MỤC LỤC ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN Thiết kế sản phẩm dạng mô đun

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy      

1- TÊN ĐỀ TÀI:      THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

2-  NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

• Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp mô đun hóa
• Xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun

Ứng dụng phương pháp thiết kế để thiết kế một sản phẩm công nghiệp

TÓM TẮT

Trước đây, khi nền kinh tế thị trường chưa thay đổi nhanh chóng và nhu cầu của khách hàng về sản phẩm với số lượng ít và chưa đòi hỏi chất lượng cao nên các công ty không phải chịu nhiều áp lực trong công việc thiết kế sản phẩm đáp ứng nhu cầu thị trường. Vì vậy, các công ty thường sử dụng phương pháp thiết kế truyền thống để thiết kế sản phẩm và sản phẩm của họ vẫn có khả năng đáp ứng được nhu cầu của thị trường.

Nhưng khi nền kinh tế thị trường thay đổi và có sự cạnh tranh cao, nhu cầu của khách hàng cũng đã khác so với trước, tức là khách hàng muốn sản phẩm phải đa dạng về chủng loại, kiểu dáng, chất lượng và thường xuyên có những sản phẩm mới được giới thiệu ra thị trường. Đây là thách thức không nhỏ cho các công ty để có thể  tạo ra những sản phẩm nhằm thỏa mãn nhu cầu khách hàng. Bởi vậy, các công ty cần phải nghiên cứu và phát triển những phương pháp thiết kế sản phẩm mới để thay thế các phương pháp thiết kế truyền thống thì mới có khả năng đáp ứng được sự thay đổi của thị trường. Cùng với việc nghiên cứu của các công ty thì cũng có nhiều nhà khoa học trên thế giới cùng tham gia nghiên cứu. Theo như những tài liệu mà tác giả thu thập và nghiên cứu, thiết kế sản phẩm theo mô đun là phương pháp thiết kế hữu ích để khắc phục nhược điểm của phương pháp thiết kế truyền thống. Vì vậy, tác giả quyết định chọn đề tài “Thiết kế sản phẩm theo mô đun” để nghiên cứu.

Sau một thời gian nghiên cứu, luận văn đã đạt được kết quả như sau:

1)     Xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun.

2)     Ứng dụng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun để thiết kế một sản phẩm điển hình.

ABSTRACT

In the time before , the economy  didn’t change so fastly , demanding  of many products is without much quality and quantity , so companies didn’t be in much pressure in product design for market demanding. Therefore , many companies usually used traditional methods for designing products and their products would be able to adapt the demanding of the market.

when the economy has changed with high competition , demanding of customers would change . People want their products  have to be in many kinds , appearances , and quality. They also want there are many brand – new products in the matket. This is really not a challenge for companies to satisfy the custmer’s demanding. If those companies don’t research and develop new product-designed methods , they won’t have the ability to adapt  the market’s changing . With the research of companies , there are also many scientists in the world attends. From many collected and studied documentaries , product design for modularity is useful to overcome many disavantages of this traditional methods. So that , the author made a decision for studying : “Product design for modularity”.

For a long time,  this graduation treatise has reached many results :

1)     Building  product design for modularity process.

2)     Apply  represented product design  with product design for modularity process.

MỤC LỤC                                                                                                 Trang

Nhiệm vụ luận văn                                                                                                           3

Lời cảm ơn                                                                                                                        4

Tóm tắt nội dung luận văn                                                                                              5

Mục lục                                                                                                                              7

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

1.1. Khái niệm về thiết kế sản phẩm theo mô đun                                                     10

1.2. Những lợi ích của thiết kế sản phẩm theo mô đun                                             11

1.3. Lịch sử phát triển của thiết kế sản phẩm theo mô đun                                      14

1.4. Tính cấp thiết của đề tài                                                                                         16

1.5. Mục đích và nội dung của đề tài                                                                           16

1.5.1. Mục đích của đề tài                                                                                       16

1.5.2. Nội dung của đề tài                                                                                       17

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP

THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN

2.1. Khái niệm chung                                                                                                     18

2.2 Các dạng mô đun hóa                                                                                              18

2.2.1. Mô đun hóa trong sản phẩm                                                                        18

2.2.2. Mô đun hóa trong thiết kế                                                                            19

2.2.3. Mô đun hóa trong hệ thống sản xuất                                                          19

2.3. Các đặc tính hệ thống theo mô đun                                                                      20

2.3.1. Các loại mô đun dùng trong hệ thống                                                         20

2.3.2. Trình bày cấu trúc sản phẩm trong hệ thống                                             21

2.4. Triển khai những hệ thống theo mô đun                                                              23

2.4.1. Những phương pháp phân tích                                                                    24

2.4.2. Phương pháp phân loại                                                                                 29

Chương 3

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP MÔ ĐUN HÓA

3.1. Mục đích                                                                                                                   35

3.2. Các phương pháp mô đun hóa                                                                               35

3.2.1. Thiết kế sản phẩm Fractal (FPD)                                                                36

3.2.2. Ma trận cấu trúc thiết kế (DSM)                                                                 36

3.2.3. Phát triển sản phẩm theo mô đun (MPD)                                                  36

3.3. Lựa chọn phương pháp mô đun hóa                                                                     38

Chương 4

XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

4.1. Phân tích nhiệm vụ thiết kế                                                                                   40

4.1.1. Thành lập nhóm thiết kế                                                                               40

4.1.2. Phát biểu bài toán thiết kế                                                                            42

4.2. Lập kế hoạch thực hiện                                                                                          42

4.3. Xác định các yêu cầu kỹ thuật                                                                              46

4.3.1. Xác định nhu cầu khách hàng                                                                     46

4.3.2. Xác định yêu cầu kỹ thuật                                                                           47

4.4. Đưa ra ý tưởng cho bài toán thiết kế                                                                    61

4.4.1. Kỹ thuật phân tích chức năng                                                                      61

4.4.2. Kỹ thuật đưa ra ý tưởng từ chức năng                                                         63

4.5. Đánh giá ý tưởng, lựa chọn phương án thiết kế                                                  64

4.5.1. Đánh giá ý tưởng dựa trên ma trận quyết định                                          64

4.5.2. Lựa chọn ý tưởng tốt nhất để triển khai                                                     66

4.6. Xác định các đặc tính hệ thống (SLS)                                                                  66

4.7. Xác định hệ số tầm quan trọng của yêu cầu chức năng chung (GFR)            72

4.8. Xác định ảnh hưởng của SLS & GFR                                                                  72

4.9. Thiết lập ma trận đồng dạng                                                                                  74

4.10. Hình thành các mô đun                                                                                        83

4.11. Thiết kế các mô đun                                                                                             92

4.11.1. Thiết kế hình dạng cho mô đun                                                                 92

4.11.2. Thiết lập các bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp                                              93

4.12. Đánh giá các mô đun                                                                                            93

4.12.1. Đánh giá về khả năng thực hiện chức năng                                             93

4.12.2. Đánh giá chi phí                                                                                          94

4.12.4. Đánh giá kỹ thuật                                                                                        94

4.13. Hoàn chỉnh thiết kế sản phẩm                                                                             94

Chương 5

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ

THEO MÔ ĐUN ĐỂ THIẾT KẾ SẢN PHẨM

5.1. Giới thiệu                                                                                                                  95

5.2. Ứng dụng thiết kế hộp giảm tốc dựa theo quy trình TKSP theo mô đun         96

5.2.1. Phát biểu bài toán thiết kế                                                                            96

5.2.2. Lập kế hoạch thực hiện                                                                                96

5.2.3. Đưa ra ý tưởng bài toán thiết kế                                                                  98

5.2.4. Đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế                                              100

5.2.5. Xác định đặc tính hệ thống (SLS)                                                              103

5.2.6. Xác định hệ số tầm quan trọng của GFR                                                  107

5.2.7. Xác định ảnh hưởng của SLS & GFR                                                       107

5.2.8. Thiết lập ma trận đồng dạng                                                                       108

5.2.9. Hình thành các mô đun                                                                                110

5.2.10. Thiết kế các mô đun                                                                                   112

5.2.11. Đánh giá các mô đun                                                                                 139

5.2.12. Hoàn chỉnh thiết kế sản phẩm                                                                  140

KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Phụ lục                                                                                                                             147

Tài liệu tham khảo                                                                                                         182

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

1.1.    KHÁI NIỆM VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

Thiết kế sản phẩm theo mô đun là một phương pháp thiết kế mới nhằm khắc phục nhược điểm của phương pháp thiết kế truyền thống. Đối với phương pháp thiết kế truyền thống, khi chúng ta thay đổi hay cải tiến sản phẩm hiện có thì phải thiết kế lại toàn bộ, việc này tốn rất nhiều thời gian và chi phí phát triển sản phẩm. Ngoài ra, chất lượng và giá thành sản phẩm cũng là một trở ngại đối với phương pháp này. Vì vậy, phương pháp này ứng dụng tốt trong quá trình thiết kế sản phẩm đơn giản. Với phương pháp thiết kế mới, chúng ta không phải thiết kế và chế tạo trực tiếp sản phẩm nữa mà nó sẽ được phân chia thành các cụm chi tiết hay mô đun. Các mô đun này độc lập với nhau về mặt chức năng nên chúng có thể được thiết kế và chế tạo độc lập ở nhiều nơi với điều kiện là sản xuất đúng theo tiêu chuẩn. Ngoài ra, các mô đun cũng được kiểm tra độc lập với nhau nên khi lắp ráp lại với nhau sẽ hình thành một sản phẩm chất lượng. Khi chúng ta cần thay đổi hay cải tiến sản phẩm làm cho sản phẩm có tính năng ưu việt hơn sản phẩm cũ thì ta chỉ cần thêm vào, thay thế hay hiệu chỉnh một số mô đun sẽ hình thành một sản phẩm mới mà không phải thiết kế lại toàn bộ sản phẩm. 

Thí dụ: Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, máy tính cá nhân là một sản phẩm tiêu biểu được thiết kế theo mô đun. Máy tính gồm các bộ phận (mô đun) chính như màn hình, bàn phím, CPU, loa, chuột. Trong đó CPU được cấu tạo từ nhiều bộ phận khác như case, mainboard, bộ xử lý, ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, Ram. (hình 1.1)

Hình 1.1 Cấu tạo của máy tính cá nhân

Mỗi bộ phận của máy tính được thiết kế và chế tạo bởi nhiều nhà cung cấp khác nhau nhưng phải đảm bảo đúng tiêu chuẩn đã quy ước. Vì vậy, nó sẽ rất thuận lợi cho cả người thiết kế và người tiêu dùng trong việc cải tiến sản phẩm có tính năng ưu việt hơn. Cụ thể như đối với người thiết kế có thể thêm vào, bớt đi hay hiệu chỉnh một số các mô đun để có được một sản phẩm mới . Đối với người tiêu dùng, họ có thể nâng cấp máy vi tính, chẳng như đang sử dụng Ram 128M có thể thay thế Ram 256M với điều kiện phải đúng với yêu cầu kỹ thuật của nhà sản xuất khuyến cáo.

1.2.    NHỮNG LỢI ÍCH CỦA THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

1)     Thiết kế và phát triển sản phẩm

Thứ nhất, bằng cách vận dụng ý tưởng thiết kế theo mô đun trong thiết kế sản phẩm, công ty có thể giảm bớt số lượng các chi tiết cần thiết để thiết kế và nhóm phát triển sản phẩm có thể sử dụng lại hầu hết các chi tiết nền tảng giống nhau.

Thí dụ: Vào năm 1970 những hãng sản xuất xe hơi của Trung Quốc bắt đầu hợp tác với các công ty nước ngoài, trong đó có dự án chung với Volkswagen được đặt tên là Shanghai Volkswagen ở Shanghai. Theo đó, họ chế tạo một kiểu xe Volkwagen cũ-Santana và loại xe này được khách hàng ưa chuộng nên họ rất thành công trong việc bán chúng ra thị trường gần 20 năm mà không cần có những cải tiến mới. Nhưng khi thị trường thay đổi, nhu cầu khách hàng cũng thay đổi theo, đòi hỏi các công ty phải cho ra những kiểu xe mới trong một thời gian ngắn. Đó là thách thức không nhỏ đối với bất kỳ hãng sản xuất xe hơi nào trên thế giới trong đó có Shanghai Volkswagen. Khi chưa có ý tưởng thiết kế theo mô đun, việc phát triển sản phẩm mới tiêu tốn nhiều thời gian của công ty, họ phải thiết kế lại hầu hết các chi tiết trong sản phẩm mới. Khi ý tưởng thiết kế theo mô đun được ứng dụng trong nhóm thiết kế của họ, chỉ trong hai năm Volkswagen đã thành công trong việc giới thiệu 5 kiểu xe mới (Golf, Gol, Passat, Polo và Bore) cho thị trường Trung Quốc.

Thứ hai, thiết kế theo mô đun cho phép phân chia các nhiệm vụ thiết kế để phát triển đồng thời. Để thực hiện điều này, nhiệm vụ thiết kế chung đã được phân chia thành những nhiệm vụ nhỏ hơn. Đồng thời nhóm phát triển sản phẩm cũng được phân chia thành những nhóm nhỏ khác nhau để đáp ứng những nhiệm vụ nhỏ hơn khác nhau. Điều này có thể tiết kiệm nhiều thời gian phát triển sản phẩm.

2)     Thích ứng với sự thay đổi

Khi không có đủ hàng hóa, con người mong muốn có nhiều hàng hóa và giá rẻ. Nhưng một khi có đủ hàng hóa đáp ứng cho xã hội, con người lại mong muốn nhiều hơn thế. Điều này cho thấy nhu cầu của con người rất đa dạng và các công ty cần phải thiết kế sản phẩm với nhiều sự thay đổi mới có thể thỏa mãn được nhu cầu khách hàng, sản phẩm phải đa dạng về chủng loại, kiểu dáng, giá thành…Đó là một thách thức lớn với các công ty và để có thể đáp ứng các yêu cầu đó họ phải sử dụng phương pháp thiết kế sản phẩm theo mô đun.

3)     Thuận lợi cho việc chế tạo

Trong việc cố gắng đáp ứng tốt hơn nhu cầu đa dạng của khách hàng, nhiều công ty thấy cần phải tăng tính đa dạng của sản phẩm. Với quy trình thiết kế thông thường khi tính đa dạng sản phẩm tăng, công ty cảm thấy lợi nhuận thấp hơn vì các chi phí chế tạo trực tiếp cao hơn: nhiều thay đổi nghĩa là có nhiều bộ phận được chế tạo. Trong công đoạn chế tạo yêu cầu đầu tư nhiều về thiết bị, công nhân và mặt bằng lớn hơn. Trong khâu quản lý công ty phải thuê nhiều người quản lý, thực hiện các công việc: lập kế hoạch sản xuất, theo dõi các công đoạn chế tạo, phân phối sản phẩm với mức lương cao. Cuối cùng, tất cả những chi phí này sẽ làm tăng giá thành sản phẩm. Trong quy trình thiết kế theo mô đun, đầu tiên người thiết kế giới hạn số lượng các mô đun (cố gắng thiết kế những mô đun cần thiết loại bỏ sự dư thừa). Tiếp theo, người thiết kế định rõ vị trí phần giao tiếp giữa các mô đun. Phần giao tiếp là rất quan trọng để có thể lắp ráp các mô đun lại hình thành sản phẩm sau cùng chính xác. Thí dụ về hiệu quả của việc sử dụng phương pháp thiết kế theo mô đun trong thiết kế đồng hồ lắp bảng Nippondenso được miêu tả trong hình 1.2 và bảng 1 dưới đây.

Hình 1.2 Đồng hồ lắp bảng Nippondenso [10]

Theo hình 1.2 ở trên cấu tạo của đồng hồ lắp bảng Nippondenso gồm các bộ phận như hộp đựng, đầu nối, kim loại kép, bộ điều chỉnh điện áp, đế, trục. Bảng 1 sau đây sẽ thấy được hiệu quả của việc sử dụng phương pháp thiết kế theo mô đun dùng để thiết kế lại.

Bảng 1 Hiệu quả của phương pháp thiết kế theo mô đun

STT	Tên bộ phận	Số bộ phận trước sử dụng PPTK theo mô đun	Số bộ phận sau sử dụng PPTK theo mô đun
1	Hộp đựng	3	3
2	Đầu nối	13	4
3	Kim loại kép	8	4
4	Bộ điều chỉnh điện áp	20	3
5	Đế	2	1
6	Trục	2	2

Khi kết hợp 6 mô đun trên sẽ được 288 kiểu đồng hồ khác nhau. Nippondenso đã giảm số lượng bộ phận từ 48 thành 17. Thiết kế này đã giảm ít nhất được 2/3 chi phí, đủ để đánh bại hầu hết các đối thủ cạnh tranh.

4)     Nâng cao chất lượng, thuận lợi cho việc sửa chữa và bảo trì

Như đã trình bày ở trên nhu cầu của khách hàng rất đa dạng, khi không đủ hàng hóa, họ mong muốn có nhiều hàng hóa và giá rẻ. Nhưng khi có đủ hàng hóa họ lại muốn nhiều hơn thế trong đó có chất lượng. Với phương pháp thiết kế theo mô đun, vấn đề chất lượng sản phẩm không còn là vấn đề của các công ty nữa. Mỗi mô đun được chế tạo riêng biệt và đồng thời nó cũng được kiểm tra riêng biệt, nên vấn đề chất lượng sản phẩm cuối cùng được đảm bảo. Nếu sản phẩm có vấn đề , họ sẽ tháo rời ra và kiểm tra. Ngoài ra, nó cũng thuận tiện cho việc sửa chữa và bảo trì sản phẩm.

1.3.    LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THIẾT KẾ SẢN PHẨM THEO MÔ ĐUN

Trước đây, khi nền kinh tế thị trường chưa thay đổi nhanh chóng và nhu cầu của khách hàng về sản phẩm với số lượng ít và chưa đòi hỏi chất lượng cao nên các công ty không phải chịu nhiều áp lực trong công việc thiết kế sản phẩm đáp ứng nhu cầu thị trường. Vì vậy, các công ty thường sử dụng phương pháp thiết kế truyền thống để thiết kế sản phẩm và sản phẩm của họ vẫn có khả năng đáp ứng được nhu cầu của thị trường.

Nhưng khi nền kinh tế thị trường thay đổi và có sự cạnh tranh cao, nhu cầu của khách hàng cũng đã khác so với trước, tức là khách hàng muốn sản phẩm phải đa dạng về chủng loại, kiểu dáng, chất lượng và thường xuyên có những sản phẩm mới được giới thiệu ra thị trường. Đây là thách thức không nhỏ cho các công ty để có thể tạo ra những sản phẩm nhằm thỏa mãn nhu cầu khách hàng. Bởi vì, các công ty cần phải nghiên cứu và phát triển những phương pháp thiết kế sản phẩm mới để thay thế các phương pháp thiết kế truyền thống thì mới có khả năng đáp ứng được sự thay đổi của thị trường. Cùng với việc nghiên cứu của các công ty thì cũng có nhiều nhà khoa học trên thế giới cùng tham gia nghiên cứu .

Vào năm 1980, Aoki là một nhà nghiên cứu đầu tiên đưa ra ý tưởng mô đun ứng dụng trong quá trình thiết kế sản phẩm, ông nói một sản phẩm phức tạp được kết hợp từ nhiều chi tiết (bộ phận) hay còn gọi là mô đun. Các mô đun này được thiết kế theo tiêu chuẩn và kết hợp với nhau để hình thành một sản phẩm hoàn chỉnh. Khi cần phát triển một sản phẩm mới ta chỉ cần thay đổi, hiệu chỉnh hay thêm vào một số mô đun là có thể hình thành một sản phẩm mà không phải mất nhiều thời gian để thiết kế lại. Đây là một ý tưởng mới nên vào thời gian này không được quan tâm.

Những mãi đến năm 1988, ý tưởng mô đun bắt đầu có nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến và ứng dụng nó vào trong quá trình thiết kế. Sau đây là một số những quan điểm của các nhà nghiên cứu về sản phẩm theo mô đun và quá trình thiết kế sản phẩm dạng mô đun :

Sản phẩm theo mô đun là sản phẩm thực hiện chức năng khác nhau thông qua sự kết hợp của các mô đun (Pahl và Beitz, 1988). Lắp ghép những bộ phận theo mô đun trong một thiết kế có thể đưa ra một số lượng lớn các sản phẩm tiềm năng khác nhau trong một mô hình sản phẩm theo mô đun bằng sự kết hợp những mô đun riêng biệt có các đặc tính và chức năng riêng (Langlois và Robertson, 1992; Sanderson và Uzumeri,1990). Vì thế, thiết kế sản phẩm theo mô đun là một phương pháp quan trọng của chiến lược linh hoạt (Sanchez, 1993), ví dụ thiết kế sản phẩm linh hoạt cho phép một công ty đáp ứng sự thay đổi thị trường và công nghệ bằng cách tạo ra những loại sản phẩm khác nhau, nhanh chóng và rẻ xuất phát từ sự kết hợp của các bộ phận theo mô đun sẵn có khác nhau hay mới.

Sau khi đã hiểu rõ về tầm quan trọng của mô đun trong thiết kế sản phẩm, các nhà nghiên cứu tiến hành xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun. Sau đó, nó được ứng dụng vào thiết kế và phát triển sản phẩm đã mang lại thành công rất cao. Sản phẩm đầu tiên ứng dụng thành công phương pháp thiết kế sản phẩm mới này là máy tính cá nhân.

Qua mỗi giai đoạn lịch sử, phương pháp thiết kế sản phẩm theo mô đun đã được cải tiến và hoàn thiện nhằm mang lại hiệu quả cao. Từ đó, nó đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như cơ khí, xây dựng, điện, điện tử…cho đến ngày nay.

1.4.    TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, nước ta từng bước hội nhập với nền kinh tế toàn cầu, nhưng các sản phẩm sản xuất chỉ đáp ứng nhu cầu trong nước. Chúng ta chỉ dựa vào các phương pháp thiết kế truyền thống để sản xuất nên sản phẩm không đảm bảo về chất lượng, giá bán sản phẩm cao, không có sự đa dạng về chủng loại…Nhưng người tiêu dùng cũng phải chấp nhận và mua chúng mặc dù không thỏa mãn do họ không có nhiều lựa chọn.

Hiện nay nước ta bắt đầu gia nhập vào thị trường toàn cầu, các công ty nước ngoài ồ ạt vào Việt Nam. Đây là một thách thức không nhỏ cho các công ty trong nước để tồn tại và đứng vững trong việc bán các sản phẩm của mình do không còn được sự hỗ trợ từ nhà nước. Người tiêu dùng trong nước sẽ có nhiều lựa chọn trong việc mua hàng hóa. Nếu công ty sản xuất nào có sự đa dạng về sản phẩm, chất lượng sản phẩm cao, giá thành sản phẩm thấp và đặc biệt luôn có những sản phẩm mới hay các sản phẩm cũ được cải tiến sẽ nắm thế chủ động.

Như đã nói ở trên, nhiều thập kỷ qua các công ty chúng ta dùng các phương pháp thiết kế sản phẩm truyền thống nên gặp rất nhiều khó khăn. Bởi khi thiết kế một sản phẩm mới họ phải thiết kế lại từ đầu nên sẽ mất nhiều thời gian mới có thể đưa được sản phẩm ra thị trường, chi phí sản xuất cao và gây lãng phí, không thể cạnh tranh được với sản phẩm từ nước ngoài vào thị trường Việt Nam.

Vì vậy, tác giả quyết định chọn đề tài: “Thiết kế sản phẩm theo mô đun” để nghiên cứu.

1.5.    MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1. Mục đích của đề tài

• Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp mô đun hóa.
• Xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun.
• Ứng dụng phương pháp thiết kế để thiết kế một sản phẩm công nghiệp.

1.5.2. Nội dung của đề tài

• Tổng quan về thiết kế sản phẩm theo mô đun.
• Cơ sở lý thuyết của phương pháp thiết kế theo mô đun.
• Lựa chọn phương pháp mô đun hóa.
• Xây dựng quy trình thiết kế sản phẩm theo mô đun.
• Ứng dụng phương pháp thiết kế để thiết kế một sản phẩm công nghiệp.

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP

THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN

2.1. KHÁI NIỆM CHUNG

Thiết kế theo mô đun là phương pháp thiết kế thường dùng để phát triển những sản phẩm phức tạp khác nhau sử dụng các bộ phận giống nhau. Các bộ phận dùng trong một sản phẩm thiết kế theo mô đun có khả năng kết hợp với nhau hình thành một sản phẩm phức tạp. Thiết kế theo mô đun được xem như quá trình thiết kế các bộ phận thực hiện các chức năng riêng biệt, sau đó kết hợp các bộ phận này lại với nhau hình thành một sản phẩm đa chức năng. Thiết kế theo mô đun nhấn mạnh sự tối thiểu hóa mối liên hệ giữa các bộ phận trong một sản phẩm để các bộ phận này có thể được thiết kế và chế tạo độc lập. Mỗi bộ phận thiết kế theo mô đun có nhiệm vụ hỗ trợ một hay nhiều chức năng. Khi các bộ phận được lắp ráp lại với nhau thành một sản phẩm, chúng sẽ hỗ trợ chức năng chung. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc phân tích chức năng sản phẩm thành các chức năng con có thể đáp ứng bởi các mô đun chức năng khác nhau.

2.2. CÁC DẠNG MÔ ĐUN HÓA

Mô đun hóa có thể ứng dụng trong sản phẩm, thiết kế, các hệ thống sản xuất hay tất cả. Mô đun hóa thích hợp sử dụng trong thiết kế theo mô đun đồng thời trong cả ba lĩnh vực trên, điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một quy trình thiết kế theo mô đun thiết kế các sản phẩm và sử dụng một hệ thống sản xuất theo mô đun để chế tạo chúng.

2.2.1. Mô đun hóa trong sản phẩm

Các sản phẩm thiết kế theo mô đun là các sản phẩm thực hiện chức năng chung thông qua sự kết hợp giữa các mô đun. Chức năng chung của sản phẩm được chia nhỏ thành các chức năng con. Các chức năng con có thể thực hiện bởi các mô đun khác nhau. Một khía cạnh quan trọng của các sản phẩm thiết kế theo mô đun là tạo ra một bộ phận cơ bản để các bộ phận khác có thể lắp ráp vào.

Một thí dụ hay cho các sản phẩm thiết kế theo mô đun là máy tính cá nhân. Nó bao gồm nhiều bộ phận như ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, RAM, CPU, CD-ROM và nhiều mô đun khác. Nhiều mô đun có thể được hiệu chỉnh hoặc thay đổi hoặc không hiệu chỉnh với các mô đun khác. Chẳng hạn, một CPU có thể bán với sự kết hợp của các ổ cứng, RAM khác hay các lựa chọn khác. Thông qua lợi ích của các bộ phận dưới dạng mô đun như thế, một công ty có thể chọn từ nhiều bộ phận khác nhau và lắp ráp thành một sản phẩm có thể đáp ứng nhu cầu khách hàng.

2.2.2. Mô đun hóa trong thiết kế

Hầu hết những vấn đề thiết kế được phân chia thành các vấn đề đơn giản. Đôi khi những vấn đề phức tạp chia nhỏ thành những vấn đề con đơn giản hơn, ở đó sự thay đổi nhỏ trong cách giải quyết một vấn đề con có thể dẫn đến sự thay đổi cách giải quyết của các vấn đề con khác. Điều này cho thấy sự phân tích đưa đến các vấn đề con phụ thuộc lẫn nhau về mặt chức năng. Mô đun hóa tập trung phân tích vấn đề chung thành những vấn đề con độc lập về mặt chức năng. Theo đó, một sự thay đổi trong cách giải quyết một vấn đề không ảnh hưởng lên các vấn đề con khác.

 2.2.3. Mô đun hóa trong các hệ thống sản xuất

Mô đun hóa trong các hệ thống sản xuất nhằm xây dựng các hệ thống sản xuất các mô đun được tiêu chuẩn hóa. Để xây dựng một hệ thống sản xuất theo mô đun, máy móc sản xuất cần phải phân loại thành các nhóm chức năng từ đó xây dựng một hệ thống sản xuất theo mô đun nhằm đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau. Các yêu cầu sản xuất này gồm có gia công, lắp ráp, kiểm tra, phân phối…Nếu xây dựng hệ thống sản xuất theo mô đun có thể tiết kiệm thời gian sản xuất và mang lại hiệu quả cao.

Thí dụ: Trong sản xuất xe hơi, người ta xây dựng một hệ thống sản xuất theo mô đun để đáp ứng yêu cầu sản xuất và lắp ráp. Để xây dựng hệ thống này các máy móc dùng trong việc lắp ráp phải được bố trí hợp lý, tức là các công đoạn lắp ráp sẽ diễn ra liên tục nhằm hạn chế sự gián đoạn trong quá trình lắp ráp và đạt hiệu quả cao.

 

2.3. CÁC ĐẶC TÍNH HỆ THỐNG THEO MÔ ĐUN

2.3.1. Các loại mô đun dùng trong hệ thống

Những hệ thống sản xuất dạng mô đun thường xây dựng từ các mô đun. Hai loại mô đun chủ yếu là mô đun thiết kế và mô đun chế tạo. Các mô đun thiết kế để thực hiện các chức năng độc lập hay kết hợp với các mô đun thiết kế khác. Các mô đun chế tạo được thiết kế dựa trên việc xem xét khả năng chế tạo và độc lập thực hiện chức năng của chúng. Các mô đun thiết kế có thể được phân loại dựa trên các loại chức năng khác nhau bao gồm chức năng cơ bản, chức năng đặc biệt, chức năng phụ, chức năng thích ứng và chức năng theo yêu cầu khách hàng. (hình 2.1)

-----&&&-----

PHẦN I: TỔNG QUAN THIẾT KẾ SẢN PHẨM DẠNG MÔ ĐUN......................... 6

1.1. Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu........................................................ 6

1.2. Khái niệm về thiết kế sản phẩm dạng mô đun.................................................. 7

1.3. Phân biệt các loại mô đun.................................................................................... 8

1.4. Mục đích và nội dung của đề tài......................................................................... 13

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU DỰ KIẾN....................................................... 14

Chương 1: Tổng quan về thiết kế sản phẩm dạng mô đun...................................... 14

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của thiết kế sản phẩm dạng mô đun............................ 14

Chương 3: Quy trình thiết kế sản phẩm dạng mô đun............................................. 14

Chương 4: Thiết kế hộp giảm tốc 4 cấp dùng trong hệ thống truyền năng lượng toàn diện của một máy bơm......................................................................................................................................... 14

PHẦN III: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN LUẬN VĂN.................................................... 15

3.1. Mục đích và nội dung của đề tài LVThS............................................................ 15

3.2. Kế hoạch thực hiện luận văn............................................................................... 16

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................ 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 18

 

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM DẠNG MÔ ĐUN

1.1.     Lịch sử phát triển và tình hình nghiên cứu:

Những năm trước đây,  khi nền kinh tế thị trường và trình độ khoa học kỹ thuật còn hạn chế do đó các công ty không phải chịu nhiều áp lực từ các khách hàng của họ như là về chất lượng sản phẩm, giá thành sản phẩm, thời gian giới thiệu sản phẩm ra thị trường,…Ngoài ra, sự cạnh tranh giữa các công ty chưa cao nên vấn đề thiết kế và phát triển sản phẩm chưa được quan tâm đúng mức. Khi mà nền kinh tế thị trường và trình độ khoa kỹ thuật thay đổi và phát triển đáng kể, lúc này khách hàng quan tâm rất nhiều về chất lượng sản phẩm của các công ty phân bố trên thị trường. Đây là một thách thức không nhỏ cho các công ty khi sản xuất và đưa sản phẩm của mình ra thị trường đáp ứng được nhu cầu của khách hàng và có thể cạnh tranh với khác công ty khác. Để có thể cạnh tranh với các đối thủ cạnh tranh và đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng các công ty cần phải thực hiện tốt các mục tiêu sau:

• Giảm thời gian thiết kế và phát triển sản phẩm
• Chất lượng của sản phẩm phải được đảm bảo
• Chi phí sản xuất thấp ==> giá thành sản phẩm thấp
• Sự đa dạng về sản phẩm

       v….v…..

Để có thể giải quyết các yếu tố trên rất nhiều phương pháp thiết kế sản phẩm được nghiên cứu. Trong đó phương pháp thiết kế mô đun ra đời đáp ứng hầu hết các mục tiêu trên. Ý tưởng mô đun đã có từ năm 1980 do Aoki đưa ra, đây là một ý tưởng thiết kế mới nên vào thời gian này không được nhiều người quan tâm. Mãi đến năm 1988 Paul và Beiz đã nghiên cứu và đưa ra được những lợi ích của ý tưởng thiết kế này và nó bắt đầu được nghiên cứu bởi nhiều nhà nghiên cứu như Shirley năm 1990, Ulrich và Tung 1991, Langlois và Robert-son 1992, Sanchez

1993, Kidd 1994, Ulrich và Eppinger 1995,…Ali K. Kamrani, Ph.D. và Sa’ed Salhieh năm 2000.

Qua những thông tin được nêu ở trên phương pháp thiết kế dạng mô đun đã được nghiên cứu rất nhiều nơi trên thế giới và ngày càng hoàn thiện. Mới nhất là vào năm 2000, Ali K. Kamrani, Ph.D. và Sa’ed Sallhieh  đề xuất một phương pháp thiết kế mới cho thiết kế dạng mô đun đó là “ Thiết kế sản phẩm dạng mô đun”.         

1.2.           Khái niệm về thiết kế sản phẩm dạng mô đun:

Thiết kế sản phẩm dạng mô đun là một phương pháp thiết kế dùng để phát triển sản phẩm phức tạp bằng cách sử dụng các thành phần tương tự nhau. Những thành phần được sử dụng trong một sản phẩm mô đun cần phải có các đặc tính là có thể kết hợp lại với nhau hình thành một sản phẩm phức tạp.

Thiết kế mô đun được nhìn nhận như là một quy trình sản xuất các thành phần mà chúng thực hiện các chức năng riêng biệt và sau đó liên kết các thành phần này lại với nhau đưa ra những chức năng khác. Thiết kế mô đun nhấn mạnh giảm sự tương tác giữa các thành phần nghĩa là các thành phần này có thể được thiết kế và chế tạo độc lập. Mỗi thành phần được thiết kế dạng mô đun được cho là hổ trợ một hoặc nhiều chức năng. Khi các thành phần được cấu trúc lại với nhau thành sản phẩm, chúng sẽ hổ trợ chức năng lớn hơn.

Điều này chỉ ra tầm quan trọng của việc phân tích chức năng sản phẩm và phân tích nó thành những chức năng phụ được thỏa mãn bởi các mô đun chức năng khác nhau.

1.3.           Phân biệt các loại mô đun:

1.3.1. Các loại mô đun trong hệ thống thiết kế mô đun:

            Có 2 loại mô đun chủ yếu:  mô đun chức năng và  mô đun chế tạo.

• Mô đun chức năng:

Các mô đun chức năng được thiết kế để thực hiệ các chức năng kỹ thuật một cách độc lập hay trong sự kết hợp với các mô đun khác. Các mô đun chức năng có thể được phân loại dựa trên các loại chức năng khác nhau xuất hiện lại trong hệ thống thiết kế mô đun, các mô đun chức năng này có thể được kết hợp lại thành các chức năng phụ để bổ sung chức năng toàn bộ khác. Những chức năng là các chức năng cơ bản, các chức năng bổ trợ, các chức năng đặc biệt, các chức năng thích ứng và các chức năng đặc biệt biệt theo yêu cầu khách hàng.

• Mô đun chế tạo:

Các mô đun chế tạo được thiết kế trong đó các chức năng độc lập với nhau và được dựa trên sự xem xét chế tạo riêng.

                        Để có thể hiểu rõ hơn về các loại mô đun dùng trong hệ thống thiết kế mô đun. Hình 3.1 dưới đây sẽ trình bày các loại mô đun được sử dụng trong hệ thống thiết kế.           

Hình 3.1: Các loại chức năng và mô đun

ü  Basic Functions

Các chức năng này về cơ bản là không thay đổi và là nền tảng cho một sản phẩm hay một hệ thống. Chúng có thể kết hợp với các chức năng khác và được bổ sung trong basic modules.

ü  Auxiliary Functions

Các chức năng này được bổ sung dùng auxiliary modules  phù hợp với basic modules

ü  Special Functions

Các chức năng này là các chức năng phụ với nhiệm vụ đặt biệt có thể không xuất hiện trong tất cả các biến chức năng và được bổ sung bởi special modules.

ü  Adaptive Functions

Đây là các chức năng cho phép sự thích ứng của một bộ phận hay một hệ thống với các sản phẩm hay các hệ thống khác. Chúng được bổ sung bởi adaptive modules được phép dùng trong các trường hợp không thể dự đoán trước được.

ü  Customer-Special Functions

Đây là các chức năng không được cung cấp bởi hệ thống thiết kế mô đun và chúng được bổ sung bởi non-modules cần được thiết kế riêng biệt dùng trong các nhiệm vụ thiết kế đặc biệt thỏa mãn các nhu cầu khách hàng.

1.3.2. Các loại mô đun được hình thành dựa trên các sự tương tác trong một sản phẩm:

            Có 4 loại mô đun được xác định: mô đun trao đổi chéo  thành phần, mô đun dùng chung thành phần, mô đun có thể điều chỉnh cho phù hợp với sự thay đổi, mô đun theo kênh.

• Mô đun trao chéo các thành phần:

Mô đun này xuất hiện khi 2 hay nhiều các thành phần cơ bản được ghép với một mô đun , theo cách đó tạo ra các biến sản khác nhau phù thuộc vào họ sản phẩm giống nhau.

VD:  Hai thành phần khác nhau ( hình chữ nhật nhỏ và tam giác) được kết hợp với cùng thành phần cơ bản ( Hình chữ nhật lớn), hình thành các biến sản phẩm phụ thuộc họ sản phẩm giống nhau

Hình 3.2b: Mô đun trao đổi chéo thành phần

• Mô đun dùng chung thành phần :

Nó là phần bổ sung cho mô đun trao đổi chéo các thành phần. Các mô đun khác dùng chung các thành phần cơ bản giống nhau tạo ra các biến sản phẩm khác nhau phụ thuộc vào họ sản phẩm khác nhau.

VD: Hai thành phần cơ bản khác nhau (chữ nhật và tam giác) dùng chung các thành phần giống nhau ( hình tròn)

Hình 3.2b: Mô đun dùng chung thành phần

• Mô đun có thể điều chỉnh cho phù hợp với sự thay đổi:

Một hay nhiều các thành phần tiêu chuẩn được sử dụng cho một hay nhiều các thành phần thêm vào có thể thay đổi được.Những sự thay đổi thông thường kết hợp với các kích thước kích thước vật lý cớ thể được thay đổi.

VD:  Khi có thay thành phần có hình dạng tam giác kết hợp với thành phần có dạng hình chữ nhật. Khi mà thay đổi chiều dài của hình chữ nhật và kết hợp với 2 tam giác tiêu chuẩn sẽ hình thành một sản phẩm mới.

Hình 3.2c: Mô đun có thể điều chỉnh cho phù hợp với sự thay đổi

• Mô đun theo kênh: ( Bus Modularity)

Loại mô đun này xuất hiện khi các mô đun với bất kỳ số các thành phần. Mô đun theo kênh cho phép dùng thay đổi trong số lượng và vị trí của các thành phần cơ bản trong một sản phẩm.

VD:

Hình 3.2d: Mô đun theo kênh

1.4.           Mục đích và nội dung của đề tài:

1.4.1   Mục đích của đề tài:

Từ các yếu tố trình bày nêu trên mục đích của đề tài này là:

• Nhằm xây dựng  qui trình thiết kế sản phẩm dạng mô đun.
• Thiết kế minh hoạ một sản phẩm theo dạng mô đun nhằm kiểm chứng vể phương pháp và rút ra kết luận
• Nhằm tạo ra phương pháp thiết kế tương đối hoàn chỉnh và tối ưu so với phương pháp thiết kế truyền thống. Những người làm công tác thiết kế và phát triển sản phẩm dễ dàng ứng dụng nó vào trong công việc của họ

1.4.2   Nội dung của đề tài:

            Trong luận văn này nội dung dự kiến tập trung vào các vấn đề liên quan sau:

• Tổng quan về phương pháp thiết kế sản phẩm mô đun
• Trình bày phương pháp thiết kế sản phẩm dạng mô đun
• Xây dựng qui trình thiết kế sản phẩm dạng mô đun
• Lấy một ví dụ về sản phẩm trong lĩnh vực cơ khí áp dụng đúng theo quy trình đã xây dựng          

PHẦN II

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU DỰ KIẾN

Chương 1: Tổng quan về thiết kế sản phẩm dạng mô đun

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của thiết kế sản phẩm dạng mô đun

Chương 3: Quy trình thiết kế sản phẩm dạng mô đun

Chương 4: Thiết kế hộp giảm tốc 4 cấp dùng trong hệ thống truyền năng lượng toàn diện của một máy bơm

PHẦN III

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN LUẬN VĂN

3.1. Mục đích và nội dung của đề tài LVThS

3.1.1 Mục đích chung của đề tài:

• Nhằm xây dựng  qui trình thiết kế sản phẩm dạng mô đun
• Thiết kế minh hoạ một sản phẩm theo dạng mô đun nhằm kiểm chứng vể phương pháp và rút ra kết luận
• Nhằm tạo ra phương pháp thiết kế tương đối hoàn chỉnh và tối ưu so với phương pháp thiết kế truyền thống. Những người làm công tác thiết kế và phát triển sản phẩm dễ dàng ứng dụng nó vào trong công việc của họ

3.1.2   Nội dung chung của đề tài:

            Trong luận văn này nội dung dự kiến tập trung vào các vấn đề liên quan sau:

• Tổng quan về phương pháp thiết kế sản phẩm mô đun
• Trình bày phương pháp thiết kế sản phẩm dạng mô đun
• Xây dựng qui trình thiết kế sản phẩm dạng mô đun
• Lấy một ví dụ về sản phẩm trong lĩnh vực cơ khí áp dụng đúng theo quy trình đã xây dựng

3.2. Kế hoạch thực hiện luận văn

Tiến độ	1/2007	2/2007	3/2007	4/2007	6/2007	7/2007
Trình bày phương pháp thiết kế sản phẩmdạng mô đun
Xây dựng qui trình thiết kế sản phẩm dạng mô đun
Thiết kế hộp giảm tốc
Thời gian dự trữ chuẩn bị các tài liệu liên quan để bảo vệ
Bảo vệ luận văn

 

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1.1 Kết luận:

          Mục đích của đề tài đặt ra là xây dựng qui trình thiết kế sản phẩm dạng mô đun và áp dụng trong thiết kế hộp giảm tốc 4 cấp dùng trong hệ thống truyền năng lượng của một máy bơm. Trong nội dung luận văn tác giả đã cố gắng xây dựng tương đối hoàn chỉnh và đạt được kết quả tốt trong quá trình kiểm chứng. Mong rằng qui trình thiết kế này là một công cụ hửu hiệu dành cho những ai quan tâm đến vấn đề thiết kế và phát triển sản phẩm với mong muốn là đáp ứng nhanh nhu cầu của khách hàng

1.2. Kiến nghị:

            Đề tài nghiên cứu thiết kế sản phẩm dạng mô đun chưa được nghiên cứu ở trong nước  nên có rất ích tài liệu về nó nên chỉ dựa vào các tài liệu liên quan trong nước nên nguồn thông tin chưa được cập nhật đầy đủ. Hi vọng đề tài là nền tảng để những ai quan tâm đến nó để phát triển và hoàn thiện quy trình thiết kế trên có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực. Nếu điều kiện cho phép, tác giả mong có các nghiên cứu thêm nhằm hoàn thiện và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1)     PRODUCT DESIGN AND DEVELOPMENT    KARL T.ULRICH AND STEVEN D. EPPINGER  NĂM 1995

2)     PRODUCT DESIGN FOR MODULARITY ALI. KAMRANI, PH.D AND SA’ED SALHIEH NĂM 2000

3)     WEB SITES OF MODULAR PRODUCT DESIGN