IV. TỰ ĐỘNG HÓA
4.2.Xu hướng phát triển CAD/CAM
CAD (Thiết kế được hỗ trợ máy tính) và CAM (Chế tạo được hỗ trợ máy tính) là 2 công nghệ ứng dụng máy tính vào ngành công nghiệp chế tạo. Chúng thường có liên quan với nhau và có ảnh hưởng lớn tới chuỗi quy trình giữa khâu thiết kế ban đầu với khâu thực thi cuối cùng của một sản phẩm. Nhiều năng lực có thể bổ sung cho các công nghệ này nhờ một công nghệ thứ 3 là “Kỹ thuật được hỗ trợ máy tính” (CAE). Sự cải tiến liên tục đối với các hệ CAD/CAM giúp tiết kiệm cho các nhà chế tạo hàng chục triệu USD về thời gian và nguồn lực so với các phương pháp không ứng dụng máy tính. Do vậy, CAD/CAM đã đem lại lợi ích to lớn về cả năng suất lẫn chất lượng, đặc biệt là từ thập kỷ 80. Đối với một số mục đích, CAD và CAM có thể được ứng dụng độc lập với nhau và nhìn chung, CAD thường được ứng dụng thường xuyên hơn so với CAM.
CAD bao hàm việc tạo ra các mô hình máy tính, được xác định trên cơ sở các tham biến hình học. Những mô hình này thường hiển thị trên màn hình máy tính theo 3 chiều (3D) của chi tiết hoặc hệ thống các chi tiết, để các nhà thiết kế có thể dễ dàng thay đổi chúng bằng
cách thay đổi các tham biến liên quan. Các hệ CAD giúp cho nhà thiết kế quan sát được đối tượng theo mọi góc cạnh và thử nghiệm chúng bằng cách mô phỏng các điều kiện khác nhau của thế giới thực.
CAM thế chỗ khi CAD kết thúc bằng cách sử dụng dữ liệu thiết kế hình học để điều khiển máy móc tự động. CAM bắt đầu được ứng dụng vào các ngành cơ khí chế tạo từ đầu thập kỷ 80. Trải qua hơn 2 thập kỷ, sự hoàn thiện tiếp tục của phương pháp CAM đã tiến triển từ việc cải tiến hoạt động cơ bản của các máy công cụ đến việc thúc đẩy công nghệ điều khiển, bổ sung các phương án tự động hoá, hoàn thiện các thiết kế công cụ và tăng cường phát triển phần mềm CAM. Tất cả những nỗ lực này đã giúp tăng được rất nhiều độ chính xác và năng suất chế tạo.
Hệ CAM liên quan với các hệ CNC hoặc điều khiển số trực tiếp (DNC). Những hệ thống này khác với những phương thức điều khiển số (NC) trước đây, trong đó dữ liệu hình học được mã hoá theo kiểu cơ khí. Vì cả CAD và CAM đều là những phương pháp dựa vào máy tính để mã hoá dữ liệu hình học, nên tạo khả năng cho các quy trình thiết kế và chế tạo được tích hợp cao độ.
Một trong những xu thế quan trọng nhất của các công nghệ CAD/CAM là sự tích hợp chặt chẽ hơn bao giờ hết giữa các khâu thiết kế và chế tạo của các quy trình sản xuất dựa vào CAD/CAM.
Sự tăng trưởng nhanh chóng việc ứng dụng CAD/CAM từ đầu thập kỷ 70 đã được tạo ra bởi sự phát triển các chip silic và bộ vi xử lý, được sản xuất theo lô lớn, đem lại những máy tính ngày càng rẻ. Vì giá máy tính rẻ đi và năng lực tính toán ngày càng gia tăng, nên việc ứng dụng CAD/CAM đã được mở rộng sang các doanh nghiệp thuộc tất cả các quy mô khác nhau. Phạm vi các nguyên công được ứng dụng CAD/CAM cũng mở rộng. Ngoài việc tạo hình các chi tiết bằng các quy trình máy công cụ truyền thống như dập, khoan, phay và mài, CAD/CAM đã được ứng dụng để sản xuất hàng điện tử dân dụng, các cấu phần điện tử, các sản phẩm chất dẻo đúc khuôn. Máy tính cũng được ứng dụng để điều khiển một số quy trình sản xuất mà không được coi là CAM, vì dữ liệu, điều khiển không dựa vào các tham chiếu hình học, ví dụ, nhà máy hoá chất
Với CAD, ta có thể mô phỏng chuyển động theo 3 chiều của chi tiết trong quá trình sản xuất. Quy trình này có thể mô phỏng tốc độ dẫn tiến, góc và các tốc độ của máy công cụ, vị trí của bộ phận kẹp gá chi tiết, cũng như một loạt các hạn chế khác giới hạn các nguyên công của máy. Sự phát triển liên tục công nghệ mô phỏng các quy trình chế tạo khác nhau là một trong những công cụ then chốt, nhờ đó CAD và CAM trở nên ngày càng được tích hợp chặt chẽ với nhau. Điều này là đặc biệt quan trọng khi một doanh nghiệp ký hợp đồng với doanh nghiệp khác để thiết kế hoặc sản xuất một cấu phần nào đó.
Hệ CAD thi hành chức năng của mình nhờ khả năng mã hoá các khái niệm hình học. Do vậy, quá trình thiết kế dựa vào CAD liên quan đến việc chuyển ý tưởng của người thiết kế thành mô hình hình học. Bởi thế, CAD không thể thiết kế mọi thứ, mà có thể cung cấp công cụ, cách đi rút ngắn và một môi trường làm việc linh hoạt cho nhà thiết kế. Các nhược điểm khác của CAD đang được khắc phục nhờ R&D trong lĩnh vực các hệ chuyên gia. Lĩnh vực
này được hình thành từ các nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo (AI). Một ví dụ về hệ chuyên gia bao hàm việc kết hợp thông tin về bản chất của vật liệu- trọng lượng, ứng lực, độ bền, độ dẻo… vào phần mềm CAD. Nhờ đưa được các dữ liệu này và các dữ liệu khác nữa vào phần mềm, hệ CAD có thể “biết” được những kiến thức gì người kỹ sư biết khi người đó tạo ra một thiết kế. Sau đó, CAD có thể bắt chước cách nghĩ của người kỹ sư và thực hiện “tạo ra” thiết kế. Các hệ chuyên gia có thể bao hàm việc thực hiện các nguyên lý trừu tượng hơn, chẳng hạn như loại trường hấp dẫn và ma sát hoặc chức năng và mối quan hệ của các chi tiết thường dùng. Các hệ chuyên gia cũng có thể thay đổi cách lưu trữ và truy cập dữ liệu trong các hệ CAD/CAM, bổ sung một hệ thống thứ bậc này với một hệ thống khác để tăng tính linh hoạt.
Một trong những lĩnh vực phát triển then chốt của các công nghệ CAD là mô phỏng quá trình thực hiện. Những loại hình mô phỏng phổ biến nhất là thử nghiệm sự phản ứng của chi tiết đối với ứng lực và lập mô hình quy trình chế tạo sản phẩm hoặc các mối quan hệ động lực bên trong hệ thống các chi tiết. Công nghệ mô phỏng cũng được dùng trong tự động hoá thiết kế các vi mạch bán dẫn, trong đó các dòng điện được mô phỏng cho phép thử nghiệm nhanh các cấu hình bộ phận khác nhau.
Tương lai của CAD/CAM
Những phát triển kỹ thuật gần đây đã nhằm vào mọi khía cạnh của các hệ CAD/CAM. Việc sử dụng máy tính cá nhân và phần mềm Windows của Microsoft đã nổi lên như một phương án thay thế cho các hệ dựa vào máy lớn trước đây. Việc sử dụng rộng rãi máy tính cá nhân cho các ứng dụng CAD/CAM là do năng lực của máy tính cá nhân đang ngày càng được tăng cường, trong khi giá thành ngày càng rẻ. Một xu hướng quan trọng là hướng tới tiêu chuẩn hoá phần mềm, để các gói khác nhau có thể sẵn sàng trao đổi dữ liệu được với nhau.
Các cải tiến khác đối với phần mềm bao gồm việc làm cho hình ảnh hiển thị được tinh xảo hơn, chẳng hạn như thay thế hình ảnh 3D bằng phương pháp lập mô hình lập thể, trong đó các đối tượng được biểu thị đầy đủ và rõ nét hơn. Cũng có những cải tiến để tích hợp tốt hơn việc lập mô hình và các ứng dụng thử nghiệm. Một lĩnh vực nữa đang được tích cực khai phát, đó là việc sử dụng phần mềm điều khiển CAD bằng lời nói (CVC), dựa trên công nghệ nhận dạng lời nói. Phần mềm này sẽ giúp điều khiển nhanh hơn, chính xác hơn và đỡ mệt hơn so với việc đánh máy hoặc di chuyển chuột - những cân nhắc quan trọng để giúp cho những nhà thiết kế phải làm việc cả ngày bên máy tính.
Giao diện giữa cơ sở dữ liệu CAD và phần mềm CAM đã được cải tiến liên tục, nhờ đó tăng cường được rất nhiều năng suất và chất lượng. Nhờ hoàn thiện được sự kết nối giữa hai bộ phận trên, việc sử dụng các máy công cụ CNC đã đạt được hiệu quả cao hơn về chi phí và phục vụ đắc lực trong việc chế tạo nguyên mẫu sản phẩm. Các mạng lưới máy tính hiện nay đã kết nối các máy tính có nhiệm vụ phát triển các thiết kế với các máy tính có nhiệm vụ điều khiển các máy công cụ. Nhờ có mối liên kết này, các file dữ liệu hình học CAD được truyền trực tiếp tới các máy tính có nhiệm vụ chuẩn bị chương trình điều khiển cho máy công cụ để chế tạo ra chi tiết.
Xu hướng phát triển của phần mềm CAM:
* Phục vụ cho gia công nhiều trục hơn và nhiều chức năng hơn. * Tăng cường sử dụng các máy 5 trục tiếp nối.
* Phục vụ cho gia công cắt gọt tốc độ cao.
* Tự động hoá và sử dụng nhiều hơn các nguyên công dựa vào tri thức (Knowledge- based Machining - KBM).
* Phục vụ cho gia công dựa trên các mô hình lập thể.