Đồ án tốt nghiệp là một điều kiện cần để các sinh viên sau khi hoàn thành khóa học có thể tốt nghiệp. Vào học kỳ cuối, những sinh viên đủ điều kiện sẽ được làm đồ án tốt nghiệp. Việc thực hiện đề tài tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên tổng hợp kiến thức, thể hiện khả năng, tìm hiểu thực tế và trau dồi thêm những ký năng cần thiết trước khí ra trường.
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN Ô TÔ
Tổng quan về nghành công nghiệp ô tô trong nước
Ngành công nghiệp ô tô vẫn luôn được đất nước ta xem là một ngành mũi nhọn cần phát triển Tuy nhiên, vẫn chưa thể so sánh với các quốc gia trong khu vực và trên thế giới Ngày nay, nước ta đã có xu hướng tăng mạnh việc sản xuất các phụ tùng, linh kiện và giảm mạnh việc lắp ráp dây chuyền, sản xuất thùng xe Những doanh nghiệp lớn trong nước tiêu biểu như Thaco, Vinfast với những công nghệ và hàng loạt máy móc tiên tiến đã có tỷ lệ nội địa hóa được cải thiện trong thời gian qua (khoảng 50- 55%)
Tuy nhiên việc sản xuất vẫn còn hạn chế về mặt số lượng và chất lượng, chủ yếu là những mặt hàng, chi tiết đơn giản như lốp xe, ghế ngồi… Còn lại những sản phẩm yêu cầu kỹ thuật cao và mức độ gia công chính xác như hộp số, phanh, ly hợp, …vẫn phải nhập khẩu từ các nhà cung cấp trên thế giới
Nhìn chung, việc phát triển và nghiên cứu ô tô ở Việt Nam còn tương đối khó khăn Nguyên nhân có từ nhiều nguồn nhưng chủ yếu vẫn là những vấn đề chính như các doanh nghiệp ô tô vẫn chưa đủ khả năng và công nghệ chế tạo, số lượng kỹ sư giỏi còn ít vì thực trạng “chảy máu chất xám” Vì thế nước ta phải cần rất nhiều thời gian, tập trung đầu tư mạnh mẽ hơn cho công nghệ cũng như đưa ra những đường lối phát triển đúng đắn nhằm đưa ngành công nghiệp ô tô hòa nhập với thế giới.
Giới thiệu chung về nghiên cứu phát triển ô tô
1.2.1 Khái niệm chung về nghiên cứu phát triển
R&D (Research and Development), thường được giải thích là “nghiên cứu và phát triển”, là cụm từ được dùng trong hoạt động thiết kế và nâng cấp cho sản phẩm mới với các tính năng và hiệu quả sử dụng tốt hơn so với sản phẩm thế hệ trước R&D là công đoạn đầu tiên trong chuỗi giá trị của các sản phẩm, từ đó tiếp theo là các hoạt động thiết kế, thử nghiệm, sản xuất hàng loạt và thương mại hóa sản phẩm Một phòng ban R&D chuyên nghiệp trong tập đoàn thường bao gồm đồng thời 3 chức năng sau:
1.2.1.1 Nghiên cứu – phát triển sản phẩm (Product R&D) Đây là chức năng nghiên cứu và phát triển nhằm cho ra đời những sản phẩm có thiết kế, vật liệu, đặc tính, công dụng và tính năng mới Hoạt i động nghiên cứu và phát triển này thường chú trọng nhiều đến thiết kế sản phẩm như cấu hình sản phẩm, thành phần cấu tạo, kiểu dáng, màu sắc, vật liệu, … Ngoài ra, nghiên cứu và phát triển sản phẩm còn bao gồm cả việc nghiên cứu, cải tiến, nâng cao chất lượng sản phẩm hiện có
1.2.1.2 Nghiên cứu – phát triển công nghệ (Technology R&D)
Việc nghiên cứu, tìm kiếm công nghệ sản xuất, chế tạo tối ưu để cho ra đời sản phẩm với chất lượng và giá thành phù hợp i cũng là một trong những chức năng quan trọng của bộ phận nghiên cứu và phát triển Ví dụ, công nghệ chế tạo vật liệu mới cho thân vỏ ô tô, công nghệ tự động hóa trong sản xuất, công nghệ ô tô điện, công nghệ ô tô hybrid, … Nghiên cứu – phát triển công nghệ còn bao gồm các hoạt động giải mã công nghệ để hình thành và phát triển công nghệ mới cho doanh nghiệp
1.2.1.3 Nghiên cứu – phát triển quy trình (Process R&D)
Bản chất của chức năng này là nghiên i cứu, tìm kiếm các quy trình sản xuất, chế tạo, lắp ráp, vận hành, phối hợp, …tối ưu, được thể hiện bằng các quy trình cụ thể mang tính ứng dụng cao, đem lại hiệu suất và hiệu quả thiết thực cho doanh nghiệp Điển hình cho hoạt động này là việc nghiên cứu để cải tiến, phát triển các quy trình sản xuất (đối với sản phẩm), quy trình phục i vụ (đối với dịch vụ), quy trình vận hành (đối với máy móc, thiết bị), … Hoạt động này có thể được xem là hoạt động nghiên cứu – phát triển “phần mềm” của sản phẩm, khác với phần cứng là vật liệu, cấu hình sản phẩm, công nghệ sản xuất, chế tạo, v.v
1.2.2 Những tiêu chí đánh giá sản phẩm Để làm một sản phẩm, nhất là sản phẩm ô tô có yêu cầu cao, được thị trường đón nhận, chúng ta cần phải chú ý những tiêu chí sau:
1.2.2.1 Sản phẩm phải có tính khả thi
Một sản phẩm trên bản vẽ phải có khả năng đưa vào chế tạo một cách thuận tiện và an toàn theo những tiêu chí kỹ thuật công nghệ phù hợp với điều kiện sản xuất của đơn vị mình với chi phí hợp lí Đặc biệt là sản phẩm ô tô có một chuỗi quá trình sản xuất khá phức tạp và tốn kém Do vậy, khả năng dễ chế tạo và tính an toàn của sản phẩm sẽ có tác động trực tiếp làm giảm chi phí sản xuất và hạ giá thành sản phẩm Nó cũng giúp cho việc tháo lắp, bảo trì, sửa chữa sản phẩm đơn giản hơn khi sử dụng
1.2.2.2 Sản phẩm phải đáp ứng nhu cầu khách hàng
Mọi sản phẩm làm ra muốn bán được thì phải có những công năng theo mong muốn của khách hàng, phải giúp người mua thực hiện được những yêu cầu của họ Ví dụ: người ta mua một chiếc ô tô vì những mục đích khác nhau: để đi làm và cũng để đi chơi gia đình, đi du lịch hay dùng để vận tải hành khách, hàng hóa trong kinh doanh vận tải Do vậy, sản phẩm phải đáp ứng ở mức cao nhất những mục đích này
1.2.2.3 Sản phẩm cần phải bền và có độ tin cậy Độ bền, tuổi thọ hay khả năng hoạt động liên tục, ổn định và sự tin cậy của sản phẩm là yếu tố quan trọng giúp người mua tin dùng, lựa chọn và giới thiệu sản phẩm cho bạn bè Chiếc ô tô hay một thiết bị cơ khí dù hữu ích nhưng không bền, không ổn định thì rất khó có thể thuyết phục người mua
1.2.2.4 Sản phẩm cần phải “đẹp” Đáp ứng nhu cầu về mặt tinh thần, thẩm mỹ và tính thời trang của khách hàng Nếu một chiếc ô tô chỉ đảm bảo công năng và độ bền cơ bản sẽ khó có khả năng chen chân vào sự lựa chọn của khách hàng, yếu tố “đẹp” hay tính thẩm mỹ, thời trang, hợp xu hướng… sẽ làm tăng cơ hội được lựa chọn cho chiếc xe
1.2.2.5 Sản phẩm cần cạnh tranh
Trong môi trường cạnh tranh, luôn có nhiều doanh nghiệp cùng cạnh tranh sản phẩm trên một phân khúc Để sản phẩm thành công cần xét đến tính cạnh tranh về kỹ thuật và kinh tế của sản phẩm, tức là chiếc ô tô hay thiết bị cơ khí phải thương mại hóa, bán được hơn những sản phẩm khác cùng phân khúc trên thị trường
1.2.2.6 Sản phẩm cần tiện dụng
Là khả năng dễ dàng sử dụng, thuận tiện và an toàn khi thao tác, dễ dàng sửa chữa, bảo trì… Những sản phẩm quá phức tạp, đòi hỏi quá nhiều kiến thức, kỹ năng khi dùng sẽ thu hẹp đối tượng mua hàng
1.2.2.7 Sản phẩm cần có mức giá hợp lý Đây là yếu tố quan trọng, tùy vào phân khúc khách hàng đang theo đuổi, cần điều chỉnh thiết kế để có mức giá hợp lý Nếu là phân khúc bình dân thì nên có giá thấp Nếu là phân khúc cao cấp, giá không phải yếu tố quyết định hàng đầu
1.2.2.8 Sản phẩm thân thiện môi trường Đây là yêu cầu nảy sinh và trở nên cấp thiết trong xu hướng hiện nay, khi độ phát thải ô nhiễm môi trường trở thành các tiêu chuẩn bắt buộc của sản phẩm Muốn cạnh tranh tốt, bắt buộc nhà sản xuất phải tạo ra những chiếc xe ô tô đáp ứng những tiêu chuẩn và lộ trình về bảo vệ môi trường của nhà nước hay khu vực mà sản phẩm tham gia
1.2.2.9 Sản phẩm khó bắt chước
Một sản phẩm tốt và thành công, được thị trường đón nhận sẽ là điều tốt Nhưng nếu thiết kế sản phẩm dễ bị sao chép, bắt chước … thì sẽ gặp vấn đề, nhất là ở Việt Nam khi Luật Sở hữu trí tuệ còn lỏng lẻo và chưa được tôn trọng
1.2.3 Thời gian phát triển sản phẩm và thương phẩm
Quy trình R&D (hay R4D: R for D) là một quá trình đầu tư nghiên cứu và phát triển lâu dài, phức tạp và gặp khá nhiều rủi ro, nhất là khi sản phẩm đó là chiếc ô tô, có trên dưới 25.000 chi tiết thuộc nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác nhau, phụ thuộc nhiều vào sự biến động thị trường, thị hiếu, các chính sách, nhất là trong điều kiện Việt Nam với ngành công nghiệp cơ khí và ô tô phụ thuộc từ 60% đến 80% vào các nhà cung cấp linh kiện nước ngoài Đặc biệt khó khăn hơn nữa, khi muốn biến sản phẩm ô tô đó thành một thương hiệu, nhất là thương hiệu có giá trị khu vực và tiến tới toàn cầu Theo quan điểm R&D, sản phẩm là sự kết hợp giữa các thông tin thiết kế và một môi trường sản xuất cụ thể như hình 1.1
Hình 1.1: Các lĩnh vực tích hợp của R&D
Quy trình nghiên cứu phát triển ô tô
1.3.1 Mô hình tổng quát quy trình phát triển sản phẩm
Một quy trình tổng quát về phát triển sản phẩm bao gồm các giai đoạn như hình 1.5, được bắt đầu bằng công việc nghiên cứu thị trường, hình thành ý tưởng, những công việc có liên hệ mật thiết với chiến lược phát triển sản phẩm và các hoạt động nghiên cứu của khoa học và công nghệ Tiếp đó là các nhiệm vụ cụ thể của dự án, bao gồm khảo sát nhu cầu khách hàng, lập nhiệm vụ thiết kế Kết quả này sẽ là thông tin đầu vào của giai đoạn phát triển thiết kế concept và là các hướng dẫn cho nhóm dự án
Hình 1.5: Các giai đoạn phát triển sản phẩm
Quy trình phát triển sản phẩm kết thúc bằng sản phẩm sau cùng tại thời điểm được chuyển giao công nghệ vào sản xuất hàng loạt và đưa ra thị trường, hoàn thành một vòng đời nghiên cứu sản phẩm và cứ thế tiếp tục nghiên cứu cải tiến sản phẩm hoặc cho ra đời các phiên bản sản phẩm ngày một hoàn thiện hơn theo nhu cầu thị trường
Nghiên cứu thị trường là giai đoạn rất quan trọng cho hoạt động của một doanh nghiệp, trong đó cần làm rõ xu hướng thị trường (market trend) Nghiên cứu thị trường là cơ sở cho việc phát sinh ý tưởng sản phẩm theo xu hướng thị trường, từ đó ban lãnh đạo doanh nghiệp có những hoạch định chiến lược cần thiết để phát triển sản phẩm cho một giai đoạn, một thị trường cụ thể, ở trong nước hoặc khu vực Xu hướng thị trường bao gồm xu hướng khách hàng, xu hướng công nghệ sản phẩm, xu hướng tiêu dùng xã hội, sự cạnh tranh, …
Giai đoạn này nhằm đưa ra các ý tưởng về sản phẩm bao gồm các bản vẽ hay mô hình phác thảo mô tả cụ thể về hình dáng, cấu hình, chức năng và đặc tính của sản phẩm và thường đi kèm với một tập hợp các tiêu chí kỹ thuật, phân tích các sản phẩm cạnh tranh và các đánh giá về tính kinh tế của dự án Ở giai đoạn này có thể có nhiều ý tưởng sẽ được thể hiện bằng bản vẽ hoặc mẫu vật lý, mẫu mô phỏng ở tỉ lệ thu nhỏ Mục đích của bước xây dựng ý tưởng là khảo sát tỉ mỉ và xác minh những ý tưởng sản phẩm có thể nhắm đến từ các yêu cầu của thị trường Xây dựng ý tưởng bao gồm sự hòa trộn các nghiên cứu bên ngoài, các cách giải quyết vấn đề của nhóm nghiên cứu và quá trình hệ thống hóa những giải pháp do nhóm đã tạo ra Kết quả của hoạt động này là một tập hợp những ý tưởng được thể hiện bằng các bản vẽ phác và các mô tả ngắn gọn Lựa chọn ý tưởng về sản phẩm được phân tích và loại trừ dần để đạt được một (hay một số) ý tưởng khả thi nhất Quá trình này thường là quá trình lặp lại và có sự bổ sung để hoàn thiện ý tưởng
1.3.1.3 Chiến lược phát triển sản phẩm
Giai đoạn này được bắt đầu từ chiến lược tổng thể của doanh nghiệp bao gồm các đánh giá và phân tích vĩ mô về sự phát triển của thị trường trong nước và khu vực, những tiến bộ của khoa học công nghệ và yêu cầu mới của thị trường Từ đó xác định những sản phẩm mang tính chiến lược của doanh nghiệp
1.3.1.4 Khảo sát nhu cầu khách hàng
Căn cứ vào tình hình phát triển và tình hình thị trường của sản phẩm, tiến hành khảo sát và nghiên cứu nhu cầu của khách hàng một cách cụ thể và chi tiết ở tầm vĩ mô Từ đó nắm bắt được các yêu cầu cụ thể của các nhóm khách hàng khác nhau và truyền đạt chúng một cách rõ rang, chính xác đến nhóm phát triển sản phẩm kèm theo các chỉ tiêu kĩ thuật mô tả những gì sản phẩm cần phải đạt được
1.3.1.5 Nhiệm vụ thiết kế sản phẩm & phân tích kĩ thuật, công nghệ
Từ kết quả khảo sát nhu cầu khách hàng, những yêu cầu của khách hàng được chuyển hóa thành các thông số kỹ thuật Những chỉ tiêu kỹ thuật được thiết lập và là tiêu chí phát triển sản phẩm của nhóm dự án Sau này, các chỉ tiêu kỹ thuật sẽ được hoàn thiện để phù hợp với những ý tưởng được lựa chọn bởi nhóm dự án Đầu ra của giai đoạn này là một bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật Mỗi chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm các thông số định lượng và các ghi chú cho thông số đó Trên cơ sở này cần có những phân tích kỹ thuật công nghệ cho từng chỉ tiêu và từ đó phác thảo cấu hình chung cho sản phẩm phù hợp với công nghệ hiện có của doanh nghiệp
1.3.1.6 Thiết kế concept sản phẩm
Concept sản phẩm là những ý tưởng đã được lựa chọn thể hiện dưới dạng các mô hình sản phẩm bằng các chất liệu được tạo ra từ vật liệu của phương pháp tạo mẫu nhanh, mô hình đất sét, mô hình vật lý hay mô hình số Theo ý tưởng đã lựa chọn ban đầu, concept phù hợp được tạo ra sẽ có nhiều phiên bản và nhiệm vụ của nhóm thiết kế là lựa chọn mẫu concept phù hợp, đưa ra thử nghiệm và lấy ý kiến khách hàng để cuối cùng có một mẫu concept bước đầu phù hợp xu hướng thị trường, phù hợp chiến lược doanh nghiệp và nhu cầu khách hàng
1.3.1.7 Thiết kế kỹ thuật và chế tạo mẫu
Bao gồm thiết kế hệ thống và thiết kế chi tiết
Thiết kế hệ thống là xác định cấu trúc của sản phẩm và phân tích sản phẩm thành các bộ phận và chi tiết thành phần Sơ đồ lắp ráp phục vụ dây chuyền sản xuất thường được xác định trong giai đoạn này Đầu ra của quá trình này thông thường bao gồm sơ đồ động học của sản phẩm, các yêu cầu kỹ thuật về chức năng cho mỗi bộ phận sản phẩm, và một sơ đồ thứ tự sơ bộ của quá trình lắp ráp sản phẩm sau cùng
Thiết kế chi tiết bao gồm các thông số kỹ thuật hoàn chỉnh về cấu trúc hình học, vật liệu, dung sai của tất cả các linh kiện trong sản phẩm và xác định tỷ lệ nội địa hóa bao gồm những chi tiết được chế tạo và những linh kiện được mua từ nhà cung cấp, thiết lập quy trình công nghệ và dự kiến các dụng cụ gia công cho mỗi linh kiện khi sản xuất Đầu ra của giai đoạn này là hồ sơ thiết kế sản phẩm, bao gồm những bản vẽ thiết kế hay các tập tin trên máy tính thể hiện rõ dạng hình học của mỗi linh kiện, các công cụ cần thiết để chế tạo chúng, các thông số kỹ thuật của các linh kiện sẽ mua hay chế tạo và các quy trình công nghệ chế tạo và lắp ráp sản phẩm Trên cơ sở này tiến hành chế tạo mẫu sản phẩm Đây là mẫu đầu tiên (Alpha) hoặc mẫu tiếp theo (Beta), được chế tạo để đưa vào thử nghiệm
1.3.1.8 Thử nghiệm và hoàn thiện
Giai đoạn thử nghiệm và hoàn thiện có thể thực hiện trên hai mẫu:
Chế tạo và đánh giá mẫu đầu tiên của sản phẩm Những mẫu đầu tiên (mẫu
Alpha) thường được làm cơ bản giống như sản phẩm dự định chế tạo và không nhất thiết phải sử dụng quy trình công nghệ chế tạo thực Mẫu Alpha được thử nghiệm để kiểm tra xem sản phẩm sẽ hoạt động đúng như thiết kế hay không và có đáp ứng được các yêu cầu của khách hàng với sản phẩm hay không
Phiên bản tiếp theo (Beta) được xây dựng tiếp và chế tạo bằng quy trình công nghệ chế tạo thực nhưng không nhất thiết lắp ráp bằng quy trình hoàn chỉnh sau cùng Những mẫu thử nghiệm được kiểm định bởi chính các khách hàng thông qua thực tế sử dụng Mục đích chính là đưa ra mức độ tin cậy nhằm xác định những thay đổi kỹ thuật cần thiết cho sản phẩm sau cùng Nếu khách hàng đánh giá mẫu là kém hoặc chưa đạt yêu cầu thì dự án phát triển sản phẩm có thể phải dừng hoặc phải điều chỉnh, sửa chữa lại mẫu hoặc concept cho hợp lý
1.3.1.9 Chuyển giao công nghệ và tổ chức sản xuất hàng loạt
Sản phẩm sẽ được đưa vào giai đoạn chế tạo thử với dây chuyền công nghệ sản xuất dự kiến Mục đích của giai đoạn này là tìm ra những thiếu sót còn tồn tại trong các công đoạn phát triển sản phẩm Những sản phẩm chế tạo thử đôi khi được cung cấp cho một số khách hàng ưu tiên và được những khách hàng này đánh giá cẩn thận các sai sót có thể còn lại Sau khi hoàn thiện, sản phẩm được chuyển tiếp từ giai đoạn chế tạo thử này sang giai đoạn sản xuất hàng loạt theo quy trình chuyển giao các hồ sơ của sản phẩm vào sản xuất hàng loạt
Trong giai đoạn này, với sự hỗ trợ của chuyên gia phân tích tài chính sẽ đánh giá hiệu quả kinh tế cho sản phẩm mới Mô hình này được sử dụng để quyết định có tiếp tục triển khai chương trình phát triển sản phẩm hay không
1.3.1.10 Tổ chức đưa sản phẩm mới ra thị trường
Bộ phận marketing và bộ phận bán hàng, dưới sự hỗ trợ của nhóm nghiên cứu, sẽ hoạch định phương pháp đưa sản phẩm mới ra thị trường như thế nào cho đỡ tốn kém và tránh được phản ứng không tốt của thị trường Cần nghiên cứu kỹ các phương pháp marketing và bán hàng như thương hiệu, định vị sản phẩm trên thị trường, xây dựng hình ảnh sản phẩm mới, tiếp thị trên nhiều kênh khác nhau và lựa chọn nhà phân phối cũng như phương pháp phân phối hợp lí Điểm quan trọng là thu được những phản hồi của khách hàng để làm cơ sở cho việc cải tiến hay xây dựng các phiên bản sản phẩm tiếp theo
1.3.1.11 Một số mô hình thực tế phát triển sản phẩm ô tô
Thiết kế và thử nghiệm mẫu concept ô tô
1.3.2 Giới thiệu về xe concept
Mẫu concept có thể ở dạng “working”, nghĩa là có thể hoạt động được như sản phẩm Loại này thường gặp là các mẫu thử vật lý, các mẫu Alpha hay Beta của sản phẩm Concept cũng có thể ở dạng “non-working” nghĩa là chỉ mô tả hình dáng và cấu trúc sản phẩm mà không hoạt động, bao gồm các bản vẽ, các mô hình 3D, mô hình số DMU, mô hình tạo mẫu nhanh RP
Các “xe concept” rất phổ biến trong công nghiệp ô tô, tại các triển lãm quan trọng, các hãng xe hơi thường trưng bày các mẫu “concept” để minh họa cho công nghệ hay thiết kế mới của mình, tuy nhiên chúng vẫn chưa hoàn thiện để sẵn sàng ra thị trường Đưa ra thị trường một mẫu xe concept mới nhằm mục đích kiểm nghiệm thị trường những kiểu dáng, nội ngoại thất vẫn còn trong giai đoạn thiết kế Công việc này còn nhằm thăm dò xu hướng thị trường về mẫu xe, hạn chế được những sai lầm về kiểu dáng, nội ngoại thất không phù hợp Ngày nay, đối với đại đa số người tiêu dùng ô tô, kiểu dáng và nội ngoại thất đóng vai trò rất quan trọng, là cầu nối cần thiết giữa thị hiếu và tâm lý của khách hàng với các hãng xe Bằng cách đưa ra những chiếc xe concept, các hãng xe sẽ kiểm chứng thái độ của người dùng bằng cách đặt những câu hỏi ở salon triển lãm hoặc thu thập thông tin từ giới truyền thông và đặc biệt là thu thập thông tin trên các mạng xã hội
Quan sát một chiếc xe concept dưới góc độ kỹ thuật và mĩ thuật, ta nhận thấy đa phần các thiết kế phản ánh những đường nét đặc trưng của mẫu xe tương lai Những điều này không nhất thiết là thiết kế của cả chiếc xe mà chỉ trên một vài bộ phận dễ dàng thu hút sự chú ý của khách hàng, nét đặc trưng này có thể sẽ được dùng trên toàn bộ các dòng xe tương lai của hãng xe và vì thế sẽ trở thành một biểu tượng, một điểm nhấn của hãng xe
Mục đích chính của việc phát triển concept ô tô là đưa tính khả thi của một concept xe nguyên chiếc tới với khách hàng Sau đó, một hội đồng đa ngành sẽ thẩm định chi tiết về các concept này và quyết định khả năng chọn và phát triển loại concept nào cho sản xuất hàng loạt Các quyết định liên quan đến quá trình phát triển trong giai đoạn này chiếm một tỷ lệ phần trăm đáng kể cho toàn bộ chi phí R4D Do đó, cân phải có hiểu biết sâu sắc về sản phẩm và tích hợp các công cụ phát triển ảo trong các phòng ban liên quan để cho ra sản phẩm tốt nhất Kết quả thu được là một số xe concept sẽ được tiếp tục phát triển với các thông số và chức năng phù hợp với ranh giới điều kiện kinh tế và phát luật của khu vực hay quốc gia trên thế giới Hình 1.6 mô tả sự tương tác của các lĩnh vực trong phát triển concept ô tô
Hình 1.6: Tương tác của các lĩnh vực trong phát triển concept ô tô
Việc lựa chọn các quy trình trong các giai đoạn phát triển và trước khi lên thiết kế concept được liên kết với một mô hình ô tô ảo nhằm kết nối các lĩnh vực phát triển Đảm bảo các yêu cầu khác nhau như khía cạnh hình học và chức năng, công cụ concept hiện tại ảo bao gồm một số mô đun con tách biệt có liên quan đến concept ô tô trên phần mềm 3D – CAD giúp tạo nên một kho dữ liệu đám mây mạnh mẽ chứa tất cả thông tin cần thiết cho các lĩnh vực phát triển concept ô tô, từ các thông số hình học, kỹ thuật, … đến các thông tin về luật pháp Ngoài ra, giao diện công cụ còn cho phép sửa đổi thông tin nghiên cứu rất nhanh chóng
1.3.5 Phương pháp thiết kế xe concept
Nhìn chung, quá trình thiết kế concept ô tô thường được thực hiện theo một dự án xe mới với trình tự như sau:
1.4.4.1 Lập dự án xe mới
Từ nghiên cứu thị trường, các nhà chiến lược của doanh nghiệp sẽ xây dựng dự án phát triển xe mới Dự án này sẽ đi từ các số liệu của bộ phận nghiên cứu thị trường, marketing, từ đó xây dựng một catalog (là một ấn phẩm nhằm giới thiệu sản phẩm tới khách hàng) và các nhiệm vụ thiết kế cho dự án Một hội đồng sản phẩm của doanh nghiệp sẽ xem xét kỹ lưỡng trong đó vai trò của kỹ sư trưởng dự án là rất quan trọng Trên cơ sở đề xuất này, tiến hành các thiết kế xe concept dành cho marketing, xe concept để chế tạo thực tế
1.4.4.2 Vẽ phác thảo xe concept
Khi các ý tưởng đã được thông qua, nhà thiết kế bắt đầu bằng hàng loạt các bản phác thảo cho các ý tưởng Có thể phác thảo trên giấy hoặc trên các công cụ điện tử phác thảo concept như Wacom để có thể truyền dữ liệu số của hình ảnh vào máy tính Trong hàng ngàn ý tưởng thiết kế, chỉ có một hoặc hai mẫu may mắn được lựa chọn để hiện thực hóa
Hình 1.7: Các mẫu phác thảo xe concept trên giấy
Hình 1.8: Phác thảo mẫu xe concept trên bảng điện tử Wacom 1.4.4.3 Tổng hợp thiết kế
Muốn thiết kế trở thành một sản phẩm thực tế, chúng ta cần tổng hợp những ý tưởng lại trong một vài concept, dựa trên các mẫu động cơ và dàn gầm của một vài nhà cung cấp cho doanh nghiệp từ đó bố trí cho tối ưu các cụm thân vỏ, động cơ, hệ thống gầm, nội thất, … phù hợp và hài hòa Đối với các nhà thiết kế, đây là giai đoạn đấu tranh và trao đổi với nhau để tìm ra một mẫu concept có sự sáng tạo cao và ứng dụng được trong thực tế
Hình 1.9: Tranh luận để cô đọng mẫu concept thực tế
Nhiều mẫu xe tuy có kiểu dáng đẹp, hiện đại nhưng có thể không phù hợp với công nghệ hay không thể chế tạo được thì vẫn phải loại bỏ ở giai đoạn này Tuy chiếc xe vẫn còn trên bản vẽ nhưng sẽ được thay đổi, chi tiết hóa và tái cấu trúc cho đến khi đáp ứng được tất cả các yêu cầu về kỹ thuật nói chung
1.4.4.4 Cụ thể hóa đối tượng dưới dạng mô hình đất sét
Từ bản vẽ phác thảo trên giấy hay bảng điện tử Wacom, các kỹ sư chuyển thành mô hình 3D trên máy tính Tiếp đó, họ sẽ chế tạo mẫu xe này bằng mô hình đất sét công nghiệp (clay) với tỉ lệ thu nhỏ 1:4 hoặc 1:1, thường hay dùng tỉ lệ 1:1
Sau đó các thợ thủ công chuyên nghiệp sẽ có nhiệm vụ chỉnh sửa lại toàn bộ mẫu đất sét này với những chi tiết không hợp lí Bởi chỉ cần một sai sót nhỏ, chi tiết sẽ khiến toàn bộ lô hàng sản xuất đầu tiên bị thu hồi
Một mẫu đất sét sẽ được dựng với kích thước thực chỉ khi nó sắp được đưa vào sản xuất thực tế vì các kỹ sư muốn hình dung thật chính xác về chiếc xe đó
Hình 1.10: Concept ô tô được tạo ra từ mô hình đất sét 1.4.4.5 Xây dựng mô hình đầy đủ
Mô hình xe đến thời điểm này vẫn có thể là đất sét nhưng một số chi tiết đã được làm bằng các vật liệu khác như gỗ, … để giảm trọng lượng Ngày nay, các kỹ sư có thể thay thế đất sét bằng các loại vật liệu khác vừa đảm bảo hiệu quả lại tăng thêm tính chân thực cho nguyên mẫu Sau khi hoàn thành, mô hình sẽ trông giống như một chiếc xe thông thường và được truyền thông rộng rãi với công chúng để có thể thu nhận được các ý kiến phản hồi
1.4.4.6 Phác thảo và lên mô hình nội thất xe
Thông thường nội thất của một chiếc xe đã được nhà thiết kế phác thảo ngay từ đầu Quá trình này trải qua một số thiết kế nữa về công thái học (ergonomics), hình dáng, màu sắc, vật liệu của các bộ phận nội thất sao cho hài hòa và tương xứng
Các phác thảo trên giấy hay bảng điện tử Wacom của nội thất cũng được chuyển thành bản vẽ 3D và sau đó được dựng dưới dạng mẫu đất sét Diện mạo cũng như tất cả các chi tiết từ vô lăng tới chỗ ngồi và giao diện điều khiển sẽ được lên chi tiết ở công đoạn này
Hình 1.11: Nội thất của một chiếc xe với mô hình đất sét 1.4.4.7 Ghế ngồi
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRONG THIẾT KẾ Ô TÔ
Giới thiệu
Thiết kế có sự trợ giúp từ máy tính (CAD) đóng một vai trò lớn trong quá trình phát triển ô tô, đươc áp dụng trong toàn bộ quá trình phát triển và liên kết lớn tới lĩnh vực tính toán Ngày nay, việc phát triển một mẫu xe mới chủ yếu đang được thực hiện trong môi trường ảo, các quy trình phát triển ảo, thiết kế có sự trợ giúp từ máy tính (CAD) là rất quan trọng vì mô hình CAD cung cấp và mô tả sản phẩm một cách toàn diện nhất
Hình 2.1 cho thấy các ứng dụng CAD có liên quan trong quá trình phát triển và thiết kế, chế tạo ô tô nói chung Quy trình chung được chia thành nhiều giai đoạn chính
Hình 2.1: CAD và các quy trình có liên quan trong phát triển ô tô
Trong các giai đoạn khởi đầu là Định nghĩa một sản phẩm xe ô tô (Definition Phase), tức là khâu khảo sát ban đầu về nhu cầu khách hàng, thị trường và các điều kiện pháp lý, ngoài ra cũng bao gồm phát triển kiểu dáng xe ban đầu bằng cách sử dụng phần mềm tạo kiểu dáng có sự trợ giúp của máy tính (Computer – Aided Styling – CAS) Dựa trên các mô hình CAD, nhóm lắp ráp được thành lập theo các bộ phận của xe, bao gồm như các cụm và hệ thống như thân xe và hệ thống truyền lực, …Các nghiên cứu về bố trí chung và tổng thể ô tô được tiến hành bằng cách sử dụng mô hình kỹ thuật số DMU (Digital Mock – Up) là các dữ liệu hình học được đơn giản hóa có nguồn dẫn là mô hình CAD Mặt khác, DMU còn được sử dụng trong nghiên cứu công thái học của người lái và hành khách, mô phỏng lắp ráp các thành phần của xe trong nhà máy sản xuất
Kỹ thuật tính toán mô phỏng có sự trợ giúp của máy tính (CAE) là một bước rất quan trọng, việc tích hợp chặt chẽ giữa CAD và CAE cho phép tạo ra và tối ưu hóa được các cụm chi tiết, các hệ thống ô tô một cách hiệu quả Quá trình CAE thực hiện dựa trên các dữ liệu thiết kế của mô hình CAD
Kỹ thuật sản xuất có sự hỗ trợ từ máy tính (CAP) liên quan đến việc phát triển các quy trình sản xuất và các máy móc CAP yêu cầu sự hiểu biết sâu rộng về các loại máy móc, ví dụ như tay robot hàn, các loại khuôn ép, máy gia công đa trục, …và các dây chuyền sản xuất để đem lại hiệu quả cao nhất
Cuối cùng các quá trình này được duy trì bởi nền tảng quản lý dữ liệu sản phẩm toàn diện (PDM)
Hiện nay trên thế giới đang có CATIA – 3D EXPERIENCE của Dassault Systemes (Pháp), Siemens PLM Software của Siemens (Đức) là những hãng phát triển phần mềm kỹ thuật số hàng đầu trong lĩnh vực ô tô Trong luận văn này, em xin giới thiệu phương pháp ứng dụng CATIA, đang được dùng khá phổ biến ở nhiều hãng ô tô trên thế giới và Việt Nam Nhóm phát triển phần mềm kỹ thuật số của CATIA bao gồm hàng loạt các giải pháp từ thiết kế đến mô phỏng, giúp các nhà sản xuất ô tô có thể dễ dàng xây dựng mô hình kỹ thuật số của một mẫu xe bất kỳ với tất cả các bộ phận cơ khí, hệ thống điện và phần điều khiển
Các giải pháp phần mềm của CATIA cho ngành ô tô bao gồm (hình 2.2):
- ENOVIA: Giải pháp phần mềm quản lý vòng đời sản phẩm
- CATIA: Giải pháp phần mềm thiết kế ô tô
- DELMIA: Giải pháp tối ưu hóa các hệ thống và quy trình sản xuất tại nhà máy
- SIMULIA: Giải pháp mô phỏng thực tế nhằm đưa ra độ tin cậy và an toàn của vật liệu và sản phẩm trước khi sản xuất
Hình 2.2: Các giải pháp phần mềm của Dassault Systemes cho ngành ô tô
Phần mềm thiết kế CATIA
CATIA là phần mềm thiết kế với một bộ công cụ tích hợp đầy đủ các tính năng cho thiết kế phát triển ô tô, đi từ thiết kế ý tưởng (concept) đến sản xuất
Các ứng dụng thiết kế ô tô trên CATIA bao gồm:
- Part Design: Thiết kế các chi tiết đơn giản
- Free Style: Thiết kế ý tưởng ô tô
- Generative Shape Design: Thiết kế các hình dạng bề mặt nâng cao
- Digitized Shape Editor: Xử lí các chi tiết được quét thành dữ liệu đám mây
- Quick Surface Reconstruction: Thiết kế lại các bề mặt từ các dữ liệu đám mây
- Automotive Class A: Dùng để tạo và kiểm tra các bề mặt nhằm đưa ra chất lượng tốt nhất
Hình 2.3: Các ứng dụng thiết kế ô tô trên CATIA
Ứng dụng các giải pháp của Dassault Systemes trong thiết kế kiểu dáng xe
Quá trình phát triển kiểu dáng xe sẽ có sự tham gia của các kỹ sư, các chuyên gia tiếp thị, và các nhà tạo mẫu Mục tiêu là xác định các đặc điểm của sản phẩm dựa trên các tính toán mô phỏng, các đặc điểm này cũng đồng thời phải đáp ứng được mong đợi về tính thẩm mỹ và khả năng chế tạo Sử dụng phần mềm CATIA Free Style, CATIA Generative Shape Design và kỹ thuật ngược ( Reverse Engineering ) là rất phù hợp và rút ngắn được thời gian, công sức và chi phí
Hình 2.4: Các giai đoạn thiết kế kiểu dáng xe
Phác thảo ý tưởng là giai đoạn đầu tiên trong thiết kế ý tưởng xe Các bản vẽ sẽ thể hiện hình dáng nội, ngoại thất xe, cũng như vị trí các bộ phận trên xe Các mẫu thiết kế này có thể được công bố để lấy ý kiến phản hồi Và cuối cùng, một mẫu thiết kế sẽ được lựa chọn để phát triển ở các giai đoạn tiếp theo
Dưới đây là các phát triển của mẫu xe Audi R8 với các thiết kế khác nhau dựa trên các xu hướng khác nhau như trong hình
Hình 2.5: Mẫu Audi R8 phiên bản V8
Hình 2.7: Mẫu Audi R8 phiên bản V10 2.3.2 Thiết kế 3D Styling
Giai đoạn thiết kế kiểu dáng 3D Styling được xây dựng dựa trên các công cụ phần mềm 3D Mô hình 3D này được thiết kế dựa trên bản phác thảo 2D và thiết kế bố trí chung tổng thể Điều này nhằm đảm bảo thiết kế sẽ đáp ứng được cả hai yếu tố kiểu dáng cũng như tính năng kỹ thuật đã được xác định Từ hình ảnh phác thảo 2D (hình 2.8), phần mềm CATIA về Surface cho phép các kỹ sư xây dựng nhanh chóng mô hình bề mặt 3D dựa trên nhiều phương pháp khác nhau
Hình 2.8: Bản vẽ 2D ô tô Audi R8 Bước 1 : Chuyển đổi bản vẽ phác thảo Để hiện thực hóa bản vẽ 2D của các nhà tạo mẫu thành mô hình 3D, ta sử dụng công cụ Sketch Tracer nhằm đưa bản vẽ vào phần mềm thiết kế
Câu lệnh: Chọn thanh công cụ Start → Shape → Sketch Tracer
Hình 2.9: Công cụ Sketch Tracer
Tiếp tục tiến hành chọn vào biểu tượng ( Create a Sketch ) trên thanh công cụ và tiến hành chèn bản vẽ phác thảo của xe
Hình 2.10: Bản vẽ được đưa vào phần mềm CATIA
Sau đó, ta tiến hành lần lượt chọn các mặt phẳng hình chiếu của phần mềm và thực hiện cắt chia nhỏ từng hình chiếu trên bản vẽ phác thảo để gán tương ứng với các hình chiếu trên phần mềm
Kết quả ta thu được như hình bên dưới Từ đây ta tiến hành dựng mô hình 3D cho chiếc xe
Hình 2.11: Các hình chiếu khi được gán hoàn chỉnh
Bước 2 : Thiết kế khung dây
Ta chuyển qua môi trường Free Style bằng cách chọn Start→Shape→ Free
Style nhằm tạo các đường phác thảo ( curve ) để thiết kế các bề mặt cơ sở
Công việc tiếp theo ta chọn vào hệ tọa độ của phần mềm và đánh dấu tick vào dòng như trong hình Điều này giúp khóa hướng mặt phẳng của phần mềm song song với màn hình máy tính để tránh xê dịch khi thiết kế
Hình 2.12: Khóa mặt phẳng của hệ trục tọa độ
Trước khi đi vào công việc, ta nên có thói quen tạo cây dữ liệu thiết kế (Geometrical Set) Thực hiện bằng cách chọn Insert→Gemetrical Set Điều này giúp chúng ta dễ dàng quản lý, sắp xếp và chỉnh sửa những dữ liệu thiết kế khi cần thiết
Hình 2.13: Cây thư mục thiết kế
Tiến hành chọn góc nhìn phải ( Right View ) Sau đó dùng lệnh 3D Curve trên thanh công cụ và tiến hành vẽ các đường phác thảo Đối với những đường cong, ta sử dụng số điểm ít nhất có thể để tạo ra đường cong nhằm giúp dễ dàng chỉnh sửa khi cần thiết
Hình 2.14: Khung dây từ góc nhìn Right View Để điều chỉnh màu sắc, độ rộng của các đường phác thảo nhằm tạo ra các đường riêng biệt để dễ phân biệt, ta sử dụng công cụ Graphic Properties
Ngoài ra, việc điều chỉnh độ cong cho các đường khung dây là việc làm không thể thiếu vì từ đó ta có thể tạo ra các khung dây với chất lượng tốt, điều đó giúp ích cho việc tạo dựng các bề mặt cơ sở sau này sẽ được chính xác hơn Để tiến hành kiểm tra ta thực hiện lệnh ( Porcupine Curvature Analysis ) ở thanh công cụ thiết kế Khi hộp thoại xuất hiện, ta bấm chọn vào các đường phác thảo cần kiểm tra Nếu muốn điều chỉnh đường phác thảo, ta di chuyển các điểm cấu tạo nên đường đó
Hình 2.15: Điều chỉnh độ cong cho khung dây
Sau các quá trình chỉnh sửa ta được khung dây hoàn chỉnh như hình bên dưới
Hình 2.16: Khung dây sau khi được chỉnh sửa Bước 3 : Thiết kế bề mặt cơ sở
Ta chuyển qua môi trường thiết kế bề mặt ( Generative Shape Design ) bằng cách chọn Start→Shape→Generative Shape Design Tạo một mục trong cây thiết kế và đặt tên là “ Thân Trước ” Tiếp tục sử dụng lệnh ( Point ) để tạo các điểm trên đường phác thảo Sau đó sử dụng lệnh ( Connect Curve ), lúc này phần mềm sẽ tự tính toán và tạo một đường cong nối hai điểm với nhau Việc làm này giúp ta loại bỏ được các đường phác thảo thừa và hình thành một khung dây hoàn chỉnh
Hình 2.17: Các điểm được tạo trên các đường phác thảo Ý tưởng tiếp theo là sử dụng lệnh ( Spline ) và lệnh ( Multi – Sections
Surface ) nhằm tạo bề mặt mui xe như hình
Hình 2.18: Bề mặt mui xe
Tiếp đến ta vẽ lớp chắn ở bánh xe phía trước bằng cách tạo hai biên dạng bằng lệnh (S ketch ) trên mặt phẳng xz và yz Sau đó sử dụng lệnh ( Combine ) nhằm kết hợp hai biên dạng làm một Tiếp tục sử dụng lệnh ( Multi – Sections Surface ) để tạo bề mặt lớp chắn bánh xe Khi thực hiện xong ta nên ẩn những biên dạng không cần thiết nữa bằng cách bấm vào những đường đó, kích chuột phải và chọn ( Hide/Show ) nhằm làm gọn màn hình thiết kế, tránh các đường chồng chéo gây khó nhìn
Hình 2.19: Biên dạng Sketch trên mặt phẳng xz và yz
Hình 2.20: Bề mặt phần chắn bùn Ý tưởng : Hoàn thiện phần bề mặt từ phần chắn bánh xe đến phần cột A của xe
Ta sử dụng lệnh ( Sweep ) nhằm tạo bề mặt cho cửa từ hai đường khung dây như hình Tiếp theo sử dụng lệnh ( Blend ) để tạo bề mặt hỗ trợ cho việc xác định khoảng sáng gầm xe Sau đó vẽ một đường phân chia cột A ở mặt phẳng xz và sử dụng lệnh ( Projection ) để chiếu đường thẳng này lên bề mặt cửa vừa được tạo Cuối cùng sử dụng lệnh ( Split ) nhằm chia đôi hai mặt phẳng từ vị trí cột A
Hình 2.21: Phân chia bề mặt giữa phần chắn bùn và cửa xe
Lần lượt sử dụng các lệnh ( Blend ), lệnh ( Multi – Sections Surface ) và lệnh ( Fill ) và chọn các đường khung dây cần thiết để tạo những bề mặt còn lại của phần chắn bánh xe Vì các bề mặt của xe có nhiều góc cạnh nên ta phải tiến hành thiết kế chia nhỏ nhiều bề mặt nhằm mục đích giúp phần mềm có thể hiểu và tính toán các phần góc cạnh một cách chính xác
Hình 2.22: Hoàn thiện phần bề mặt chắn bùn Ý tưởng : Hoàn thiện phần bề mặt đèn trước
Ta sử dụng lệnh lệnh ( Multi – Sections Surface ) nhằm tạo một bề mặt từ phần cột A tới bộ phận cản trước Tiếp tục tiến hành lệnh ( Shape Fillet ) với R%mm để vát tạo các đường gân nhằm phân chia các bề mặt và giúp các bề mặt nhìn được mượt mà và nổi khối hơn
Hình 2.23: Bề mặt đèn chiếu sáng
CÁC PHƯƠNG PHÁP MỚI TRONG THIẾT KẾ Ô TÔ
Kỹ thuật thiết kế ngược (Reverse Engineering)
3.1.1 Giới thiệu về kỹ thuật thiết kế ngược
Quá trình tạo bản sao thiết kế từ linh kiện, cụm linh kiện hoặc sản phẩm mà không có bản vẽ, tài liệu hoặc mô hình từ một sản phẩm có sẵn thông qua máy tính được gọi là kỹ thuật thiết kế ngược hay còn gọi là chuyển đổi dữ liệu số Kỹ thuật thiết kế ngược còn được hiểu là quy trình nhận một mô hình CAD từ các điểm 3D thu được từ việc quét và số hóa chi tiết hoặc sản phẩm hiện có
Bản chất của của kỹ thuật này là dùng các loại máy quét – đo 3D với phần mềm thích hợp để tạo ra bản vẽ thiết kế của một sản phẩm có sẵn để cải tiến hoặc tối ưu hóa hay đưa vào gia công trên các máy tự động CNC Kỹ thuật này nhằm nâng cao năng suất và độ chính xác chế tạo, trong lĩnh vực CAD/CAM/CNC, công nghệ này ngày càng được sử dụng rộng rãi ở rất nhiều quốc gia Kỹ thuật này ngoài ra còn phải đi kèm hay kết hợp với việc phân tích kết cấu, phân tích vật liệu, phân tích công nghệ để đạt được sự hoàn chỉnh về sản phẩm Ngày nay, trong chế tạo ô tô, người ta thường dùng kỹ thuật này vì tính vượt trội và linh hoạt của nó So với phương pháp thiết kế cổ điển (còn gọi là thiết kế thuận), quá trình thiết kế ngược một chiếc ô tô được mô tả như hình sau
Hình 3.1: So sánh giữa quy trình thiết kế thuận và thiết kế ngược 3.1.2 Các giai đoạn thiết kế ngược
Kỹ thuật thiết kế ngược thường được chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Lấy mẫu (số hóa bề mặt) bằng thiết bị đo quét toạ độ cơ học CMM hoặc quang học OCMM
- Giai đoạn 2: Xử lý dữ liệu và xây dựng mô hình thiết kế trên các phần mềm CAD tương thích
- Giai đoạn 3: Xây dựng bản vẽ thiết kế sản phẩm thực
Giai đoạn lẫy mẫu: Là giai đoạn số hóa bề mặt mẫu sản phẩm thực bằng các loại thiết bị đo quét tọa độ (còn gọi là thiết bị số hóa) được lựa chọn tùy theo hình dạng chi tiết, yêu cầu độ chính xác, vật liệu chi tiết, kích thước chi tiết, …Hai loại thiết bị đo quét tọa độ phổ biến nhất là thiết bị đo không tiếp xúc và thiết bị đo tiếp xúc Điển hình cho 2 loại này là máy đo tọa độ CMM (Coordinate Measuring Machine) với đầu dò cơ khí và máy quét với đầu dò quang học OCMM (Optical Coordinate
Measuring Machine laser hoặc ánh sáng xanh, ánh sáng trắng)
Trước hết, các thiết bị đo quét tọa độ thu nhận dữ liệu hình học của đối tượng ở dạng tọa độ của các điểm (x, y, z) Sau quá trình này, tập hợp các điểm trên bề mặt đối tượng được mô tả như “đám mây điểm”
Giai đoạn xử lý dữ liệu và xây dựng mô hình số: Tập hợp các dữ liệu điểm sau khi số hóa bề mặt được xử lý bằng cách loại bỏ những điểm bất thường, giảm bớt dữ liệu điểm và được sắp xếp lại Sau đó, bằng phần mềm chuyên dụng, dữ liệu điểm được liên kết thành mạng lưới điểm( tam giác hoặc tứ giác) và được biến đổi thành mô hình mặt cong Phần mềm kỹ thuật thiết kế ngược gồm 2 loại:
- Phần mềm tạo lưới: Có khả năng tự động phủ lưới (thường là tam giác) qua tất cả các điểm dữ liệu Mô hình bề mặt nhận được sau khi phủ lưới là mô hình đa diện xấp xỉ
- Phần mềm mô hình hóa 3D: Có khả năng mô hình hóa các lưới điểm, xây dựng mô hình CAD thông qua sự tương tác của người sử dụng với giao diện phần mềm
Giai đoạn xây dựng bản vẽ thiết kế: Mô hình thiết kế có thể được tinh chỉnh, tối ưu bằng các phương pháp phân tích mô phỏng CAE và cuối cùng là xuất dữ liệu thiết kế dưới dạng bản vẽ kỹ thuật Có thể sử dụng trực tiếp dữ liệu thiết kế cho công đoạn sản xuất bằng cách chuyển mô hình CAD sang CAM để lập trình gia công CNC hay chuyển sang dữ liệu STL cho quá trình tạo mẫu nhanh Ngoài việc nên trên, nó còn được sử dụng để kiểm tra, đánh giá độ chính xác giữa sản phẩm gia công so với nguyên mẫu Dưới đây là sơ đồ minh họa quy trình kỹ thuật ngược
Hình 3.2: Sơ đồ quy trình kỹ thuật thiết kế ngược 3.1.3 Các kỹ thuật lấy mẫu số hóa
Máy đo tọa độ CMM hoạt động theo nguyên tắc dịch chuyển một đầu dò tìm để xác định tọa độ các điểm trên một bề mặt của vật thể CMM thưởng gồn 4 phần chính: Thân máy, đầu dò, hệ thống điều khiển (máy tính) và phần mềm đo Máy CMM có nhiều chủng loại khác nhau về kích cỡ, thiết kế và công nghệ đo Máy có thể điều khiển bằng cơ, hoặc có hệ điều khiển số, thường được sử dụng để đo lường về kích thước, đo kiểm mẫu, lược đồ góc, hướng hoặc chiều sâu, đo chép mẫu hoặc tạo hình Các thông số cơ bản của máy là các hành trình đo theo trục X,Y,Z; độ phân giải và trong lượng vật đo Máy có hệ thống bảo vệ chống va đập, khả năng lập trình offline, thiết kế ngược, phần mềm SPC và bù nhiệt độ Các hệ thống đầu đo loại tiếp xúc hay đo điểm rời rạc Hình ảnh dưới mô tả đầu dò CMM đang quét dạng mặt trụ phức tạp bên trong ống xilanh
Hình 3.3: Đầu dò 3D lấy điểm phần xilanh của động cơ 3.1.3.2 Kỹ thuật quét quang học OCMM scanner laser 3D
Các phương pháp quang học thông dụng đang được dùng để quét mẫu 3D: Máy ảnh kỹ thuật số, ánh sáng trắng, ánh sáng xanh với độ tương phản cao và tia laser Ánh sáng trắng và tia laser là phổ biến nhất và thường kết hợp với phương pháp dùng máy ảnh kỹ thuật số để tăng thêm độ chính xác
Hình 3.4: Phương pháp quét bằng tia laser lấy mẫu cửa xe
Phương pháp này sử dụng một chùm tia laser chiếu lên đối tượng, một camera được dùng để theo dõi vị trí vật lý của chùm tia laser trong không gian 3 chiều Dữ liệu này được truyền và vẽ lại trong máy tính khi chùm tia laser đi qua Đối với những mẫu có kích thước lớn như xe khách giường nằm, khi dùng phương pháp máy quét laser để lấy mẫu số hóa thường phải thiết kế một hệ thống giá đỡ máy quét di chuyển dọc theo xe.
Thiết kế ô tô bằng “nguồn lực đám đông” (Crowdsourcing)
3.2.1 Nguồn lực đám đông là gì?
Kết nối Internet tốc độ cao đã tạo ra sự bùng nổ trong thập niên 90 và tạo nên một thế giới mạng rộng lớn, dựa trên nền tảng công nghệ này, một định nghĩa mới được hình thành “Crowdsourcing” là hình thức một doanh nghiệp hay tổ chức giao việc thiết kế sản phẩm cho mạng lưới cộng tác viên Lấy ý tưởng từ các mạng xã hội trên Internet như Twitter và Facebook, mô hình mới này đã giúp cải tổ công tác thiết kế sản phẩm tại doanh nghiệp Dưới đây là mô hình tổng quát của crowdsourcing gồm các bước sau:
Hình 3.5: Mô hình tổng quát của crowdsourcing
Dưới đâu là mẫu xe điện Fiat Mio 2 chỗ ngồi được tạo hình tại Fiat Style Center và được công bố ở Sao Paulo, Brazil
Hình 3.6: Xe điện Fiat Mio, thiết kế đến từ cộng đồng Đây là một mô hình sản xuất kinh doanh mà người khởi xướng đặt niềm tin vào quần chúng, những người có khả năng tìm ra những giải pháp cho các vấn đề một cách sáng tạo nhất Theo các kết quả thực tế, giải pháp này trong nghiên cứu phát triển sản phẩm rất phù hợp cho giai đoạn thiết kế và lựa chọn ý tưởng, thiết kế concept
Như vậy, giải pháp này có một tiềm năng rất lớn và sẽ là xu thế trong tương lai Nhưng nó cũng đặt ra không ít những nghi ngờ về tính thực tế và bảo mật Việc sử dụng cần phải được tính toán khéo léo, nếu không muốn bị phản tác dụng.
Ứng dụng công nghệ thực tế ảo VR trong thiết kế ô tô
Thực tế ảo (Virtual Reality VR) là một hệ thống giao diện cấp cao giữa Người sử dụng và Máy tính Hệ thống này mô phỏng các sự vật và hiện tượng theo thời gian thực và tương tác với người sử dụng qua cảm giác Công nghệ này thuộc top tiên phong của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 Công nghệ VR tạo ra mẫu ảo tỉ lệ 1:1 ngay từ giai đoạn concept của chiếc xe, giảm thiểu lỗi thiết kế, không mất thời gian và kinh phí chế tạo nguyên mẫu hay mẫu đất sét
3.3.1 Các thành phần của VR
Các thiết bị đầu vào: Bộ dò vị trí i (position tracking) để xác định vị trí quan sát
Bộ giao diện định vị để di chuyển vị trí người sử dụng Bộ giao diện cử chỉ (Gesture interfaces) như găng tay dữ liệu để người sử dụng có thể điều khiển đối tượng
Hình 3.7: Bộ dò vị trí và găng tay dữ liệu
Các thiết bị đầu ra: gồm thiết bị hiển thị (như màn hình, tường mô phỏng, buồng mô phỏng đa chiều) để nhìn và giao tiếp với đối tượng 3D nổi Thiết bị âm thanh để nghe được âm thanh vòm Bộ phản hồi cảm giác tạo xúc cảm khi sờ, nắm đối tượng
Bộ phản hồi xung lực để tạo cảm nhận như khi xe đi đường xóc, gồ ghề
3.3.2 Các cách thức thiết kế sản phẩm của VR
Hai giải pháp thường được ứng dụng rộng rãi trong công việc thiết kế ô tô là bức tường mô phỏng (active wall) và buồng mô phỏng 3 chiều (active cube) với cấu hình cơ bản bao gồm:
- Màn hình 3D có chiều rộng 4m – 5m (có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn tùy theo yêu cầu) đối với bức tường mô phỏng, còn đối với buồng mô phỏng thì bố trí thêm nhiều vị trí như mặt trước, sau, bên trái, phải, bên dưới, bên trên
- Hệ thống giám sát chuyển động
- Máy tính cấu hình cao Phần mềm mô phỏng phổ biến Visionary Render DV
- Hệ thống loa âm thanh, máy chiếu 3D
- Kính đeo 3D dùng cho người tham gia nghiên cứu, quan sát Đặc điểm kỹ thuật của công nghệ này là người thiết kế hoặc tham gia có thể đi xung quanh xe ảo hoặc vào bên trong xe ảo để xem xét, cảm nhận được các đặc điểm như hình dáng, màu sắc, kết cấu bên ngoài và bên trong xe
Người thiết kế hoặc người tham gia có thể nghe được âm thanh vòm, có cảm giác khi sờ, nắm các đối tượng trên xe ảo và cảm giác được khi xe ảo chuyển động
Hình 3.8: Giao tiếp giữa người thiết kế và sản phẩm trên bức tường mô phỏng
Hình 3.9: Người thiết kế kiểm tra ngoại thất bằng buồng mô phỏng
Mô phỏng thực tế ảo VR hiện đang được các hãng ô tô quan tâm và ứng dụng để thiết kế, làm concept các mẫu xe mà không cần làm mẫu đất sét hay mẫu thực, rút ngắn thời gian thiết kế và cho phép nhiều thành phần tham gia, kể cả khách hàng Hãng xe ô tô Ford đã trở thành nhà sản xuất đầu tiên hợp tác với các thành viên để cho ra đời một công cụ thiết kế cho phép làm ra mô hình các mẫu xe hơi một cách nhanh chóng và chân thực trên nền tảng thực tế ảo 3D
Lợi ích của công cụ thực tế ảo 3D này là tính năng đồng sáng tạo giúp các nhà thiết kế trên toàn cầu có thể hợp tác thiết kế sản phẩm trong cùng một thời gian và có khi là không cần trực tiếp gặp nhau, điều này tạo ra một sự thay đổi lớn trong quá trình thiết kế ô tô, góp phần giúp ra đời nhiều và nhanh hơn các mẫu xe mới trong tương lai.
