Nội dung
Phần mềm CAD/CAM là gì?
Phần mềm CAD/CAM là phần mềm được sử dụng trên các nền tảng máy tính tích hợp quá trình thiết kế sản phẩm, lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các quá trình chế tạo.
Để hiểu được phần mềm CAD/CAM là gì được rõ ràng hơn. Bài viết do CMP TECH viết dưới đây sẽ chia nhỏ các khái niệm CAD/CAM.
CAD là gì?
Đối với dân kỹ thuật cơ khí, ngành công nghệ thông tin thì có lẽ đã quá rõ về thuật ngữ CAD này rồi, bởi nó chính là Computer Aided Design, được hiểu là nghiệp vụ thiết kế có sự kết hợp cũng như hỗ trợ từ máy tính để phác thảo, dựng mô hình 3D, sau đó có thể là lắp ráp. Khi đã hoàn thành thì các designer sẽ xuất bản vẽ. Trên thực tế thì trước kia, phương pháp truyền thống là các bạn sẽ phải vẽ bằng tay chứ không hề có sự can thiệp hay hỗ trợ từ máy tính.
Tuy nhiên khi thời đại công nghệ kỹ thuật cao lên ngôi nên những yêu cầu cũng như đòi hỏi cũng sẽ trở nên cao hơn và cần phải đầu tư nhiều công sức, kỹ xảo và đặc biệt là thời gian. Bên cạnh đó có nhiều chi tiết cũng phần nào phức tạp hơn. Chính nhờ vào điều này mà CAD càng trở nên phổ biến và được nhiều người sử dụng.
Có thể thuật ngữ này với bạn còn khá mới mẻ, nhưng để hiểu rõ về nó ngay từ bây giờ cũng không phải là muộn. Computer Aided Design – CAD được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực thiết kế và phát triển sản phẩm, có thể bằng mô hình 2D hoặc 3D tùy thuộc vào từng yêu cầu của tổ chức.
Một gói phần mềm CAD phải gồm 3 module chính
Vẽ phác thảo (Sketching) >> Dựng mô hình 3D (bao gồm cả 3D solid và 3D surface).
Assembly – Thực hiện việc lắp ráp sau khi mô hình đã được dựng. Bằng một trong hai hình thức sau: Lắp ráp các cụm nhỏ thành cụm chi tiết lớn hơn; lắp ráp các chi tiết đơn lẻ thành cụm chi tiết.
Drafting – Hoàn thành bản vẽ chế tạo và xuất bản vẽ kỹ thuật. Dựa trên các thông tin yêu cầu về kỹ thuật: mặt cắt, độ cứng, độ nhám bề mặt …
Ưu điểm của CAD
Dễ dàng tạo và thực hiện thao tác sửa lỗi khi cần mà không mất quá nhiều thời gian giống như phương pháp truyền thống, chỉ cần sửa một yếu tố có thể sẽ phải sửa lại toàn bộ.
Trực quan hơn khi quan sát, vì có nhiều cách để xem khác nhau và CAD cho phép mô phỏng 3D.
Thuận tiện việc lưu và có thể tái sử dụng các bản vẽ hơn so với phương thức truyền thống.
Độ chính xác được đảm bảo hơn, vì khi sử dụng máy tính để vẽ thì chắc chắn những bản vẻ sẽ được chính xác đến từng minimet hơn so với việc vẽ bằng tay.
Quản lý dễ dàng hơn, vì chỉ cần lưu lại trên hệ thống là có thể theo dõi dễ dàng. Tiết kiệm được cả thời gian phải trao đổi với các kỹ sư. Đồng thời dễ dàng hơn khá nhiều trong việc phân tích, mô phỏng mô hình 3D, kiểm tra.
Nhược điểm của CAD
Bên cạnh sự thuận tiện và dễ dàng như trên thì CAD vẫn tồn tại một vài nhược điểm:
Để hoàn thành cũng như triển khai được một dự án CAD sẽ cần đến rất nhiều thời gian, chi phí. Lớn hơn rất nhiều so với phương thức truyền thống.
Không chỉ vậy, mà thời gian và chi phí để đầu tư cho nguồn nhân lực dùng CAD cũng không hề nhỏ. Tuy nhiên với những chi phí như vậy được bỏ ra thì khi hoàn thành cũng sẽ thu về được những lợi ích tương đương. Dù chúng ta cũng biết “cái gì cũng có giá” của nó, nhưng đôi khi nhiều tổ chức không thể đầu tư được.
Trong quá trình duy trì và nâng cấp phần mềm CAD cần phải sử dụng đến khoản chi phí rất lớn.
Đối với việc sử dụng bản vẽ tay rồi mô phỏng, phác họa sang CAD cũng mất rất nhiều thời gian và đương nhiên cũng sẽ kéo theo cả chi phí.
CAM là gì?
CAM thuật ngữ viết tắt Computer-aided manufacturing dùng để chỉ những phần mềm dùng để sinh ra những đoạn mã (code) hợp lệ cho máy CNC và được máy CNC cắt theo một hình dạng đã được thiết kế trước bởi hệ thống (CAD)
Đôi khi, phần mềm CAM tích hợp chung với hệ thống CAD, nhưng không phải luôn như vậy, mỗi phần mềm CAM phải giải quyết vấn đề đầu tiên là trao đổi dữ liệu với CAD. Thường CAD xuất dữ liệu ra một trong những kiểu định dạng chung, như là IGES hoặc STL và không cần thiết phải hiệu chỉnh chúng.
Định dạng mà phần mềm CAM xuất ra thường là tập tin dạng văn bản G-code và được chương trình Direct Numerical Control (DNC) chuyển đến máy công cụ.
Như vậy CAM là công nghệ liên quan với việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các quá trình chế tạo.
Một trong những lĩnh vực hoàn thiện nhất của CAM là điều khiển chương trình số (Numerical Control – NC). Đây là kỹ thuật sử dụng các chỉ dẫn đã được lập trình để điều khiển các máy công cụ như máy mài, máy tiện, máy phay, máy dập… Máy tính có thể sản sinh ra một lượng đáng kể các chỉ dẫn NC dựa trên các dữ liệu hình học từ cơ sở dữ liệu CAD cộng với những thông tin bổ sung được cung cấp bởi người vận hành.
Một chức năng quan trọng khác của CAM là lập trình robot. Các robot này có thể vận hành trong một tế bào gia công, chọn và định vị dao và chi tiết gia công cho các máy NC. Những robot này cũng có thể thực hiện các nhiệm vụ đơn lẻ như hàn, lắp ráp hoặc vận chuyển thiết bị hoặc chi tiết trong phân xưởng.
Lập quy trình chế tạo cũng là một mục đích của CAM. Quy trình chế tạo bao gồm các nguyên công chi tiết của các bước sản xuất từ ban đầu đến kết thúc, từ máy này đến máy khác trong phân xưởng.
Mặc dù việc lập quy trình chế tạo hoàn toàn tự động là điều gần như không thể nhưng quy trình công nghệ chế tạo cho một chi tiết có thể được tạo ra nếu tồn tại một quy trình chế tạo của một chi tiết tương tự. Cho mục đích này, công nghệ nhóm đã được phát triển để tổ chức các chi tiết tương tự nhau thành một họ. Các chi tiết được phân thành cùng một họ nếu chúng có những đối tượng gia công giống nhau như các rãnh, các túi rỗng, các mép vát, các lỗ,… Vì thế để dò tự động sự giống nhau giữa các chi tiết, cơ sở dữ liệu CAD phải chứa các thông tin về những đối tượng như thế. Nhiệm vụ này được thực hiện nhờ công nghệ nhận dạng đối tượng.
Thêm vào đó, máy tính có thể được sử dụng để xác định khi nào đặt hàng nguyên liệu và mua sắm chi tiết và số lượng hàng hóa cần phải đặt để đáp ứng kế hoạch sản xuất.
Các công cụ CAM cần có để hỗ trợ cho quá trình sản xuất tùy thuộc vào pha sản xuất, cụ thể như sau:
* Đối với pha lập quy trình sản xuất, các công cụ CAM sau đây cần phải có: kỹ thuật lập quy trình chế tạo, phân tích chi phí, các đặc điểm kỹ thuật của công cụ và vật liệu.
* Pha lập trình gia công chi tiết cần có công cụ lập trình NC.
* Pha kiểm tra cần phần mềm kiểm tra.
* Pha lắp ráp cần công cụ về lập trình và mô phỏng robot.
Như vậy phần mềm CAD/CAM là phần mềm được sử dụng trên các nền tảng máy tính tích hợp quá trình thiết kế sản phẩm, lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các quá trình chế tạo.
Quy trình chế tạo sản phẩm từ thiết kế CAD->CAM->CNC
Phần mềm CAD/CAM nào cho kỹ sư cơ khí?
Trên thế giới hiện có rất nhiều phần mềm CAM đơn lẻ hoặc dạng tích hợp CAD/CAM. Giá thành của các gói phần mềm này cũng khác biệt nhiều tùy thuộc tính năng của chúng. Các phần mềm CAM, CAD/CAM phổ biến ở Việt Nam hiện nay là MasterCAM, DelCAM,SolidCAM, Pro/Engineer, Catia, NX Siemens, Cimatron, Inventor…
Trong thiết kế cơ khí thì có 3 phần mềm chính đáng học đó là: NX Siemens, Catia, Pro-Engineer hay Creo. Dân thiết kế chuyên môn gọi là “Tam đại CAD CAM”
Đây là 3 phần mềm CAD/CAM/CAE cao cấp nhất mà các tập đoàn thiết kế chế tạo lớn dùng. Nếu học để có thể dễ làm việc và dễ kiếm việc ở nước ngoài hoặc vào các công ty ngoại quốc.
Pro-Engineer là phần mềm CAD đầu tiên đưa ra lý luận Parametric và phương pháp dựng hình dựa trên cơ sở ” khắc hình ” nên rất mạnh về Solid, CATIA và NX là 2 phần mềm thuộc về trường phái “Dán hình” nên rất mạnh về Surface để dựng mặt cong tự do trong thiết kế. Do đó trong lĩnh vực thiết kế xe hơi và máy bay, Catia và NX được dùng nhiều hơn Pro-Engineer.
Ngoài 3 phần mềm trên thì có các phần mềm hạng trung để thiết kế là: Solid Works, SolidEdge, Inventor…
Cũng nên biết là trong CAD có 3 trường phái tượng trưng cho kỹ thuật dựng hình 3 chiều, đó là:
* Pro-E, SolidWorks, SolidEdge với trường phái “Khắc hình”, tức dựng hình theo nguyên tắc tạo một khối Solid, rồi theo đó khắc, cắt, dán boss v.v.. giống như điêu khắc trên gỗ với phần mềm Jdpaint- ArtCam rất nổi tiếng.
* NX, Catia, Rhinoceros , Space-E với trường phái “Dán hình”,từ chuyên môn gọi là thủ pháp LampShade. Tức là giống như công việc dán lồng đèn , tạo hình từ những mặt cong phức tạp trên cơ sở những đường cong biên 3 chiều. Sau đó mới dùng từ mặt phức hợp Surface để tạo khối Solid. Đây là lý do vì sao trong ngành công nghiệp xe hơi người ta dùng nhiều Catia và NX.
* Latticer Designer, ThinkDesign với trường phái “Nắn hình” ( giống như công việc của những người làm đồ gốm , với các thao tác làm việc nắn, kéo giãn, tạo hình với đất sét vậy). Đây là kỹ thuật dựng hình CAD 3D dùng trong ngành mỹ thuật công nghiệp là một kỹ thuật dựng hình sẽ rất mạnh trong tương lai.
Ngoài ra , nếu không có khả năng tiếp cận các phần mềm lớn ở trên thì có thể học AutoCAD. Đây là phần mềm rẻ tiền, được nhiều người sử dụng. Nhưng các tính năng về thiết kế thì không bằng các phần mềm cao cấp. Theo tôi thì ở mức độ thiết kế và làm việc ở Việt Nam thì không cần đến “Tam Đại CAD CAM”, cỡ AutoCAD hay cao hơn một chút như SolidWorks là có thể làm việc được rồi . Tuy nhiên, muốn nhìn đến tương lai xa hơn một chút thì nên học “Tam đại CAD CAM”. Ở Việt nam CATIA được dùng trong HONDA và Toyota, Ford. NX được dùng trong ISUZU, NISSAN, CITIZEN Machinary, NISSAN, Mazda.
Trong thời gian còn là sinh viên thì nên cố gắng học nhiều về kỹ thuật thiết kế.Thực ra CAD chỉ có ý nghĩa hỗ trợ trong thiết kế. Phải luyện tập nhiều về ý tưởng thiết kế. Cùng một sản phẩm nhưng có thể dùng nhiều cách để thiết kế và tìm ra cách tối ưu, dễ gia công nhất.
Sự khác nhau giữa “Tam đại CAD CAM ” và các phần mềm hạng trung đó chính là sự hỗ trợ thiết kế theo quy cách chuẩn chứ không chỉ thuần dựng hình và quản lý dữ liệu.
Kết luận
Việc lựa chọn phần mềm CAD/CAM nào để học, nghiên cứu và làm việc phụ thuộc rất nhiều vào các đơn vị sử dụng phần mềm bản quyền riêng. Việc siết chặt bản quyền phần mềm đang được các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng được thực hiện kiểm tra thường xuyên nhằm đảm bảo quyền lợi cho các doanh nghiệp chân chính.
Khi thiết kế gia công chế tạo sản phẩm ra thị trường, các doanh nghiệp lựa chọn phần mềm CAD/CAM phù hợp với đặc thù sản phẩm, quy mô sản xuất.