CÁC BẠN HIỂU GÌ VỀ CAD/CAM/CAE ? CÓ NHỮNG PHẦN MỀM NÀO ĐỂ THỰC HIỆN CHÚNG ? Ngày nay, thời buổi cạnh tranh khốc liệt mang tính toàn cầu, nhà sản xuất luôn tìm cách giới thiệu sản phẩm với tính đa dạng, chất lượng cao, giá thành hạ thời gian giao hàng ngắn Để làm điều nhà sản xuất phải cân nhắc kỹ giai đoạn trình sản xuất với tính toán tối ưu Họ cố gắng sử dụng máy tính có nhớ khổng lồ, tốc độ xử lý nhanh có khả tương tác đồ họa thân thiện với người nhiều giai đoạn trình sản xuất Với hỗ trợ máy tính, nhiều phần công việc hoàn thành cách tự động hóa xác, giúp giảm thời gian chi phí phát triển sản phẩm chế tạo Thiết kế có hỗ trợ máy tính (Computer-Aided Design- CAD), chế tạo có hỗ trợ máy tính (Computer-Aided Manufacturing- CAM) phân tích, tính toán kỹ thuật có hỗ trợ máy tính (Computer-Aided Engineering- CAE) công nghệ sử dụng cho mục đích suốt chu kỳ sản xuất sản phẩm CAD CAE ứng dụng vào giai đoạn thiết kế sản phẩm CAM ứng dụng vào giai đoạn chế tạo, việc lập quy trình chế tạo kết thúc sản phẩm thực CAD CAD công nghệ liên quan đến việc sử dụng hệ thống máy tính để giúp đỡ việc tạo, sửa đổi, phân tích tối ưu hóa thiết kế Theo đó, chương trình máy tính có tính đồ họa chương trình ứng dụng với chức kỹ thuật thuận tiện phân loại phần mềm CAD Nói cách khác, công cụ CAD có nhiều cấp độ khác tùy theo ứng dụng Có thể chúng có công cụ để vẽ hình học nhằm tạo hình dạng vật thể, có thêm công cụ phân tích dung sai, tính toán số đại lượng vật lý mô hình hóa phần tử hữu hạn… Ở mức độ cao phần mềm CAD với chương trình ứng dụng nâng cao cho phân tích tối ưu hóa Vai trò CAD để xác định hình học thiết kế hình dáng hình học chi tiết khí, kết cấu kiến trúc, mạch điện tử, mặt nhà cửa xây dựng… Các ứng dụng điển hình CAD tạo vẽ kỹ thuật với đầy đủ thông tin kỹ thuật sản phẩm mô hình hình học 3D sản phẩm Hơn nữa, mô hình CAD dùng cho ứng dụng CAE CAM sau Đây lợi ích lớn CAD tiết kiệm thời gian cách đáng kể giảm sai số gây phải xây dựng lại hình học thiết kế cần đến Một trình CAD tiêu biểu thực theo bước sau: Xây dựng mô hình hình học sản phẩm Phân tích kỹ thuật sản phẩm Kiểm tra đánh giá kỹ thuật Xây dựng vẽ kỹ thuật Các công cụ CAD cần có để hỗ trợ trình thiết kế tùy thuộc vào pha thiết kế: Đối với pha khái niệm hóa thiết kế công cụ CAD cần có kỹ thuật mô hình hóa hình học, hỗ trợ đồ họa thao tác đồ họa Pha mô hình hóa mô thiết kế cần công cụ kể trên, công cụ mô chuyển động, lắp ráp số gói mô hình hóa khác Pha phân tích thiết kế cần gói phân tích, gói chương trình tùy biến Pha thiết kế tối ưu cần ứng dụng tùy biến tối ưu hóa kết cấu Pha đánh giá thiết kế cần công cụ dung sai, kích thước bảng vật liệu Pha tạo tài liệu truyền đạt thông tin thiết kế cần công cụ tạo vẽ kỹ thuật công cụ tạo ảnh tô bóng Ngày CAD ứng dụng rộng rãi nhiều ngành khác Có thể kể tên sau số ngành sau: khí, xây dựng, kiến trúc, điện, điện tử, y học, dệt may, thiết kế sản phẩm, thiết kế công nghiệp, thiết kế nhạc cụ, thiết kế vườn tược, chiếu sáng… Trên thị trường có nhiều phần mềm CAD với cấp độ khác Có phần mềm giá vài trăm đô la với tính hạn chế có gói phần mềm giá hàng chục ngàn đến hàng trăm ngàn đô la Cũng có phần mềm CAD riêng lẻ có phần mềm CAD tích hợp tỏng phần mềm CAD/CAM Ở Việt Nam, lĩnh vực khí, phần mềm CAD phổ biến AutoCAD, Mechanical Destop, Inventor, Solidworks, Catia, Pro/Engineer, Unigraphics, Solid Edge… CAM CAM công nghệ liên quan với việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý điều khiển trình chế tạo Một lĩnh vực hoàn thiện CAM điều khiển chương trình số (Numerical Control – NC) Đây kỹ thuật sử dụng dẫn lập trình để điều khiển máy công cụ máy mài, máy tiện, máy phay, máy dập… Máy tính sản sinh lượng đáng kể dẫn NC dựa liệu hình học từ sở liệu CAD cộng với thông tin bổ sung cung cấp người vận hành Một chức quan trọng khác CAM lập trình robot Các robot vận hành tế bào gia công, chọn định vị dao chi tiết gia công cho máy NC Những robot thực nhiệm vụ đơn lẻ hàn, lắp ráp vận chuyển thiết bị chi tiết phân xưởng Lập quy trình chế tạo mục đích CAM Quy trình chế tạo bao gồm nguyên công chi tiết bước sản xuất từ ban đầu đến kết thúc, từ máy đến máy khác phân xưởng Mặc dù việc lập quy trình chế tạo hoàn toàn tự động điều gần quy trình công nghệ chế tạo cho chi tiết tạo tồn quy trình chế tạo chi tiết tương tự Cho mục đích này, công nghệ nhóm phát triển để tổ chức chi tiết tương tự thành họ Các chi tiết phân thành họ chúng có đối tượng gia công giống rãnh, túi rỗng, mép vát, lỗ,… Vì để dò tự động giống chi tiết, sở liệu CAD phải chứa thông tin đối tượng Nhiệm vụ thực nhờ công nghệ nhận dạng đối tượng Thêm vào đó, máy tính sử dụng để xác định đặt hàng nguyên liệu mua sắm chi tiết số lượng hàng hóa cần phải đặt để đáp ứng kế hoạch sản xuất Các công cụ CAM cần có để hỗ trợ cho trình sản xuất tùy thuộc vào pha sản xuất, cụ thể sau: Đối với pha lập quy trình sản xuất, công cụ CAM sau cần phải có: kỹ thuật lập quy trình chế tạo, phân tích chi phí, đặc điểm kỹ thuật công cụ vật liệu Pha lập trình gia công chi tiết cần có công cụ lập trình NC Pha kiểm tra cần phần mềm kiểm tra Pha lắp ráp cần công cụ lập trình mô robot Trên giới có nhiều phần mềm CAM đơn lẻ dạng tích hợp CAD/CAM Giá thành gói phần mềm khác biệt nhiều tùy thuộc tính chúng Các phần mềm CAM, CAD/CAM phổ biến Việt Nam MasterCAM, DelCAM SolidCAM, Pro/Engineer, Catia, Unigraphics, Cimatron, VISI-Series,… CAE CAE công nghệ liên quan đến việc sử dụng hệ thống máy tính để phân tích đối tượng hình học CAD, cho phép người thiết kế mô nghiên cứu cách ứng xử sản phẩm từ tinh chỉnh tối ưu hóa sản phẩm Các công cụ CAE tương đối đa dạng, đáp ứng cho nhiều nhu cầu phân tích sản phẩm Ví dụ, chương trình chuyển động học sử dụng để xác định hành trình chuyển động tốc độ khâu cấu máy Các chương trình phân tích động học dịch chuyển lớn dùng để xác định tải dịch chuyển hệ thống lắp ráp phức tạp ô tô Hình Mô ứng suất chuyển vị với Pro/Mechanica Trong CAE người ta sử dụng công cụ giải tích phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM), phuơng pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method - FDM) phương pháp phần tử biên (Boundary Element Method- BEM) Trong có lẽ phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng rộng rãi CAE áp dụng lĩnh vực sau: Phân tích ứng suất chi tiết láp ráp cách sử dụng FEM Phân tích dòng chảy truyền nhiệt (CFD) Phân tích động học cấu Mô trường hợp khí (MES) Mô trình công nghệ đúc, dập… Tối ưu hóa sản phẩm trình công nghệ Một trình thiết kế tổng hợp với có mặt CAD CAE cho đối tượng sản phẩm cụ thể bao gồm bước sau: Thu thập xử lý thông tin: Thu thập thông tin liên quan đến điều kiện thiết kế sản phẩm xử lý, sàng lọc thông tin, điều kiện ràng liên quan đến sản phẩm thiết kế để tìm hướng giải pháp mục tiêu thiết kế Đưa ý tưởng thiết kế: Đưa ý tưởng gần với cấu tạo sản phẩm Thời điểm người thiết kế cần vẽ khái quát ý tưởng giấy Chỉnh lý ý tưởng thiết kế: Lập bảng phân tích cho điểm yếu tố cấu thành sản phẩm thiết kế ý tưởng thiết kế tính năng, phẩm chất, giá thành, tính công nghệ kết cấu Sau lọc ý tưởng điểm cao xử lý trước, điểm xử lý sau Từ dự đoán tìm khuyết điểm sản phẩm dự định thiết kế Dùng CAD để thiết kế sản phẩm Phân tích, tính toán kỹ thuật với CAE với pha sau: Tiền xử lý: Dùng tiền xử lý để soạn thông số cần thiết để giải tích, định nghĩa phần tử hữu hạn model thông số vùng biên, thông số môi trường Tiến hành thực giải pháp để mô Hậu xử lý: Phân tích hình ảnh trị số kết đưa từ hậu xử lý Các lãnh vực ứng dụng CAE khí, điện, điện tử, kiến trúc, hóa học Tùy theo ngành mà ứng dụng CAE phần mềm chuyên dụng khác Sau số phần mềm CAE chuyên dụng cho số ứng dụng: Tính toán phân tích kết cấu: MSC.Nastran, ANSYS, ABAQUS, Amps, Mpact, CATIA Analysis, MSC.SIMDESIGNER, NX, ADVC Tính toán phân tích ứng lực: MSC.SIMDESIGNER, MSC.Fatigue, ANSYS, CATIA Analysis, Amps, Abaqus Tính toán phân tích dao động, chấn động: Abaqus, ANSYS, MSC Nastran, CATIA Analysis, NX Tính toán phân tích xung kích, va đập: Pam-Crash, LS-DYNA, ABAQUS, RADIOSS, Amps Tính toán phân tích dòng chảy: FLUENT, FLOW-3D, FloWizard, STRAEM, PHOENICS, Pam-Flow, DYNAFLOW, ANSYS CFX, NX Tính toán phân tích điện từ trường: PHOTO-Series, MagNet6, JMAG-Studio, Pam-Cem, ANSYS Tính toán phân tích động học cấu: MSC.ADAMS, LMS Virtual.Lab Motion, LMS DADS, FunctionBay RecurDyn, NX Đối với lãnh vực chế tạo khuôn mẫu, người ta thường sử dụng phần mềm sau đây: 3DTIMON, PLANETS, Moldflow, SimpoeMold (cho khuôn nhựa); Pam-Stamp, JSTAMP-Works, Autoform (cho khuôn dập); MAGMASOFT, Procast, ConiferCast, JSCAST, ADSTEFAN, CAPCAST, Pam-Cast, AnyCAST ; (cho khuôn đúc), ArenaFlow (cho khuôn gỗ tạo hình khuôn cát); MSC.SuperForge, DEFORM, FORGE3 (cho khuôn rèn) Trong phần mềm kể có lẽ tên ANSYS, CATIA, MAGMASOFT, Moldflow, Procast tương đối quen thuộc với kỹ sư Việt Nam