Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Ứng dụng mô-đun hóa trong thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng

Khi một sản phẩm hay quá trình được mô-đun hoá, các thành phần thiết kế của nó có thể chia tách và chỉ định thành mô-đun dựa theo kiến trúc hay sơ đồ chính.. 1.2.2 Đặc điểm về mô-đun: M

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Đặng Văn Nghìn ………

3 Uỷ viên: TS Trương Quốc Thanh 4 Cán bộ phản biện 1: TS Tôn Thiện Phương 5 Cán bộ phản biện 2: PGS TS Đoàn Thị Minh Trinh Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: ĐINH ĐỨC THẮNG Giới tính : Nam √/ Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 13-11-1969 Nơi sinh : TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2012

1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MÔ-ĐUN HOÁ TRONG THIẾT KẾ KHUÔN ÉP KÊNH DẪN NHỰA NÓNG

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Tổng quan về mô-đun, thiết kế khuôn và thiết kế khuôn mô-đun - Cơ sở lý thuyết về thiết kế mô-đun

- Ứng dụng mô-đun hoá trong thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 23 – 01 - 2014 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15 – 12 - 2014 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đặng Văn Nghìn

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

LỜI CÁM ƠN

Rất nhớ ơn thầy: PGS TS Đặng Văn Nghìn đã tận tâm giúp đỡ, giảng dạy, tạo mọi điều kiện về thiết bị, tài liệu và kiến thức, cũng như trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành Luận văn

Xin cám ơn cám ơn: - Quý thầy, cô trường Đại học Bách Khoa đã nhiệt tình truyền thụ bài giảng, mở mang trí tuệ để tôi có đủ phương pháp luận thực hiện đề tài

- Tập thể bạn học luôn ủng hộ, động viên tôi trong suốt thời gian nghiên cứu đến khi hoàn thiện Luận văn

- Chapter 1, introduce overview of module, mold design and modular design; - Chapter 2, provides the basis theory of modular design;

- Chapter 3, presents the application of modularity for Hot runner Injection Mold Design to produce gear plastic;

- Chapter 4, Simulation, experimentation and optimization; - Chapter 5 includes general conclusions and recommendations

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan về những số liệu và kết quả trong Luận văn này là trung thực và chưa hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cám ơn, cũng như các thông tin trích dẫn đều được trích dẫn nguồn gốc

Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có hánh vi không đúng

Đinh Đức Thắng

- Lý lịch trích ngang:

Họ và tên: ĐINH ĐỨC THẮNG

Ngày, tháng, năm sinh: 13 – 11 – 1969 Nơi sinh: Tp HCM Địa chỉ liên lạc: D29 KP5 P Tam Hiệp Tp Biên Hoà

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

- Từ 1987 – 1992 : Đại học Sư phạm Kỹ thuật, tp Hồ Chí Minh ; - Từ 1994 – 1999 : Đại học Nông Lâm, tp Hồ Chí Minh ;

- Từ 2012 – nay : Học viên Cao học trường Đại học Bách Khoa, tp HCM

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

- Từ 1999 – 2009 : Công tác tại Công ty VMEP; - Từ 2010 – nay : Công tác tại trường ĐHCN Đồng Nai

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.6 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.16 Hình 1.19 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4

Sơ đồ phân loại chức năng và mô-đun Mô-đun hoá thành phần thay thế Mô-đun hoá thành phần góp chung Mô-đun hoá sản xuất thích hợp Sơ đồ lắp ráp máy tính

Sơ đồ phân cấp hệ thức

Minh hoạ sơ đồ của phương pháp tích hợpMinh hoạ các mô-đun được tích hợp trong thiết kế sản phẩm Sơ đồ quá trình thiết kế khuôn

Minh hoạ một số kiểu sơ đồ bố trí lòng khuôn Tổng quan về môi trường thiết kế mô-đun Sơ đồ thiết kế cho mô-đun

Khái niệm về thiết kế, sắp xếp và phân công đoạn Quy trình thiết kế của phương pháp thiết kế dựa trên chức năng

Phụ lục 8 8 9 10 11 11 12 14 16 21 23 25 26

Hình 2.10 Phương pháp thiết kế khái niệm sử dụng thiết kế tiên đề dựa

Hình 2.12 Sơ đồ cấu trúc chức năng 35

Hình 2.24 Mô tả 7 nguyên tắc hình dạng cho sơ đồ bố trí lòng khuôn

nhóm trong

48

Hình 2.29 Ví dụ về thiết kế sơ đồ bố trí kênh dẫn nóng theo nguyên tắc

răng

63

Hình 3.4 Minh hoạ việc lựa chọn 2 vị trí đặt miệng phun 63 Hình

3.5A

Hình 3.5B

Kết quả phân tích quá trình điền đầy nhựa trong khuôn ép phun

65

Hình 3.25 So sánh quá trình phát triển khuôn giữa truyền thống và

Hình 4.10 Minh hoạ ước lượng điểm co ngót trên chi tiết sau quá trình

làm mát

114

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Bảng 2 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 3.1 Bảng 3.2

Số liệu tình trạng lạm phát của Hàn Quốc và Trung Quốc

Tổng hợp nguồn dữ liệu đối với các biến sử dụng

Mối quan hệ giữa FRs và DPs Bốn kiểu ma trận cấu trúc thiết kế (DSM) So sánh các phương pháp thiết kế

Đặc tính nhiệt độ và áp lực phun của nhựa PA Đặc tính nhiệt độ và áp lực phun của nhựa PA

6 9 25 28 29 63 64

trí phun

99

Bảng 4.8 Kết quả phân tích quá trình ép phun của hệ thống khuôn bánh răng 101

khuôn trên máy

104

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu 1

Tính cấp thiết của đề tài 1

Mục tiêu nghiên cứu 2

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 5

1.2 Tổng quan về mô-đun 6

1.3 Tổng quan về thiết kế mô-đun 12

1.4 Tổng quan về thiết kế khuôn 13

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ-ĐUN HOÁ THIẾT KẾ 2.1 Giới thiệu … ………… 21

2.2 Cơ sở lý thuyết về thiết kế mô-đun 21

2.2.1 Thiết kế cho mô-đun 23

2.2.2 Thiết kế cho lắp ráp 35

2.2.3 Thiết kế cho sản xuất 39

Chương 3: ỨNG DỤNG MÔ-ĐUN HOÁ TRONG THIẾT KẾ KHUÔN ÉP PHUN 3.1 Giới thiệu 61

3.1.1 Giai đoạn thiết kế 1 61

3.1.2 Giai đoạn thiết kế 2 74

3.1.3 Giai đoạn thiết kế 3 82

3.2 Kết luận chương 90

Chương 4: MÔ PHỎNG, THỰC NGHIỆM, TỐI ƯU HOÁ 4.1 Mở đầu 92

4.2 Cơ sở tính toán các thông số ép phun 92

4.3 Kết quả thử nghiệm trên mô hình hoá 98

4.4 Kết quả thử nghiệm khuôn thực tế 103

4.5 Đánh giá kết quả thử nghiệm 105

4.6 Tối ưu hoá quá trình ép phun 105 Chương 5: KẾT LUẬN

5.1 Kết luận tổng quát 116 Tài liệu tham khảo 118 Phụ lục 121

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Sản phẩm mới thường được giới thiệu trên thị trường mở, mặc dù đã tích hợp nhiều tính năng kỹ thuật tiên tiến, nhưng chỉ một số ít đạt được kết quả tốt về mặt tài chính Trong khi các nhân tố cạnh tranh, kinh tế, văn hoá, kinh nghiệm và uy tín ảnh hưởng lớn đến thành công hay thất bại đối với một sản phẩm, thì thiết kế được nghiên cứu kỹ và có hiệu quả sẽ chỉ ra được sự khác biệt này [1]

Đối với ngành công nghiệp khuôn mẫu, không nhiều nghiên cứu phương pháp mô-đun hoá cho thiết kế, hầu hết là những nghiên cứu cải tiến hay tối ưu khi thiết kế khuôn Song song đó, tình hình ngành công nghiệp thiết kế và chế tạo khuôn mẫu tại Việt Nam dù đã có những bước phát triển, đổi mới về công nghệ, nhưng vẫn trong tình trạng khép kín và phần lớn doanh nghiệp còn lệ thuộc vào phương pháp thiết kế, chế tạo theo lối truyền thống, ảnh hưởng đến chi phí và thời gian giao hàng

Thiết kế và phát triển khuôn hay thiết kế sản phẩm nói chung là quá trình phức tạp bao gồm việc lên kế hoạch một cách thận trọng, liên kết chặt chẽ các mặt khác nhau về kỹ thuật, thị trường, tài chính, con người liên quan Một thiết kế sản phẩm có hệ thống bắt đầu từ khái niệm về ý tưởng của người thiết kế và những đánh giá rủi ro thất bại, tác động kinh tế (lợi nhuận), tác động xã hội (chấp nhận) Thiết kế quy vào các hoạt động liên quan đến đối tượng vật lý như: màu sắc, chủng loại, hình dạng, vật liệu, chức năng và cảm nhận về sản phẩm, trong khi sự phát triển bao gồm: nghiên cứu thị trường, tìm cơ hội giới thiệu sản phẩm mới, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh sau quá trình thiết kế [2] Điều này chỉ có thể thực hiện bởi cá nhân, doanh nghiệp, công ty có quy mô lớn Mặc dù xét về tổng thể, quá trình thiết kế và phát triển sản phẩm là như nhau đối với tất cả các sản phẩm, nhưng cách thức thực hiện lại khác nhau rất nhiều

Mô-đun hoá trong thiết kế, phát triển sản phẩm, đặc biệt đối với sản phẩm mới đã, đang được nghiên cứu và ứng dụng, bởi đây là phương pháp mới giúp người thiết kế có thể kiểm soát tốt chi phí, thời gian Khi một sản phẩm hay quá trình được mô-đun hoá, các thành phần thiết kế của nó có thể chia tách và chỉ định thành mô-đun dựa theo kiến trúc hay sơ đồ chính Về quan điểm kỹ thuật, mô-đun hoá thường có ba mục đích:

+ Tạo khả năng quản lý những vấn đề phức tạp; + Tạo khả năng thực hiện công việc song song; + Khả năng thích ứng với những thay đổi trong tương lai

Mô-đun thích ứng với những thay đổi vì các thành phần riêng của thiết kế đun có thể dễ dàng thay đổi hay thay thế cho nhau [1]

mô-Hơn nữa, khi có nhiều hãng chế tạo khuôn với tiêu chuẩn khác nhau, thì việc mô-đun hóa trong thiết kế và chế tạo khuôn giúp họ xích lại gần nhau, nâng cao năng lực cạnh tranh trong lĩnh vực này nhằm hướng đến toàn cầu hóa

Đề tài “Ứng dụng mô-đun hoá trong thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng” nhằm giới thiệu tổng quan về phương pháp mô-đun hoá cũng như ứng dụng mô-đun hoá trong thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu chung

Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp thiết kế mô-đun, tìm ra phương pháp thích hợp để ứng dụng trong thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng

Khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng

3.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Ứng dụng mô-đun hoá trong thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Một số phương pháp nghiên cứu được thực hiện trong luận văn là: - Nghiên cứu tài liệu, khảo sát bài báo, luận văn;

- Khảo sát cơ sở lý thuyết và định hướng; - Xây dựng mô hình thử nghiệm;

- Kiểm chứng các thông số lý thuyết và thực nghiệm; - Hiệu chỉnh và thiết kế

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN VĂN

Đề tài “Ứng dụng mô-đun hoá trong thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng” có ý nghĩa khoa học sau:

- Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp thiết kế mô-đun trong thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng;

- Đẩy mạnh việc tiêu chuẩn hoá trong thiết kế khuôn mẫu

6 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN

Kết quả đạt được trong ứng dụng thiết kế mô-đun mang lại ý nghĩa thực tiễn sau:

- Giảm thời gian thiết kế và chế tạo khuôn, giảm chi phí khuôn; - Tăng độ linh hoạt trong thiết kế khuôn, đáp ứng nhu cầu khách hàng; - Xây dựng cơ sở lý thuyết cho những cải tiến tiếp theo đối với thiết kế

khuôn mẫu

7 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN

- Lời nói đầu - Lời cảm ơn - Mục lục

Chương 1: Tổng quan về mô-đun, thiết kế khuôn, thiết kế khuôn mô-đun Chương 2: Cơ sở lý thuyết về thiết kế mô-đun

Chương 3: Ứng dụng mô-đun hoá trong thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng Chương 4: Mô phỏng, thực nghiệm và tối ưu hoá

Chương 5: Kết luận

- Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu:

Trên thế giới, cuộc cách mạng về máy tính điện tử đã có tác động lớn vào nền sản xuất công nghiệp Đặc biệt, trong ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu hiện đại, công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi, để nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang sản xuất công nghệ cao, trong đó, các giai đoạn thiết kế và chế tạo khuôn mẫu từng bước được tự động hoá nhờ sử dụng các phần mềm CAD/CAM

Các nước có nền công nghiệp tiên tiến như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, … đã hình thành mô hình liên kết tổ hợp, để sản xuất khuôn mẫu chất lượng cao, cho từng lĩnh vực công nghệ khác nhau:

khuôn đúc áp lực, khuôn ép chảy, khuôn dập tự động, …

mẫu như: các bộ đế khuôn tiêu chuẩn, các khối khuôn tiêu chuẩn, trụ dẫn hướng, lò xo, cao su ép nhăn, các loại cơ cấu cấp phôi tự động, …

Những mô hình trên chính là mô hình liên kết mở, giúp các doanh nghiệp có điều kiện đầu tư chuyên sâu vào từng lĩnh vực với việc ứng dụng CNC, theo hướng tự động hoá quá trình sản xuất, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và phát huy tối đa năng lực thiết bị

Tại Việt Nam, do hạn chế về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp hiện mới chỉ đáp ứng được một phần sản xuất khuôn mẫu phục vụ cho chế tạo các sản phẩm cơ khí tiêu dùng và một phần cho các công ty liên doanh nước ngoài với chi phí sản xuất khá cao

Ứng dụng mô-đun hoá trong việc thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng nhằm hướng đến việc phát triển một phương pháp để kiểm soát chi phí và thời gian trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu

1.2 Tổng quan về mô-đun: 1.2.1 Khái niệm về mô-đun:

Dựa trên quan điểm về sản phẩm: Một thành phần hoặc nhóm thành phần có thể tháo rời từ sản phẩm như một đơn vị không phá hủy, nó đưa ra một chức năng cơ bản, duy nhất cần thiết cho sản phẩm để vận hành như mong muốn [3]

1.2.2 Đặc điểm về mô-đun:

Mô-đun có các đặc điểm sau: - Kết hợp với các hệ thống phụ, tạo thành sản phẩm, hệ thống sản xuất; … - Tương tác chức năng xảy ra nhiều hơn giữa các mô-đun;

- Có một hay nhiều chức năng xác định, được tách riêng biệt từ hệ thống và là một hỗn hợp các thành phần của mô-đun;

- Độc lập, khép kín, có thể được kết hợp và định hình với các mô-đun khác để có được chức năng toàn diện

- Không giống các thành phần bên ngoài 1.2.4.2 Sử dụng các mô-đun có cấu trúc độc lập để tạo ra kiến trúc sản phẩm

1.2.4.3 Mô-đun hoá xuất phát từ việc phân tách một sản phẩm thành những cụm lắp ghép và thành phần Sự phân tách để thuận tiện cho tiêu chuẩn hóa các thành phần, tăng tính đa dạng sản phẩm

1.2.4.4 Mức độ kiến trúc sản phẩm gồm các mô-đun có tuơng tác nhỏ nhất giữa chúng

Dựa vào đặc điểm của kiến trúc sản phẩm, cấu trúc mô-đun là một trong mỗi phần tử chức năng của sản phẩm được thực hiện bởi đúng mỗi cụm lắp ghép, hay tương tác giữa các cụm này không đáng kể Cấu trúc mô-đun cho phép một cụm lắp ghép được thay đổi thiết kế mà không ảnh hưởng đến các cụm khác

1.2.5 Các loại mô-đun hoá:

Mô-đun hóa có thể được ứng dụng trong lĩnh vực thiết kế sản phẩm, bài toán thiết kế, hệ thống sản xuất, hoặc cả ba loại Tại cùng một thời gian, thiết kế mô-đun thích hợp hơn trong ba loại; điều này có thể được thực hiện bởi việc sử dụng quy trình thiết kế mô-đun để thiết kế sản phẩm mô-đun và sản xuất chúng nhờ hệ thống sản xuất mô-đun hay quy trình chế tạo mô-đun

1.2.5.1 Mô-đun hoá trong sản phẩm:

Sản phẩm mô-đun là sản phẩm thực hiện các chức năng toàn diện khác nhau thông qua việc kết hợp các khối cấu trúc hay mô-đun riêng biệt [4], có nghĩa là chức năng toàn diện do sản phẩm quy định, có thể chia thành nhiều chức năng phụ, được các mô-đun hoặc thành phần khác nhau thực hiện Điểm quan trọng của sản phẩm mô-đun là việc tạo ra một đơn vị hạt nhân cơ sở, mà các thành phần hay mô-đun khác nhau có thể được trang bị, cho phép sản xuất một loạt phiên bản của cùng mô-đun, dễ thích ứng và dễ thay đổi

1.2.5.2 Mô-đun hoá trong bài toán thiết kế:

Hầu hết các bài toán thiết kế có thể phân tích thành tập hợp các bài toán con đơn giản hơn để dễ quản lý Đôi khi bài toán phức tạp được quy về bài toán con dễ hơn, mà mỗi thay đổi nhỏ trong cách giải bài toán con này có thể dẫn đến sự thay đổi cách giải bài toán con khác Điều này có nghĩa là việc phân tích đã dẫn đến sự phụ thuộc chức năng giữa các bài toán con với nhau Mô-đun hóa tập trung vào việc phân tích một bài toán tổng quát thành các bài toán con có chức năng độc lập, trong đó, tương tác hay phụ thuộc lẫn nhau giữa các bài toán con là nhỏ nhất

1.2.6 Đặc điểm của hệ thống mô-đun:

1.2.6.1 Loại mô-đun:

Hệ thống mô-đun được xây dựng từ những mô-đun hoặc đơn vị độc lập Có hai lọai mô-đun chính: mô-đun chức năng và mô-đun chế tạo [4]

Mô-đun chức năng được thiết kế để thực hiện các chức năng kỹ thuật độc lập hay kết hợp với các mô-đun khác Việc phân loại mô-đun này dựa trên những kiểu chức năng khác nhau, xuất hiện lại trong hệ thống mô-đun, được kết hợp như những chức năng phụ để thực hiện một chức năng toàn diện khác Những chức năng này bao gồm: cơ bản, phụ, đặc biệt, thích nghi, và những chức năng riêng dành cho khách hàng [5]

Mô-đun chế tạo được thiết kế với lý do chế tạo riêng và có chức năng độc lập (xem Phụ lục, hình 1.1)

1.2.6.2 Đại diện mô-đun hoá sản phẩm:

Mô-đun hóa sản phẩm có thể biểu thị dựa trên kiểu kết hợp giữa các mô-đun Sự kết hợp giữa các mô-đun được phân tích nhờ vào tương tác với các mô-đun khác trong một sản phẩm Có thể phân thành bốn loại mô-đun hóa [6]

a) Mô-đun hoá thành phần thay thế:

Những biến thể của sản phẩm khác nhau thuộc cùng họ sản phẩm được tạo nên bởi sự kết hợp hai hay nhiều loại có khả năng thay thế của các thành phần giống nhau phần cơ bản Hình 1.2, minh họa về mô-đun hóa thành phần thay thế, trong đó có hai thành phần có khả năng thay thế cho nhau (khối dạng chữ nhật và khối dạng tam giác nhỏ) được kết hợp với cùng một thành phần (khối lớn), tạo nên biến thể của sản phẩm thuộc cùng họ

Mô-đun hóa thành phần thay thế trong công nghiệp máy tính được minh họa bằng cách làm tương thích các loại thành phần khác nhau như: CD-ROM, màn hình, và bàn phím trên cùng một bảng mạch Điều này cho phép máy tính có các kiểu khác nhau

Hình 1.2 Mô-đun hóa thành phần thay thế Hình 1.3 Mô-đun hóa thành phần góp chung

b) Mô-đun hóa thành phần góp chung:

Khối dạng tròn (thành phần chung) Khối dạng tam giác Khối dạng chữ nhật Khối lớn

(thành phần chung) Khối dạng tam giác Khối dạng chữ nhật

Trong loại này, các biến thể của sản phẩm khác nhau thuộc các họ sản phẩm khác nhau, được tạo nên bởi sự kết hợp các mô-đun có chung thành phần cơ bản Hình 1.3, chỉ ra hai thành phần cơ bản khác nhau (khối dạng chữ nhật và khối dạng tam giác) góp chung một thành phần (khối dạng tròn)

c) Mô-đun hóa sản xuất thích hợp:

Một hay nhiều thành phần chuẩn được dùng với một hay nhiều thành phần bổ sung có thể thay đổi được Biến thể thường gắn liền với sự thay đổi kích thước vật lý Hình 1.4, minh họa thành phần có chiều dài thay đổi được (khối dạng chữ nhật), có thể kết hợp với hai thành phần chuẩn (khối dạng tam giác) để tạo nên biến thể sản phẩm

Hình 1.4 Mô-đun hóa sản xuất thích hợp d) Mô-đun kênh lưu chuyển:

Mô-đun hóa loại này xuất hiện khi một mô-đun có thể kết hợp với bất kỳ số và vị trí nào của thành phần cơ bản Chẳng hạn, thiết bị nhập, xuất trong máy tính

1.2.7 Phát triển hệ thống mô-đun:

Hệ thống mô-đun có thể được phát triển bằng việc phân tích một hệ thống thành những phần tử chức năng cơ bản, sắp xếp chúng thành các thành phần vật lý cơ bản, sau đó tích hợp các thành phần này vào một hệ thống mô-đun, có khả năng đạt được chức năng theo ý muốn Phương pháp này bao gồm hai nội dung chính:

- Phân tích: Tìm tập hợp các bài toán con phù hợp nhất - Tích hợp: Kết hợp các hệ thống con riêng lẻ vào một lời giải toàn diện 1.2.7.1 Sự phân tích:

- Đơn giản hoá: Việc phân tích hệ thống lớn thành những hệ thống con sẽ làm giảm kích thước của bài toán cần giải, làm cho việc quản lý dễ dàng hơn;

- Tốc độ: Giải đồng thời các bài toán con (bài giải tương đương) sẽ rút ngắn thời gian để giải bài toán tổng quát Phương pháp phân tích có thể được phân loại theo lĩnh vực ứng dụng như: phân tích sản phẩm, phân tích vấn đề, phân tích quá trình

Khối dạng tam giác

Khối dạng chữ nhật

1.2.7.1.1 Phân tích sản phẩm:

Phân tích sản phẩm có thể được thực hiện ở những công đoạn khác nhau trong quá trình thiết kế, xác định như quá trình tách sản phẩm thành những phần tử vật lý mà chúng mô tả đầy đủ sản phẩm ấy, gồm mô-đun hóa sản phẩm và phân tích cấu trúc a) Mô-đun hóa sản phẩm:

Mô-đun hóa sản phẩm là sự nhận dạng các thành phần vật lý độc lập, có thể được thiết kế đồng thời hay được thay thế bởi thành phần thiết kế trước có đặc điểm vật lý và chức năng tương tự Hình 1.6, minh họa các thành phần chính của máy tính được chế tạo bởi những nhà cung ứng khác nhau, cho phép nhà sản xuất bộ vi xử lý chọn lựa từ một thư viện lớn sản phẩm

1

8 7 2

3 4

5 6

Một hệ thống được phân tích thành những hệ thống con, từ đó phân tích chúng ra những thành phần cấu thành sản phẩm, bộ phận lắp ghép, bộ phận lắp ghép nhỏ, và những bộ phận tại công đoạn thiết kế riêng biệt Việc phân tích được miêu tả trong một cấu trúc hệ thống phân cấp, đảm bảo sự phụ thuộc giữa các hệ thống con Hình 1.7 (xem Phụ lục), minh họa một phân tích cấu trúc của hệ thống xe

1.2.7.1.2 Phân tích bài toán:

Nhiều thế kỷ, những bài toán thiết kế phức tạp được xử lý bằng cách phân tích chúng thành những bài toán con đơn giản hơn, dễ xử lý hơn Phân tích bài toán cần tiếp tục cho đến khi đạt được sản phẩm hay đơn vị cơ bản độc lập Tương tác giữa các sản phẩm nên được xác định và đưa ra như ràng buộc bị áp đặt bởi những bài toán con cao hơn Phân tích vấn đề được chia ra thành: phân tích yêu cầu (hình 1.8, Phụ lục), phân tích tham số ràng buộc (bảng 1,1; bảng 1.2; hình 1.9; hình 1.10, Phụ lục), tối ưu hóa phân tích thiết kế cơ bản (hình 1.11)

Phân tích một bài toán thiết kế lớn, phức tạp thành những bài toán con độc lập, nhỏ hơn để thuận tiện cho việc sử dụng kỹ thuật lập trình toán, giải và tối ưu hóa những bài toán này

Bài toán

Bài toán con (1)

Bài toán con (I)

Bài toán con (1,I)

Bài toán con (1,J)

Bài toán con (I,1)

Bài toán con (I,J) …

…

… …

dòng thông tin, quan điểm nguồn tài nguyên

1.2.7.2 Sự tích hợp:

Kết hợp các hệ thống con riêng lẻ vào một lời giải toàn diện có thể khó thực hiện Đối với sản phẩm phức tạp, có rất nhiều thành phần được phân tách Việc tích hợp các thành phần này lại không đơn giản Ulrich và Eppinger [6], xác định kiến trúc sản phẩm như sự sắp xếp có hệ thống những thành phần đã phân tách vào các khoanh, gọi là “chunk” Việc lựa chọn kiến trúc sản phẩm hàm ý với tính năng sản phẩm, sự thay đổi sản phẩm, sự đa dạng sản phẩm và khả năng chế tạo

Sản phẩm Các hệ thống

Phân tích sự tích hợp có thể thực hiện thông qua 3 bước: a) Bước 1: Phân tách hệ thống thành các thành phần theo chức năng, vật lý b) Bước 2: Chú thích tương tác giữa các thành phần, gồm 4 kiểu tương tác: vật lý, năng lượng, thông tin, vật liệu

c) Bước 3: Nhóm các thành phần vào những khoanh (chunks), nhằm xác định kiến trúc sản phẩm và tổ chức hệ thống

1.3 Tổng quan về thiết kế mô-đun: 1.3.1 Thiết kế mô-đun bằng phương pháp tích hợp:

Trong bài toán thiết kế sản phẩm, có rất nhiều tiêu chuẩn mà người thiết kế cần tuân thủ Việc tích hợp các tiêu chuẩn này là cần thiết để không bị bỏ sót trong quá trình thiết kế [1]

Thiết kế sản phẩm

Chức năng Chất lượng

Độ tin cậy

Vật liệu

Lắp, tháo và bảo trì

Sử dụng Tính kinh tế

và môi trường

Hình 1.13 Minh hoạ các mô-đun được tích hợp trong thiết kế sản phẩm Phần lớn quá trình phát triển sản phẩm mới đều bắt nguồn từ thiết kế sản phẩm mô-đun, bằng cách tích hợp và tối ưu hoá nhiều mục tiêu thiết kế nhằm giúp cho việc thực hiện chức năng sản phẩm dễ dàng, nhờ đó làm tăng chu kỳ sống của sản phẩm Phương pháp tích hợp có thể xem như phương pháp thiết kế dạng X (DFX), hội tụ nhiều mô-đun khác nhau có quan hệ phụ thuộc: mô-đun chức năng; mô-đun vật liệu; mô-đun lắp, tháo và bảo trì; mô-đun sử dụng; mô-đun kinh tế và môi trường; mô-đun độ tin cậy; mô-đun chất lượng Mỗi mô-đun tương ứng với mỗi tiêu chuẩn riêng của thiết kế sản phẩm [7] Những thuộc tính và nhân tố thiết kế đối với tất cả các mô-đun sẽ được xác định và tích hợp trên sơ đồ Thuộc tính, nhân tố thiết kế phụ thuộc vào nhau, có thể xuất hiện trong nhiều mô-đun

1.3.2 Thiết kế mô-đun theo quan điểm vòng đời:

Sự xác định mô-đun bằng cách kết hợp chặt chẽ khả năng của mô-đun không chỉ dựa trên cấu trúc chức năng sản phẩm mà còn cả vòng đời của chúng, bao gồm chế tạo, lắp ráp, hệ thống dịch vụ và phục hồi

Nhờ có tính độc lập về chức năng mà mô-đun tạo ra, mô-đun hoá được coi là mục tiêu của một thiết kế Mô-đun hoá sản phẩm nhằm làm tăng tính linh hoạt, đáp ứng nhu cầu khách hàng Mô-đun được tạo ra theo quan điểm vòng đời, giúp duy trì tính độc lập giữa các thành phần và sự tồn tại của các mô-đun khác nhau, nâng cao tính đồng dạng tất cả thành phần, quá trình bên trong một mô-đun và duy trì khả năng thay thế cho nhau giữa các mô-đun Để tăng tính độc lập và tính đồng dạng, sản phẩm phải được thiết kế theo ba khía cạnh của mô-đun: độc lập thuộc tính, độc lập quá trình, tính đồng dạng [8]

- Tiêu chuẩn hoá các đơn vị cấu trúc; - Mã hoá các đơn vị cấu trúc tiêu chuẩn [9]

1.3.4 Thiết kế mô-đun dựa trên mối quan hệ đồng thời chức năng và vật lý trong giai đoạn thiết kế khái niệm:

Phương pháp này sử dụng biểu đồ cấu trúc chức năng để biểu thị cho sản phẩm chức năng Mô-đun được xác định bằng cách dò tìm thông thường từ biểu đồ cấu trúc chức năng theo quan hệ chức năng của chúng Mặt khác, việc xác định mô-đun cũng dựa vào quan hệ vật lý của các thành phần, sử dụng đại diện ma trận và ma trận cấu trúc thiết kế Ma trận cấu trúc thiết kế hàm chứa các yếu tố: không gian, năng lượng, vật liệu và thông tin phụ thuộc giữa các thành phần Giải thuật nhóm dùng để nhận dạng các thành phần liên quan và xác định mô-đun trong phạm vi vật lý Đây là hình thức thiết kế dựa trên khái niệm, nhằm thiết kế sản phẩm mới [10]

1.4 Tổng quan về thiết kế khuôn:

Một thiết kế được bắt đầu khi nhà thiết kế nhận được bản vẽ hay mẫu sản phẩm Việc tiếp nhận và phân tích thông tin rất quan trọng để có một thiết kế nhằm thoả mãn nhu cầu của khách hàng Quá trình thiết kế có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Các số liệu từ đơn đặt hàng

Thiết kế sản phẩm

Nhân độ co rút và bố trí các lòng khuôn

Thiết kế khuôn trên và khuôn dưới Thiết kế hệ

thống làm mát và thoát khí

Thiết kế hệ thống đẩy

Thiết kế hệ thống dẫn hướng và định vị

Thiết kế hệ thống phun nhựa

Tính bền cho khuôn

Chọn vật liệu làm khuôn

Lắp các tấm khuôn lại với nhau Bản vẽ thiết kế

Hình 1.16 Sơ đồ quá trình thiết kế khuôn

1.4.1 Một số công trình nghiên cứu thiết kế khuôn trên thế giới:

Nhiều nghiên cứu từ những lĩnh vực rất cụ thể trong thiết kế khuôn đã dùng đến kỹ thuật hỗ trợ của máy tính như toàn bộ hệ thống tích hợp Những hệ thống dựa vào tri thức là IMOLD [11], ESMOLD [12], IKMOULD [13], … đã được phát triển để phục vụ cho thiết kế khuôn ép phun Nhiều phần mềm thiết kế khuôn thương mại như IMOLD, UG MoldWizard, R&B MoldWorks, cũng như các phần mềm hỗ trợ Pro Engineer, Catia, Master Cam, SolidWorks, Inventer, … hiện có sẵn trên thị trường Tuy nhiên, những hệ thống và phần mềm ấy, dường như không xét đến việc thiết kế ban đầu trước khi tiến hành thiết kế thực Ngoài vai trò hỗ trợ đắc lực trong thiết kế khuôn một cách rất chi tiết, thì các phần mềm không phải là công cụ cho toàn bộ quá trình thiết kế Người thiết kế khó có thể dùng nó để thực hiện công việc ở giai đoạn thiết kế ban đầu của họ, giai đoạn rất quan trọng trong quá trình thiết kế và chế tạo khuôn

1.4.1.1 Thiết kế ban đầu đối với khuôn ép phun:

Ye và cộng sự [14] đề nghị thiết kế ban đầu đối với khuôn ép phun như sau: Trước hết, xác định đường phân khuôn cho sản phẩm nhựa, tiếp theo tính số lượng lòng khuôn cần thiết Sơ đồ bố trí lòng khuôn được tạo ra dựa trên thông tin đầu vào của mẫu thiết kế và hướng của mỗi lòng khuôn Khuôn cơ sở được tự động tính ra cho phù hợp với sơ đồ thiết kế Thiết kế ban đầu được xem là công cụ hướng dẫn để báo giá thành khuôn Việc báo giá khuôn thường không phản ánh chính xác chi phí khuôn (hình 1.17 Phụ lục)

- Có thể thay đổi tài liệu CAD để chế tạo khuôn đơn giản hơn so với ban đầu với giá thành rẻ hơn, các thông tin đều có trong tài liệu khách hàng

1.4.1.2 Phương pháp tiêu chuẩn hoá hệ thống thiết kế sơ đồ bố trí lòng khuôn:

Nghiên cứu khác của nhóm tác giả (Low và cộng sự, 2002) [15] đã đề cập một hướng tiếp cận khác là phương pháp tiêu chuẩn hoá hệ thống thiết kế sơ đồ bố trí lòng khuôn đối với khuôn ép phun Theo phương pháp này, khi thực hiện tiêu chuẩn hoá sơ đồ bố trí lòng khuôn, hình dạng lòng khuôn có thể dễ dàng lưu trữ trong một cơ sở dữ liệu, để trong giai đoạn thiết kế, người thiết kế nhanh chóng tìm thấy chúng Phương pháp giúp rút ngắn thời gian thiết kế, xác định chính xác chi phí khuôn

Nhóm tác giả Maria L.H Low và K.S Lee, 2004 [16] cũng đưa ra phương pháp tiêu chuẩn hoá thiết kế khuôn, đó là việc thực hiện nhanh của thiết kế ban đầu dựa trên hình khối ba chiều thay cho bản vẽ hai chiều Đây là phương pháp tiêu chuẩn hoá sử dụng thiết kế khuôn tiêu chuẩn, bắt nguồn từ thông tin trong bảng liệt kê những hạng mục thảo luận kỹ thuật (hình 1.18, Phụ lục) Bảng liệt kê đảm nhiệm vai trò của toàn bộ khuôn tiêu chuẩn và phải được dùng cho mọi dự án khuôn mới

Do cơ sở dữ liệu về khuôn luôn có sẵn và thường xuyên được cập nhật, kết hợp với dạng thiết kế trên mô hình ba chiều, dễ hình dung, mô phỏng đơn giản, cải thiện khả năng chế tạo, thiết lập bản vẽ nhanh và tạo thuận lợi cho quy trình thiết kế tích hợp, nên thời gian thiết kế ban đầu được rút ngắn đáng kể Vì vậy, giúp giảm chi phí các thành phần khuôn, giảm thời gian giao hàng; dễ dàng thực hiện dự án kế tiếp 1.4.1.3 Hệ thống thiết kế sơ đồ bố trí lòng khuôn thông minh cho khuôn ép phun:

Weigang Hu và Syed Masood, 2002 [17] đề nghị Hệ thống thiết kế sơ đồ bố trí lòng khuôn thông minh cho khuôn ép phun nhiều lòng khuôn, dựa vào phần mềm Hệ Chuyên gia RETE++

Kỹ thuật thiết kế thông minh dùng trong hệ thống thiết kế giúp rút ngắn thời gian thiết kế, giảm bớt tính toán, đặc biệt cho thiết kế thông thường hay mới

a) Sơ đồ 8 lòng khuôn kiểu tròn và chữ nhật

b) Sơ đồ 6 lòng khuôn kiểu chữ nhật biến đổi Hình1.19 Minh hoạ một số kiểu sơ đồ bố trí lòng khuôn 1.4.1.4 Thiết kế dạng mô-đun cho khuôn ép phun đồ đựng nước giải khát:

Hai tác giả Ming-Shyan Huang và Ming-Kai Hsu, 2003 [9] đã ra phương pháp thiết kế mô-đun cho khuôn ép phun, kết quả đạt được là: giảm 36% thời gian chết tạo khuôn, giảm chi phí từ 19% đến 23% so với phương pháp truyền thống Phương pháp thiết kế gồm 5 bước:

a) Bước 1: Phân loại sản phẩm và đặc điểm kỹ thuật của máy ép b) Bước 2: Chia khuôn ép phun thành các mô-đun dựa vào chức năng của nó c) Bước 3: Chia các mô-đun thành những đơn vị nhỏ hơn có chức năng phụ, cũng như mối liên hệ giữa thiết kế và lắp ráp

d) Bước 4: Tiêu chuẩn hoá các đơn vị cấu trúc e) Bước 5: Mã hoá các đơn vị cấu trúc tiêu chuẩn

Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu cũng đưa ra một quy trình chuẩn để phát triển sản phẩm mới thông qua 9 bước thực hiện Có thể biểu diễn quy trình chuẩn bằng sơ đồ hình 1.25 (xem Phụ lục)

- Tăng tính đa dạng thiết kế theo nhu cầu khách hàng - Tăng khả năng thay thế giữa các đơn vị nhờ vào đặc điểm và sự chuẩn hoá các đơn vị cấu trúc riêng

- Các mô-đun thành phần dễ dàng tháo, lắp, tăng tính linh hoạt trong thiết kế, tăng khả năng đáp ứng những thay đổi từ thị trường, nhu cầu khách hàng và nhà sản xuất

1.4.1.5 Hệ thống thiết kế sơ đồ bố trí khuôn thông minh dựa trên khái niệm:

Chan Wai Man, 2012 [18], thuộc trường Đại học Warwick đã nghiên cứu phương pháp phát triển nguyên mẫu hệ thống thiết kế sơ đồ bố trí khuôn thông minh dựa trên khái niệm (ICMLDS) nhờ vào phương pháp thiết kế sơ đồ kênh dẫn họ lòng khuôn (FMCRLD) tiến hoá tự nhiên về sự tự động hoá và tối ưu hoá FMCRLD, thông qua giải thuật di truyền và chương trình hình dạng Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 tích hợp Hệ Chuyên gia LSMold Nguyên mẫu ICMLDS được xác nhận là công cụ thiết kế thông minh, như một công cụ huấn luyện thiết kế tương tác, giúp cho thiết kế tiến triển nhanh, bỏ qua việc thăm dò, khai thác và tối ưu để đạt được thiết kế tốt hơn trong thời gian ít hơn so với phương pháp truyền thống

Phương pháp này gồm 4 giai đoạn thực hiện, minh hoạ trong hình 1.23 (xem Phụ lục): Làm rõ nhiệm vụ, thiết kế khái niệm, thiết kế ý tưởng, thiết kế chi tiết

- Giao diện thiết kế thông minh, linh hoạt - Rút ngắn thời gian thiết kế

1.4.1.6 Tối ưu hoá đa ngành cho hệ thống khuôn ép phun:

Đồng tác giả Irene Ferreira, Olivier Weck, thuộc học viện kỹ thuật Massaschusetts, Cambridge và CoPedro Saraiva, thuộc trường Đại học Coimbra, José Cabral, thuộc trường Đại học Porto Bồ Đào Nha, 2009 [19] đề xuất phương pháp tối ưu hoá đa ngành để phát triển một thiết kế hệ thống khuôn ép phun một cách toàn diện, bằng việc tích hợp các hệ thống con gồm cấu trúc, cung cấp, phun, trao đổi nhiệt, nhằm đạt được những cải thiện đáng kể Trong đó, tối ưu hoá đa mục tiêu được thực hiện đồng thời trên thiết kế khuôn, đã làm giảm thời gian chu kỳ ép, tiết kiệm vật liệu nhựa và áp lực ép Phương pháp tối ưu hoá cũng được tích hợp bởi các lĩnh vực cấu trúc, nhiệt, lưu biến và cơ khí Quá trình tích hợp thông qua cách tiếp cận bởi mô-đun, nơi mà tất cả các mã phân tích được kết nối với nhau nhờ phần mềm tích hợp (phần mềm Moldflow InSight) nhằm tự động hoá các thủ tục của quá trình tối ưu lặp đi lặp lại Mỗi mô-đun được đặc trưng bởi một mô hình toán đơn giản Nhờ vậy, khuôn được phát triển có thể dễ dàng thích nghi với phần hình học cụ thể thông qua mô-đun của nó Hình 1.24 (xem Phụ lục), biểu diễn mô hình tích hợp quá trình thiết kế khuôn

- Giảm thời gian chu kỳ ép xuống 42% so với phương pháp truyền thống - Tiết kiệm vật liệu nhựa và áp lực ép

- Giảm việc làm lại và tiết kiệm thời gian cho toàn bộ quy trình thiết kế

1.4.2 Nghiên cứu thiết kế khuôn trong nước:

1.4.2.1 Tình hình trong nước:

Tình hình thiết kế, chế tạo khuôn mẫu trong nước còn khá mới mẻ Việc ứng dụng phương pháp trong thiết kế còn mang nặng tính truyền thống, nghĩa là dựa trên kinh nghiệm hay trực giác Thời gian thiết kế kéo dài do thiết kế không được tối ưu và vướng mắc những sai sót từ con người

Công nghiệp chế tạo khuôn mẫu chưa được doanh nghiệp đánh giá cao, bởi khuôn “nội” không đáp ứng được yêu cầu chính xác và độ bền, hơn nữa lại quá phức tạp, giá thành cao và giao hàng chậm Vì thế, nhiều doanh nghiệp vẫn lựa chọn đặt hàng hoặc mua khuôn từ nước ngoài

1.4.2.2 Nghiên cứu trong nước:1.4.2.2.1 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống khuôn ép phun nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật với kênh dẫn nóng có điều khiển:

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống khuôn ép phun nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật với kênh dẫn nóng có điều khiển, theo Chương trình Nghiên cứu ứng dụng và phát triển cơ khí, tự động hoá, kèm Quyết định số 1335/QĐ-BKHCN, ngày 18 tháng 6 năm 2012 của Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ

Theo đó, nghiên cứu tập trung vào các nội dung sau: - Tính toán thiết kế, công nghệ chế tạo và thử nghiệm khuôn ép phun nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật với kênh dẫn nóng từ 4 đến 8 miệng phun

- Tính toán thiết kế, công nghệ chế tạo và thử nghiệm hệ thống điều khiển cho khuôn ép phun nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật với kênh dẫn nóng

- Phương pháp tính toán các thông số công nghệ (áp suất, nhiệt độ, lưu lượng phun) để cài đặt vào bộ điều khiển, có thư viện phù hợp với một số loại sản phẩm nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật và khuôn ép phun khác nhau, kèm theo phần mềm, giao thức và hướng dẫn cài đặt các thông số trên vào bộ điều khiển

1.4.2.2.2 Nghiên cứu công nghệ sản xuất linh kiện nhựa kỹ thuật có độ chính xác cao phục vụ cho một số ngành công nghiệp:

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất linh kiện nhựa kỹ thuật có độ chính xác cao phục vụ cho một số ngành công nghiệp”, mã số KC.03.13/11-15 do TS Trương Hồng Minh làm Chủ nhiệm đề tài và Công ty TNHH thương mại và dịch vụ công nghiệp Nhật Minh, Hà Nội là Cơ quan chủ trì Đề tài đã tổ chức nghiệm thu cấp Nhà nước ngày 25 tháng 3 năm 2014

Sản phẩm chính là: - 2 Khuôn nhựa kỹ thuật có độ chính xác dung sai kích thước ±10µm và ±30µm; Các thiết bị phụ trợ (đồ gá, rô-bốt, băng tải sản phẩm …);

- 2 loại Chi tiết bánh răng nhựa kỹ thuật có độ chính xác dung sai kích thước ±10µm và ±30µm

Đề tài đã nghiên cứu thành công công nghệ ép phun để chế tạo linh kiện nhựa kỹ thuật có độ chính xác cao Sản phẩm đề tài được ứng dụng ngay tại Công ty và có thể cạnh tranh với các linh kiện nhập khẩu

1.4.2.2.3 Một số nghiên cứu khác:

Nhiều nghiên cứu, ứng dụng, đề tài về thiết kế khuôn ép phun thường tập trung vào việc giới thiệu công nghệ ép phun, ứng dụng các phương pháp thiết kế đối với khuôn ép phun thông thường

1.5 Kết luận chương:

Chương 1 là phần trình bày tổng quan về mô-đun, thiết kế mô-đun, thiết kế khuôn và các công trình nghiên cứu về thiết kế khuôn ép phun Trong đó, đáng chú nhất là phương pháp thiết kế mô-đun dựa trên khái niệm, hệ thống thiết kế sơ đồ bố trí khuôn thông minh dựa trên khái niệm theo thuyết tiến hoá tự nhiên và thiết kế dạng mô-đun Đây là nền nảng cho phần cơ sở lý thuyết để xây dựng phương pháp thiết kế mô-đun ứng dụng cho khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ-ĐUN HOÁ THIẾT KẾ

Phân tích ảnh hưởng thiết kế mô-đun

Phân tích cấu trúc

Nhu cầu khách hàng

Đặc điểm kỹ thuật mục tiêu

Khái niệm sản phẩm hình thành

Nguyên tắc thiết kế cho

lắp ráp

Khái niệm sản phẩm

Phân tích khái niệm, phân tích bề mặt

chung mô-đun và mô-đun phụ Không thoả

Giai đoạn 1: Phân tích và thiết kế mô-đun

Giai đoạn 2: Thiết kế lắp ráp

Phân loại và cơ sở dữ liệu nhóm

cho mô-đun, quá trình

gia công Đặc điểm cơ bản

và biến thiết kế Ước lượng chi phí ban đầu

Không thoả

Hình học Chức năng

Vật lý Vật liệu

Nguyên tắc thiết kế cho

sản xuất

Giai đoạn 3:

Thiết kế cho sản xuất

Phân tích chi phí

Thiết kế chi tiết Gia công

2.1 Giới thiệu:

Có nhiều ứng dụng khác nhau về mô-đun hoá trong thiết kế, nhưng về bản chất chúng hoàn toàn tương tự, đều phân tách sản phẩm thành một cấp thành phần và quan hệ giữa các thành phần này được đại diện cho hình dạng có thể thấy được như biểu đồ hay ma trận, đồng thời làm giảm chi phí, phát triển nhanh sản phẩm, giảm thời gian lắp ráp, tối thiểu các thành phần trong sản phẩm

Nhằm khái quát hoá phương pháp thiết kế mô-đun, Luận văn đề cập đến phương pháp thiết kế gồm 3 giai đoạn: (1) Giai đoạn 1 – Thiết kế cho mô-đun; (2) Giai đoạn 2 – Thiết kế cho lắp ráp; (3) Giai đoạn 3 – Thiết kế cho sản xuất Phương pháp này phù hợp với hệ thống tiêu chuẩn nhờ vào thiết kế cho chức năng, lắp ráp và sản xuất, nhằm phát triển sản phẩm phức tạp dựa trên khái niệm mô-đun

2.2 Cơ sở lý thuyết về thiết kế mô-đun:

Một quy trình thiết kế mô-đun, ứng dụng cho khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng được thực hiện thông qua 3 giai đoạn thiết kế, có thể tóm tắt bằng sơ đồ thiết kế sau:

Hình 2.1 Tổng quan về môi trường thiết kế mô-đun

Giai đoạn 1: Phân tích quá trình chia tách

- Phân tích vấn đề và sản phẩm; - Phân tích cấu trúc và mô-đun; - Phân tích kết hợp từ thành phần đến đặc điểm kỹ thuật; - Ứng dụng hệ thống phân loại kỹ thuật nhóm;

- Xây dựng ma trận đo lường kết hợp; - Tối ưu hoá quá trình lựa chọn mô-đun;

Giai đoạn 2: Phân tích sản phẩm

- Xác định thành phần có thể được sản xuất và lắp ráp riêng lẻ; - Xác định thứ tự tháo rời và lắp ráp của mỗi mô-đun thành phần phụ; - Thiết lập các bề mặt chung dựa vào việc phân tích tính năng thiết kế; - Xác định thứ tự mà trong đó các cụm lắp ráp nhỏ được lắp ráp để sản xuất

sản phẩm cuối cùng

Giai đoạn 3: Phân tích quá trình

- Xác định họ sản phẩm và xây dựng lại mẫu; - Xác định thứ tự hợp lý mã nhóm cho quá trình của mô-đun; - Tính thông số máy và quá trình;

- Lập kế hoạch quá trình thay đổi; Trong đó, giai đoạn 1 có vai trò rất quan trọng trong việc xác định mô-đun Kiến trúc sản phẩm có thể xác định như sơ đồ thiết kế, chức năng hình dạng và hình học Tô-pô hay chất lượng cụ thể của chúng trong thiết kế Kiến trúc sản phẩm sẽ được nhóm thành 2 loại: kiến trúc đầy đủ (không thể thiếu) và kiến trúc mô-đun Sản phẩm là sự kết hợp của các bộ phận lắp ghép cấu thành thành phần trong kiến trúc mô-đun, đôi khi sản phẩm là một bộ phận lắp ghép ở cấp độ thấp nhất của các thành phần mà không có bất cứ bộ phận lắp ghép trung gian nào Sản phẩm mô-đun biểu thị một số ưu điểm so với sản phẩm bình thường (sản phẩm làm thành một bộ phận của tổng thể) như: giảm tính phức tạp, giảm chi phí, phát triển sản phẩm nhanh, giảm thời gian lắp ráp, số lượng bộ phận thấp nhất, dễ dàng tháo rời và gia tăng khả năng phục hồi Vì vậy, cần thiết phải phân tách sản phẩm thành các cấu trúc mô-đun

Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế cho mô-đun 2.2.1 Giai đoạn 1: Thiết kế cho mô-đun – Phân tích quá trình 2.2.1.1 Giới thiệu:

Hầu hết các nghiên cứu phương pháp thiết kế mô-đun đều tập trung vào kỹ thuật nhận dạng các thành phần liên kết chặt và nhóm chúng vào mô-đun, bởi mô-đun là then chốt để phát triển sản phẩm mô-đun Mặc dù có sự khác nhau trong số các phương pháp thiết kế sản phẩm mô-đun, nhưng về bản chất, chúng hoàn toàn tương tự Trong các phương pháp thiết kế, sản phẩm được phân tách thành một cấp thành phần và mối quan hệ giữa các thành phần ấy có thể nhìn thấy qua sơ đồ hay ma trận Mối quan hệ mạnh giữa các thành phần, sau đó được xác định và nhóm lại thành mô-đun

Các phương pháp thiết kế có thể phân ra 2 nhóm khác nhau dựa trên những kỹ thuật đại diện sản phẩm Một nhóm phương pháp dùng biểu đồ cấu trúc chức năng đại diện cho sản phẩm chức năng dạng biểu đồ Mô-đun được xác định bằng cách dò tìm thông thường từ biểu đồ cấu trúc chức năng [20, 21] trong mối quan hệ chức năng của nó Nhóm khác, xác định mô-đun dựa vào mối quan hệ vật lý của các thành phần và sử

Thông tin sản phẩm Thông tin thị trường

Thông tin nhà máy

Phân tích sản phẩm

Tham số/đặc điểm sản phẩm

Bước 1:

Phân tích nhu cầu

Yêu cầu Khách hàng

Tiếng nói khách hàng

Bản kê nhu cầu đã được

thừa nhận

Bước 2:

Phân tích yêu cầu

Mục tiêu chức năng Mục tiêu thực hiện chức năng

Yêu cầu chức năng toàn bộ

Phân tích ảnh hưởng

Khái niệm sản phẩm Phân tích

khái niệm sản phẩm

Bước 3: Phân tích khái niệm

Thuộc chức năng Thuộc vật lý

Đặc điểm kỹ thuật cấp hệ thống

Bước 4:

Tích hợp khái niệm

Chỉ số đồng dạng đồng dạng Ma trận

Mô-đun

hay

Hệ thống con

Mô hình tối ưu

dụng đại diện ma trận, ma trận cấu trúc thiết kế Ma trận cấu trúc thiết kế (DSM) [22] hàm chứa các yếu tố: không gian, năng lượng, vật liệu và thông tin phụ thuộc giữa các thành phần [23, 5] Giải thuật nhóm số được dùng để nhận dạng chắc chắn các thành phần liên quan và xác định mô-đun trong phạm vi vật lý Đây là hình thức của thiết kế dựa trên khái niệm nhằm thiết kế sản phẩm mới Thiết kế dựa trên khái niệm được xem như là việc xác định một thiết kế toàn diện, hình dạng của các thành phần và việc lắp ghép các thành phần với nhau Sau đó, có thể xác định kích thước các thành phần

Quá trình thiết lập mối quan hệ theo đường chữ chi và tiên đề độc lập của lý thuyết thiết kế tiên đề được dùng để kết hợp với phương pháp thiết kế dựa vào chức năng và ma trận cấu trúc thiết kế Khi đó, những yêu cầu chức năng (FRs) ở một cấp xác định hình thành nhờ sự phân tách của những tham số thiết kế (DPs) ở cấp cao hơn trong hệ thống phân cấp Khi một yêu cầu chức năng được phân tách, tương ứng với việc đưa ra một biểu đồ cấu trúc chức năng cần dùng Tập hợp các yêu cầu chức năng và tham số thiết kế phải thoả mãn tiên đề độc lập của thiết kế tiên đề Quá trình thiết lập mối quan hệ theo đường chữ chi chỉ dừng lại khi tham số thiết kế trở thành các thành phần không thể phân chia hơn nữa Theo cách này, những yêu cầu chức năng sẽ hoàn toàn xác định Tuy nhiên, đây là cách mà người thiết kế cần phải có kinh nghiệm và trực giác cao

Tại cấp thấp nhất trong phạm vi vật lý, việc thiết lập DSM dựa vào DPs và biểu đồ cấu trúc chức năng cùng cấp DPs được sắp xếp và nhóm lại bằng cách nhóm các DSM danh nghĩa nhờ giải thuật nhóm số trên quan hệ của DPs

2.2.1.1.1 Thiết kế tiên đề:

N.P.Suh [24] đưa ra thiết kế tiên đề Theo lý thuyết này, thiết kế được xác định như là “sự tác động lẫn nhau một cách liên tục” những gì người ta muốn đạt được và bằng cách nào Thuật ngữ “những gì người ta muốn đạt được” là mục tiêu thiết kế của thiết kế tiên đề và gọi là yêu cầu chức năng (FRs); còn thuật ngữ “đạt được bằng cách nào” là mục tiêu vật lý nhằm đáp ứng yêu cầu chức năng, gọi là tham số thiết kế (DPs) Có thể có nhiều lời giải thiết kế bởi quá trình sắp xếp phụ thuộc vào người thiết kế, dựa trên kinh nghiệm cá nhân hay sự sáng tạo

Quá trình sắp xếp được minh hoạ ở hình 2.3 Căn cứ vào nhu cầu khách hàng, người thiết kế sẽ xác định FRs trong phạm vi chức năng và các ràng buộc Người thiết kế, sau đó xác định PDs thoả mãn FRs tương ứng trong phạm vi vật lý FRs và PDs được phân tách thành FRs và PDs ở cấp thấp hơn, cho đến khi hoàn thành thiết kế chi tiết