Các phần mềm CAD thông dụng - The first knowledge sharing application in Vietnam

CÁC PHẦN MỀM THIẾT KẾ CƠ KHÍ THÔNG DỤNG HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI

Thiết kế là một khâu quang trọng trong các ngành sản xuất. Trong một thời gian dài khi máy tính chưa được phát minh, công việc thiết kế bị hạn chế khi sử dụng các dụng cụ thiết kế truyền thống và bản vẽ truyền thống. Với mong muốn tạo ra các sản phẩm mới với chất lượng tốt hơn, với chi phí thấp hơn và với thời gian ngắn hơn. Sử dụng máy tính với dung lượng lớn, tốc độ xử lý nhanh và khả năng tương tác đồ họa thân thiện với người dùng để tự động hóa và kết hợp với nhau theo các nhiện vụ kỹ thuật hoặc sản xuất khác nhau, qua đó làm giảm thời gian và chi phí phát triển và sản xuất. Khi đó các ứng dụng phần mềm CAD/CAM/CAE đã được phát triển để sử dụng trong chu kỳ phát triển sản phẩm.

Trong bài này tôi chỉ tập trung vào công nghệ CAD và giới thiệu các phần mềm thiết kế phổ biến hiện nay.

CAD : Là công nghệ liên quan đến việc sử dụng các hệ thống máy tính để hỗ trợ việc tạo ra, sửa đổi, phân tích và tối ưu hóa thiết kế.

Công cụ CAD có các công cụ để thao tác tạo hình, tùy chỉnh các chương trình ứng dụng như phân tích dung sai, tinh toán khối lượng hữu hạn, mô hình hóa phần từ hữu hạn, trực quan hóa kết quả phân tích và tối ưu hóa.

Vai trò cơ bản nhất của CAD là xác định hình học của thiết kế (chi tiết cơ khí, cấu trúc kiến trúc, mạch điện tử, layout tòa nhà,…) vì hình dạng của thiết kế là điều cần thiết cho tất cả các hoạt động tiếp theo trong chu kỳ sản phẩm.

Lợi ích lớn nhất của CAD là chúng có thể tiết kiệm đáng kể thời gian và giảm thiểu các lỗi gây ra bởi nếu không chúng ta phải xác định lại hình học của thiết kế từ đầu mỗi khi cần thiết.

Do đó hệ thống soạn thảo với sự trợ giúp của máy tính và hệ thông mô hình hình học là những thành phần quan trọng nhất của CAD.

Sự phát triển của CAD/CAM/CAE ngày nay tập trung vào việc tích hợp và tự động hóa nhanh chóng và hiệu quả các yếu tố khác nhau của thiết kế, phân tích và sản xuất. Cùng với sự phát triển của các thuật toán mới có rất nhiều gói phần mềm CAD/CAM/CAE thương mại có sẵn cho các tập quán trực tiếp thân thiện với người dùng.Có được công cụ thiết kế nhanh, mạnh, đẹp và có tính đồng bộ hóa cao giúp cho các bạn dễ dàng triển khai thiết kế, trình bày và đưa vào sản xuất một cách hiệu quả so với thời kỳ trước đây. Trong bài viết này sẽ tập trung vào phần mềm thiết kế thông dụng tốt nhất giúp bạn tạo hình các chi tiết đơn giản cho tới tổng thể một dự án cơ khí lớn.

Hiện nay trên thế giới có các phần mềm thiết kế CAD được phân loại ra như sau :

1. Phần mềm 2D :

AutoCAD :

AutoCAD là phần mềm thiết kế CAD 2D & 3D của công ty Autodesk. Được phát hành lần đầu tiên vào năm 1982 dưới dạng phần mềm phác thảo biên dạng 2D, một số tiến bộ trong những năm qua đã thấy AutoCAD phát triển để bao gồm các tính năng mạnh mẽ phục vụ nhu cầu mô hình hóa của nhiều ngành công nghiệp. Những bộ công cụ, tính năng và khả năng của AutoCAD như sau:

AutoCAD Classic : Cho phép người dùng tạo bản vẽ phác thảo 2D, sản xuất mô hình 3D và chú thích bản vẽ 2D.
AutoCAD Architecture : Là một bộ công cụ cho ngành thiết kế kiến trúc và tạo ra các mô hình xây dựng.
AutoCAD Mechanical : Được phát triển cho DFM (Design For Manufacturing). Nó được sử dụng để tạo, sửa đổi các mô hình cơ học.
AutoCAD Plant 3D : Cho phép bạn lập mô hình các nhà máy rất chi tiết với các tuyến đường ống phức tạp và nhiều máy móc.

Là kỹ sư cơ khí cần phải biết và sử dụng thành thạo phần mềm 2D CAD này.Việc học không phức tạp, các bạn hoàn toàn có thể tự học.

Video trình diễn các tính năng của AutoCAD :

2. Phần mềm thiết kế 3D hạng phổ thông: Solidworks, Inventor, SolidEdge…

Solidworks:

Là phần mềm thiết kế 3D là phần mềm thiết kế 3D hoàn hảo cho các sinh viên và kỹ sư cơ khí. Solidworks có giao diện thân thiện rất dễ dùng, nhiều công cụ bổ trợ (cùng với đó là các add in của hãng thứ 3), giúp cho người thiết kế có thể xây dựng các mô hình sản phẩm một cách dễ dàng và trực quan.

Solidworks xây dựng mô hình dựa trên cách tiếp cận thành phần tham số để tạo mô hình 3D và lắp ráp. Các tham số có giá trị xác định hình dạng hoặc hình học của mô hình và lắp ráp. Các tham số có thể là độ dài đoạn thẳng, đường kình cung trong, hoặc các điều kiện ràng buộc hình học như tiếp tuyến, song song, đồng tâm, ngang hay dọc…Các tham số có thể được liên kết với nhau thông qua việc sử dụng các mối quan hệ, đáp ứng theo ý tưởng thiết kế của người vẽ.

Ngoài khả năng thiết kế, Solidworks có các công cụ mô phỏng mạnh mẽ cho phép thực hiện phân tích trực tiếp trên mô hình CAD của mình.

Các phân tích bao gồm phân tích độ bền kết cấu, dòng chảy, truyền nhiệt…

Video trình diễn các tính năng của SolidWorks :

Inventor:

Autodesk Inventor là một ứng dụng CAD dùng cho thiết kế cơ khí 3D, mô phỏng, trực quan hóa và tạo tài liệu được phát triển bởi Autodesk.

Inventor là phần mềm hoàn hảo cho các ngành thiết kế máy. Những công cụ này được phân loại thành thiết kế sản phẩm (product design), mô hình hóa (modeling), mô phỏng (simulation), visualization và cộng tác. Với nhóm các công cụ này, bạn có thể dễ dàng tạo và chỉnh sửa các mô hình 3D, lắp ghép các bộ phận để tạo thành một cụm chi tiết và tạo ra các bản vẽ chi tiết để sản xuất. Các công cụ mô hình hóa của Inventor cũng cho phép bạn thiết kế các bộ phận kim loại tấm phức tạp, xây dựng các đường ống và tích hợp các thiết bị điện tử của bạn.

Các công cụ mô phỏng cho phép bạn phân tích chuyển động mô hình của bạn trong điều kiện thực tế của ứng suất và lực ứng dụng nhằm giúp bạn hình dung và nghiên cứu một các trực quan.

Với Inventor bạn có thể làm được những việc như sau :

Xây dựng dễ dàng hô hình 3D của chi tiết.
Thiết lập các bản vẽ 2D từ mô hình 3D một cách nhanh chóng.
Tạo bản vẽ lắp ráp từ mô hình lắp ráp đã thiết kế một cách tối ưu
Mô phỏng quá trình tháo lắp các chi tiết từ bản vẽ lắp hoàn chỉnh một cách trực quan, sinh động (Presentation)
Thiết kế nhanh các chi tiết kim loại dạng tấm (Sheet Metal)
Thiết kế các chi tiết cơ khí một cách nhanh chóng trong môi trường Assembly.

Thiết kế nhanh và chính xác các loại khuôn ép nhựa (Mold Design)
Thiết kế nhanh các đường ống phức tạp (Pipe & Tube)
Cho phép sử dụng thư viện các loại dây điện, dây cáp điện để thiết kế layout hệ thống điện (Cable &Wiring)
Mô phỏng động và động lực học của cơ cấu máy (Dynamic Simulation)
Phan tích ứng suất, tối ưu hóa thiết kế sản phẩm (Analysis & Optimize)
Thiết kế nhanh các sản phẩm nhựa (Plastic & Tooling)
Có thư việ chi tiết đa dạng được chuẩn hóa (Content Center)
Liên kết được với nhiều phần mềm CAD khác.

Video trình diễn các tính năng của Inventor :

Solid Edge :

Solid Edge Được phát triển bởi phần mềm PLM của Siemens, là gói phần mềm mô hình hóa 3D và phác thảo 2D cho thiết kế cơ điện và phát triển sản phẩm.

Phần mềm kết hợp tính linh hoạt và kiểm soát của mô hình tham số với tốc độ và sự đơn giản của mô hình trực tiếp.Một trong những tính năng này, thiết kế cơ và điện, được sử dụng để tạo ra các mô hình solid, bản vẽ chi tiết, các bộ phận kim loại tấm và lắp ráp top-down. Các tính năng khác là mô phỏng, quản lý dữ liệu, sản xuất và các ấn phẩm kỹ thuật.

Video trình diễn các tính năng của Solid Edge :

3. Phần mềm 3D cao cấp : NX, Catia, Pro Engineer (Creo)

Là hệ thống phần mềm CAD/CAE/CAM tích hợp giải pháp tổng thể trong suốt vòng đời phát triển sản phẩm (PLM).

Unigraphics NX :

NX là giải pháp CAD/CAE/CAM được phát triển bởi hãng Siemens PLM với công nghệ đồng bộ hóa dữ liệu (Synchronous) giúp NX trở thành phần mềm CAD/CAM/CAE top đầu hiện nay, với số lượng người dùng tăng lên đáng kế với hơn 51 triệu lisences trên toàn thế giới.

NX được rất nhiều tập đoàn công nghiệp lớn trên thế giới sử dụng như: Nissan, NASA, Boeing, Panasonic, BMW, Samsung, LG…

NX cung cấp đầy đủ các modul thiết kế phục vụ yêu cầu của mọi kỹ sư thiết kế như : Modeling, Assembly, Drafting, Sheet Metal, Piping, Routing, Mold Wizard, Progressive Die Wizard… với giao diện thân thiện với người dùng, phần mềm NX cung cấp cho người dùng:

Về khả năng thiết kế :

NX là công cụ tuyệt với giúp người dùng có thể hoàn thiện thiết kế nhanh và linh hoạt, với các công cụ Synchronous modeling giúp người dùng có thể dễ dàng nằm bắt và thay đổi thiết kế trực tiếp trên mô hình 3D mà không cần phải lịch sử thiết kế hay các hàm thuật toán. NX cũng có thể tái sử dụng và hiệu chỉnh được dữ liệu thiết kế dựa trên dữ liệu thiết kế của các phần mềm CAD/CAM khác, điều này giúp các doanh nghiệp hợp tác với khách hàng, nhà cung cấp dễ dàng hơn khi họ không dùng cũng một hệ thống phần mềm thiết kế giúp nhau.

Khả năng thiết kế bề mặt Freeform Surface rất mạnh mẽ bao gồm các công cụ thiết kế bề mặt nâng cao kết hợp với tính năng chia lưới khối Realize Shape Design, cho phép người dùng không giới hạn phát triển ý tưởng thiết kế, có thể thiết kế mới sản phẩm có kiểu dáng phức tạp. Ngoài ra NX cũng hỗ trợ nhất nhiều các công cụ để tìm kiếm, kiểm tra, sửa lỗi bề mặt, tối ưu hóa chất lượng bề mặt sản phẩm.

Về khả năng gia công CAM :

NX bao gồm các công cụ lập trình gia công cho máy phay từ 2.5 đến 5 trục, lập trình gia công tiện, lập trình cho máy Tiện-phay kết hợp, hay lập trình gia công cắt dây. Điểm tối ưu trong lập trình gia công CAM của NX đó là có thể tạo và tối ưu hóa chiến lược chạy dao, cho phép cải thiện chất lượng bề mặt và giảm thời gian gia công.

Với giao diện gia công CAM mở, người dùng có thể dễ dàng tùy biến tạo thư viện chế độ công nghệ gia công tối ưu, tạo thư viện dao cụ, thư viện chương trình gia công mẫu (template), hoặc tạo thêm các thanh công cụ người dùng, giúp rút ngắn thời gian lập trình gia công. Ngoài ra NX CAM còn cho phép tùy chỉnh post với Post bulder và mô phỏng gia công với mô hình máy và chương trình gia công theo mã G-Code giúp việc gia công an toàn hơn đặc biệt với các trung tâm gia công phức tạp như các máy phát 4 trục, 5 trục, gia công dạng robot.

Về khả năng mô phỏng, phân tích :

NX cũng có nhiều điểm vượt trội đặc biệt trong lĩnh vực mô phỏng như Motion Simulation, Mechanism Analysis, Structural Analysis, Advanced Thermal, Flow, Acoustics, Fatugues, Multiphysics…

điểm lợi thế khác đó là giao diện Pre/Post Processing giống như giao diện thiết kế cho phép kỹ sư mô phỏng có thể điều chỉnh, sửa đổi dữ liệu 3D nhanh chóng mà không cần phụ thuộc kỹ sư thiết kế, tích hợp solver của hầu hết các hãng phần mềm mô phỏng khác như Nastran, Ansys, Abacus,LS Dyna….

Dữ liệu mô phỏng dược tự động cập nhật nếu có sự thay đổi thiết kế mà không cần phải làm lại từ đầu.

Khả năng tích hợp với PLM :

NX được tích hợp giao diện trực tiếp với Teamcenter PLM một trong những giải pháp quản lý vòng đời sản phẩm nổi tiếng và được ứng dụng nhiều nhất trên thế giới hiện này, giúp cho các doanh nghiệp có thể quản lý toàn bộ quá trình phát triển sản phẩm từ khâu thiết kế ý tương cho đến khâu sản xuất, là tiền đề quan trọng để tiến đến và áp dụng Industry 4.0.

Video trình diễn các tính năng của NX :

CATIA :

Catia là phần mềm toàn diện, nằm ở top bảng xếp hạng các gói giải pháp thiết kế máy hiện nay (cùng với NX).

Mục tiêu của Catia là đi vào tất cả các lĩnh vực, các ngành kỹ thuật và cả nền kinh tế sản xuất. Phiên bản mới nhất hiện nay là Catia V6, cho phép giải quyết hàng loạt bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như : Xây dựng, cơ khí, tự động hóa, công nghiệp ô tô, công nghiệp tàu thủy, công nghiệp hàng không và vũ trụ. Nó giải quyết công việc một cách triệt để từ thiết kế mô hình CAD, phân tích tình toán tôi ưu dựa trên CAE và sản xuất dựa trên cơ sở CAM.

CATIA là phần mềm gồm có 3 phần chính, mỗi loại lại có những module riêng biệt với những chức năng khác nhau.

CAD : Gồm các module dùng trong thiết kế kiểu dáng công nghiệp, thiết kế chi tiết, thiết kế sản phẩm cơ khí, thiết kế cho gia công…

CAM : Hỗ trợ lập trình gia công các máy CNC tiện, phay 2 trục, 3 trục, 4 trục, 5 trục…
CAE : Tính toán kết cấu, động lực học, độ bền mỏi… mà chi tiết, bộ phận hoặc sản phẩm có thể chịu được trong quá trình làm việc và độ bền của sản phẩm.
Reverse Engineering : Catia rất mạnh trong ngành thiết kế ngược (Tạo file CAD 3D từ dữ liệu Scan 3D)

Video trình diễn các tính năng của Catia :