Nghiên cứu xây dựng hệ thống CAD phục vụ cắt vật liệu giày dép

1 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - CAO THỊ HỒNG THO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG CAD PHỤC VỤ CẮT VẬT LIỆU GIÀY DÉP Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét : …………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét : …………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …….năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHỊNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : CAO THỊ HỒNG THO Phái : Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 08/02/1979 Nơi sinh : Cần Thơ Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy MSHV : 00406802 I- TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu xây dựng hệ thống CAD phục vụ cắt vật liệu giày dép II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Trình bày tổng quan cơng nghệ sản xuất giày dép Việt Nam giới - Nghiên cứu, thiết kế hệ thống CAD/CAM xếp vật liệu ngành giày dép - Nghiên cứu, trình bày sở toán học sơ đồ giải thuật số hóa đường bao chi tiết mẫu từ máy quét - Nghiên cứu, trình bày sơ đồ giải thuật xếp chi tiết vật liệu đơn biên cố định vật liệu có chiều dài tối ưu với hệ số sử dụng vật liệu cao - Xây dựng phần mềm kết ứng dụng III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 21 tháng 01 năm 2008 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ngày 30 tháng 06 năm 2008 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS PHẠM NGỌC TUẤN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên môn thông qua Ngày 30 tháng 06 năm 2008 TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CÁM ƠN Lời xin chân thành cám ơn Thầy PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn tận tình quan tâm, giúp đỡ hướng dẫn em hồn thành tốt luận văn Xin chân thành cám ơn Thầy Cơ Phịng đào tạo sau đại học, Thầy Cô Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm nghiên cứu khoa học tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp, anh chị em Trung tâm CENINTEC, anh chị em gia đình tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ, động viên, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn tiến độ đạt yêu cầu mục tiêu đề Tp.HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2008 Học viên Cao Thị Hồng Tho TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Sắp xếp sơ đồ cắt công đoạn quan trọng ngành sản xuất giày dép Mục đích việc xếp sơ đồ cắt định mức vật liệu Vấn đề đặt có sơ đồ cắt có hệ số sử dụng vật liệu lớn Công việc nghiên cứu nhu cầu thực tiễn sản xuất, tham khảo chức phần mềm xếp nước ngồi Từ đó, đề xuất giải thuật xây dựng phần mềm phù hợp với nhu cầu thực tế sản xuất, nâng cao hiệu kinh tế trình sản xuất giày dép Để đạt mục tiêu đề ra, nội dung sau thực luận văn: - Trình bày tổng quan cơng nghệ sản xuất giày dép hệ thống CAD/CAM cắt vật liệu giày dép Việt Nam giới - Nghiên cứu xây dựng hệ thống CAD/CAM cắt vật liệu giày dép - Nghiên cứu hệ thống phần cứng phần mềm nhập liệu từ rập thông qua máy quét (scanner) - Xây dựng sơ đồ giải thuật cho phần mềm xếp - Nghiên cứu thực nghiệm, vận hành phần mềm sản xuất Kết luận văn xây dựng phần mềm số hóa đường bao chi tiết mẫu xếp chi tiết vật liệu SUMMARY Pattern marking is one of the most important operations in the footwear manufacturing The target of nesting is norming material So, the conventional problem is how to build a cutting pattern with maximum material utilization factor The research derives from needs of practical production and references from foreign nesting softwares Hence, suggesting algorithms to build up a software that is suitable for needs of practical production and increasing economic efficiency in the footwear manufacturing process To obtain the formulated objectives, following contents has been carried out in the dissertation: - Comprehensive study about the process of industrial footwear and CAD/CAM systems in cutting foowear materials in Viet Nam and the world - Research and construct CAD/CAM system for cutting footwear material - Research hardware and software system in data entry from form via scanner - Build up algorithm schemes for nesting software - Practical experiences and running sotware in production process The result of this thesis completed pattern contour digitizing software and nesting it on planks of material MỤC LỤC Chương 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CAD CẮT VẬT LIỆU GIÀY DÉP 10 1.1 Tình hình sản xuất giày dép doanh nghiệp Việt Nam 10 1.2 Một số nghiên cứu ứng dụng CAD giới 11 1.3 Một số nghiên cứu ứng dụng CAD Việt Nam 19 1.4 Mục tiêu luận văn 21 1.5 Nhiệm vụ luận văn .22 1.6 Phương pháp nghiên cứu 22 1.7 Phạm vi nghiên cứu 22 1.8 Kết luận .23 Chương 2: CÁC CƠ SỞ VÀ CƠNG CỤ TỐN HỌC CƠ BẢN 24 2.1 Vấn đề cắt vật liệu ngành giày dép 24 2.2 Vùng xếp 24 2.2.1 Vùng không giới hạn 24 2.2.2 Vùng có giới hạn đa biên 25 2.2.3 Vùng có giới hạn đơn biên cố định .25 2.2.4 Vùng có giới hạn đơn biên di động .26 2.2.5 Vùng có giới hạn đơn biên hỗn hợp 26 2.3 Cực chi tiết - Thông số xếp 26 2.4 Chiều xếp 27 2.5 Phương xếp 28 2.6 Các tổ hợp xếp chi tiết 29 2.7 Hệ tọa độ tịnh tiến song song - Hình bình hành sở 31 2.8 Hệ số sử dụng vật liệu (cịn gọi hệ số có ích) 31 2.9 Hàm đường mút 32 2.10 Hàm tựa .33 2.11 Các toán xếp 34 2.11.1 Bài toán xếp tổ hợp chi tiết vào vùng không giới hạn 34 2.11.2 Bài toán xếp tổ hợp chi tiết vào vùng giới hạn đa biên 34 2.11.3 Bài toán xếp tổ hợp chi tiết vào vùng giới hạn đơn biên 34 2.11.4 Bài tốn xếp có định hướng tổ hợp chi tiết vào vùng giới hạn đơn biên cố định 35 2.11.5 Bài toán xếp chi tiết chiều (hay toán xếp chiều) 36 2.11.6 Bài toán xếp ngược chiều (hay toán xếp hai chiều) 37 2.12 Kết luận .38 Chương 3:XÂY DỰNG HỆ THỐNG CAD PHỤC VỤ CẮT VẬT LIỆU GIÀY DÉP 39 3.1 Qui trình cắt vật liệu máy dập cắt thủ công 40 3.2 Cấu hình hệ thống CAD/CAM ngành giày dép 40 3.3 Phân tích thành phần hệ thống CAD/CAM 41 3.3.1 Số hóa mẫu rập 41 3.3.2 Phần mềm CAD nhân ni xếp sơ đồ cắt 43 3.3.3 Phần mềm điều khiển máy dập cắt CNC .44 3.3.4 Máy dập cắt CNC 44 3.4 Các loại máy dập cắt sử dụng ngành sản xuất giày dép .45 3.5 Máy dập cắt hãng có tính tương tự giới 46 3.6 Kết luận 47 Chương 4: SỐ HOÁ ĐƯỜNG BAO CHI TIẾT TỪ MÁY QUÉT .48 4.1 Tổng quan mô tả đường bao chi tiết hai chiều .48 4.2 Các phương pháp mô tả đường bao chi tiết hai chiều 50 4.2.1 Mô tả chi tiết phương pháp giải tích phần 50 4.2.2 Mô tả chi tiết phương pháp giải tích tồn bộ: 50 4.2.3 Mô tả chi tiết phương pháp xấp xỉ hình hình học đơn giản 51 4.2.4 Mô tả chi tiết phương pháp số 52 4.3 Phương pháp đề nghị mô tả đường bao chi tiết máy quét (scanner) 55 4.3.1 Quét chi tiết mẫu máy quét 57 4.3.2 Dãn kích thước hình chữ nhật ngoại tiếp chi tiết mẫu .59 4.3.3 Lưu ảnh hình chữ nhật vừa tạo chi tiết mẫu dạng file bitmap(.bmp) …………………………………………………………………………… 61 4.3.4 Chuyển file ảnh vừa lưu vào phần mềm xếp 61 4.3.5 Nhuộm màu chi tiết mẫu lưu trữ điểm thuộc đường bao chi tiết theo dòng quét .62 4.3.6 Sắp xếp trật tự điểm liên tục đường bao chi tiết mẫu 69 4.3.7 Giới thiệu phần mềm số hóa đường bao chi tiết mẫu từ máy quét kết ứng dụng 83 4.4 Kết luận .86 Chương 5: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT SẮP XẾP 87 5.1 Đặt vấn đề 87 5.2 Cơ sở tính tốn 87 5.3 Giải vấn đề 89 5.3.1 Nhập thông số đầu vào 90 5.3.2 Sơ đồ giải thuật xây dựng đường tựa 96 5.3.3 Sơ đồ giải thuật xác định đường mút 99 5.3.3.1 Mục đích xây dựng đường mút 104 5.3.3.2 Nguyên tắc xây dựng đường mút 105 5.3.4 Sơ đồ giải thuật xác định hình bình hành sở .106 5.3.5 Sơ đồ giải thuật xếp hình bình hành vào vật liệu 113 5.4 Kết luận 123 Chương 6: PHẦN MỀM VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG 124 6.1 Các đặc tính kỹ thuật phần mềm 124 6.2 Các chức phần mềm 124 6.3 Một số kết ứng dụng 125 6.3.1 Chi tiết gót giày 125 6.3.2 Chi tiết đế giày 130 6.4 Kết luận 136 10 Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CAD CẮT VẬT LIỆU GIÀY DÉP 1.1 Tình hình sản xuất giày dép doanh nghiệp Việt Nam : Ngành giày dép Việt Nam ngành xuất đứng hàng thứ ba sau dầu khí dệt may Dự kiến kim ngạch xuất năm 2010 đạt 6500 triệu USD, kim ngạch xuất hàng năm tăng trưởng 20% Hiện ngành giày dép Việt Nam đứng thứ số nước xuất lớn giới sau: Trung Quốc, Hồng Kông Italia, 90% sản phẩm giày dép Việt Nam hàng gia công Theo số liệu thống kê Bộ Công thương, năm 2006, kim ngạch xuất da giày nước đạt khoảng 3,56 tỷ USD, tăng 16,9% so với năm 2005, vượt 6,1% so với kế hoạch (3,35 tỷ USD) Trong số thị trường xuất EU thị trường xuất lớn ngành da giày Việt Nam khối lượng tiêu dùng cao vùng có khí hậu hàn đới, thời tiết quanh năm lạnh nên nhu cầu da giày lớn Hàng năm, 90% sản phẩm ngành sản xuất xuất sang thị trường quốc tế, EU chiếm 70% thị phần, Mỹ 20% thị phần, Nhật Bản 3% thị phần, Việt Nam nước đứng thứ sau Trung Quốc Inđônêxia xuất giày dép vào EU Mục tiêu tới năm 2010 ngành da giày Việt Nam sản xuất 720 triệu đôi giày dép loại; 80,7 triệu cặp túi xách 80 triệu m2 da thuộc thành phẩm, nâng tổng kim ngạch xuất ngành lên tới 6,5 tỷ USD Tuy nhiên, ngành da giày đứng trước số trở ngại phủ nhà sản xuất quan tâm, có vấn đề nguyên phụ liệu, phụ thuộc nhập nguyên liệu nhiều nước Chất liệu giả da, đặc biệt sử dụng nhiều cho giày thể thao, chiếm tỷ trọng xuất gần 50% giá trị da giày xuất nói chung, sử dụng đến 80% nguyên liệu nhập ngoại Hội chợ Da giày lần thứ 9, diễn từ 18 - 20/9/2007 Trung tâm Triển lãm Quốc tế HIECC (Hoàng Văn Thụ) Đây hội chợ chuyên ngành da giày lớn Việt Nam Hội chợ quy tụ nhà sản xuất giày nhà cung cấp nguyên phụ 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Borland Delphi Componet Writer’s Guide, Borland International Inc, 1995 [2] Borland Delphi Secret, User Guide, Borland International Inc, 1995 [3] LEAPRODEXIM VIỆT NAM - Cẩm nang kỹ thuật ngành da giày, Bộ công nghiệp, Tổng công ty da giày Việt Nam, 1997 [4] Đỗ Duy Việt - Hướng dẫn sử sụng máy Scan - NXB Thống kê 1998 [5] Đồn Thị Minh Trinh - Cơng nghệ CAD/CAM - NXB Khoa học kỹ thuật, 1998 [6] Lê Phương Lan, Hồng Đức Hải – Giáo trình lý thuyết tập Borland Delphi - NXB Lao động Xã hội, 9/2003 [7] Lê Trọng Lực – Học nhanh Delphi – Nhà xuất Thanh niên, 2001 [8] Nguyễn Cảnh– Một số phương pháp tối ưu hóa – Đại học Bách khoa TpHCM, 1991 [9] Nguyễn Quốc Cường, Hoàng Đức Hải - Đồ họa vi tính - NXB Giáo dục, 1999 [10] Nguyễn Xuân Phong, Trương Lê Ngọc Thương - Cơ sở lý thuyết đồ họa – NXB Thanh niên, 2002 [11] Phạm Ngọc Tuấn – Nghiên cứu số hóa 3D phom giày, Tạp chí phát triển KH&CN, tập 8, số 6/2005 [12] Vera B.Anand - Đồ họa máy tính mơ hình hóa hình học - Người dịch: TS Nguyễn Hữu Lộc - NXB TP Hồ Chí Minh, 2000 [13] www.apmcrop.com (Công ty chế tạo máy cho ngành giày Mỹ) [14] www.chenfeng.com.tw (Công ty chế tạo máy cho ngành giày Đài Loan) [15] www.crispin.com (Phần mềm CAD/CAM) [16] www.cadcamorthotics.co.uk/cad-software (Phần mềm CAD/CAM) [17] www.cadcamorthotics.co.uk/2d-scanners/ (Máy quét 2D) [18] www.cadcamorthotics.co.uk (Giải pháp CAD/CAM cho ngành giày dép) 140 [19] www.delcam.com (Phần mềm CAD/CAM) [20] www.dorey.com (Công ty chế tạo máy cho ngành giày Pháp) [21] www.en.wikipedia.org/wiki/CAD/CAM_in_the_footwear_industry (Hệ thống CAD/CAM cho công nghiệp giày dép) [22] www en.wikipedia.org/wiki/CAD#Software_providers_today (Giới thiệu phần mềm CAD) [23] www.gotcsin.com/parmelsystem.html (Phần mềm CAD/CAM) [24] www.hudsonmachinery.com (Công ty chế tạo máy cho ngành giày Đài Loan) [25] www.immersion.com/digitizer/software_solutions/crispin.php (Hệ thống CAD/CAM hãng CRISPIN) [26] www.intracen.org/dbms/leather/CLResults.Asp?DS=TI&CG=G31&CD=&PD (Viện nghiên cứu da giày Việt Nam) [27] www.intracen.org/leatherline/training_institutes.htm (Viện nghiên cứu da giày Pháp) [28] www.mastercam.com (Phần mềm CAD/CAM) [29] www.mfgup.com (Công ty chế tạo máy cho ngành giày Pháp) [30] www.relcoinc.com (Công ty chế tạo máy cho ngành giày Ý) [31] www.rhino3d.com (Phần mềm CAD/CAM) nội suy mặt cong tham số) [32] www.shoenet.org.tw/english/tfri/shoes.html (Viện nghiên cứu da giày Đài Loan) [33] www.sysco.com (Công ty chế tạo máy cho ngành giày Đài Loan) [34] www.torielli.com (Công ty chế tạo máy cho ngành giày Ý) [35] www.texon.com (Phần mềm CAD/CAM) [36] www.usmc.co.kr (Phần mềm CAD/CAM) [37] www.usmgroup.com (Phần mềm CAD/CAM) 141 THUẬT NGỮ Analog Convert to Digital (ACD) Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số CAD (Computer Aided Design) Thiết kế với trợ giúp máy tính CAM (Computer Aided Manufacturing) Chế tạo với trợ giúp máy tính CCD (Charge Couple Device) Thiết bị tích điện đơi Click Nhấp Contour Đường bao Digitizer Bộ số hóa Direction Chiều Direction of arrangement Chiều xếp Local coordinates Toạ độ địa phương Mouse Chuột Orientation Phương Point Điểm Pixel Điểm ảnh Scanline Quét dòng Scanner Máy quét Stylus Bút vẽ World coordinates Toạ độ toàn cầu 142 143 TĨM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: CAO THỊ HỒNG THO Ngày, tháng, năm sinh: 08/02/1979 Địa liên lạc: Nơi sinh: Cần Thơ Trường Cao Đẳng Nghề Cần Thơ Số 57- CMT8 - P.An Thới - Q.Bình Thủy - TPCT Điện thoại : 0902 939917 Email: caothihongtho@yahoo.com Q TRÌNH ĐÀO TẠO VÀ CƠNG TÁC - Từ 1998 đến 2002 : Sinh viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh - Từ 2003 đến 2006 : Giảng viên trường Cao Đẳng Nghề Cần Thơ - Từ 2006 đến : Học viên cao học ngành Công nghệ chế tạo máy Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh PHỤ LỤC 1 Máy dập cắt CNC kiểu băng tải: • Máy Hãng Sysco (Đài Loan): Các thông số kỹ thuật: Lực cắt tối đa 30 Kích thước đầu dập 500 x 500 mm Vùng cắt 500 x 1800 mm Vận tốc dập 150 - 170mm/s Vận tốc di chuyển 10.000mm/s Góc xoay đầu dập 00 - 3600 Công suất động bơm dầu 7,5 HP Kích thước máy (Rộng x Dài x Cao) Khối lượng 700 x 2400 x 2200mm 2700kg Hình Máy dập cắt CNC kiểu băng tải hãng Sysco • Máy Hãng Atom (Ý): Các thông số kỹ thuật: Lực dập 28 Kích thước đầu dập 500x500 mm Bề rộng vùng dập 1500 mm Bề rộng băng tải 1600 mm Vùng di chuyển đầu dập - 1500 mm Góc xoay dao 00 - 3600 Tốc độ di chuyển đầu dập 966 mm/sec Tốc độ băng tải 666 mm/sec Tốc độ di chuyển: Vào, cắt, 420-54 -353 mm/sec Công suất bơm kW ≈ 5,5 HP Áp suất khí - 10 bar Tống cơng suất tiêu thụ 10 kW Kích thước máy(rộng x dài x cao) 3.120 x 4.200 x 2.390 mm Khối lượng 4.850 kg Hình Máy dập cắt CNC kiểu S750CNC Atom Máy dập cắt CNC kiểu bàn: • Hãng Atom (Ý): Thông số kỹ thuật: Lực cắt tối đa 28 Kích thước đầu dập 500x500 mm Vùng cắt 1600x1600 mm Vùng đầu dập di chuyển - 1550 mm Góc xoay đầu dập 00 - 3600 Bề rộng băng tải mang sản phẩm 250 mm Tốc độ di chuyển theo phương X, Y 966 mm/sec Tốc độ di chuyển: Vào, cắt, 420-54 -353 mm/sec Công suất động bơm kW ≈ 5,5 HP Áp suất nén khí - 10 bar Tổng cơng suất tiêu thụ 10 kW Kích thước máy (Rộng x Dài x Cao) 3.200 x 6.200 x 2.450 mm Khối lượng 4.950 kg Hình Máy dập cắt CNC kiểu S530CN hãng Atom • Hãng Sysco (Đài Loan): Thơng số kỹ thuật: Lực cắt tối đa 30 Khoảng cách dập 30-160mm Kích thước đầu dập 500x500 mm Vùng cắt 600x1800 mm Vân tốc di chuyển đầu dập 1000mm/s Công suất động bơm 7.5 HP Tổng công suất tiêu thụ 10 kW Kích thước máy (Rộng x Dài x Cao) 700 x 2.400 x 2.200mm Khối lượng 2.700kg Hình Máy dập cắt thủy lực CNC hãng Sysco ... nghệ sản xuất giày dép hệ thống CAD/ CAM cắt vật liệu giày dép Việt Nam giới - Nghiên cứu xây dựng hệ thống CAD/ CAM cắt vật liệu giày dép - Nghiên cứu hệ thống phần cứng phần mềm nhập liệu từ rập... Nghiên cứu xây dựng hệ thống CAD phục vụ cắt vật liệu giày dép II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Trình bày tổng quan cơng nghệ sản xuất giày dép Việt Nam giới - Nghiên cứu, thiết kế hệ thống CAD/ CAM... 3:XÂY DỰNG HỆ THỐNG CAD PHỤC VỤ CẮT VẬT LIỆU GIÀY DÉP 39 3.1 Qui trình cắt vật liệu máy dập cắt thủ cơng 40 3.2 Cấu hình hệ thống CAD/ CAM ngành giày dép 40 3.3 Phân tích thành phần hệ