miệng phun có thể đặt thẳng hàng với các lòng khuôn thì việc dùng khuôn hai tấm

sản phẩm có nhiều miệng phun hoặc lòng khuôn cần nhiều miệng phun ở tâm thì kết cấu khuôn 2 tấm trở nên không thích hợp

 Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng

Khuôn hai tấm dùng kênh dẫn nóng luôn giữ cho nhựa chảy trong bạc cuống phun, kênh dẫn và miệng phun nhựa, chỉ đông đặc khi nó chảy vào lòng khuôn Khi khuôn mở ra thì chỉ có sản phẩm (đôi khi có kênh dẫn nguội) được lấy ra ngoài Khi khuôn đóng lại thì nhựa trong các kênh dẫn vẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lòng khuôn một cách trực tiếp

Đối với loại khuôn này, các miệng phun

phải được ở vị trí trung tâm của các lòng

khuôn Điều này có nghĩa là các kênh dẫn

phải được đặt xa mặt phân khuôn Nhưng

điều này không gây bất kỳ trở ngại nào cho

việc thiết kế Loại khuôn này cũng phù hợp

với khuôn có nhiều lòng khuôn với kích

thước nhỏ hay những khuôn mà hệ thống

kênh dẫn phức tạp và phí nhiều vật liệu

Hình 1.4:Kết cấu khuôn hai tấm có

kênh dẫn nóng

* Ưu điểm:

Khuôn hai tấm có kênh dẫn nóng có các ưu điểm sau: Tiết kiệm vật liệu; không có vết của miệng phun trên sản phẩm; giảm thời gian chu kỳ; điều khiển được sự điền đầy và dòng chảy của nhựa

Hình 1.5: Kết cấu khuôn ba tấm

* Ưu điểm:

Khuôn ba tấm có các ưu điểm sau: giá thành thấp hơn so với khuôn hai tấm

có kênh dẫn nóng; ít bị hỏng hóc hơn khuôn có kênh dẫn nóng; có thể phù hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém; chi tiết và rãnh dẫn có thể tự động tách riêng ra, nó

dễ tự động hóa và được áp dụng rộng rãi trong dạng sản xuất lớn

* Nhược điểm:

Khuôn ba tấm có các nhược điểm sau: chu kỳ ép phun tăng do hành trình của dòng nhựa để điền đầy lòng khuôn dài; lãng phí nhiều vật liệu; cần áp suất phun lớn để điền đầy; cấu trúc phức tạp hơn khuôn 2 tấm.; giá thành khuôn cũng cao hơn

 Khuôn nhiều tầng

Khuôn nhiều tầng được sử dụng với mục đích tạo ra sản phẩm với số lượng lớn tăng năng suất, giảm giá thành, giảm chi phí làm khuôn Tuy nhiên cũng ảnh hưởng tới việc thiết kế và gia công cũng như lắp ráp gặp khó khăn hơn do các thông

số về độ phẳng, độ đồng tâm giữa các bề mặt Hệ thống khuôn nhiều tầng được chế tạo để giữ lực kẹp của máy thấp (nghĩa là sử dụng cho loại máy có kích thước nhỏ) Với loại hệ thống khuôn này chúng ta có một hệ thống đẩy ở mỗi mặt của khuôn

Hình 1.6: Khuôn nhiều tầng

 Khuôn tháo chốt ngang

Thông thường sản phẩm được đẩy ra khỏi khuôn theo phương đóng mở khuôn Tuy nhiên trên các sản phẩm nếu có lỗ ngang hoặc hõm ngang thì việc đẩy sản phẩm không thể thực hiện được Muốn lấy sản phẩm ra khỏi khuôn ta cần phải rút các chi tiết tạo hõm ngang hoặc lỗ ngang Vì vậy người ta gọi là khuôn tháo chốt ngang Để tháo chốt ngang có thể sử dụng chuyển động mở khuôn thông qua việc dùng chốt xiên hoặc xy lanh thủy lực tạo chuyển động ngang độc lập với mở khuôn

Hình 1.7: Tháo lõi bằng chốt xiên Hình 1.8: Tháo lõi bằng xy lanh thủy lực

 Khuôn của sản phẩm có ren

Phần tử ren gồm có ren trong và ren ngoài Có nhiều cách tháo ren như tháo ren cưỡng bức, tháo ren bằng chốt gập, tháo ren bằng thanh răng, bánh răng, tháo ren bằng tay, tháo ren bằng chốt nhả

Hình 1.9a: Tháo ren trong và ren ngoài bằng chốt gập nhả

 Khuôn nhiều màu

Khuôn nhiều màu là khuôn ép

với các dạng sản phẩm gồm

nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn

sử dụng một bộ khuôn riêng và

quá trình này thường xẩy ra liên

tục cho đến khi ép xong hoàn

chỉnh một sản phẩm

Hình 1.9b: Sản phẩm của khuôn nhiều màu

Trên cơ sở đó đề tài chọn khuôn hai tấm có một lòng khuôn, không cần đến kênh dẫn nhựa mà nhựa sẽ được điền đầy trực tiếp vào lòng khuôn thông qua bạc cuống phun

1.3 Cấu tạo và chức năng của các bộ phận của khuôn

1 Tấm kẹp trên

2 Tấm khuôn trước

3 Vòng định vị 4.Bạc cuống phun

5 Sản phẩm

6 Bộ định vị

7 Tấm đỡ

8 Khối đỡ 9.Tấm kẹp phía dưới

10 Chốt đẩy

11 Tấm giữ

12 Tấm đẩy

13 Bạc dẫn hướng hệ thống

19 Chốt dẫn hướng Hình 1.10: Kết cấu chung của một bộ khuôn

Khuôn ép phun là thiết bị tạo hình ra sản phẩm nhựa Kết cấu một bộ khuôn ép phun (hình 1.6) bao gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau Trong đó các chi tiết của khuôn được định hướng tiêu chuẩn hóa với các chức năng cụ thể:Tấm kẹp trên (1)

có vai trò kẹp phần nửa khuôn trên (nửa khuôn tĩnh) vào tấm cố định trên máy ép phun; tấm khuôn trước (2) là phần cố định của khuôn, có vai trò tạo thành khu vực lòng khuôn; vòng định vị (3) có vai trò đảm bảo vị trí tương quan thích hợp của khuôn với vòi phun trên máy ép phun; bạc cuống phun (4) có vai trò nối vòi phun trên máy với hệ thống kênh dẫn nhựa; sản phẩm (5) được hình thành sau khi ép phun;bộ định vị (6) có vai trò đảm bảo tương quan vị trí giữa tấm khuôn trước, tấm khuôn sau với toàn bộ khuôn; tấm đỡ (7) có vai trò giữ cho mảnh ghép lòng khuôn không bị rơi ra ngoài, đồng thời, tấm đỡ cũng đóng vai trò tăng độ cứng vững, đảm bảo độ bền cho khuôn; khối đỡ (8) có vai trò tạo khoảng không giữa tấm đỡ và tấm kẹp sau, đảm bảo hệ thống đẩy có thể hoạt động được, khối đỡ cũng đóng vai trò tăng cứng, đảm bảo bền cho khuôn; tấm kẹp phía sau (9) có vai trò kẹp phần khuôn dưới (nửa khuôn di động) vào tấm di động của máy; chốt đẩy (10) dùng để đẩy sản phẩm khi khuôn mở, trong một số trường hợp chốt đẩy có thể được thay bằng các

hệ thống đẩy khác như: tấm đẩy ; tấm giữ (11) có vai trò giữ, xác định vị trí của

chốt đẩy trong hệ thống đẩy, tấm đẩy (12) có vai trò tạo chuyển động qua lại cho chốt đẩy (hệ thống đẩy), bạc dẫn hướng hệ thống đẩy (13) có vai trò dẫn hướng cho toàn bộ hệ thống đẩy Đồng thời, bạc dẫn hướng cũng giúp tránh mòn hoặc làm hỏng trụ đỡ, tấm đẩy và tấm giữ do sự chuyển động qua lại giữa chúng, chốt hồi (14) có vai trò đưa hệ thống đẩy quay trở về vị trí ban đầu khi khuôn đóng lại, bạc

mở rộng (15) có vai trò dẫn hướng và tránh mài mòn hoặc làm hỏng tấm kẹp phía sau, khối đỡ và tấm đỡ, trụ đỡ (16) có vai trò dẫn hướng chuyển động cho hệ thống đẩy, đồng thời trụ đỡ cũng làm tăng độ cứng vững và độ bền cho khuôn sau; tấm khuôn sau (17) là phần chuyển động của khuôn, tạo nên khu vực lõi khuôn; bạc dẫn hướng lắp ghép với chốt dẫn hướng (18) có vai trò dẫn hướng đảm bảo hai nửa khuôn ăn khớp với nhau; chốt dẫn hướng (19) lắp ghép với bạc dẫn hướng, có vai trò dẫn hướng đảm bảo hai nửa khuôn ăn khớp với nhau

1.4 Các yêu cầu kỹ thuật đối với khuôn đúc phun sản phẩm nhựa

Đảm bảo độ chính xác về kích thước và biên dạng của sản phẩm

- Đảm bảo độ bóng cần thiết cho cả lòng khuôn và lõi để đảm bảo độ bóng của sản phẩm;

- Đảm bảo vị trí tương quan chính xác giữa hai nửa khuôn;

- Đảm bảo lấy sản phẩm ra khỏi khuôn một cách dễ dàng;

- Vật liệu chế tạo khuôn phải có tính chống mòn cao và dễ gia công;

- Khuôn phải đảm bảo độ cứng khi làm việc, tất cả bộ phận của khuôn không được biến dạng hoặc lệch khỏi vị trí cần thiết khi chịu lực ép lớn (vài trăm tấn)

- Khuôn phải có hệ thống làm lạnh bao quanh lòng khuôn sao cho lòng khuôn phải có nhiệt độ ổn định để vật liệu dễ điền đầy vào lòng khuôn và định hình nhanh chóng trong lòng khuôn, từ đó rút ngắn chu kỳ ép và tăng năng suất;

- Khuôn phải có kết cấu hợp lý không quá phức tạp sao cho phù hợp với khả năng công nghệ hiện có

1.5 Quy trình thiết kế khuôn

1.5.1 Cơ sở dữ liệu cần thiết khi thiết kế khuôn

Bản vẽ chi tiết với đầy đủ kích thước như vật liệu chế tạo chi tiết (loại nhựa), vật liệu của lòng khuôn, độ chính xác của chi tiết bao gồm độ chính xác về kích thước, độ chính xác về hình dáng hình học và vị trí tương quan giữa các bề mặt, số lượng các chi tiết yêu cầu, các bề mặt làm việc, không gian làm việc của chi tiết Các thông số kỹ thuật của máy ép như lực kẹp khuôn lớn nhất của máy là bao nhiêu, khối lượng vật liệu lớn nhất của máy có thể gia công được, kích thước bàn máy để lắp khuôn, áp lực phun lớn nhất của máy, khoảng mở tối thiểu và tối đa của máy, kích thước lỗ định vị khuôn trên bàn máy

1.5.2 Quy trình thiết kế khuôn ép phun

Hình 1.11 Quy trình thiết kế khuôn ép phun Hai bước quan trọng nhất trong tính toán thiết kế khuôn là thiết kế sản phẩm

và thiết kế khuôn Bước đầu tiên trong thiết kế khuôn là có bản vẽ hoàn chỉnh về sản phẩm bao gồm dung sai (sai số cho phép) tốt nhất là sử dụng những sai số hình học để giảm những giá trị không rõ ràng, phác thảo các góc độ khác nhau, yêu cầu

kỹ thuật bề mặt và vật liệu Polymer được sử dụng Bản vẽ mô tả kích thước sản phẩm hoặc mô hình 3D của sản phẩm Từ kích thước của sản phẩm và năng suất ra khuôn quyết định đến áo khuôn và máy đúc phun Bước tiếp theo lựa chọn kiểu máy và kiểu khuôn Đây là bước quyết định đến số lượng sản phẩm trong một lần đúc, từ đó ảnh hưởng đến năng suất và sản lượng Khi chọn máy và kiểu khuôn cần

lưu ý đến số lượng phun của máy và thể tích lòng khuôn Trên cơ sở kiểu khuôn đã chọn ta tiến hành thiết kế chi tiết: chọn vị trí mặt phân khuôn, các tấm, cổng phun, các kênh dẫn nhựa, hệ thống đẩy sản phẩm và lõi…

1.5.3 Một số vấn đề lưu ý khi thiết kế

Một thiết kế mới sẽ bắt đầu khi nhà thiết kế nhận được bản vẽ hay mẫu sản phẩm Phần nhiều, nhà thiết kế sẽ được cung cấp mô hình 3D của sản phẩm nhựa Tuy nhiên, một số trường hợp, nhà thiết kế phải xây dựng mô hình vật thể thông qua các phần mềm thiết kế, công nghệ trợ giúp Trước khi xây dựng bản vẽ kết cấu tổng thể cho khuôn, nhà thiết kế sẽ cần phải cân nhắc các vấn đề như:

 Về sản phẩm nhựa

Các tính chất của loại vật liệu dùng làm sản phẩm nhựa, khối lượng của sản phẩm; số lượng sản phẩm trong một lần phun, số lượng sản phẩm trong toàn bộ tuổi thọ khuôn; độ co ngót của sản phẩm theo các phương; dung sai lắp ghép giữa các phần chi tiết trên sản phẩm, sản phẩm được sử dụng trong việc gì;

 Về máy ép phun

Thông số máy ép phun được sử dụng tạo hình sản phẩm: công suất phun, công suất trao đổi nhiệt, kích thước của khoảng sáng mở khuôn, kích thước bộ phận gá lắp khuôn; sử dụng kết cấu máy ép phun có trục vít chuyển động qua lại hoặc máy

ép phun 2 giàn; tính tự động hoá của máy ép phun; thời gian của một chu kỳ ép phun

 Về kết cấu khuôn

Những loại máy cần thiết phục vụ cho quá trình gia công các chi tiết của khuôn; lựa chọn kết cấu khuôn (hai tấm hay ba tấm, có kênh dẫn nóng hay dùng kênh dẫn nguội) được sử dụng; những hệ thống (dẫn nhựa, đẩy, làm nguội) được dự kiến sẽ sử dụng trong khuôn; tính toán sơ bộ giá thành của khuôn thông qua giá thành các chi tiết và thời gian gia công, chi phí nhân công

1.5.4 Xác định thông số máy ép phun

Để xác định loại máy ép phun ta căn cứ vào lực kẹp khuôn Lực kẹp khuôn phải đủ lớn để chống lại áp suất lớn nhất khi phun Lực kẹp không đủ sẽ gây ra hiện tượng ba via, chất lượng sản phẩm bị giảm sút Lực kẹp khuôn được tính theo công thức sau:

F = n.p.A Trong đó:

F: Lực kẹp khuôn (Tấn)

A : Diện tích hình chiếu của sản phẩm trên mặt phân khuôn (cm2)

n: Số lòng khuôn trong một lần ép phun

p: áp lực phun trung bình của nhựa (kg/cm2), p phụ thuộc vào từng loại nhựa, được tra theo bảng 1.1

Bảng1.1: Áp lực phun trung bình một số loại nhựa

có tại cơ sở sản xuất Cần chú ý một vài thông số khác trên máy như khoảng mở của khuôn (khoảng sáng) để đảm bảo lắp ráp được khuôn lên máy đã chọn, minh họa các thông số cơ bản của một thiết bị ép phun điển hình ( bảng 1.2)

Bảng 1.2: Các thông số cơ bản của một thiết bị ép phun điển hình

Chiều dài khuôn có thể kẹp trên máy 150- 400 mm

1.6 Tự động hóa quá trình thiết kế khuôn

Các sản phẩm từ nhựa luôn thay đổi về chủng loại và số lượng theo yêu cầu sử dụng của người tiêu dùng nên sau mỗi đời sản phẩm ra đời luôn có sự cải tiến và đổi mới về mẫu mã và kiểu dáng nên đòi hỏi khuôn nhựa phải thay đổi theo Mỗi

một sản phẩm tốt được thị trường chấp nhận luôn đi kèm theo là một chuỗi sản phẩm và một chuỗi bộ khuôn tạo ra họ sản phẩm đó

Hình 1.12 Các sản phẩm nhựa Một bộ khuôn (minh họa hình 1.13) bao gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau Do đặc điểm trong chế tạo khuôn, một số chi tiết thường được tiêu chuẩn hóa, định hướng cho việc thiết kế theo nguyên tắc mô đun hóa Đồng thời định trước kế hoạch về mặt đặt hàng và định thời gian lắp ráp và hoàn thiện khuôn Mỗi một hãng sản xuất khuôn như Futaba, Misumi… đều có một bộ tiêu chuẩn riêng để thuận tiện cho quá trình tự động hóa quá trình thiết kế và lắp ráp khuôn

Trong khu vực tấm lòng - lõi khuôn, khối lòng- lõi (minh họa hình 1.14) thường được tạo hình riêng và sử dụng nguyên vật liệu có cơ tính cao để đảm bảo

độ bền cho khu vực tạo hình và được liên kết với áo khuôn thông qua một lắp ghép định hướng trước nhằm tiết kiệm nguyên vật liệu, tiết kiệm thời gian gia công, phù hợp với thời gian đặt áo khuôn, dễ dàng cho việc thay thế, sửa chữa khi có hỏng hóc

Một bộ áo khuôn thường được sử dụng cho nhóm sản phẩm có độ chênh về kích thước không quá lớn và với một phương án bố trí hòm khuôn Khi kích thước sản phẩm vượt qua khỏi phạm vi kích thước áo khuôn ta phải thiết kế lại áo khuôn

khác Mỗi một bộ áo khuôn của đời sản phẩm sau thường kế thừa các thiết kế của đời khuôn trước Vì vậy một vấn đề đặt ra là làm thế nào để có thể rút ngắn thời gian thiết kế khuôn cho các họ sản phẩm hoặc các sản phẩm cải tiến mới

Hình 1.13 Kết cấu một bộ khuôn

Hình 1.14 Tấm lõi và khối lõi

Kỹ thuật KBE cho phép người thiết kế có thể tái sử dụng kiến thức đã được thu thập từ các công việc trước đó Vì vậy nó rất có lợi trong việc thiết kế các chi tiết có hình dáng tương đồng nhau, các họ chi tiết hoặc thiết kế đó là nối tiếp trong

việc phát triển sản phẩm Từ đó kỹ thuật KBS đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực thiết kế khác nhau như cơ điện tử, hàng không và cơ khí… với mục tiêu là giảm thời gian thiết kế lặp lại trên các chi tiết có hình dạng tương đồng và trong việc phát triển sản phẩm

Hình 1.15 Tấm lòng và khối lòng

Kỹ thuật KBE đã được tích hợp tính năng Knowledgeware trên CATIA cho phép các nhà thiết kế có thể tạo ra các mô hình tiến hóa một cách nhanh chóng, giúp cho quá trình thiết kế khuôn có thể tự động hóa

Kỹ thuật KBE được tích hợp trong CATIA (2005 [11]) có thể thực hiện để tạo

ra mô hình tiến hóa của sản phẩm ứng dụng trong thiết kế Mô hình tiến hóa cho phép tạo ra nhanh các thiết kế mới dựa trên các thiết kế trước đó, cho phép giảm thời gian thời gian cần thiết cho những công việc lặp lại trong quá trình thiết kế Trên cơ sở đó, có thể sử dụng phần mềm Catia để tạo ra mô hình tiến hóa để giúp cho quá trình thiết kế khuôn diễn ra nhanh, chính xác mà vẫn đảm bảo tính công nghệ trong thiết kế khuôn Nghiên cứu này đã sử dụng Catia để xây dựng mô hình hình học bộ khuôn và tiến hành tham số hóa các thông số hình học và tạo ra các hàm liên kết giữa chúng, kết quả ta thu được một mô hình tiến hóa của bộ khuôn Khi thay đổi các kích thước của sản phẩm hay các thông số của bộ khuôn thì hình dạng của bộ khuôn sẽ thay đổi theo Do đó làm giảm thời gian thiết kế khuôn lặp lại của đời sản phẩm trước, tăng thời gian thiết kế sáng tạo mới của sản phẩm, giúp tạo

ra sản phẩm nhanh chóng đồng thời tăng tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường

Kết luận chương 1

Công nghệ thiết kế và chế tạo khuôn định hướng tiêu chuẩn hóa Trong đó, không gian tạo hình được hình thành bằng các khối lòng, khối lõi Hệ thống áo khuôn bao gồm tấm lòng, tấm lõi, họng phun, hệ thống đẩy, hệ thống kẹp chặt…được tiêu chuẩn hóa Do đó công việc thiết kế khuôn chủ yếu tập trung vào thiết kế không gian tạo hình và thiết kế kết cấu hệ thống

Các sản phẩm nhựa luôn thay đổi và vòng đời của một sản phẩm nhựa thường ngắn Do đó, yêu cầu tốc độ ra sản phẩm phải đủ nhanh để có thể cạnh tranh trên thị trường Để tạo ra sản phẩm nhanh thì tốc độ ra khuôn phải đủ nhanh Việc áp dụng quy trình công nghệ CAD/CAM/CAE trong quá trình thiết kế, kiểm định và gia công chế tạo khuôn đúc phun đã được áp dụng phổ biến nhưng vẫn chiếm nhiều thời gian, nhiều công việc lặp lại Quá trình thiết kế khuôn cho các họ sản phẩm có tính kế thừa các đời khuôn trước cao Vì vậy, một yêu cầu đặt ra là cần một kỹ thuật thiết kế nào đó để làm giảm thời gian thiết kế khuôn, giúp tăng tốc độ khuôn nhanh cho các họ sản phẩm, hoặc các thiết kế phát triển sản phẩm

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TIẾN HÓA VÀ GIẢI PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH

TIẾN HÓA TRONG CATIA 2.1 Kỹ thuật KBE trong thiết kế và mô hình tiến hóa

Hiện nay máy tính hỗ trợ thiết kế hệ thống CAD/CAM/CAE thường được sử dụng trong thiết kế như một chương trình riêng biệt hoặc hệ thống tích hợp[8,11]

Hệ thống CAD hiện đại thường được sử dụng các công nghệ mới như: mô hình tham số, tạo mẫu ảo, mô hình vật rắn và bề mặt v.v…Ở giai đoạn hiện tại sự phát triển của các hệ thống này đặt trọng tâm chính cần quan tâm nằm trong việc áp dụng kiến thức trong thiết kế, cho phép cải thiện hơn nữa quá trình thiết kế và thiết kế kỹ thuật đối tượng dựa trên kỹ thuật KBE (Knowledge – Based - Engineering)

Theo (Stokes,2001) [13], Kỹ thuật hệ thống KBE được định nghĩa là hệ thống

sử dụng tích hợp các phần mềm máy tính cho việc tổng hợp và tái sử dụng kiến thức

về một sản phẩm và con đường dẫn tới quá trình hình thành sản phẩm tốt nhất Việc

sử dụng kỹ thuật KBE sẽ kết nối với việc tái sử dụng kiến thức đã được thu thập từ các công việc trước đó Điều đó mang lại thuận lợi trong việc thiết kế các chi tiết có hình dáng tương đồng nhau, các họ chi tiết hoặc thiết kế đó là nối tiếp trong việc phát triển sản phẩm

Những nhiệm vụ được thực hiện một cách thường xuyên nói chung không gây

ra các vấn đề không mong muốn nhưng những nhiệm vụ đó lập đi lặp lại, làm mất nhiều thời gian và gây tốn kém

Theo Stokes (2001)[13], tỷ lệ phần trăm của công việc có tính chất lặp đi lặp lại trong quá trình thiết kế chiếm khoảng 80% thời gian, còn lại 20% cho các hoạt động sáng tạo Tuy nhiên, sự hình thành một dự án hoàn chỉnh phụ thuộc phần lớn vào sự sáng tạo của các nhà thiết kế Nói cách khác, để có một dự án hoàn chỉnh cần

có sự trợ giúp từ hệ chuyên gia, những giải pháp tối ưu, để tăng thời gian dành cho thiết kế sáng tạo Do vậy cần thiết phải giảm thời gian dành cho công việc có tính chất lặp đi lặp lại một cách đáng kể Một trong những phương pháp nhằm giảm các công việc có tính chất lặp đi lặp lại là sử dụng kỹ thuật KBE (Hopgood, năm 2001[3]; Kusiak, 2000[6]; Stokes, 2001[13]) (Hình 4)

Ứng dụng kỹ thuật KBE để hỗ trợ quá trình thiết kế thường xuyên không làm giảm vai trò của một kỹ sư trong quá trình thiết kế nhưng phạm vi nhiệm vụ đã được thay đổi, mà kết quả được thể hiện trong việc số lượng thời gian dành cho hành động sáng tạo gia tăng

Ứng dụng kỹ thuật KBE đã cho thấy những hiệu quả to lớn trong thiết kế, nhưng bên cạnh đó kỹ thuật KBE cũng cho thấy những mặt hạn chế trong một số trường hợp: Nó không thể thực hiện và xác định các giai đoạn cụ thể của quá trình thiết kế; công nghệ sản xuất thay đổi liên tục; vì một lý do nào đó không thể truy cập được các kiến thức về sản phẩm hoặc quy trình; các vấn đề đơn giản có thể giải quyết đơn giản mà không cần kỹ thuật KBE; một số công ty không mong muốn, không thể hoặc không cần phải thực hiện các kỹ thuật KBE

Mặc dù nghiên cứu đã được tiến hành hướng tới ứng dụng chính thức với những kiến thức trong quá trình thiết kế Một số giải pháp phức hợp của các hệ thống KBE tích hợp ứng dụng phương pháp tổng hợp kiến thức với các chức năng hiện đại của hệ thống CAD đã được tạo ra (Sandberg, 2003[9]; Revelle et al, 1998[10]) Mặt khác, có một nhóm lớn các hệ thống CAD có khả năng tương đối lớn cho việc biểu diễn và ghi lại kiến thức dưới một dạng của các chức năng sử dụng có sẵn Tuy nhiên, các giả thuyết chính cho các ứng dụng của họ được xác định một cách chính xác và kiến thức thu được có mối quan hệ với quy trình đặc biệt và các quy tắc của họ, đó là các thực thể cấu trúc, chức năng của sản phẩm được thiết kế và những ràng buộc của chúng Việc thiếu các phương pháp tích hợp kiến thức đã được nhận diện, thu thập và lưu trữ trong hệ thống (mà sau này sẽ được

sử dụng một cách chính thức) tạo thành trở ngại chính cho việc áp dụng các chức năng này CATIA (Skarka và Mazurek, 2005 [11]) có thể thực hiện để tạo ra mô hình tiến hóa của sản phẩm ứng dụng trong thiết kế

Thuật toán di truyền xuất phát từ khái niệm lý thuyết Darwin của sự tồn tại thích hợp nhất và được đưa ra đầu năm 1975 bởi John Holland Đặc trưng của thuật toán di truyền là sử dụng chính sự mã hóa của tập hợp biến quyết định, không phải

là biến quyết định chính bản thân Thuật toán di truyền tìm kiếm tập hợp các biến

quyết định của quần thể, sử dụng các thông tin từ hàm mục tiêu để tìm kiếm các quy tắc, phản ánh thuộc tính của quần thể, được truyền lại cho đời sau

Mô hình tiến hóa được xây dựng trên cở sở thuật toán di truyền Mô hình tiến hóa nói chung là mô hình tìm kiếm, chọn lựa các giải pháp tối ưu để giải quyết bài toán khác nhau dựa trên cơ chế chọn lọc tự nhiên của ngành di truyền học

Mô hình tiến hóa trong thiết kế

được xây dựng trên cơ sở mô hình hình

học và được tăng cường các quy tắc kỹ

thuật để xác định thiết kế Mô hình

hình học là đầu ra điển hình của hệ

thống CAD tiên tiến, tuy nhiên mô

hình hình học có sự khác nhau với mô

hình tiến hóa Mô hình hình học là mô

hình của sản phẩm được thiết kế với

các thuộc tính cố định (như kích thước

và kết cấu), thì mô hình tiến hóa là sự

trình bày lại một cách tổng quát của đối

tượng bao gồm thông số hình học,

thuộc tính duy truyền và quy luật tiến

Nó là một kiểu ứng dụng để tạo ra các yêu cầu chức năng xác định của một

mô hình hình học và là kết quả của mô hình tiến hóa với các giá trị đầu vào Nói cách khác, nó là mô hình lớp thiết kế của sản phẩm thay vì thể hiện hình học sản phẩm Mô hình tiến hóa, tự động sản sinh mô hình hình học, cho phép các nhà thiết

kế tập trung vào các nhiệm vụ sáng tạo thay vì thiết kế mô hình hình học

2.2 Phương pháp xây dựng mô hình tiến hóa trong CATIA

Một vấn đề quan trọng có ảnh hưởng đến tất cả các ngành công nghiệp, trong

đó quá trình phát triển sản phẩm được lưu giữ và tái sử dụng kiến thức là điều hết sức quan trọng Trong khi mọi quá trình tổ chức sản xuất, dữ liệu và thông tin về thiết kế sản phẩm được chuyển đổi vào một cơ sở tri thức truy cập là khó khăn Các công cụ được sử dụng trong suốt quá trình phát triển sản phẩm thường không giúp giữ lại các kiến thức về cách và tại sao các quyết định được thực hiện, và cũng không thể cung cấp truy cập thuận tiện để tái sử dụng kiến thức

Kiến thức là hiện thân của kinh nghiệm và các dữ liệu trong một hình thức trực tiếp được sử dụng Trong phát triển sản phẩm, sự hiểu biết để làm thế nào một sản phẩm được thiết kế và làm thế nào để áp dụng sự hiểu biết đó để tạo ra sản phẩm phù hợp là kiến thức Các mô hình và bản vẽ của sản phẩm là một phần của dữ liệu định nghĩa sản phẩm, nhưng chúng không truyền đạt lại cho các thiết kế sau của dòng họ sản phẩm đang thiết kế Đó là khó khăn để tái sử dụng những kiến thức đã

có trong một thiết kế Như vậy sẽ cần mất nhiều thời gian, công sức để thiết kế lại hoặc tổng hợp quá trình thiết kế và phát triển sản phẩm để có thể truyền lại như kiến thức từ người này sang người khác

Các công cụ được sử dụng thường xuyên nhất trong phát triển sản phẩm cũng cần phải có khả năng lưu lại kiến thức, và họ phải cho phép các nhà phát triển sản phẩm áp dụng kiến thức đó để thiết kế sản phẩm của họ

CATIA ngoài việc thể hiện một kiến trúc mới đáng kể đã được phát triển trong một số năm, cũng cung cấp một số khả năng ưu việt cho phép nhà thiết kế tổng hợp

và tái sử dụng quá trình thiết kế của họ từ các chi tiết kỹ thuật liên kết và tích hợp thông số kỹ thuật vào quá trình phát triển sản phẩm của họ Nó cung cấp cho các nhà phát triển sản phẩm cách tạo ra các chi tiết kỹ thuật và các quy tắc, giúp họ có thể tái sử dụng chúng Đặc biệt khi nghiên cứu trong hệ thống KBE

Các pha chính trong quy trình xử lý của thống KBE bao gồm: Nhận dạng mô hình, điều chỉnh, thu thập thông tin, tiêu chuẩn hóa, đóng gói, kích hoạt như hình 2.2 (Stokes, 2001)

Hình 2.2: Chu trình chung của kỹ

thuật KBE [13]

Hình 2.3: Chu trình chung của kỹ thuật KBE với ứng dụng CATIA cho mô hình tiến hóa [13]

Quy trình bao gồm các bước cụ thể xác đinh thông tin hệ thống KBE, bao gồm

cả quá trình điều khiển và giám sát Qúa trình xử lý tri thức tại các pha và việc kết nối với hệ thống sử dụng được thực hiện đồng thời

Để tạo mô hình tiến hóa, hai phương pháp sau đây thường được biết đến và

sử dụng phù hợp nhất Một là phương pháp tổng hợp lại các kiến thức và hỗ trợ thiết kế (Com-monKADS) [12], hai là MOKA – các công cụ và phương pháp luận định hướng ứng dụng kỹ thuật dựa trên tri thức [13] Với các ưu điểm: Chuyên môn hóa nhiệm vụ thiết kế, phạm vi sử dụng bao gồm cho cả các hệ thống CAx nói chung, phân biệt rõ giữa mô hình chính thức và mô hình tạm trong việc tách rời quá trình thu thập tri thức khỏi công đoạn tích hợp tri thức trong ứng dụng KBE Trong Catia, quy trình KBE với phương pháp luận MOKA đã được ứng dụng với hệ thống CAD/CAM để tạo ra mô hình tiến hóa Quá trình này được mô tả trong các bước chính của hệ thống KBS bao gồm: thu thập, tiêu chuẩn hóa, đóng gói như hình 2.3

Theo như phương pháp MOKA trong phạm vi trợ giúp quá trình tạo mô hình tiến hóa trong hệ thống CATIA là có liên quan, nó không phải là thích hợp cho

việc sử dụng như một tổng thể

Phương pháp luận MOKA được chia thành hai phần chính với mô hình chính thức và mô hình không chính thức, đại diện của nó Mô hình thứ một trợ giúp cho các nhiệm vụ xác định, thu thập và quản lý tri thức Các kiến thức mô tả này là một phần của một mô hình cần được xử lý bởi con người Trên cơ sở các nguồn tri thức

đã chỉ ra thì mô hình chính thức được xây dựng thông qua quá trình xử lý của máy tính với ứng dụng KBE Vì theo định nghĩa một mô hình chính thức được xây dựng trong hệ thống CATIA và hình thức đại diện không phải là phù hợp với phương pháp đề nghị MOKA, có những hạn chế nghiêm trọng trong việc sử dụng các mô hình chính thức này Tuy nhiên, tổng hợp các công cụ và phương pháp trợ giúp trong quá trình thu thập lại kiến thức để tạo mô hình tiến hóa làm cho một lựa chọn

sử dụng của phương pháp MOKA trong phạm vi của mô hình không chính thức

Mô hình không chính thức của phương pháp MOKA không hướng đến bất kỳ công cụ CAx nào Là một giả định nó là mô hình chính thức có thể phản ánh phụ thuộc kết nối với một công cụ CAx Nó đã được giả định để thực hiện nhiệm vụ này, nó là cần thiết để tạo ra mô hình tiến hóa trong hệ thống CATIA và thực hiện một phương pháp như vậy sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho công việc Từ đó nó cho ra hai cách cơ bản để tạo ra mô hình đó trong CATIA: Một là Sử dụng các công cụ của hệ thống CATIA knowledgeware trực tiếp, hai là sử dụng giao diện lập trình ứng dụng chức năng knowledgeware Mô tả phương pháp luận đề xuất như trình bày trong (hình 2.4)

Hình 2.4: Sơ đồ của phương pháp cho mô hình tiến hóa trong hệ thống CATIA Toàn bộ ý tưởng bao gồm việc sử dụng của mô hình không chính thức từ phương pháp MOKA giúp đỡ xác định, thu thập và ghi lại kiến thức cần thiết để tạo

mô hình tiến hóa Tiếp theo tri thức đã thu thập được chuyển tới dạng đại diện của

mô hình chính thức có sẵn trong hệ thống CATIA Để tạo điều kiện thuận lợi cho nhiệm vụ của mô hình tạm theo MOKA,một số chuyển đổi trong hệ thống CATIA

đã được tạo ra

Những thay đổi này không ảnh hưởng đến cấu trúc chung của mô hình chính thức của chính nó nhưng bổ xung với các thuộc tính đó tạo điều kiện chuyển giao kiến thức hệ thống CATIA Trong ý tưởng này, đại diện mô hình thức tạo thành một