mở đầu của CAD và chỉ thực hiện được các bản vẽ hai chiều. Hệ thống SKEYCHPAD được phát triển sau đó bởi T. Johnson, cho phép thể hiện các mô hình 3D. Năm 1966 Clough đã sử dụng phần tử hữu hạn để phân tích ứng suất của bề mặt.
Những năm 1960 đến 1970 CAD tiếp tục phát triển mạnh, hệ thống CAD có tên là TURNKEY được thương mại hóa, đây là một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm phần cứng, phần mềm, bảo trì và đào tạo, hệ thống này được thiết kế chạy trên máy tính lớn có bộ nhớ khổng lồ và máy tính loại nhỏ. Tuy nhiên khả năng xử lý thông tin còn kém hiệu quả, giá thành cao và được sử dụng trong một số ít lĩnh vực. Năm 1980 hình học ba chiều thực hiện trên máy tính ở trường đại học Cornell. Unigraphics được giới thiệu như hệ thống đầu tiên.
Năm 1980 thiết kế mô hình 3D solid đầu tiên ra đời, cùng thời điểm đó hãng Autodesk cũng cho ra đời phần mềm AutoCAD (1982). GVHD: ThS NGUYỄN MẠNH HÙNG 15 SVTH: TRẦN MINH ĐỨC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP __________ CHUYÊN NGÀNH : CNKT CƠ KHÍ Ô TÔ Ngoài ra, vào những năm 1980 phát triển tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm có tính đa dụng, cho nên các phần mềm mô hình hóa phát triển nhanh chóng. Năm 1982 CATIA phiên bản đầu tiên dùng để thiết kế mô hình 3D, mô hình bề mặt và chương trình NC. Năm 1988 Tập đoàn Surfware đưa ra thị trường phiên bản đầu tiên SurfCAM như là một trong những hệ thống phần mềm CAD/CAM.
Năm 1989 Parametric Technology giới thiệu phiên bản đầu tiên Pro/Engineer. Năm 1996 Solid Edge phiên bản thứ ba ra đời. Công ty SolidWorks đưa ra gói phần mềm 3D. Năm 1997 Autodesk giới thiệu phần mềm 3D Studio MAX.
Năm 1998 Autodesk Architectural Desktop. Cuối những năm 1990 là thời kỳ CAD/CAM đạt đến những thành tựu đáng kể , rất nhiều phần mềm được tung ra thị trường và được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và sản xuất của nhiều ngành công nghiệp như: CIMATRON của Israel, DELCAM của Anh, Pro-Engineer của Mỹ, Unigraphics của Mỹ… Phần mềm CAE xuất hiện sau CAD/CAM, khi mà những đòi hỏi về chất lượng của sản phẩm rất cao như: Ansys, Nastran, Abaqus, Cosmos… 1.Quá trình thiết kế và chế tạo trong một chu kỳ sản phẩm Sản phẩm ban đầu từ nhu cầu nào đó, nhu cầu này được nhận biết trên cơ sở nhu cầu của thị trường và khách hàng. Sản phẩm phải trải qua 3 quá trình cơ bản: Thiết kế. Quá trình thiết kế là quá trình thiết kế sơ bộ cho sản phẩm tiềm năng được đưa ra.
Điển hình là ta phải xây dựng những bản vẽ phác thảo, sơ đồ phác thảo, chỉ ra các mối quan hệ chức năng giữa các bộ phận khác nhau của sản phẩm cũng như điều kiện ràng buộc bao quanh, chúng dùng trong các cuộc thảo luận giữa các nhóm thiết kế và được sử dụng cho mục đích trình bày. Quá trình phân tích được bắt đầu bằng việc đưa thiết kế sơ bộ vào tính toán đánh giá. Quá trình này là thành tố cấu thành của bước lắp mô hình thiết kế. Chất luợng GVHD: ThS NGUYỄN MẠNH HÙNG 16 SVTH: TRẦN MINH ĐỨC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP __________ CHUYÊN NGÀNH : CNKT CƠ KHÍ Ô TÔ và kết quả của các bước tiếp theo như phân tích thiết kế, tối ưu hóa thiết kế đánh giá thiết kế có liên quan trực tiếp và nằm trong giới hạn chất lượng của mô hình thiết kế được lựa chọn.
Để đưa ra quyết định nhanh chóng và chính xác việc áp dụng máy tính là giải pháp hữu hiệu, ở đó các thuật toán phân tích và thuật toán tối ưu được áp dụng. Mặc dù quá trình tối ưu hóa thiết kế được đưa vào quá trình phân tích thiết kế nhưng được nhận biết như một quá trình riêng biệt, nhằm nhấn mạnh ý nghĩa của nó trong quá trình thiết kế. Khi các giai đoạn chính trong quá trình thiết kế được phân tích và kích thước danh nghĩa hoàn toàn được xác định, quá trình đánh giá thiết kế được triển khai. Các mẫu sản phẩm sẽ được xác định trong phòng thí nghiệm hoặc ở trong máy tính để phục vụ cho việc kiểm tra và đánh giá thiết kế.
Thông thường các mẫu thiết kế được mô hình hóa thông qua máy tính vì đây là giải pháp rẻ tiền và được tạo ra nhanh hơn. Qua các mẫu thiết kế này, người thiết kế sẽ xác định được các kích thước còn lại của chi tiết (Những kích thước mà không được phân tích), cũng như đưa ra kết luận và đánh giá cuối cùng cho những vấn đề nảy sinh trong quá trình phân tích thông qua việc áp dụng các qui luật và các qui tắc chung của thiết kế. Song song với quá trình này người thiết kế phải đưa ra được phiếu vật tư của sản phẩm các dung sai của chi tiết và các phân tích về chi phí. Bước cuối cùng của quá trình phân tích đó là lập thông tin và tư liệu thiết kế, bước này liên quan đến việc chuẩn bị các bản vẽ, các báo cáo và trình bày.
Các bản vẽ chi tiết này sẽ được sử dụng để đưa ra các bản vẽ thiết kế và công việc cuối cùng là chuyển bản vẽ thiết kế tới người chế tạo. Quá trình chế tạo bắt đầu bắt đầu bằng việc xây dựng qui trình công nghệ và kết thúc bằng sản phẩm thực tế. Xây dựng qui trình công nghệ được xem như là mạch xương sống của quá trình chế tạo. Vì nó qui định một trình tự hiệu quả nhất để chế tạo sản phẩm, người lập qui trình công nghệ phải nhận thức được những khía cạnh khác nhau và những ràng buộc của hệ thống chế tạo.
Đầu ra của quá trình xây dựng qui trình công nghệ là sơ đồ sản xuất hay sơ đồ công nghệ (phiếu công nghệ), phiếu dụng cụ, phiếu nguyên vật liệu và chương trình gia công trên máy. Các đòi hỏi đặc biệt khác nhau như thiết kế bàn kẹp và đồ gá cũng được xây dựng. Quá trình xây dựng qui trình công nghệ đối với chế tạo chi tiết cơ khí cũng tương tự như quá trình tổng hợp đối với quá trình thiết kế, nó liên quan tới kinh nghiệm và những tích chất mang tính định tính của con người. Điều này trở ngại cho việc máy tính hóa công việc.
Tuy nhiên, việc xây dựng qui trình công nghệ có sự hỗ trợ của máy tính đã đạt được những bước tiến bộ đáng kể. GVHD: ThS NGUYỄN MẠNH HÙNG 17 SVTH: TRẦN MINH ĐỨC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP __________ CHUYÊN NGÀNH : CNKT CƠ KHÍ Ô TÔ Khi quá trình xây dựng qui trình công nghệ hoàn chỉnh việc sản xuất thực tế sản phẩm được triển khai. Các chi tiết chế tạo phải qua khâu kiểm tra và đạt được các yêu cầu của quá trình kiểm tra, quá trình kiểm soát chất lượng chuẩn. Những chi tiết đạt yêu cầu sẽ được lắp ráp lại, đóng gói, dán nhãn và cuối cùng là chuyển tới khách hàng, các thông tin của thị trường làm tăng sức cạnh tranh của sản phẩm được tổ hợp vào trong quá trình thiết kế.
Như vậy cùng với dòng thông tin phản hồi của thị trường, kết quả của chúng ta có một chu kỳ sản phẩm khép kín. Trong quá trình thiết kế và chế tạo trong một chu kỳ sản phẩm, CAD/CAE đóng một vai trò quan trọng, vì vậy cần phải xác định các công cụ cần thiết để thực hiện tốt trong giai đoạn thiết kế. Các bước thiết kế Công cụ cần thiết Các kỹ thuật lập mô hình hình học, Thiết kế sơ bộ các trợ giúp đồ hoạ, các thao tác đồ hoạ Lập mô hình thiết kế Hình động, lắp ghép, Và mô phỏng thiết kế các môdul lập mô hình đặc biệt Các môdul phân tích, mô phỏng động học Phân tích thiết kế các chương trình và môdul chuyên dùng Tối ưu hoá thiết kế Các ứng dụng chuyên dùng trong tối ưu cấu trúc Ghi kích thước, ghi dung sai Đánh giá thiết kế Lập phiếu vật tư Lập thông tin Lập bản vẽ chi tiết và chi tiết hoá các thông số và tư liệu thiết kế Tạo các ảnh mô hình Bảng 1.Quá trình thiết kế và các công cụ cần thiết Ứng dụng các hệ thống CAD/CAE vào quá trình thiết kế là cần thiết vì nó giúp cho nhà thiết kế chọn được công cụ, qui trình thiết kế thích hợp để thiết kế ra các sản phẩm cơ khí vì mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thời gian đưa sản phẩm ra thị trường. Bên cạnh đó, người thiết kế cần phải có sự trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống CAD/CAE để có thể thực hiện việc thiết kế trên phần mềm thích hợp trong từng giai đoạn thiết kế.
Việc thực hiện phân tích trên máy tính sẽ giảm mẫu thí nghiệm và tối ưu hoá mô hình. Ngoài ra, việc mô phỏng trên máy tính cũng hỗ trợ rất nhiều trong quá trình thiết kế và quảng cáo. GVHD: ThS NGUYỄN MẠNH HÙNG 18 SVTH: TRẦN MINH ĐỨC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP __________ CHUYÊN NGÀNH : CNKT CƠ KHÍ Ô TÔ Vì vậy, các vấn đề cần thiết phải nghiên cứu: Nghiên cứu quá trình thiết kế máy với sự ứng dụng các hệ thống CAD/CAE, trao đổi dữ liệu và quản lý dữ liệu. Sử dụng và nghiên cứu các hệ thống CAD/CAE.
Áp dụng CAD/CAE trong thiết kế máy. Vai trò của các hệ thống CAD/CAE trong quá trình thiết kế 2. Computer Aid Design – CAD Sử dụng hệ thống máy tính cùng với phần mềm thích hợp để trợ giúp việc thiết lập, sửa đổi, phân tích và tối ưu hóa của việc thiết kế. Một vài chương trình máy tính thể hiện việc đồ họa và một chương trình ứng dụng chức năng kỹ thuật dễ dàng trong quá trình thiết kế có thể phân loại như là một phần mềm CAD.
Hầu hết nhiệm vụ cơ bản của CAD là xác định hình học của thiết kế –một chi tiết cơ khí, một sản phẩm lắp ráp, một cấu trúc xây dựng, một mạch điện. Lợi ích to lớn của hệ thống CAD là chúng ta có thể tiết kiệm được thời gian và giảm sai sót.Computer Aid Enginceering –CAE Kỹ thuật CAE bao gồm hệ thống máy tính cùng với phần mềm thích hợp có chức năng phân tích sản phẩm được tạo ra từ CAD, cho phép người thiết kế mô phỏng và nghiên cứu những ứng xử của sản phẩm. Vì vậy, việc thiết kế có thể tinh lọc và tối ưu. Những công cụ của CAE thì hữu ích cho những loại phân tích khác nhau.
Chương trình phân tích động học có thể sử dụng để xác định hướng chuyển động và những liên kết trong cơ khí. Chương trình phân tích động lực học có thể sử dụng để xác định tải trọng và chuyển vị của những lắp ráp phức tạp.