Quá trình thiết kế kỹ thuậtmáy rung cấp phôi tự động

Ở Việt Nam, việc cấp nắp chai đa số được làm bằng thủ công. Tuy nhiên điều này không đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn. Tự động hóa là yêu cầu bắt buộc và cấp thiết. Hiện nay có một số máy đã được sản xuất và đang được bán trên thị trường, tuy nhiên vẫn còn nhiều điều cần được khắc phục. Chính vị vậy mà nhóm thiết kế đã chọn đề tài “Máy cấp nắp chai tự động” với hy vọng sẽ tạo ra một bản thiết kế có thể góp phần cải thiện tình hình hiện tại.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xã hội ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển vô cùng mạnh mẽ, việc ứng dụng cácthành tựu khoa học kỹ thuật là điều bắt buộc Việc làm đó không chỉ đơn thuần là giải phóng sức lao động của con người, mà hơn nữa là tăng năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm lảm ra

Ở Việt Nam, việc cấp nắp chai đa số được làm bằng thủ công Tuy nhiên điều này không đáp ứng được nhu cầu ngày càng lớn Tự động hóa là yêu cầu bắt buộc và cấp thiết Hiện nay có một số máy đã được sản xuất và đang được bán trên thị trường, tuy nhiên vẫn còn nhiều điều cầnđược khắc phục Chính vị vậy mà nhóm thiết kế đã chọn đề tài “Máy cấp nắp chai tự động” với

hy vọng sẽ tạo ra một bản thiết kế có thể góp phần cải thiện tình hình hiện tại

Đề tài “Thiết kế máy cấp nắp chai tự động” do nhóm thực hiện sẽ áp dụng các bước của quá trình thiết kế và công cụ được trình bày trong môn học Thiết kế và phát triển sản phẩm để đưa ra một thiết kế có chất lượng

Xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thanh Nam đã giúp đỡ chúng

em hoàn thành bài tập lớn này

I PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ:

1. Thành lập nhóm thiết kế:

Để phù hợp với công việc được giao và thuận tiện cho công việc thiết kế, cả nhóm chúng tôi tiến hành trắc nhiệm tính cách của các thành viên trong nhóm Sau đây xin giới thiệu các thành viên trong nhóm và đặc điểm tính cách từng người

Sinh viên 1: Hoàng Việt Đức

+Sở thích: nghiên cứu khoa học công nghệ, làm những công việc mang tính sáng tạo, tự do

Theo bảng thang điểm cho các vai trò thì người này phù hợp với các vai trò là người điều phối (12 điểm), người kết thúc (11 điểm), người làm việc (10 điểm), người phát kiến (10 điểm), người khám phá (10 điểm)

Sinh viên 2: Dương Xuân An

+Sở thích: hay giúp đỡ người khác, tìm hiểu cái mới, nghiên cứu khoa học, các chương trình vẽ ứng dụng

+Tính cách: điềm tĩnh, lạc quan, đôi khi sống nội tâm

C

ME

Sinh viên 3: Tân.

+Sở thích: nghiên cứu khoa học công nghệ, làm những công việc mang tính sáng tạo, tự do

Theo bảng thang điểm cho các vai trò, nhóm quyết định phân công vai trò cho từng thànhviên như sau:

- Hoàng Việt Đức: người điều phối, người kết thúc, người phát kiến, người đánh giá

- Dương Xuân An: người làm việc, người lập kế hoạch, người khám phá, người chăm sóc nhóm

- Tân: người điều phối, người kết thúc, người phát kiến, người đánh giá

2. Phát biểu bài toán thiết kế:

+ Nâng cao năng suất

+ Giảm chi phí sản xuất

-Thị trường kinh doanh:

+ Các dây chuyền sản xuất cần cấp phôi là nắp chai của các nhà máy sản xuất, các hộ kinh doanh sản xuất các thành phẩm đựng trong chai với số lượng lớn

II LẬP KẾ HOẠCH THIẾT KẾ SẢN PHẨM:

Thực gian thực hiện 14 tuần, nhóm gồm 3 thành viên cùng thực hiện nhiều mảng công việckhác nhau Cụ thể như sau:

• Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu, khảo sát các máy có trên thị trường:

+ Công việc: Tìm kiếm trên internet các nhà cung cấp máy cấp nắp chai (bao gồm cả trong và ngoài nước) Sau đó tiến hành thu thập thông số máy do các nhà cung cấp này bán, nếu thông tin vẫn chưa đầy đủ thì liên hệ trực tiếp

+ Nhân lực: Hoàng Việt Đức

+ Thời gian: 1 tuần

• Nhiệm vụ 2: Gặp gỡ, thực hiện thăm dò nhu cầu khách hàng:

+ Công việc: Tiếp xúc với khách hàng bao gồm có các nhà máy sản xuất nước giải khát, nước mắm…, các hộ kinh doanh sản xuất các thành phẩm đựng trong chai

+ Nhân lực: Hoàng Việt Đức

+ Thời gian: 1 tuần

• Nhiệm vụ 3: Xác định các yêu cầu kĩ thuật

+ Công việc: Tiến hành tóm gọn những yêu cầu của khách hàng, sau đó dùng kiến thức đã học chuyển đổi từ yêu cầu mang tính định tính thành thông số mang tính định lượng Bên cạnh đó xoáy mạnh vào phân tích các máy có sẵn để nắm được hạn chế cũng như ưu điểm của các máy này Trên cơ sở đó đưa ra các thông số giới hạn cho máy đang thiết kế

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh, Nguyễn Minh Đức

+ Thời gian: 1 tuần.

• Nhiệm vụ 4:Phân tích các chức năng của máy thành các chức năng con

+ Công việc:Xác định từng cụm chức năng lớn, khổi chức năng Sau đó tiến hành phân tích cụ thể từng cụm chức năng thành chức năng con (trong quá trính đó có dựa vào các thiết kế có sẵn trên thị trường)

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh, Nguyễn Minh Đức

+ Thời gian: 1 tuần

• Nhiệm vụ 5: Đánh giá và lựa chọn ý tưởng cho sản phẩm thiết kế

+ Công việc: Trên cở sở những ưu điểm, khuyết điểm của các loại máy trên thị trường, những mong mỏi từ khách hàng Tiến hành chọn lọc lại các chức năng con và đưa ra quyết định cho ý tưởng thiết kế cuối cùng

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh, Nguyễn Minh Đức

+ Thời gian: 1 tuần

• Nhiệm vụ 6: Xây dựng sơ đồ nguyên lí và sơ đồ động cho máy

+ Công việc: trên cơ sở kiến thức môn học Chi tiết máy, tiến hành lập ra sở đồ truyền động hợp lí Xem xét nhiều lần để tối ưu hóa sơ đồ vì đây là bước rất quan trọng

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh, Nguyễn Minh Đức

+ Thời gian: 1 tuần

• Nhiệm vụ 7: Thiết kế kiểu dáng máy

+ Công việc: Căn cứ vào đối tượng sử dụng máy, xác định máy được dùng nhiều ở nơi nào: nhà máy hay là các cửa hàng nhỏ lẻ, từ đó mà quyết định hình dáng máy cho phù hợp Nói chung kiểu dáng máy phải đảm bào các yêu cầu từ khách hàng, có tính bắt mắt

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh, Nguyễn Minh Đức

+ Thời gian: 1 tuần

• Nhiệm vụ 8: Tính toán thiết kế các cụm chi tiết, chi tiết máy

+ Công việc:Áp dụng kiến thức từ môn học Chi tiết máy tính toán kích thước và kiểm tra điều kiệnbền cho các chi tiết đã thiết kế

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh, Nguyễn Minh Đức

+ Thời gian: 3 tuần

• Nhiệm vụ 9: Thực hiện bản vẽ tổng thể, bản vẽ lắp, bản vẽ chi tiết

+ Công việc: Xây dựng bản vẽ từ các tính toán trên bước 8

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh, Nguyễn Minh Đức

+ Thời gian: 1 tuần

• Nhiệm vụ 10: Mô hình hóa hình học sản phẩm

+ Công việc: Vẽ mô hình 3D sản phẩm từ bước 9 bằng Solid Works

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh

+ Thời gian: 1 tuần

• Nhiệm vụ 11: Đánh giá máy

+ Công việc: So sánh giữa máy đã thiết kế với máy có sẵn trên thị trường, từ đó đưa ra các kết luận

về khả năng làm việc, khả năng chế tạo và ưu nhược điểm và tính kinh tế của máy

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh, Nguyễn Minh Đức

+ Thời gian: 1 tuần

• Nhiệm vụ 12: Hoàn thành bài báo cáo

+ Công việc: Viết thuyết minh toàn bộ các công việc đã thực hiện

+ Nhân lực: Lê Minh Khánh, Nguyễn Minh Đức

+ Thời gian: 2 tuần

Bước 4: Sắp xếp trình tự công việc

ST

T Nội dung công việc

Thực hiện 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

1 Tìm hiểu, khảo sát các máy có

2 Gặp gỡ, thực hiện thăm dò nhu

cầu khách hàng

Đức,Khánh

3 Xác định các yêu cầu kĩ thuật

từ yêu cầu khách hàng

Đức,Khánh

4 Phân tích các chức năng của máy

thành các chức năng con

Đức,Khánh

5 Đánh giá và lựa chọn ý tưởng cho

sản phẩm thiết kế

Đức,Khánh

6 Xây dựng sơ đồ nguyên lí và sơ

đồ động cho máy

Đức,Khánh

7 Thiết kế kiểu dáng máy Đức,

Khánh

8 Tính toán thiết kế các cụm chi

tiết, chi tiết

Đức,Khánh

9 Thực hiện bản vẽ tổng thể, bản vẽ

lắp, bản vẽ chi tiết

Đức,Khánh

10 Mô hình hóa hình học sản phẩm Đức,

Khánh

11 Đánh giá máy Đức,

Khánh

12 Hoàn thành bài báo cáo Khánh

Bước 5: Ước tính chi phí thiết kế sản phẩm.

Biểu đồ nhân công cho thấy kế hoạch thực hiện thiết kế sản phẩm là 14 tuần Nếu mức lương trung bình cho mỗi thành viên trong một tháng là 10 triệu Vậy phí tổng công cho nhóm thiết kế là trung bình 2.125.000 ngàn (chưa kể chi phí cho thiết bị, phương tiện)

III XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KHÁCH HÀNG:

Bước 1 : xác định thông tin cần thiết

• Xác định các thông tin về những sản phẩm cùng loại hiện có trên thị trường như: các thông số kỹ thuật, khả năng cạnh tranh, khả năng đáp ứng nhu cầu của khách hàng…

• Khách hàng: xí nghiệp, nhà máy, phân xưởng sản xuất, các đình, chùa lớn

o Chi phí sản xuất và giá thành < 15 triệu

o Chế tạo được mẫu có kích thước 400x500

o Sản phầm hoạt động ổn định, lâu dài

o Kết cấu máy đơn giản, nhỏ gọn, an toàn

o Dễ lắp đặt, sửa chữa, thay thế, bảo trì

o Di chuyển và vệ sinh dễ dàng

o Đảm bảo an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp

Bước 2: Xác định các phương pháp thu thập thông tin

Sử dụng phương pháp thăm dò khảo sát đối tượng :

+ Xí nghiệp có nhu cầu sử dụng sẩn phẩm : 10 xí nghiệp.

+ Nhà cung cấp , phân phối sản phẩm : 5 cơ sở

Bước 3 : xác định câu hỏi cá nhân

Các câu hỏi tập trung vào sản phẩm thiết kế là máy rung cấp phôi , bao gồm các nội dung chính sau:

STT NỘI DUNG CÂU HỎI TRẢ LỜI

1

Theo bạn, yêu cầu kỹ thuật nào là quan

trọng nhất đối với máy rung cấp phôi

(nắp chai)

Năng suất cao

Tốn ít năng lượng khi vận hành

Theo bạn, có thật sự cần thiết khi thiết kế

thêm những bộ phận an toàn cho máy

không?

Rất cần thiết

Máy phải dừng lại khi có sự cố xảy

ra Cần có những thiết bị che chắn các

6 Năng suất máy cấp phôi rung trong 1 giờ

nên là bao nhiêu?

Dưới 200 chi tiết/phút

Từ 200-300 chi tiết/phút

Trên 300 chi tiết/phút

Bước 5: Sắp xếp các câu hỏi:

• Các câu hỏi thăm dò đối tượng là Nhà thiết kế/sản xuất máy, các xí nghiệp có nhu cầu,

…

+ Nhà thiết kế/sản xuất máy: bao gồm câu 1, câu 2, câu 3, câu 4, câu 5, câu 6

+ Các xí nghiệp có nhu cầu: bao gồm câu 3, câu 4, câu 5, câu 6, câu 7

• Các câu hỏi dành cho nhóm chuyên trách

+ Các rung cấp phôi trên thị trường có những ưu và nhược điểm gì?

+ Một rung cấp phôi phải như thế nào mới hiệu quả nhất?

+ Những đối tượng khách hàng nào sẽ dành sự quan tâm đến sản phẩm này nhiều nhất?

+ Giải pháp năng lượng nào là tiết kiệm nhất cho máy?

Bước 6: Thu thập dữ liệu:

Tổng hợp lại những câu trả lời được khách hàng chọn nhiều nhất:

Câu 1) Năng suất cao

Câu 2) Dễ lắp đặt, vận hành, bảo trì

Câu 3) Bán tự động

Câu 4) Cần có những thiết bị che chắn các bộ phận nguy hiểm

Câu 6) Từ 200-300 chi tiết/phút

Câu 7) Từ 10 tới 15 triệu đồng

Bước 7: Rút gọn thông tin:

STT Nhu cầu khách hàng thu thập được (Thu thập dữ

liệu)

Rút gọn dữ liệu

2 Tôi quan tâm nhiều đến khả năng dễ sử dụng và dễ

sửa chữa, thay thế nếu cần Dễ lắp đặt, vận hành, bảo trì

4 Tôi lo lắng về khả năng an toàn của máy về nguồn Cần có những thiết bị che chắn

cấp năng lượng bộ phận nguy hiểm

5 Phải phù hợp và linh hoạt với điện tại xí nghiệp Nguồn Điện 1 pha

6 Tôi quan tâm đến năng suất và độ ổn định của máy Từ 200-300 chi tiết/phút

7 Đối vời mức sản xuất của thị trường Việt Nam thì

phải thấp hơn 15 triệu

 Năng suất từ 200-300 chi tiết/phút

 Giá thành từ 10 tới 15 triệu đồng

IV XÁC ĐỊNH YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA BÀI TOÁN THIẾT KẾ:

Bước 1: Xác định khách hàng

Thị trường mục tiêu của sản phẩm là tất cả Nhà thiết kế/sản xuất máy, các xí nghiệp cần cung cấp phôi tự động

Bước 2: Xác định yêu cầu của khách hàng

Qua kết quả thăm dò và khảo sát các đối tượng, nhóm rút ra được các yêu cầu của khách hàng như sau, nội dung có chỉnh sửa đề phù hợp với việc chuyển đổi sang thông số kỹ thuật:

+ Năng suất

+ Dễ lắp đặt, vận hành, bảo trì

+ Máy có khả năng bán tự động

+ An toàn

+ Năng lượng cấp cho máy phải phổ biến

+ Năng suất từ 200-300 chi tiết/phút

+ Giá thành phù hợp

Bước 3: Xác định mức độ quan trọng của các mối liên quan

• Gửi cho khách hàng một danh sách các yêu cầu trên và đề nghị họ sắp xếp lại và đánh

số theo thứ tự, cái nào họ cảm thấy quan trọng nhất thì đánh số 1, họ có thể bỏ qua những yêu cầu mà họ cho là không quan trọng Từ danh sách phản hồi của khách hàng

có được bảng hệ số tầm quan trọng như sau:

Dễ lắp đặt, vận hành, bảo trì 1,3

• Hệ số tầm quan trọng cho ta khái niệm cần đầu tư bao nhiêu thời gian, nhân lực và tiền bạc cho công việc để đáp ứng cho mỗi nhu cầu của khách hàng

Bước 4: Xác định và đánh giá mức độ cạnh tranh

Mỗi sản phẩm cạnh tranh được so sánh với những nhu cầu của khách hàng theo 5 mức sau:

• Mức 1: thiết kế hoàn toàn không đáp ứng nhu cầu

• Mức 2: thiết kế đáp ứng chút ít nhu cầu

• Mức 3: thiết kế đáp ứng nhu cầu về một số mặt

• Mức 4: thiết kế hầu như đáp ứng nhu cầu

• Mức 5: thiết kế hoàn toàn đáp ứng nhu cầu

Yêu cầu của khách hàng Mức độ

yêu cầu

Sản phẩm trên thị trường được lấy làm chuẩn

Chỉ tiêu thiết kế

Bước 5: Đưa ra các thông số kỹ thuật (bảng dưới)

Bước 6: Mối quan hệ giữa yêu cầu của khách hàng và các thông số kỹ thuật

Được đánh giá theo các mức sau:

+ 9 = có quan hệ chặt chẽ

+ 3 = có quan hệ vừa phải

+ 1 = có quan hệ kém

+ Ô trống = hoàn toàn không có quan hệ nào cả

Năng lượng cấp cho máy phổ biến Điện áp sử dụng 9Năng suất từ 200-300 chi tiết/phút Tốc độ cấp phôi 9

Dễ lắp đặt, vận hành, bảo trì Kích thước khung máy 3

Bước 7: Xác định mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật

Được đánh giá theo các mức sau:

+ 9 = có quan hệ chặt chẽ

+ 3 = có quan hệ vừa phải

+ 1 = có quan hệ kém

+ Ô trống = hoàn toàn không có quan hệ nào cả

Kích thước khung máy Tốc độ cấp phôi 9

• Vật liệu đi vào hệ thống là nắp chai chưa được dẫn hướng Nắp chai đi ra khỏi hệ thốngđược dẫn hướng cụ thể

• Thông tin ngõ vào là nắp chưa được định hướng, để thỏa mãn yêu cầu của thiết kế thì ngõ ra của hộp đen dòng thông tin phải là nắp được định hướng

b. Phân tích chức năng con

• Logic của quá trình thiết kế được thể hiện ở các bước sau:

+ Bất kì một máy hay hệ thống máy nào cũng luôn trải qua ba quá trình Lắp đặt ban đầu (đưa nắp vào), Vận Hành lúc đã ổn định (nắp được đưa lên rãnh), Tháo Rời (nắp được dẫn hướng)

+ Sau đó nhóm nghĩ đến tất cả các chức năng mà các nhà sản xuất máy trên thị trường đưa ra

Nắp đã định hướng

Lực ma sát

Nắp chưa định

Lực ma sát

cấp nắp chai

nạp liệu

nắp chai

điều khiển cơ cấu chấp hành

nam châm điện lò xo lá

xả liệu

nắp định hướng ra đều

nam châm điện lò xo lá

phễu rãnh xoắn dẫn hướng phần định hướng

(Phân tích chức năng con dưới dạng sơ đồ khối)

b. Triển khai ý tưởng cho từng chức năng

Các ý tưởng trong danh sách này đưa ra từ sự hiểu biết, tìm hiểu các thiết kế có sẵn trên thị trường và sáng tạo của nhóm thiết kế

Xây dựng các ý tưởng hình dạng phễu :

Xây dựng các ý tưởng cơ cấu rung :

Động cơ rung Nam châm chữ U Nam châm chữ I Nam châm chữ E

Xây dựng các ý tưởng lò xo:

Ý tưởng 1 Ý tưởng 2

c. Phối hợp các ý tưởng:

Ý tưởng 1 : Máy cấp nắp chai dùng động cơ rung, và máng hình côn, lò xo lá ghép

Ý tưởng 2 : Máy cấp nắp chai dùng nam châm chữ E, và máng trụ, lò xo lá đơn

VI ĐÁNH GIÁ Ý TƯỞNG, CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ:

1. Bước 1 & 2: chuẩn bị ma trận lựa chọn (lập bảng bên dưới)

• Các ý tưởng được liệt kê theo hàng ngang đầu tiên của ma trận lựa chọn

• Các tiêu chí lựa chọn được xếp dọc theo cột bên trái của ma trận Các tiêu chí này được đưa ra dựa trên kết quả khảo sát nhu cầu khách hàng trong phần III hoặc dựa trên nhữngyêu cầu của nhà sản xuất, ví dụ như: năng suất, tính đa năng của máy…

• Chọn một trong số những ý tưởng trên làm chuẩn Ý tưởng được chọn làm chuẩn có thể

là một trong số những trường hợp sau:

+ Một sản phẩm thiết kế đúng theo tiêu chuẩn công nghiệp

+ Một ý tưởng mà tất cả thành viên trong nhóm đều quen thuộc

+ Một sản phẩm hiện có trên thị trường

+ Một sản phẩm hiện đại, công nghệ cao…

3. Bước 3: Cho điểm số

Ý tưởng 1: hình dạng phễu là hình côn khó gia công nhưng năng suất cao hơn, động cơphải có số vòng quay lớn để đạt được tần số rung theo yêu cầu, lò xo ghép đảm bảo được

độ đàn hồi tốt

Ý tưởng 2: hình dạng phễu là hình trụ dễ gia công nhưng mất mát năng suất, dùng namchâm rung chữ E dễ điều khiển thay đổi tần số lực hút chi phí thấp hơn, lò xo đơn cần phảiđảm bảo yêu cầu đàn hồi tốt

Các ý tưởng được so sánh với ý tưởng chuẩn theo các tiêu chí lựa chọn và được cho điểmvào ô tương ứng theo các mức sau: