Bài giảng CAD/CAM - Chương 4: Cơ sở của CAD - Nguyễn Thế Tranh

ều lợi ích khác nữa. 
 4.3.2. Phân tích kỹ thuật. 
 Khi triển khai một đồ án thiết kế kỹ thuật thường cần đến một sự phân tích nào đó 
tuỳ theo loại công trình như về ứng suất, biến dạng, truyền nhiệt hoặc mô tả sự ứng xử động 
học của hệ thống. Máy tính chó thể giúp thực hiện các nhiệm vụ này một cách nhanh chóng 
và có hiệu quả. 
 Đối với những bài toán thiết kế cụ thể, nhóm phân tích kỹ thuật có thể tự viết lấy 
phần mềm chuyên biệt để sử dụng trong nội bộ,còn đối với những bài toán có tính chất phổ 
thông thì thường được giải quyết bởi các gói phần mềm mua ở thị trường. 
 Các hệ CAD/CAM phổ biến thường bao gồm các phần mềm phân tích kỹ thuật hoặc 
có thể giao diện với các phần mềm này. 
 • Phân tích thuộc tính khối lượng: diện tích bề mặt, trong lượng, thể tích, trọng 
 tâm, mômen quán tính,v.v.. Đối với một mặt phẳng hoặc tiết diện ngang của một 
 vật thể nó còn cho ta biết cả chu vi, diện tích và ác thuộc tính quán tính nữa. 
 • Phân tích phần tử hữu hạn: là một trong những khả năng mạnh nhất của một hệ 
 CAD. Với kỹ thuật này vật thể được chia thành nhiều phần tử với số lượng hữu 
 hạn tuỳ ý. Mỗi phần tử là một ô chữ nhật hay tam giác, tất cả tạo nên một mạng 
 lưới gồm các nút. Nhiều hệ CAD có khả năng tự động phân chia các nút và xác 
 định cấu trúc mạng lưới của toàn vật thể, người sử dụng chỉ cần đưa ra một số 
 thông số cần thiết cho mô hình phần tử hữu hạn rồi hệ CAD sẽ làm các công việc 
 tính toán tiếp theo. 
 Đầu ra của bài toán phân tích phần tử hữu hạn thường được thể hiện dưới dạng đồ 
hoạ lên màn hình CRT để người sử dụng dễ quan sát. 
 4.3.3. Rà soát và đánh giá thiết kế. 
 1. Rà soát là công việc được tiến hành sau khi thiết lập xong bản vẽ nhằm kiểm tra 
độ chuẩn xác thiết kế và sự đúng đắn của việc lựa chọn kết cấu, mối ghép,v.v... 
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 7 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 
 Việc kiểm tra độ chuẩn xác thiết kế nếu được thực hiện trên màn hình đồ hoạ thì rất 
thuận tiện và có hiệu quả. Các khả năng của phần mềm về tự động ghi kích thước và cho 
dung sai ở những nơi người thiết kế yêu cầu khiến cho những sai sót trong việc ghi kích 
thước lên bản vẽ được giảm đi rất nhiều. Người thiết kế cũng có thể thu nhỏ hay phóng to 
một chi tiết nào đó để xem xét cận cảnh. 
 2. Đánh giá nhằm xem xét sản phẩm nếu được chế tạo theo bản thiết kế thì có đạt 
được các chỉ tiêu về động học, thao tác vận hành v.v...như ban đầu đề ra không. Nét đặc 
trưng của các hệ CAD hiện đại là khả năng đánh giá động học, là khả năng hoạt hoá chuyển 
động của các cơ cấu trong bản thiết kế như khớp treo, các khâu truyền động, đồng thời giúp 
người thiết kế kiểm tra độ lấn của các phần tử khi chuyển động để khắc phục. 
 4.3.4. Vẽ tự động. 
 Vẽ tự động là dùng máy vẽ để tạo ra bản vẽ kỹ thuật trên giấy, trực tiếp từ cơ sở dữ 
liệu của hệ CAD. Khi giá thành của một hệ CAD còn khá cao thì việc một phòng thiết kế có 
vẽ tự động là còn phải cân nhắc, nhưng khi giá thành đó hạ xuống thi việc vẽ tự động ngày 
càng trở nên phổ biến ở các cơ sở thiết kế. 
 Một hệ CAD thường cho phép tăng năng suất trong khâu xuất bản vẽ lên gấp năm 
đến mười lần so với vẽ thủ công. Hơn thế nữa, nó còn có nhiều ưu điểm về xử lý đồ hoạ như 
tự động ghi kích thước và mặt cắt, thu phóng bản vẽ, đặc tả từng phần hình vẽ hoặc quay vật 
thể theo một góc tự chọn. Nó còn cho phép chuyển đổi hình chiếu, chẳng hạn từ chiếu song 
song sang chiếu phối cảnh. 
 Trong phép chiếu trực giao, hầu hết các hệ CAD đều có khả năng tạo ra sáu hình 
chiếu tương ứng với sáu mặt phẳng chiếu nếu thấy cần. Ngoài ra các hệ CAD còn cho phép 
người thiết kế lập trình bổ sung để đưa các tiêu chuẩn riêng của bản hãng nào đó. 
 4.3.5. Phân loại và ghi mã các chi tiết máy 
 Ngoài bốn chức năng nêu trên, hệ CAD còn tạo ra một cơ sở dữ liệu để tiến hành xây 
dựng một hệ thống phân loại và ghi mã cho các chi tiết máy hoặc chi tiết kết cấu công trình. 
Việc phân loại và ghi mã có liên quan tới việc nhóm các bản thiết kế cuả những chi tiết máy 
giống nhau thành từng loại và dùng hệ thống sơ đồ mã để liên kết các đặc điểm tương đồng 
lại với nhau. Người thiết kế có thể sử dụng hệ thống phân loại và ghi mã để gọi những bản 
thiết kế chi tiết máy hay kết cấu công trình đã có ra sử dụng chứ không phải thường xuyên 
thiết kế lại những chi tiết máy mới. Trong giai đoạn chế tạo, những hệ thống như vậy cũng 
rất cần thiết và có nhiệu ứng dụng trong công nghệ nhóm, là một công nghệ thuộc lĩnh vực 
CAM. 
 4.4. TẠO RA CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT 
 Một ứng dụng khác nữa của CAD là nó có thể tạo ra một cơ sở dữ liệu để chế tạo ra 
sản phẩm. Trong chu trình sản xuất cổ điển tồn tại bấy lâu trong công nghiệp, bản vẽ do kỹ 
sư thiết kế vẽ ra được kỹ sư công nghệ sử dụng lại để lập ra một bản quy trình công nghệ 
chế tạo. Các hoạt động thiết kế hoàn toàn tách biệt với các hoạt động lập quy trình công 
nghệ và như vậy, trên thực tế đã tồn tại một quy trình hai giai đoạn riêng biệt. Điều đó làm 
tăng gấp đôi chi phí thời gian và đầu tư nhân lực. 
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 8 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 
 Ngày nay với hệ tích hợp CAD/CAM, một mối liên kết trực tiếp giữa hai lĩnh vực 
thiết kế và chế tạo đã được thiết lập. Mục tiêu của CAD/CAM không dừng lại ở chỗ tự động 
hoá một số khâu nào đó trong lĩnh vực chế tạo mà còn nhằm tự động hoá việc chuyển đổi từ 
lĩnh vực thiết kế vào lĩnh vực chế tạo. Hiện người ta đã triển khai những hệ thiết kế - chế tạo 
lấy máy tính làm nền tảng để tạo ra hầu hết dữ liệu và hồ sơ tư liệu phục vụ cho việc lập kế 
hoạch và điều khiển các hoạt động sản xuất ra sản phẩm. 
 Cơ sở dữ liệu chế tạo là một cơ sở dữ liệu tích hợp CAD/CAM. Nó bao gồm tất cả 
những dữ liệu về sản phẩm có được qua giai đoạn thiết kế (số liệu về hình học, liệt kê chi 
tiết, dự trù vật liệu, thuyết minh kỹ thuật, v.v...) cúng những dữ liệu bổ sung cần cho giai 
đoạn chế tạo mà đa số là dựa vào bản thiết kế. 
 CAD CAM 
 MÔ HÌNH TK DAO & 
 HOÁ HH ĐỒ GÁ
 PHÂN TÍCH LT ĐK SỐ 
 KỸ THUẬT (NC)
 ĐỒ HOẠ CƠ SẢN 
 TƯƠNG TÁC SỞ XUẤT 
 RÀ SOÁT DỮ TK QTCN NHỜ 
 LIỆU 
 ĐÁNH GIÁ TK MÁY TÍNH 
 VẼ KH & 
 TỰ ĐỘNG TIẾN ĐỘ SX
 Hình 4.3. Mối liên hệ giữa Cơ sở dữ liệu với CAD/CAM 
 4.5 LỢI ÍCH CỦA CAD 
 Lợi ích của CAD có nhiều, song chỉ có một số trong đó là có thể định lượng được 
thôi. Một số lợi ích khác khó có thể lượng hoá được mà chỉ thể hiện ở chỗ chất lượng công 
việc được nâng cao, thông tin tiện dụng, điều khiển tốt hơn v.v... 
 Một số lợi ích cuả CAD trong hệ tích hợp CAD/CAM 
 1. Nâng cao năng suất kỹ thuật 
 2. Giảm thời gian chỉ dẫn 
 3. Giảm số lượng nhân viên kỹ thuật 
 4. Dễ cải tiến cho phù hợp với khách hàng 
 5. Phản ứng nhanh với nhu cầu thị trường 
 6. Tránh phải ký các hợp đồng con để kịp tiến độ 
 7. Hạn chế lỗi sao chép đến mức tối thiểu 
 8. Độ chính xác thiết kế cao 
 9. Khi phân tích dễ nhận ra những tương tác giữa các phần tử cấu thành 
 10. Phân tích chức năng vận hành tốt hơn nên giảm khâu thử nghiệm trên mẫu 
 11. Thuận lợi cho việc lập hồ sơ, tư liệu 
 12. Bản thiết kế có tính tiêu chuẩn cao 
 13. Nâng cao năng suất thiết kế dụng cụ cắt 
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 9 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 
 14. Dễ tiên liệu về chi phí, giá thành 
 15. Giảm thời gian đào tạo hội hoạ viên và lập trình viên cho máy NC 
 16. Ít sai sót trong lập trình cho máy NC 
 17. Giúp tăng cường sử dụng các chi tiết máy và dụng cụ cắt có sẵn 
 18. Thiết kế dễ phù hợp với các kỹ thuật chế tác hiện có. 
 19. Tiết kiệm vật liệu và thời gian máy nhờ các thuật toán tối ưu. 
 20. Nâng cao hiệu quả quản lý trong thiết kế. 
 21. Dễ kiểm tra chất lượng sản phẩm phức tạp. 
 22. Nâng cao hiệu quả giao diện thông tin và dễ hiểu nhau hơn giữa các nhóm kỹ 
 sư, thiết kế viên, hội họa viên, quản lý và các nhóm khác. 
 Sau đây chúng ta sẽ phân tích kỹ thêm một số lợi ích điển hình. 
 1. Nâng cao năng suất thiết kế 
 Năng suất cao giúp cho vị thế cạnh tranh của một hãng được nâng lên vì giảm được 
yêu cầu nhân lực của một đồ án, dẫn tới hạ giá thành và thời gian xuất xưởng của một sản 
phẩm. Tổng kết một số đơn vị có sử dụng hệ CAD cho thấy năng suất có thể tăng từ 3 - 10 
lần so với công nghệ thiết kế cũ, thậm chí còn cao hơn, tuỳ theo các yếu tố sau đây : 
 • Độ phức tạp của bản vẽ kỹ thuật 
 • Mức độ tỉ mỉ của bản vẽ 
 • Mức độ lặp đi lặp lại của chi tiết hay bộ phận được thiết kế 
 • Mức độ đối xứng của bộ phận được thiết kế 
 • Tính dùng chung của các chi tiết để lập thư viện. 
 2. Giảm thời gian chỉ dẫn 
 Thiết kế với hệ CAD nhanh hơn thiết kế theo cách truyền thống, đồng thời nó cũng 
đẩy nhanh các tác vụ lập biểu bảng và báo cáo (lập các bảng liệt kê cụm lắp ghép chẳng 
hạn) mà trước đây phải làm bằng tay. Do vậy, một hệ CAD có thể tạo ra một tập bản vẽ 
cuối cùng về các chi tiết máy và các báo cáo, biểu bảng kèm theo một cách nhanh chóng. 
Thời gian chỉ dẫn trong thiết kế được rút ngắn dẫn đến kết quả là làm giảm thời gian kể từ 
khi nhận đơn đặt hàng đến khi giao sản phẩm. 
 3. Phân tích thiết kế 
 Các chương trình phân tích thiết kế có sẵn trong một hệ CAD giúp quá trình thiết kế 
diễn ra theo những khuôn mẫu tác nghiệp có logic hơn, không cần phải trao đi đổi lại giữa 
nhóm thiết kế và nhóm phân tích mà cũng những con người ấy, họ vẫn có thể tiến hành 
công việc phân tích khi bản thiết kế hãy còn nằm trên máy tính của trạm thiết kế. Điều đó 
giúp cho người kỹ sư tập trung tư tưởng hơn vì họ đang đối thoại trực tiếp với bản thiết kế 
cuả mình. Nhờ khả năng phân tích này mà bản thiết sẽ tối ưu hơn. Mặt khác, thời gian thiết 
kế nói chung cũng sẽ được tiết kiệm hơn do sự phân tích thiết kế giờ đây ứng xử nhanh hơn 
và không còn mất thời gian trao đi đổi lại từ bàn vẽ của người thiết kế tới bàn làm việc của 
người phân tích như trước đây nữa. 
 Hãy lấy việc thiết kế động cơ máy bay làm ví dụ. Ở đây trọng lượng của động cơ là 
chỉ tiêu rất quan trọng, do vậy từng chi tiết của nó phải được xác định tỉ mỉ. Theo cách thiết 
kế thủ công thi để xác định trọng lượng của một chi tiết máy, nhất là ở những chi tiết có 
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 10 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 
hình dáng phức tạp, cần chia nó ra thành những mảnh đơn giản để tính rồi cộng lại để biết 
trọng lượng chung của chi tiết ấy. Sau đó cộng trọng lượng tất cả các chi tiết để biết trọng 
lượng toàn bộ động cơ. Cuối cùng, đem so sánh xem phương án thiết kế nào cho động cơ 
có trọng lượng bé nhất thì chọn phương án ấy. Nhờ hệ CAD với chức năng phân tích khối 
lượng của nó mà công việc này được thực hiện trên máy tính một cách dễ dàng và với độ 
chính xác cao. 
 Do các hệ CAD cho phép phân tích và sửa đổi một bản thiết kế sơ bộ một cách dễ 
dàng và thuận lợi nên người ta có thể đưa ra nhiều phương án để nghiên cứu, so sánh, và vì 
thế có thể nói thiết kế trên hệ CAD cho kết quả tốt hơn trước đây nhiều. 
 4. Giảm sai sót thiết kế 
 Các hệ CAD vốn có khả năng tránh các sai sót về thiết kế, vẽ và lập hồ sơ tư liệu, 
thuyết minh kỹ thuật. Do vậy các lỗi vào (input) và di chuyển dữ liệu ... thường xảy ra khi 
lập liệt kê chi tiết và làm dự trù vật liệu bằng cách thủ công thì ở đây đều bị loại bỏ. Sở dĩ 
có thể chính xác như vậy chủ yếu là do khi đã có bản vẽ ban đầu rồi thì các thông tin về nó 
không còn phải quản lý bằng cách thủ công nữa. Mặt khác, các công việc lặp đi lặp lại, tốn 
nhiều thời gian sau khi có bản vẽ nói trên như di chuyển nhiều ký hiệu hay hình vẽ, sắp xếp 
theo khu vực hay theo chi tiết cùng loại v.v... đều được thực hiện nhanh chóng với kết quả 
chính xác và nhất quán. Nhờ khả năng tương tác người - máy, các hệ CAD còn có khả năng 
đặt câu hỏi xem dữ liệu đưa vào có mắc lỗi không. Đương nhiên các khả năng kiểm tra việc 
vào dữ liệu loại này tuỳ thuộc vào ý định của các nhà thiết kế hệ CAD muốn đặt câu hỏi 
cho dữ liệu đầu vào nào và hỏi cái gì để người thiết kế tự kiểm tra lại xem mình vào đã 
đúng chưa. 
 5. Các phép tính thiết kế có độ chính xác cao hơn 
 Độ chính xác toán học trong hệ CAD là 14 con số có nghĩa sau dấu chấm thập phân. 
Đặc biệt độ chính xác khi thiết kế các đường và mặt ba chiều thì cho đến nay chưa có 
phương pháp tính tay nào so sánh được. Độ chính xác do sử dụng các hệ CAD còn thể hiện 
ở rất nhiều phương diện. Chẳng hạn các chi tiết được đặt tên và đánh số như thế nào thì 
chúng vẫn được bảo toàn trong trong toàn bộ các bản vẽ. Hoặc nếu có môt sự thay đổi nào 
của một chi tiết thì sự thay đổi ấy vẫn được bảo toàn trong toàn bộ gói hồ sơ và tác động tới 
tất cả các bản vẽ có sử dụng chi tiết ấy. Độ chính xác do hệ CAD mang lại còn làm cho việc 
lập tiên lượng và dự toán công trình được chính xác hơn, tiến độ mua sắm vật tư được sít 
sao hơn. 
 6. Tiêu chuẩn hoá các thủ tục thiết kế, lập bản vẽ và lập tư liệu 
 Trong một hệ CAD, chỉ có một cơ sở dữ liệu duy nhất và một hệ điều hành (DOS 
hoặc WINDOWS chẳng hạn) được thống nhất dùng chung cho mọi trạm thiết kế của hệ. Do 
vậy, một cách tự nhiên, hệ cung cấp một tiêu chuẩn thống nhất cho mọi thủ tục và mọi quá 
trình thiết kế cũng như thiết lập bản vẽ. Các bản vẽ đều được vẽ ra theo một quy định thống 
nhất, không hệ bị lẫn lộn vì những quy định này đã được thiết lập sẵn trong hệ CAD rồi. 
C4 CAD- CAM> CO SO CAD 11 GVC NGUYỄN THẾ TRANH 
 7. Bản vẽ dễ đọc và dễ hiểu hơn 
 CAD tạo ra và sửa đổi một bản vẽ hình chiếu trực lượng, chiếu xiên cúng dễ dàng 
như vậy đối với bản vẽ hình chiếu trực giao. 
 Nói chung, tính dễ đọc dễ hiểu của một bản vẽ phụ thuộc trực tiếp vào phép chiếu 
được sử dụng trong bản vẽ đó: chiếu phối cảnh dễ hình dung hơn chiếu trực lượng, và chiếu 
trực lượng dễ hình dung hơn chiếu trực giao. 
 Trên thực tế, hầu hết các bản vẽ kết cấu là từ các đường nét kết hợp lại, nếu được 
đánh bóng thêm vào thì chúng càng dễ hiểu hơn, và đánh màu càng làm nổi bật hơn nữa. 
Cuối cùng, phép hoạt hoá hình ảnh trên màn hình CRT càng giúp cho người quan sát dễ 
hiểu thêm một mức nữa. 
 8. Các thủ tục thay đổi kỹ thuật được cải thiện hơn 
 Các bản vẽ và các tư liệu gốc được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của hệ CAD. Điều đó 
cho phép truy nhập dễ hơn là khi chúng được cất trong kho lưu trữ thông thường, cho phép 
kiểm tra lại chúng một cách nhanh chóng dựa theo những thông tin mới. Do việc lưu trữ dữ 
liệu là rất đảm bảo nên các thông tin quá khứ trong các bản vẽ trước kia vẫn rất dễ dàng lưu 
lại trong cơ sở dữ liệu của hệ CAD, thuận tiện cho việc so sánh với những yêu cầu của bản 
vẽ hay bản thiết kế mới. 
 9. Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo 
 Cơ sở dữ liệu của hệ CAD/CAM được dùng cho cả giai đoạn thiết kế và việc lập kế 
hoạch và điều khiển sản xuất. Các lợi ích trong giai đoạn chế tạo bao gồm: 
 • Thiết kế đồ gá và dụng cụ cắt để chế tạo sản phẩm 
 • Lập trình NC 
 • Lập quy trình công nghệ bằng máy tính. 
 • Liệt kê bản vẽ lắp (do hệ CAD lập) để sản xuất. 
 • Dò khuyết tật bằng máy tính 
 • Lập kế hoạch tay máy người máy. 
 • Lập công nghệ nhóm 
 Tất cả những lợi ích này có được là nhờ cơ sở dữ liệu do hệ CAD/CAM tạo ra mà 
khởi đầu là những dữ liệu được tạo ra từ giai đoạn CAD.