CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HV: Ñinh Ñöùc Thaéng 4 Luaän vaên thaïc só GVHD: PGS. TS Đặng Văn Nghìn 1.1 Giới thiệu: Trên thế giới, cuộc cách mạng về máy tính điện tử đã có tác động lớn vào nền sản xuất công nghiệp. Đặc biệt, trong ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu hiện đại, công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi, để nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang sản xuất công nghệ cao, trong đó, các giai đoạn thiết kế và chế tạo khuôn mẫu từng bước được tự động hoá nhờ sử dụng các phần mềm CAD/CAM. Các nước có nền công nghiệp tiên tiến như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, … đã hình thành mô hình liên kết tổ hợp, để sản xuất khuôn mẫu chất lượng cao, cho từng lĩnh vực công nghệ khác nhau: Chuyên thiết kế chế tạo khuôn nhựa, khuôn dập nguội, khuôn dập nóng, khuôn đúc áp lực, khuôn ép chảy, khuôn dập tự động, … Chuyên thiết kế chế tạo các cụm chi tiết tiêu chuẩn, phục vụ chế tạo khuôn mẫu như: các bộ đế khuôn tiêu chuẩn, các khối khuôn tiêu chuẩn, trụ dẫn hướng, lò xo, cao su ép nhăn, các loại cơ cấu cấp phôi tự động, … Chuyên thực hiện các dịch vụ nhiệt luyện cho các công ty chế tạo khuôn; Chuyên cung cấp các loại dụng cụ cắt gọt để gia công khuôn mẫu; Chuyên cung cấp các phần mềm chuyên dụng CAM/CAD/CAE, … Chuyên thực hiện các dịch vụ đo lường, kiểm tra chất lượng khuôn, … Những mô hình trên chính là mô hình liên kết mở, giúp các doanh nghiệp có điều kiện đầu tư chuyên sâu vào từng lĩnh vực với việc ứng dụng CNC, theo hướng tự động hoá quá trình sản xuất, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và phát huy tối đa năng lực thiết bị.
Tại Việt Nam, do hạn chế về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp hiện mới chỉ đáp ứng được một phần sản xuất khuôn mẫu phục vụ cho chế tạo các sản phẩm cơ khí tiêu dùng và một phần cho các công ty liên doanh nước ngoài với chi phí sản xuất khá cao. Ứng dụng mô-đun hoá trong việc thiết kế khuôn ép kênh dẫn nhựa nóng nhằm hướng đến việc phát triển một phương pháp để kiểm soát chi phí và thời gian trong thiết kế và chế tạo khuôn mẫu. HV: Ñinh Ñöùc Thaéng 5 Luaän vaên thaïc só GVHD: PGS. TS Đặng Văn Nghìn 1.2 Tổng quan về mô-đun: 1.1 Khái niệm về mô-đun: Dựa trên quan điểm về sản phẩm: Một thành phần hoặc nhóm thành phần có thể tháo rời từ sản phẩm như một đơn vị không phá hủy, nó đưa ra một chức năng cơ bản, duy nhất cần thiết cho sản phẩm để vận hành như mong muốn [3].2 Đặc điểm về mô-đun: Mô-đun có các đặc điểm sau: - Kết hợp với các hệ thống phụ, tạo thành sản phẩm, hệ thống sản xuất; … - Tương tác chức năng xảy ra nhiều hơn giữa các mô-đun; - Có một hay nhiều chức năng xác định, được tách riêng biệt từ hệ thống và là một hỗn hợp các thành phần của mô-đun; - Độc lập, khép kín, có thể được kết hợp và định hình với các mô-đun khác để có được chức năng toàn diện.3 Hệ thống và thiết kế mô-đun: Hệ thống mô-đun là hệ thống mà bề mặt chung được xác định và chỉ tham gia với một vài hệ thống khác.
Thiết kế mô-đun có thể nhóm các thành phần thành mô-đun, dễ dàng tháo rời để tái sử dụng hoặc chế tạo bằng vật liệu tương ứng.4 Mô-đun hoá: 1.1 Ba yếu tố cơ bản để mô-đun hóa: - Tính độc lập của các thành phần mô-đun với các thành phần bên ngoài; - Các thành phần giống nhau trong một mô-đun liên quan đến chu kỳ sống của chúng; - Không giống các thành phần bên ngoài.2 Sử dụng các mô-đun có cấu trúc độc lập để tạo ra kiến trúc sản phẩm. HV: Ñinh Ñöùc Thaéng 6 Luaän vaên thaïc só GVHD: PGS. TS Đặng Văn Nghìn 1.3 Mô-đun hoá xuất phát từ việc phân tách một sản phẩm thành những cụm lắp ghép và thành phần. Sự phân tách để thuận tiện cho tiêu chuẩn hóa các thành phần, tăng tính đa dạng sản phẩm.4 Mức độ kiến trúc sản phẩm gồm các mô-đun có tuơng tác nhỏ nhất giữa chúng.
Dựa vào đặc điểm của kiến trúc sản phẩm, cấu trúc mô-đun là một trong mỗi phần tử chức năng của sản phẩm được thực hiện bởi đúng mỗi cụm lắp ghép, hay tương tác giữa các cụm này không đáng kể. Cấu trúc mô-đun cho phép một cụm lắp ghép được thay đổi thiết kế mà không ảnh hưởng đến các cụm khác.5 Các loại mô-đun hoá: Mô-đun hóa có thể được ứng dụng trong lĩnh vực thiết kế sản phẩm, bài toán thiết kế, hệ thống sản xuất, hoặc cả ba loại. Tại cùng một thời gian, thiết kế mô-đun thích hợp hơn trong ba loại; điều này có thể được thực hiện bởi việc sử dụng quy trình thiết kế mô-đun để thiết kế sản phẩm mô-đun và sản xuất chúng nhờ hệ thống sản xuất mô-đun hay quy trình chế tạo mô-đun.1 Mô-đun hoá trong sản phẩm: Sản phẩm mô-đun là sản phẩm thực hiện các chức năng toàn diện khác nhau thông qua việc kết hợp các khối cấu trúc hay mô-đun riêng biệt [4], có nghĩa là chức năng toàn diện do sản phẩm quy định, có thể chia thành nhiều chức năng phụ, được các mô-đun hoặc thành phần khác nhau thực hiện. Điểm quan trọng của sản phẩm mô- đun là việc tạo ra một đơn vị hạt nhân cơ sở, mà các thành phần hay mô-đun khác nhau có thể được trang bị, cho phép sản xuất một loạt phiên bản của cùng mô-đun, dễ thích ứng và dễ thay đổi.2 Mô-đun hoá trong bài toán thiết kế: Hầu hết các bài toán thiết kế có thể phân tích thành tập hợp các bài toán con đơn giản hơn để dễ quản lý.
Đôi khi bài toán phức tạp được quy về bài toán con dễ hơn, mà mỗi thay đổi nhỏ trong cách giải bài toán con này có thể dẫn đến sự thay đổi cách giải bài toán con khác. Điều này có nghĩa là việc phân tích đã dẫn đến sự phụ thuộc chức năng giữa các bài toán con với nhau. Mô-đun hóa tập trung vào việc phân tích một bài toán tổng quát thành các bài toán con có chức năng độc lập, trong đó, tương tác hay phụ thuộc lẫn nhau giữa các bài toán con là nhỏ nhất.6 Đặc điểm của hệ thống mô-đun: 1.1 Loại mô-đun: HV: Ñinh Ñöùc Thaéng 7 Luaän vaên thaïc só GVHD: PGS. TS Đặng Văn Nghìn Hệ thống mô-đun được xây dựng từ những mô-đun hoặc đơn vị độc lập.
Có hai lọai mô-đun chính: mô-đun chức năng và mô-đun chế tạo [4]. Mô-đun chức năng được thiết kế để thực hiện các chức năng kỹ thuật độc lập hay kết hợp với các mô-đun khác. Việc phân loại mô-đun này dựa trên những kiểu chức năng khác nhau, xuất hiện lại trong hệ thống mô-đun, được kết hợp như những chức năng phụ để thực hiện một chức năng toàn diện khác. Những chức năng này bao gồm: cơ bản, phụ, đặc biệt, thích nghi, và những chức năng riêng dành cho khách hàng [5].
Mô-đun chế tạo được thiết kế với lý do chế tạo riêng và có chức năng độc lập (xem Phụ lục, hình 1.2 Đại diện mô-đun hoá sản phẩm: Mô-đun hóa sản phẩm có thể biểu thị dựa trên kiểu kết hợp giữa các mô-đun. Sự kết hợp giữa các mô-đun được phân tích nhờ vào tương tác với các mô-đun khác trong một sản phẩm. Có thể phân thành bốn loại mô-đun hóa [6]. a) Mô-đun hoá thành phần thay thế: Những biến thể của sản phẩm khác nhau thuộc cùng họ sản phẩm được tạo nên bởi sự kết hợp hai hay nhiều loại có khả năng thay thế của các thành phần giống nhau phần cơ bản.2, minh họa về mô-đun hóa thành phần thay thế, trong đó có hai thành phần có khả năng thay thế cho nhau (khối dạng chữ nhật và khối dạng tam giác nhỏ) được kết hợp với cùng một thành phần (khối lớn), tạo nên biến thể của sản phẩm thuộc cùng họ.
Mô-đun hóa thành phần thay thế trong công nghiệp máy tính được minh họa bằng cách làm tương thích các loại thành phần khác nhau như: CD-ROM, màn hình, và bàn phím trên cùng một bảng mạch. Điều này cho phép máy tính có các kiểu khác nhau. Khối lớn Khối dạng tròn (thành phần chung) (thành phần chung) Khối dạng tam giác Khối dạng tam giác Khối dạng chữ nhật Khối dạng chữ nhật Hình 1.2 Mô-đun hóa thành phần thay thế Hình 1.3 Mô-đun hóa thành phần góp chung b) Mô-đun hóa thành phần góp chung: HV: Ñinh Ñöùc Thaéng 8 Luaän vaên thaïc só GVHD: PGS. TS Đặng Văn Nghìn Trong loại này, các biến thể của sản phẩm khác nhau thuộc các họ sản phẩm khác nhau, được tạo nên bởi sự kết hợp các mô-đun có chung thành phần cơ bản.3, chỉ ra hai thành phần cơ bản khác nhau (khối dạng chữ nhật và khối dạng tam giác) góp chung một thành phần (khối dạng tròn).
c) Mô-đun hóa sản xuất thích hợp: Một hay nhiều thành phần chuẩn được dùng với một hay nhiều thành phần bổ sung có thể thay đổi được. Biến thể thường gắn liền với sự thay đổi kích thước vật lý.4, minh họa thành phần có chiều dài thay đổi được (khối dạng chữ nhật), có thể kết hợp với hai thành phần chuẩn (khối dạng tam giác) để tạo nên biến thể sản phẩm. Khối dạng tam giác Khối dạng chữ nhật Hình 1.4 Mô-đun hóa sản xuất thích hợp d) Mô-đun kênh lưu chuyển: Mô-đun hóa loại này xuất hiện khi một mô-đun có thể kết hợp với bất kỳ số và vị trí nào của thành phần cơ bản. Chẳng hạn, thiết bị nhập, xuất trong máy tính.7 Phát triển hệ thống mô-đun: Hệ thống mô-đun có thể được phát triển bằng việc phân tích một hệ thống thành những phần tử chức năng cơ bản, sắp xếp chúng thành các thành phần vật lý cơ bản, sau đó tích hợp các thành phần này vào một hệ thống mô-đun, có khả năng đạt được chức năng theo ý muốn.
Phương pháp này bao gồm hai nội dung chính: - Phân tích: Tìm tập hợp các bài toán con phù hợp nhất. - Tích hợp: Kết hợp các hệ thống con riêng lẻ vào một lời giải toàn diện.1 Sự phân tích: - Đơn giản hoá: Việc phân tích hệ thống lớn thành những hệ thống con sẽ làm giảm kích thước của bài toán cần giải, làm cho việc quản lý dễ dàng hơn; - Tốc độ: Giải đồng thời các bài toán con (bài giải tương đương) sẽ rút ngắn thời gian để giải bài toán tổng quát. Phương pháp phân tích có thể được phân loại theo lĩnh vực ứng dụng như: phân tích sản phẩm, phân tích vấn đề, phân tích quá trình. HV: Ñinh Ñöùc Thaéng 9 Luaän vaên thaïc só GVHD: PGS.
