Các phần mềm CAD 2D (như AutoCAD) buộc người dùng phải nhập chính xác
kích thước và các quan hệ hình học giữa các đối tượng vào bản vẽ. Điều đĩ khơng thể thực hiện khi chưa cĩ bản vẽ hồn chỉnh. Vì vậy, chức năng vẽ dù tốt đến đâu thì cũng khơng thể đảm bảo cho CAD cơng cụ trợ giúp thiết kế thực sự. Muốn cĩ mơi trường thiết kế phải cĩ CAD 3D với chức năng mơ hình hĩa và phân tích mạnh với các cơng nghệ thiết kế mới. Các cơng nghệ này đảm bảo cho người kỹ sư thiết kế theo “Quy trình thuận” như trong sơ đồ sau
Hình 3.1- Quy trình thiết kế thuận
Các hệ CAD hiện đại đều sử dụng cơng cụ mơ hình hĩa 3D, trong đĩ tích hợp các cơng nghệ sau:
a. Thiết kế theo tham số (Parametric Design)
Với cơng nghệ này, thay vì phải vẽ chính xác ngay từ đầu (điều khĩ thực hiện), ta bắt đầu với việc phác thảo chi tiết, sau đĩ mới chính xác hĩa bằng cách gán kích thước và các liên kết hình học cho đối tượng. Cũng cĩ thể gán các mối quan hệ cho các yếu tố hình học để mỗi khi thay đổi một yếu tố thì các yếu tố khác sẽ tự động thay đổi theo. Cơng nghệ thiết kế theo tham số tạo cho CAD các yếu điểm sau:
- Giúp cho người thiết kế hình thành và thể hiện ý tưởng thiết kế theo quy luật tự nhiên của quá trình tư duy: Đi từ phác thảo ý đồ đến chính xác hĩa mơ hình rồi mới xuất tài liệu thiết kế dưới dạng bản vẽ (Drawing)
- Tạo cho quá trính thiết kế được mềm dẻo, linh hoạt. Các sản phẩm thiết kế cĩ thể được sửa đổi một cách dễ dàng, trong bất cứ giai đoạn nào.
- Dễ kế thừa các kết quả đã cĩ. Nhờ cơng nghệ này mà người dùng cĩ thể tự tạo ra các thư viện các chi tiết hoặc kết cấu máy cho riêng mình và sử dụng chúng một cách hiệu quả.
- Giữ mối liên kết mơ hình và tài liệu thiết kế.
b. Thiết kế hướng đối tượng (Feature Based Design).
Cơng nghệ này đã đánh dấu một bước tiến lớn trong cơng nghệ CAD. Thay vì làm việc với các đối tượng đơn giản, như đường thẳng, cung trịn, kích thuớc,…rời rạc, người dùng làm việc trực tiếp với các bề mặt (phẳng, trụ, rãnh then…vv) với các chi tiết và các cụm lắp ráp. Nhờ thế cĩ thể tạo ra các mối ghép, các khớp, cặp truyền động như trong thế giới thực.
Nhờ các đối tượng được quản lý chặt chẽ theo tên gọi và theo số lượng, việc tạo ra cơ sở dữ liệu và xuất bảng danh mục sản phẩm trong bản vẽ lắp được thuận tiện và dễ dàng, chính xác.
Đối tượng cơ sở dùng trong CAD hiện đại là các Feature (Đặc tính). Từ các đặc tính này mới hình thành các chi tiết máy, các cụm lắp và các sản phẩm lắp ráp hồn chỉnh.
3.3.3. Phương thức chuyển đổi dữ liệu giữa các hệ phần mềm.
Trong thiết kế và chế tạo cơng nghiệp ngày này, thường phải truyền dữ liệu từ một tổ chức đang dùng hệ thống này sang một tổ chức đang dùng hệ thống khác. Nhưng thực tế lại thường xảy ra trường hợp các mơ hình hình học được tạo dựng bời một hệ CAD/CAM lại khơng thể trực tiếp sử dụng trong một hệ CAD/CAM khác được. Đĩ là vấn để thuộc tính tương thích hay tính thích hợp của cơ sở dữ liệu (Data Base Compatibility)..
Cĩ hai nguyên nhân chính về tính khơng tương thích của cá hệ phần mềm CAD/CAM đĩ là:
Phần lớn các cơ sở dữ liệu tạo lập bản vẽ CAD/CAM cĩ tính thương mại, được xây dựng theo quy cách riêng chặt chẽ của từng hãng nhằm giảm thời gian truy cập và giảm khơng gian chiếm dụng nhằm lưu trữ trên đĩa.
Để cĩ thể tích hợp các hệ CAD/CAM khác nhau, những tiêu chuẩn chuyển giao bản vẽ (Drawing interchange standards) thường xuyên là mối quan tâm hàng đầu của các hãng sáng lập phần mềm CAD/CAM. Cĩ hai giải pháp chính đang được vận dụng để giải quyết các vấn để chuyển giao dữ liệu này là: truyền thơng trực tiếp (direct communication) và truyền thơng gián tiếp (indirect communication).
a.Truyền thơng trực tiếp.
Giải pháp này thường được ứng dụng ở các bộ phần mềm đặc biệt để cĩ thể trực tiếp chuyển giao và trao đổi các tệp dữ liệu bản vẽ. Để thực hiện được cơng việc này, giữa hai bộ phần mềm cần phải cĩ được một bộ dịch để cĩ thể chuyển đổi các dữ liệu mơ hình hình học số được xây dựng từ hệ phần mềm này sang dữ liệu hình học số thích hợp với bộ phần mềm muốn kết nhập dữ liệu.
Giải pháp này cĩ ưu điểm là hữu hiệu, tiết kiệm được thời gian và dung lượng đĩa, đây là giải pháp thỏa đáng cho các hệ phần mềm cĩ trợ giúp. Tuy nhiên, nĩ cũng gặp các hạn chế về chi phí bảo dưỡng, đồng thời cũng cần phải thường xuyên nâng cấp các bộ dịch khi các hãng sản xuất phần mềm nâng cấp thế hệ phần mềm mới.
b. Truyền thơng tiêu chuẩn – dịch gián tiếp.
Người ta cũng cĩ thể chuyển đổi dữ liệu giữa các hệ CAD/CAM khác nhau bằng một cách gọn gàng hơn: đĩ là chuyển giao dữ liệu bằng cách dùng cấu trúc cơ sở dữ liệu trung gian (neutral database), gọi là tệp trung gian (neutral file) khơng phụ thuộc vào các hệ CAD/CAM hiện cĩ hoặc sẽ cĩ trong tưong lai. Người ta gọi cách đĩ là cách chuyển giao dữ liệu gián tiếp (intermediat) giữa các hệ cơ sở dữ liệu khác nhau. Với cách này từng hệ CAD/CAM phải cĩ một cặp bộ xử lý của nĩ (own pair of processors)
để chuyển đổi cơ sở dữ liệu thành quy cách tệp trung gian và ngược lại, từ quy cách tệp trung gian thành quy cách tệp gốc của nĩ.
Giải pháp này cĩ những ưu điểm như sau:
- Người tạo lập phần mềm dễ dàng vận dụng cơng cụ dịch với quy cách tệp tiêu chuẩn.
- Thời gian phát triển ngắn
- Cung cấp được một kênh truyền thơng mở và tin cậy xuyên qua tất cả các hệ CAD/CAM
Hạn chế của giải pháp này gồm cĩ:
- Chỉ đề cập tới các đặc tính hình học cơ bản, cịn các tiêu chuẩn hình học khác như: kiểu đường, các lớp vẽ xếp chồng nhau (layer) và kích thước khơng được xác định tốt trong các hệ CAD/CAM.
- Trong nhiều trường hợp, chính bộ chuyển dổi gián tiếp cịn cĩ thể là nguyên nhân gây cản trở việc phát triển các tính năng phức tạp mới của các hệ phần mềm nếu như việc cải tiến nĩ khơng thể theo kịp được với những sự phát triển mạnh mẽ đĩ của các thế hệ phần mềm.
- Trợ giúp thiết lập bản vẽ thơng dụng và được quản lý theo từng kiểu loại.
- Cĩ được cơ sở dữ liệu cũng như thuật tốn chuyển đổi để cĩ thể tiết kiệm tối đa dung lượng đĩa sử dụng.
- Các thế hệ tương lai của các tiêu chuẩn cần phải phù hợp và tương thích với các thế hệ tiêu chuẩn cũ bởi khi tiếp tục phát triển và ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM thì bản thân các tiêu chuẩn rồi cũng sẽ bị lạc hậu, do vậy cần phải phát triển và nâng cấp các thế hệ tiêu chuẩn mới đáp ứng được với yêu cầu phát triển đĩ.
Cho đến nay những tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm CAD/CAM gồm cĩ: DXF, DXB, IGES, PDES, STEP. Trong đĩ, IGES hiện nay đựoc dùng phổ
biến là tệp trung gian. DXF là tệp trung gian dùng cho dữ liệu bản vẽ kỹ thuật (exchange of drawing data), Step là quy cách dữ liệu tiêu chuẩn (the Standart Data Format) dùng để lưu trữ dữ liệu trong phạm vi vịng đời sản phẩm, bao gồm: thiết kế, phân tích, chế tạo, đảm bảo chất lượng, kiểm tra và bảo dưỡng…
*. Tiêu chuẩn DXF và DXB.
Tiêu chuẩn DXF (Data eXtrange Format) do hãng Auto Desk tạo lập và được sử dụng rộng rãi trong các bộ phần mềm Auto CAD, là tiêu chuẩn thơng dụng về trao đổi các tệp bản vẽ cho nhiều hệ CAD/CAM cĩ máy tính (microcomputer-based) và nhiều hệ CAD/CAM dùng trạm điện tĩan (workstation - based)
*. Tiêu chuẩn IGES.
IGES là quy cách trao đổi dữ liệu hình học CAD/CAM tiêu chuẩn đầu tiên. IGES được hiểu là chỉ dẫn trao đổi đồ họa gốc (IGES – Initial Graphics Exchange Specification ) được khơng lực Hoa Kỳ xây dựng vào cuối thập niên 70 và được Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ (ANSI = American National Standards Institute) thu nhận và trở thành tiêu chuẩn quốc gia vào năm 1981. Từ đĩ, IGES gia tăng tiềm năng và hiệu qủa của nĩ thơng qua nhiều thế hệ.
*. Tiêu chuẩn PDES.
Tiêu chuẩn PDES là chỉ dẫn trao đổi dữ liệu sản phẩm (Product Data Exchange Specification). Trong tương lai, PDES sẽ vượt qua các tiêu chuẩn DXF và IGES, vì PDES khơng chỉ là tiêu chuẩn về trao đổi thơng tin bản vẽ như DXF và IGES mà PDES cịn tập trung về mơ tả tổng hợp sản phẩm.
*. Tiêu chuẩn STEP.:
- SET là tiêu chuẩn của Pháp về trao đổi dữ liệu bản vẽ
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO đã cố gắng nghiên cứu và cho ra đời các tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu thống nhất trên phậm vi tồn cầu. Trong đĩ, STEP là tiêu chuẩn quốc tế đầu tiên được ISO xây dựng và triển khai vào năm 1984.
STEP là tiêu chuẩn tiên tiến, tạo khả năng trao đổi một mơ hình sản phẩm đã được máy tính tạo lập với tồn bộ thơng tin về sản phẩm thành một quy cách trung gian.
3.4. Tình hình sử dụng CATIA trên thế giới.
Ứng dụng của CATIA xuyên suốt trên mọi lĩnh vực cơng nghiệp. Đặc biệt phát triển mạnh mẽ trong các nghành cơng nghiệp như: sản xuất, chế tạo ơtơ, máy bay, cơng nghiệp đĩng tầu, chế tạo khuơn mẫu, thiết bị điện, đồ gia dụng… Trong các nghành này các phiên bản CATIA V4, CATIA V5 trở nên hết sức phổ biến. Bắt đầu từ phiên bản CATIA V5R18, Dassault Systems đã mở rộng phần mềm sang lĩnh vực đĩng tầu với sự tích hợp thêm các chức năng hỗ trợ cho quá trình xây dựng, chế tạo và sản xuất các loại tầu thủy, tầu ngầm và cao hơn nữa là tầu vũ trụ.
Trong cơng nghiệp chế tạo máy bay, tập đồn Boeing đã sử dụng phiên bản CATIA V3 cho việc sản xuất máy bay Boeing 777 và hiện tại hãng đang sử dụng phiên bản CATIA V5 để sản xuất dịng Boeing 787. Đối thủ cạnh tranh số một của Boeing, người khổng lồ của châu Âu, hãng máy bay Airbus cũng khơng muốn bị chậm chân trong cuộc chạy đua cơng nghệ khi họ cũng bắt đầu sử dụng CATIA kể từ năm 2001. Vào năm 2006, hãng này cũng đã tuyên bố rằng mình bị lỗ tới 6,1 tỷ đơ la trong hai năm tài khĩa do việc lựa chọn và sử dụng khơng thích hợp các phần mềm CAD. Ngồi Boeing và Airbus, cơng ty sản xuất máy bay Bombardier Aerospace của Canada cũng sử dụng phần mềm CATIA cho tồn bộ các module thiết kế của mình.
Trong cơng nghiệp sản xuất ơtơ, cĩ thể kể ra rất nhiều tập đồn ơtơ trên thế giới sử dụng CATIA cho mục đích phát triển của mình như: BMW, Porsche, Daimler Chrysler, Audi,Volvo, Fiat, Benteler AG, PSA Peugeot Citroën, Toyota, Honda, Ford, ,
Hyundai…Ngay cả trong các nghành phụ trợ cho cơng nghiệp ơtơ cũng sử dụng CATIA, như lĩnh vực sản xuất lốp xe với đại diện là cơng ty Goodyear, cơng ty sản xuất lốp xe hàng đầu của Mỹ, cơng ty lớn thứ 3 thế giới sau Bridge Stone và Michelin. Hầu hết các hãng ơtơ sử dụng CATIA nhằm mục đích thiết kế và chế tạo nên các bộ phận phức tạp của xe như: vỏ xe, động cơ, hộp số…do sức mạnh và các chức năng cĩ thể thiết kế và tạo nên các dạng bề mặt rất đa dạng và linh hoạt.
Trong nghành cơng nghiệp chế tạo vũ khí và vũ trụ, CATIA gần như khơng cĩ đối thủ cạnh tranh. Cục quản trị hàng khơng và khơng gian quốc gia Mỹ (NASA), cĩ trách nhiệm thực thi chương trình thám hiểm khơng gian, nghiên cứu ngành hàng khơng. Đồng thời cũng cĩ nhiệm vụ nghiên cứu dài hạn những hệ thống hàng khơng quân sự cũng như dân sự đã sử dụng CATIA như là một cơng cụ thiết yếu để thiết kế các thiết bị khơng gian vũ trụ. Tập đồn General Dynamics Electric Boat, một tập đồn rất nổi tiếng với lịch sử 100 năm chuyên thiết kế và chế tạo các loại tầu ngầm hạt nhân cho hải quân Hoa Kỳ sử dụng CATIA là cơng cụ thiết kế chính. Northrop Grumman Newport News, cũng sử dụng CATIA cho mục đích thiết kế và chế tạo các loại tầu sân bay, tầu chiến cho Hải quân Hoa Kỳ.
Ưu thế vượt trội do cơng nghệ tạo nên, Catia hiện đã và đang được sử dụng rộng khắp trên tồn thế giới, trải dài từ Bắc Mỹ sang châu Âu, châu Úc và đồng thời cũng đang phát triển mạnh mẽ tại một số nước châu Á như: Nhật Bản, Ấn Độ…Liên tục phát triển, chiếm lĩnh thị trường, hiện nay danh sách khách hàng sử dụng CATIA đã lên tới con số 80.000 cơng ty lớn nhỏ, với đa dạng các lĩnh vực khác nhau trên thế giới.
3.5.Tình hình sử dụng CATIA tại Việt Nam.
Cùng với sự hội nhập và phát triển của cơng nghệ CAD/CAM trong nước. Phần mềm Catia cũng dần được biết đến và dành được nhiều sự quan tâm của những nhà chuyên mơn. Tuy nhiên cĩ thế thấy, việc sử dụng phần mềm này do một số nguyên nhân chủ quan và khách quan hầu như chỉ gĩi gọn và phục vụ cho các cơng ty liên
doanh, hay các cơng ty 100% vốn đầu tư nước ngồi. Các nguyên nhân chủ yếu tác động đến việc sử dụng phần mềm này là:
- Yếu tố giá thành: CATIA là một phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE rất mạnh và nổi tiếng. CATIA luơn đứng ở vị trí hàng đầu trong bảng xếp hạng các phần mềm thiết kế và sản xuất dưới sự trợ giúp của máy tính. Do vậy đồng nghĩa với chất lượng và thương hiệu, giá thành cho bộ phần mềm này cũng tương đối cao và trên thực tế thì khơng phải cơng ty nào trong nước cũng đủ khả năng để giải quyết vấn đề chi phí. Để cĩ thể giảm bớt chi phí, IBM đã chia CATIA thành nhiều gĩi nhỏ, trong đĩ mỗi module sẽ đáp ứng cho các yêu cầu thiết kế và sản xuất riêng biệt. Tuy nhiên việc phải chi trả tới vài chục nghìn đến vài trăm nghìn đơ la cho chỉ một lisence là một câu hỏi lớn cho các nhà sản xuất trong nước.
- Mục đích sử dụng: Việc chỉ dừng lại cho việc thiết kế và sản xuất các sản phẩm cơ khí đơn giản cũng ảnh hưởng nhiều đến việc phát triển ứng dụng CATIA trong sản xuất. Cĩ thể nĩi nền sản xuất cơ khí trong nước vẫn chưa tạo ra nhiều các sản phẩm mang tính cơng nghệ cao, chính vì vậy thay vì sử dụng phần mềm CATIA giá thành cao, các cơng ty cĩ thể sử dụng các gĩi phần mềm cấp trung và cấp thấp khác như SolidWorks, Inventor hay AutoCAD…vẫn đảm bảo đáp ứng được yêu cầu sản xuất lại giảm được chi phí đầu tư.
- Ý thức sử dụng phần mềm bản quyền: theo đánh giá của các tổ chức quốc tế, Việt Nam là một trong những nước dẫn đầu về tỷ lệ vi phạm bản quyền phần mềm với tỷ lệ lên tới 92 % cho các sản phẩm sở hữu trí tuệ và phần mềm bản quyền. Việc chỉ bỏ ra một số tiền rất nhỏ để sử hữu một bộ phần mềm bẻ khĩa đã trở thành thĩi quen sử dụng cho khơng chỉ trong lĩnh vực học tập, giải trí cũng như đào tạo và sản xuất. Điều này trên thực tế cũng cĩ tác dụng thúc đẩy và giúp cho đại bộ phận người dùng cĩ thu nhập thấp, đối tượng học sinh, sinh viên tiếp cận để nghiên cứu và học tập với các phần mềm giá thành cao. Nhưng đối với thực tế sản xuất, nĩ ảnh hưởng tiêu cực đến các doanh nghiệp cho việc tiếp cận đầy đủ các tính năng và ưu điểm vượt trội của phần
mềm bản quyền so với phần mềm bẻ khĩa cũng như mang đến hình ảnh khơng tốt và