BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Phùng Xuân Lan

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRỢ GIÚP
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG
CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Phùng Xuân Lan

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRỢ GIÚP
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG
CHI TIẾT TRÊN MÁY PHAY CNC

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 62520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS. Trần Văn Địch
2. PGS. TS. Hoàng Vĩnh Sinh

đồng nghiệp tại Bộ môn Công nghệ chế tạo máy đã luôn cổ vũ, chỉ bảo và góp
nhiều ý kiến chân thành và khách quan giúp đỡ NCS trên chặng đƣờng nghiên cứu.
Tôi xin bày tỏ lời cám ơn chân thành tới Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí
đã luôn tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.
Tôi xin cám ơn tới gia đình, bố, mẹ, chồng, anh chị em và các con tôi đã luôn tạo
mọi điều kiện và cổ vũ tinh thần tôi trong suốt thời gian qua.
Tôi xin gửi lời cám ơn tới Công ty cổ phần xây lắp và thiết bị công nghiệp
MEKAMIC đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong việc thu thập dữ liệu và thử nghiệm hệ
thống.

Tôi chân thành cám ơn tất cả!


MỤC LỤC

i

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................ 4
MỤC LỤC ............................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................ ix
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ QTCN CÓ SỰ TRỢ GIÚP
CỦA MÁY TÍNH ....................................................................................................... 5
1.1 Thiết kế QTCN có sự trợ giúp của máy tính (CAPP) ............................... 5
1.2 Các phƣơng pháp CAPP ............................................................................ 7
1.2.1 CAPP khả biến .................................................................................... 8

Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................ 39
3 CHƢƠNG 3 - PHƢƠNG PHÁP LỰA CHỌN TRANG BỊ CÔNG NGHỆ VÀ
THỨ TỰ NGUYÊN CÔNG ..................................................................................... 40
3.1 Phƣơng pháp lựa chọn dụng cụ cắt.......................................................... 40
3.1.1 Phƣơng pháp phân tích thứ bậc để lựa chọn loại dụng cụ cắt .......... 40
3.1.2 Lựa chọn kích thƣớc dụng cụ cắt ...................................................... 51
3.1.3 Thuật toán lựa chọn dụng cụ cắt ....................................................... 53
3.1.4 Xác định chế độ cắt ........................................................................... 55
3.2 Lựa chọn máy công cụ............................................................................. 57
3.3 Phƣơng pháp thiết lập thứ tự nguyên công .............................................. 58
3.3.1 Mô hình hóa bài toán thiết lập thứ tự gia công ................................. 59
3.3.2 Xây dựng các ma trận ràng buộc thứ tự ............................................ 60
3.3.3 Chi phí gia công ................................................................................ 64
3.3.4 Thiết lập thứ tự gia công trong trƣờng hợp lựa chọn thiết bị cố định ..
.......................................................................................................... 65
3.3.5 Thiết lập thứ tự gia công với trƣờng hợp lựa chọn thiết bị linh hoạt 71
Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................ 77
4 CHƢƠNG 4 - XÂY DỰNG CSDL PHỤC VỤ THIẾT KẾ QTCN .............. 78
4.1 Thiết kế CSDL ......................................................................................... 78
4.1.1 Đặc điểm và cấu trúc của CSDL thiết kế QTCN .............................. 78
4.1.2 Mô hình quản trị CSDL .................................................................... 80
4.2 CSDL các lựa chọn ban đầu .................................................................... 81


MỤC LỤC

iii

4.2.1 CSDL vật liệu gia công..................................................................... 81
4.2.2 CSDL máy gia công .......................................................................... 83

Kết luận chƣơng 5 .......................................................................................... 123
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 124


MỤC
iv

LỤC

Kết luận .......................................................................................................... 124
Kiến nghị ........................................................................................................ 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 126
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............. 131
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 1
A.

Giới thiệu phần mềm BKCAPP................................................................. 1

A.1 Tab Đối tƣợng gia công ........................................................................... 1
A.2 Tab Dụng cụ cắt ....................................................................................... 1
A.3 Tab Máy gia công .................................................................................... 5
Â.4 Tab Phƣơng pháp gia công ...................................................................... 6
A.5 Tab Thứ tự gia công ................................................................................. 7
B.

Kết quả các bƣớc xử lý trong hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 01)......... 9

C.

Kết quả các bƣớc xử lý trong hệ thống BKCAPP (Thử nghiệm 02)....... 13

MO
: Đối tƣợng gia công
MF
: Đối tƣợng hình học
GF
: Chi phí sử dụng máy
MC
: Chi phí sử dụng đồ gá
SC
: Chi phí sử dụng dụng cụ cắt
TC
MCC : Chi phí thay đổi máy
: Chi phí thay đổi phƣơng án gá đặt
SCC
: Chi phí thay đổi dụng cụ cắt
TCC
: Hƣớng tiếp cận của dụng cụ cắt
TAD
: Trí tuệ nhân tạo
AI
CSDL : Cơ sở dữ liệu
: Loại đối tƣợng
FT
: Dạng vẽ phác (sketch)
ST
: Hƣớng vẽ phác (sketch)
SD
: Điều kiện bao
CT
: Dạng vát

Te

MỤC

CÁC

KÍ

HIỆU

VÀ

CHỮ

: Khả năng bóc tách
: Công suất yêu cầu
: Giá thành dụng cụ
: Các chi phí khác
: Tỷ lệ dài/rộng
: Bề rộng/Chiểu rộng
: Chiều sâu
: Độ cứng vững
: Khoảng công xon
: Hình dáng
: Tốc độ cắt tính toán
: Tốc độ cắt (catalog)
: Hệ số điều chỉnh vật liệu gia công
: Số vòng quay trục chính
: Đƣờng kính dụng cụ cắt
: Lƣợng chạy dao phút

Bảng 2.7 Một số dữ liệu yêu cầu kỹ thuật đƣợc trích xuất .................................. 35
Bảng 2.8 Quy đổi độ nhám bề mặt sang cấp chính xác gia công ........................ 36
Bảng 2.9 Quy đổi độ chính xác về một số sai lệch vị trí tƣơng quan sang
cấp chính xác gia công ............................................................................................. 37
Bảng 2.10 Định nghĩa mối quan hệ giữa các đối tƣợng tạo hình ........................ 37
Bảng 3.1 Thang đo mức độ quan trọng ............................................................... 41
Bảng 3.2 Giá trị RI............................................................................................... 42
Bảng 3.3 Mức độ quan trọng của giữa các tiêu chí chính ................................... 47
Bảng 3.4 Ma trận so sánh mức độ quan trọng với tỷ lệ kích thƣớc nhỏ (Lựa chọn
nhỏ) ........................................................................................................................... 48
Bảng 3.5 Quy ƣớc xếp nhóm các thông số đầu vào của AHP ............................. 48
Bảng 3.6 Các loại kích thƣớc cơ bản của hốc...................................................... 52
Bảng 3.7 Ràng buộc thứ tự giữa các đối tƣợng giao nhau .................................. 61
Bảng 3.8 Luật nhận dạng ràng buộc thứ tự ......................................................... 62
Bảng 3.9 Danh sách các bƣớc/NC và các trang bị công nghệ tƣơng ứng ........... 69
Bảng 3.10 Thông tin về đối tƣợng gia công và nguyên công .............................. 73
Bảng 3.11 Bảng ràng buộc thứ tự nguyên công .................................................. 73
Bảng 3.12. Thông tin về chi phí gia công ............................................................ 74
Bảng 3.13 Thứ tự nguyên công và các lựa chọn máy, TAD và dụng cụ cắt tƣơng
ứng ............................................................................................................................ 75
Bảng 3.14 Thứ tự nguyên công và các lựa chọn máy, TAD và dụng cụ cắt tƣơng
ứng ............................................................................................................................ 76
Bảng 4.1 Danh sách các bảng và chức năng trong CSDL chi tiết gia công ........ 86
Bảng 4.2 Mã hoá loại dụng cụ cắt ....................................................................... 89
Bảng 4.3 Mã hoá đối tƣợng gia công................................................................... 90
Bảng 4.4 Mã hoá phƣơng pháp gia công ............................................................. 90
Bảng 4.5 Mã hoá đặc điểm gia công ................................................................... 91
Bảng 4.6 Luật nhận dạng đối tƣợng gia công dạng tạo hình dạng vẽ phác ......... 92




ix

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Lập quy trình công nghệ thủ công ......................................................... 5
Hình 1.2 Mô hình chung của CAPP ...................................................................... 6
Hình 1.3 Các phƣơng pháp CAPP ......................................................................... 8
Hình 1.4 Sơ đồ quan hệ và luật nhận dạng hốc [49] ........................................... 12
Hình 1.5 Luật nhận dạng rãnh thông chữ nhật .................................................... 13
Hình 1.6 Đối tƣợng gia công 2.5D cơ bản .......................................................... 14
Hình 1.7 Các yếu tố cơ bản cần xác định khi lựa chọn dụng cụ cắt.................... 15
Hình 1.8 Cấu trúc mạng nơron trong lựa chọn loại dụng cụ cắt ......................... 16
Hình 2.1 Sơ đồ các bƣớc thiết lập quy trình gia công ......................................... 22
Hình 2.2 Phân loại các đối tƣợng gia công theo đặc điểm tạo hình .................... 23
Hình 2.3 Các loại đối tƣợng gia công .................................................................. 23
Hình 2.4 Đặc điểm của các phƣơng thức gia công ............................................. 24
Hình 2.5 Phân loại các đối tƣợng tạo hình .......................................................... 24
Hình 2.6 Lƣợc đồ mô tả quá trình nhận dạng đối tƣợng tạo hình dạng sketch ... 25
Hình 2.7 Phân loại các dạng điều kiện bao ......................................................... 28
Hình 2.8 Một số ví dụ về các dạng giao nhau cơ bản ......................................... 29
Hình 2.9 Đặc tính giao của đối tƣợng ................................................................. 29
Hình 2.10 Mô tả các mặt bao, hƣớng mở và hƣớng đóng của đối tƣợng ............ 29
Hình 2.11 Định nghĩa một số dạng vát ................................................................ 31
Hình 2.12 Hƣớng mở của đối tƣợng.................................................................... 32
Hình 2.13 Nhận dạng đối tƣợng gia công là bậc kín 2.5D chữ nhật ................... 32
Hình 3.1 Cấu trúc thứ bậc.................................................................................... 41
Hình 3.2 Mô hình cấu trúc thứ bậc (Gia công mặt bậc thẳng) ............................ 44
Hình 3.3 Mô hình cấu trúc thứ bậc (Gia công mặt cạnh) .................................... 45
Hình 3.4 Mô hình cấu trúc thứ bậc (Gia công mặt đầu) ...................................... 45

Hình 5.2 Giao diện nhận dạng đối tƣợng gia công trong SolidWorks .............. 100
Hình 5.3 Giao diện kết quả nhận dạng đối tƣợng gia công trong SolidWorks . 100
Hình 5.4 Giao diện lựa chọn đầu vào trong BKCAPP ...................................... 101
Hình 5.5 Định nghĩa phôi .................................................................................. 102
Hình 5.6 Giao diện hiển thị và tra cứu vật liệu gia công ................................... 102
Hình 5.7 Giao diện hiển thị thƣ viện dụng cụ cắt.............................................. 103
Hình 5.8 Giao diện hiển thị thƣ viện máy gia công .......................................... 103
Hình 5.9 Mô hình vật thể rắn 3D trong SolidWorks (Thử nghiệm 01)............. 105
Hình 5.10 Kết quả nhận dạng đối tƣợng gia công của đối tƣợng tạo hình CutExtrude3.................................................................................................................. 107
Hình 5.11 Mô tả dữ liệu vào, ra của quá trình thiết lập QTCN (Thử nghiệm 01)
................................................................................................................................ 108
Hình 5.12 Chi tiết yêu cầu gia công trong Thử nghiệm 02 ............................... 110
Hình 5.13 Mô hình vật thể rắn 3D trong SolidWorks (Thử nghiệm 02)........... 111
Hình 5.14 Dữ liệu đầu vào, đầu ra của quá trình thiết lập QTCN (Thử nghiệm
02) ........................................................................................................................... 113
Hình 5.15 Đo kiểm chi tiết ................................................................................ 114
Hình 5.16 Quá trình gia công và sản phẩm hoàn thiện ..................................... 114
Hình 5.17 Chi tiết yêu cầu gia công (Thử nghiệm 03) ...................................... 117
Hình 5.18 Mô hình vật thể rắn 3D trong SolidWorks (Thử nghiệm 03)........... 118
Hình 5.19 Dữ liệu đầu vào và đầu ra của quá trình thiết lập QTCN (Thử nghiệm
03 - CSDL1) ........................................................................................................... 120


Tính cấp thiết của đề tài

1

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

v.v. nhƣng chƣa phát triển đƣợc một mô-đun phần mềm CAPP thƣơng mại thực sự
do tính chất đa dạng và phức tạp của CAPP. Một số hệ CAD/CAM nhƣ NXSiemens, CATIA cũng có phát triển mô-đun nhận dạng đối tƣợng gia công là dữ


LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

2

liệu đầu vào của CAPP. Tuy nhiên, nó mới chỉ dừng lại ở mức sơ khai là nhận dạng
ra các đối tƣợng gia công 2.5D đơn giản còn toàn bộ quá trình lựa chọn dụng cụ cắt
cũng nhƣ hình thành phƣơng án gia công cho các đối tƣợng này một cách chi tiết và
cụ thể thì chƣa có. Khi nền sản xuất ngày càng phát triển, thì nhu cầu hình thành
một QTCN nhanh, chính xác, tự động và ổn định là hết sức cần thiết. Trong bối
cảnh nhƣ vậy, nghiên cứu phát triển hệ thống hỗ trợ thiết kế QTCN bằng máy
tính có một ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất lớn. Đó cũng chính là lý do cơ bản
mà nghiên cứu sinh (NCS) cùng tập thể hƣớng dẫn đã lựa chọn đề tài của luận án là:
“Nghiên cứu xây dựng hệ thống trợ giúp thiết kế quy trình công nghệ gia công
chi tiết trên máy phay CNC’’

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu cuối cùng của đề tài là xây dựng một hệ thống trợ giúp thiết lập quy
trình công nghệ gia công chi tiết trên máy phay CNC bằng máy tính, cho phép hình
thành các phiếu công nghệ chỉ dẫn gia công trực tiếp từ mô hình vật thể rắn 3D thiết
kế trong phần mềm CAD thƣơng mại.

Nội dung của luận án
(1) Xây dựng phƣơng pháp nhận dạng các đối tƣợng gia công trên cơ sở các đối
tƣợng tạo hình trực tiếp trong phần mềm CAD thƣơng mại.
(2) Xây dựng phƣơng pháp lựa chọn trang bị công nghệ bao gồm máy, dụng cụ
cắt và phƣơng pháp thiết lập thứ tự gia công trên cơ sở dữ liệu (CSDL) thay đổi linh

phần mềm CAD thƣơng mại.
 Xây dựng đƣợc phƣơng pháp lựa chọn trang bị công nghệ theo thứ tự ƣu tiên
trên cơ sở đánh giá đa tiêu chí, gắn kết với những thay đổi linh hoạt của
CSDL và phƣơng pháp hình thành thứ tự gia công cho phép rút ngắn thời gian
xử lý.
 Xây dựng đƣợc bộ luật nhận dạng đối tƣợng gia công, phƣơng pháp gia công
và lựa chọn dụng cụ cắt làm cơ sở cho việc thiết kế QTCN.
 Thiết kế đƣợc một hệ CSDL cho phép mở rộng và quản lý hiệu quả dữ liệu
của quá trình thiết kế QTCN
Ý nghĩa thực tiễn
 Giao diện CAD-CAPP (BKCAPP) đƣợc viết trên cơ sở kết quả nghiên cứu
của luận án có khả năng ứng dụng trong đào tạo, nghiên cứu và thực tế sản
xuất.
 Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đƣợc kiểm nghiệm trong thực tế để gia
công chi tiết tại Công ty MEKAMIC cho phép giảm thời gian chuẩn bị sản
xuất và thời gian gia công, nâng cao khả năng tự động hoá trong nhà máy.

Đóng góp mới của đề tài nghiên cứu
Là đề tài nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu về phƣơng pháp thiết lập
QTCN bằng phƣơng pháp khả sinh cho phép mở rộng tƣơng tác của ngƣời sử dụng.
Xây dựng đƣợc phƣơng pháp mới trên cơ sở thiết lập bộ nhận dạng gồm bảy yếu tố
cho phép nhận dạng nhiều loại đối tƣợng gia công từ thông tin hình học đến các yêu
cầu kỹ thuật.
Xây dựng đƣợc phƣơng pháp mới để lựa chọn dụng cụ cắt theo thứ tự ƣu tiên
trên cơ sở đánh giá đa tiêu chí, thích hợp với sự đa dạng và linh hoạt của CSDL
Xây dựng đƣợc phƣơng pháp chọn lọc ghép nhóm để thiết lập thứ tự gia công với
thời gian xử lý rút ngắn so với các phƣơng pháp trƣớc.
Xây dựng đƣợc giao diện CAD-CAPP (BKCAPP) trợ giúp thiết kế QTCN trực
tiếp từ mô hình CAD 3D thiết kế từ phần mềm CAD thƣơng mại



5

1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ QTCN CÓ SỰ
TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH

1.1 Thiết kế QTCN có sự trợ giúp của máy tính (CAPP)
Lập QTCN là bài toán kỹ thuật, kinh tế và tổ chức có nhiệm vụ biến tài liệu thiết
kế thành các tài liệu hƣớng dẫn (quy trình) thực thi quá trình gia công. Để có thể
thiết lập đƣợc một QTCN, bên cạnh những kiến thức về lập QTCN vững vàng,
ngƣời kỹ sƣ cần có các kỹ năng thiết lập QTCN cùng các kinh nghiệm tích lũy của
bản thân về nhiều lĩnh vực nhƣ mô tả trong Hình 1.1. Trong lập QTCN, có những
việc đơn giản, rất tẻ nhạt nhƣng cũng có những việc có tính trí tuệ cao, đòi hỏi tính
toán phức tạp, lựa chọn và ra quyết định chính xác. Ngƣời ta thấy rằng chỉ có
khoảng 15% thời gian của ngƣời lập QTCN dành cho việc ra các quyết định kỹ
thuật, 40% thời gian dành cho việc tra cứu, tìm kiếm dữ liệu và tính toán, toàn bộ
thời gian còn lại dành cho việc chuẩn bị các tài liệu thiết kế [26].
Kiến thức về lập QTCN

Kỹ năng, kinh nghiệm về lập QTCN
Sử dụng sách tham khảo

Sổ tay công nghệ

Giá thành tƣơng đối của
các quá trình gia công,
dụng cụ và vật liệu
Kinh nghiệm sản xuất
thực tế


đó. Máy tính cho phép lƣu trữ một lƣợng dữ liệu lớn, khả năng truy xuất, tính toán
chính xác và nhanh chóng. Sự hỗ trợ của máy tính vào việc thiết kế QTCN có nhiều
cấp độ khác nhau [26].
 Ở cấp độ thấp, máy tính và con ngƣời cùng tham gia vào việc thiết lập
QTCN theo nguyên tắc để cho ngƣời và máy thực thi những công việc tốt
nhất mà từng đối tƣợng có thể thực hiện. Lúc này, máy tính chỉ đóng vai
trò lƣu trữ và truy xuất dữ liệu sử dụng cho quá trình thiết lập QTCN còn
con ngƣời vẫn thực thi những công việc mang tính chất trí tuệ.
 Ở cấp độ cao hơn, máy tính có thể tự động hình thành các QTCN cho một
vài chi tiết có hình dáng đơn giản. QTCN này có thể đƣợc hiệu chỉnh cho
phù hợp với yêu cầu cụ thể.
 Ở cấp độ cao nhất, là mục tiêu cuối cùng của CAPP, cho phép hình thành
QTCN hoàn toàn bằng máy tính. Khi đó toàn bộ giữa tri thức và kinh
nghiệm thiết kế công nghệ cùng với toán tối ƣu đều đƣợc tích hợp vào
trong chƣơng trình máy tính. CSDL của hệ thống CAPP ở mức độ này cần
có khả năng kết nối trực tiếp với các hệ thống khác ví dụ nhƣ CAD và
CAM.
Hệ thống CAD

Triết xuất và nhận dạng
đối tƣợng gia công

Dữ liệu đầu vào
(Đối tƣợng gia công)

Hệ thống CAPP
Dữ liệu về kiến thức công nghệ
(máy, dao, đồ gá, chế độ cắt...)
Các quy tắc và
ràng buộc công nghệ

giảm xuống tới 50% [52]. Hiệu quả của việc tự động hóa thiết kế nguyên công trên
một số phƣơng diện cũng đƣợc tác giả S Anderberg phân tích và so sánh trong một
số công ty chuyên gia công CNC [39]. Do đó tính linh hoạt trong sản xuất, năng
suất và chất lƣợng sản phẩm đƣợc nâng cao, thời gian sản xuất đƣợc rút ngắn, đáp
ứng đƣợc nhu cầu của nền sản xuất hiện đại là sản xuất ra sản phẩm luôn thay đổi
vả cải tiến về mặt mỹ thuật và kỹ thuật. Chính vì vậy, các vấn đề liên quan CAPP đã
thu hút đƣợc nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu từ cách đây bốn thập niên. Ở
Việt Nam, mặc dù các nghiên cứu tự động hóa thiết kế QTCN còn chƣa nhiều
nhƣng cơ sở lý thuyết tự động hóa thiết kế QTCN và các phƣơng pháp, kỹ thuật xây
dựng hệ thống tự động hóa thiết kế QTCN đã đƣợc nghiên cứu và trình bày khá cụ
thể trong cuốn sách của hai tác giả Nguyễn Đăng Bình và Nguyễn Phú Hoa [3]. Một
số hệ thống CAPP đã đƣợc xây dựng và áp dụng cho chi tiết dạng tiện hay phay trên
máy CNC bởi nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới [32, 55, 59]. Không chỉ dừng lại ở
tự động hóa thiết kế QTCN trên máy CNC, nhiều nghiên cứu mở rộng sang các
dạng khác nhƣ tạo mẫu nhanh hay uốn tấm [37]. Điều này thể hiện tiềm năng phát
triển các hƣớng nghiên cứu CAPP sang nhiều lĩnh vực khác nhau.

1.2 Các phƣơng pháp CAPP
CAPP đã đƣợc nghiên cứu, tạo lập và triển khai ứng dụng theo các phƣơng pháp
nhƣ mô tả ở Hình 1.3 bao gồm:
 Phƣơng pháp CAPP khả biến (Variant CAPP),
 Phƣơng pháp CAPP khả sinh (Generative CAPP)
 Phƣơng pháp CAPP phối hợp (Hybrid CAPP)
Với phƣơng pháp CAPP khả biến ngƣời ta sử dụng các thủ tục phục hồi để truy
cập các sơ đồ tiến trình công nghệ chuẩn cho các chi tiết tƣơng tự nhau. Do đó
QTCN thƣờng cứng và đơn giản; còn với phƣơng pháp CAPP khả sinh, các sơ đồ
tiến trình công nghệ đƣợc tạo lập tự động cho các chi tiết mới cần chế tạo mà không
cần tham khảo các sơ đồ tiến trình công nghệ có sẵn trên cơ sở mô hình hình học và



Mô hình toán

Kết hợp giữa phƣơng pháp khả
sinh và khả năng tƣơng tác và
tùy chỉnh của con ngƣời

QTCN cứng,
đơn giản

QTCN linh hoạt,
chi tiết, phức tạp

Hình 1.3 Các phương pháp CAPP

1.2.1 CAPP khả biến
Quá trình xây dựng hệ thống CAPP khả biến khai thác sự tƣơng đồng giữa các
chi tiết cơ khí thông dụng và tìm kiếm thông qua CSDL, nhằm đƣa ra đƣợc một số
QTCN chuẩn cho họ chi tiết [27]. QTCN chuẩn này sẽ đƣợc áp dụng cho các chi
tiết thuộc cùng một họ và đƣợc sửa đổi cho phù hợp với từng chi tiết cụ thể trong
một họ chi tiết, trên cơ sở phân loại, mã hoá và ghép nhóm các chi tiết cơ khí thông
dụng theo hệ thống mã hoá phù hợp.
Các hệ thống CAPP khả biến đã đƣợc tạo lập là giải pháp phát triển tiến bộ của
giải pháp thủ công. Bản chất chung của các hệ CAPP khả biến là quá trình phục hồi
và truy cập lại bằng máy tính những QTCN đã có từ bộ nhớ do ngƣời thiết kế
QTCN tạo lập trƣớc đây. Với hệ CAPP khả biến, một QTCN điển hình cho một chi
tiết tƣơng tự có thể đƣợc truy cập, phục hồi lại tự động từ tệp của máy tính, nếu chi
tiết mới cần chế tạo có những đặc điểm tƣơng đồng với chi tiết điển hình và phù
hợp với hệ thống mã hóa có sẵn của máy tính. Từ đó, QTCN đã đƣợc truy cập ra sẽ
đƣợc biên tập và điều chỉnh để phù hợp hơn với chi tiết mới cần chế tạo [40].
Cách thiết kế khả biến đòi hỏi phải có hệ CSDL bao hàm những QTCN tiêu

Trong trƣờng hợp có những thay đổi của CSDL thiết bị hay có các máy bị quá tải
thì hệ thống khả sinh có thể tự động hình thành các QTCN khác. Một ƣu điểm nổi
bật khác của hệ thống khả sinh là QTCN đƣợc hình thành tự động mà không phụ
thuộc vào kinh nghiệm của ngƣời lập QTCN. Nó là một hệ thống động và có thể
đƣợc sử dụng trong hệ thống CIM [40]. Mặc dù việc lập trình khó khăn hơn nhiều
nhƣng nó phù hợp với các ứng dụng thiết kế QTCN cho các chi tiết khác nhau, phù
hợp với tính đa dạng của thiết kế chi tiết. Do đó đáp ứng đƣợc sự thay đổi nhanh
chóng của mẫu mã sản phẩm trên thị trƣờng hiện nay.
1.2.3 CAPP phối hợp
Mặc dù, phƣơng pháp CAPP khả sinh là mục đích phát triển của hệ thống CAPP.
Nó là hệ thống CAPP có đặc điểm tự động hoá rất cao, khi đó toàn bộ công việc
đƣợc tiến hành tự động. Tuy nhiên, điều này có xu hƣớng hạn chế các tác động của
con ngƣời vào hệ thống. Với một hệ thống phức tạp nhƣ CAPP thì việc này làm cho
hệ thống trở nên kém linh hoạt và khó thích ứng. Chính vì vậy hệ thống CAPP phối
hợp ra đời là sự kết hợp của những kỹ thuật lập QTCN khả sinh CAPP với khả năng


LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

10

tƣơng tác với ngƣời sử dụng. Lúc này hệ thống CAPP phối hợp sẽ gồm hai chức
năng: thứ nhất là tận dụng các công nghệ thiết lập QTCN theo phƣơng pháp khả
sinh và thứ hai là nâng cao khả năng giao tiếp và tƣơng tác với ngƣời sử dụng.
Tƣơng tác với ngƣời sử dụng này có thể trong một chu trình đánh giá hay cập nhật
dữ liệu nào đó hoặc cho phép đƣa ra quyết định cuối cùng khi nảy sinh các vấn đề
xung đột mà không thể giải quyết tự động đƣợc [20].

1.3 Các hƣớng tiếp cận trong việc nhận dạng đối tƣợng gia công
Việc xây dựng một công cụ cho phép tự động nhận dạng các đối tƣợng gia công


Các hƣớng tiếp cận trong việc nhận dạng đối tƣợng gia công

11

xoay đơn giản có thể hiểu đƣợc bằng cách đọc bản vẽ CAD 2D chứ khó áp dụng với
các chi tiết dạng hộp mà ở đó kết cấu phức tạp hơn nhiều. Nhƣ vậy, với các hệ
thống CAPP đã đƣợc xây dựng từ các nghiên cứu ở trong nƣớc thì đầu vào của hệ
thống mới chỉ dừng lại ở các bản vẽ chi tiết mẫu có sẵn trong thƣ viện hoặc các bản
vẽ CAD 2D mà chƣa nghiên cứu nào tích hợp đƣợc CAD 3D vào hệ thống CAPP.
Do đó, phạm vi của nghiên cứu chủ yếu chỉ là xuất ra đƣợc QTCN của chi tiết mẫu
có sẵn trong thƣ viện hoặc các biên dạng trục đơn giản.
Vấn đề tự động nhận dạng các đối tƣợng gia công từ các đối tƣợng hình học là
một trong những vấn đề phức tạp của CAPP và đã thu hút đƣợc rất nhiều nhà
nghiên cứu ngoài nƣớc. S. M. Amaitik đã xây dựng ra một hệ thống tự động thiết
lập QTCN thông minh cho các chi tiết 2.5D [41]. Trong hệ thống này, tác giả đã
xây dựng một mô-đun cho phép thiết kế các đối tƣợng gia công 2.5D cơ bản nhƣ
hốc, bậc, rãnh tích hợp trong AutoCAD. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là họ sẽ
không mất thời gian nhận dạng và trích xuất đối tƣợng nữa bởi vì các đối tƣợng gia
công đã hình thành và có thể lấy dữ liệu ngay trong quá trình ngƣời sử dụng xây
dựng mô-hình vật thể rắn. Ƣu điểm thứ hai là hệ thống là kết quả của nhận dạng
đƣợc xuất ra dƣới dạng file STEP AP224 - một định dạng file trung gian tiêu chuẩn
cho CAPP. Nhƣng nhƣợc điểm lớn nhất của cách tiếp cận này là cho dù ngƣời sử
dụng đã có một mô hình vật thể rắn vẽ đƣợc bằng các phần mềm CAD thƣơng mại
rồi, họ vẫn phải mất thời gian vẽ lại vật thể rắn họ muốn thiết lập QTCN trên môđun CAD mà tác giả đã xây dựng. Điều này, đôi khi cũng gây khó khăn, lãng phí
thời gian và công sức đối với ngƣời sử dụng. Một giới hạn khác của hệ thống này là
nó chỉ cho phép xây dựng và nhận dạng các đối tƣợng gia công 2.5D chứ chƣa cho
phép làm việc với các đối tƣợng gia công 3D.
Một hƣớng đi khác khá phổ biến trong các nghiên cứu hiện nay là trực tiếp
nhận dạng các đối tƣợng gia công từ các định dạng file trung gian nhƣ IGES, STEP