Đại học Quốc gia Tp. HCM.                   CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

  TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA                              Độc lập - Tự do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

KHOA: Cơ Khí

BỘ MÔN: Cơ sở thiết kế máy

1. Đầu đề luận án:

            Nghiên cức triển khai phương pháp thiết kế sản phẩm theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời.

2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

            _ Tổng quan về phương pháp.

            _ Xây dựng quy trình tính toán.

            _ Xây dựng phần mềm tính toán.

            _ Tính toán thiết kế cho hệ thống băng tải ống.

            _ Thuyết minh: 60 ÷ 80 trang.

            _ 01 phần mềm tính toán thiết kế.

MỤC LỤC

                                                                                       Trang

Bảng nhiệm vụ luận văn                                                                                                 1

Lời cảm ơn                                                                                                                        2

Mục lục                                                                                                                              3

Tóm tắt luận văn                                                                                                              6

Chương 1

TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP

1.1. Tổng quan về hệ thống băng tải                                                                             7

1.1.1. Giới thiệu về hệ thống băng tải                                                                     7 

1.1.2. Các ưu điểm của hthống băng tải  so với các thiết bị nâng chuyển khác   7

1.1.3. Những bộ phận chính của hệ thống băng tải                                              7

1.1.4. Các loại băng tải vận chuyển vật liệu rời                                                  11

1.2. Giới thiệu về phương pháp thiết kế theo mô đun                                               11

1.2.1. Khái niệm về phương pháp thiết kế theo mô đun                                     11

      1.2.2. Những lợi ích của phương pháp thiết kế theo mô đun                              12

1.2.3. Những khó khăn của phương pháp thiết kế theo mô đun                        13

1.3. Lựa chọn phương pháp thiết kế theo mô đun cho hệ thống băng tải               14

1.3.1. Giới thiệu các phương pháp thiết kế theo mô đun                                    14

      1.3.2. Lựa chọn phương pháp thiết kế theo mô đun cho hệ thống băng tải      17

1.4. Mục tiêu và nội dung của đề tài                                                                            17

1.4.1. Mục tiêu của đề tài                                                                                        17

1.4.2. Nội dung của đề tài                                                                                       18

Chương 2

XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THEO

MÔ ĐUN CHO CÁC HỆ THỐNG BĂNG TẢI VẬT LIỆU RỜI

2.1. Phân tích nhiệm vụ thiết kế                                                                                   20

2.2 Lập kế hoạch thực hiện                                                                                           21

2.3. Xác định các yêu cầu kỹ thuật                                                                              21

2.3.1. Xác định yêu cầu khách hàng đối với hệ thống băng tải vật liệu rời     21

2.3.2. Xác định các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống băng tải vật liệu rời          22

2.4. Đưa ra ý tưởng                                                                                                         22

2.4.1. Phân tích chức năng                                                                                      22

2.4.2. Đưa ra ý tưởng                                                                                                24

2.5. Đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế                                                         26

2.5.1. Sử dụng ma trân quyết định đánh giá các ý tưởng                                    26

2.5.2. Các bộ phận chính của một hệ thống băng tải vật liệu rời                      27

2.6. Xác định các đặc tính hệ thống (SLS) của hệ thống băng tải                           30

2.7. Xác định ảnh hưởng của đặc tính hệ thống (SLS) lên các yêu cầu chức

  năng chung (GFR) của hệ thống băng tải                                                                  35

2.8. Xác định hệ số tầm quan trọng của GFR của hệ thống băng tải                       36

2.9. Thiết lập ma trận đồng dạng của hệ thống băng tải                                            36

2.9.1. Xác định ma trận đồng dạng chức năng của hệ thống băng tải               36

2.9.2. Xác định ma trận đồng dạng kết cấu của hệ thống băng tải                    41

2.9.3. Xác định ma trận đồng dạng tổng hợp của hệ thống băng tải                 41

2.10. Hình thành các mô đun của hệ thống băng tải                                                  42

2.10.1. Mô đun theo chức năng                                                                              42

2.10.2. Mô đun theo kết cấu                                                                                   42

2.11 Xây dựng quy trình tính toán các mô đun của hệ thống băng tải                   43

2.11.1. Các thông số đầu vào để tính toán                                                            43

2.11.2. Trình tự tính toán                                                                                        44

Chương 3

XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THEO

MÔ ĐUN CHO CÁC HỆ THỐNG BĂNG TẢI VẬT LIỆU RỜI

3.1. Cơ sở và mục đích của phần mềm                                                                        59

3.2 Giao diện phần mềm và cách sử dụng phần mềm                                               59

Chương 4

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN CHO HỆ THỐNG

BĂNG TẢI VẬT LIỆU RỜI DẠNG ỐNG

4.1. Các dữ liệu ban đầu                                                                                                64

4.2 Tính toán các thông số của băng                                                                            64

TÀI LIỆU THAM KHÀO                                                                                            70

PHỤ LỤC CODE LẬP TRÌNH                                                                                   71

TÓM TẮT LUẬN VĂN

 

      Trong đời sống công nghiệp hiện nay, các thiết bị nâng chuyển dù chỉ đóng vai trò trung gian, đảm bảo tính liên tục trong dây chuyền sản xuất, nhưng đã góp phần quan trọng trong việc giảm thiểu thời gian, chi phí sản xuất và phân phối sản phẩm, vốn  là yếu tố sống còn của nhà sản xuất. Mặt khác, nó cũng là điều kiện để nhà sản xuất tăng tính cạnh tranh, linh hoạt hơn, nhanh hơn trong việc đáp ứng nhu cầu đa dạng và phức tạp của khách hàng ( sản phẩm có chất lượng cao hơn, giá thành thấp hơn, mẫu mã đa dạng, công nghệ hiện đại và đảm bảo yêu cầu về môi trường và  sức khỏe cho cộng đồng ,…).

      Băng tải là một dạng của các thiết bị nâng chuyển, được phổ biến trong nền công nghiệp thế giới đã hơn 20 năm , và ngày càng phát triển do các ưu điểm nổi bật của nó về năng suất , thời gian và tính hiệu quả. Từ đó, công tác nghiên cứu thiết kế các hệ thống băng tải vận chuyển vật liệu trong sản xuất công nghiệp luôn được quan tâm, đặc biệt là đối với vật liệu rời, chiếm tỷ trọng lớn nhất (73%) trong các ngành công nghiệp chủ đạo hiện nay.

      Sau khi hội nhập WTO, Việt Nam, với các thế mạnh về chế biến và xuất khẩu nông sản và lương thực thực phẩm, đòi hỏi phải tăng khả năng cạnh tranh của các doanh nghiệp trong nước trước các doanh nghiệp thế giới. Do đó việc nghiên cứu thiết kế các hệ thống băng tải vật liệu rời trong nước là rất cần thiết. Tuy nhiên với phương pháp thiết kế truyền thống thì không có khả năng đáp ứng được sự thay đổi nhanh chóng của thị trường. Vì vậy, tác giả xin chọn đề tài “ Nghiên cứu triển khai thiết kế sản phẩm theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời” để nghiên cứu.

      Sau một thời gian nghiên cứu hoàn thành đề tài, luận văn đã đạt được các kết quả như sau:

            1/ Xây dựng được quy trình tính toán thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời.

            2/ Xây dựng được phần mềm hỗ trợ việc tính toán thiết kế.

            3/ Áp dụng phương pháp tính toán thiết kế cho một hệ thống băng tải ống.

Chương 1

TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI

      1.1.1 Giới thiệu về hệ thống băng tải

            Hệ thống băng tải là một dạng của các thiết bị nâng chuyển. Các hệ thống băng tải thường được sử dụng để di chuyển các loại vật liệu đơn chiếc và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như nhhững phương tiện để vận chuyển các cấu kệin nhẹ; trong các xưởng luyện kim thì dùng để vận chuyển quặng, than đá, các lọai xỉ lò; trên các trạm thủy điện thì dùng để vận chuyển nhiên liệu; trên các kho, bãi thì dùng để vận chuyển các hàng bao kiện, vật liệu hạt, hoặc một số sản phẩm khác; trên các công trường thì dùng để vận chuyển vật liệu xây dựng…

      1.1.2 Các ưu điểm của hệ thống băng tải so với các thiết bị nâng chuyển khác

            So với các thiết bị nâng chuyển khác, băng tải có chiều dài vận chuyển lớn, nâng suất cao, kết cấu đơn giản, nhỏ, làm việc tin cậy và sử dụng thuận tiện.

            Ngày nay người ta đã sản xuất những hệ thống băng tải mà năng suất có thể đạt tới vài nghìn tấn trong một giờ. Trên thực tế, chiều dài băng tải không bị giới hạn, có thể vận chuyển vật liệu đi rất xa, có khi tới hàng chục, hàng trăm cây số do áp dụng hệ thống gồm các đọan liên kết nhau. Những hệ thống như vậy được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp khai thác mỏ quặng…

            Một ưu điểm nữa của băng tải là dễ dàng phù hợp với những quãng đường vận chuyển không thẳng khá xa, ở những độ cao khác nhau. Ngòai ra một số lọai băng tải như băng tải ống có thể đảm bảo việc vận chuyển không gây ô nhiễm môi trường, bảo vệ vật liệu vận chuyển khỏi tác động của môi trường… Giá thành công trình không lớn do kết cấu phần nâng băng theo đường vận chuyển đơn giản và nhẹ mà vẫn đảm bảo an toàn, năng lượng tiêu tốn không cao, số người phục vụ thiết bị khi hoạt động không nhiều và có thể điều khiển dễ dàng.

      1.1.3 Những bộ phận chính của hệ thống băng tải

• Băng tải mềm khép kín ( có thể là băng vải, cao su hay băng được phủ bằng các vật liệu khác, băng thép hoặc băng có lõi thép …).
• Hệ thống con lăn đỡ.

         Con lăn đỡ cố định được sử dụng chủ yếu, các con lăn đỡ này quay trên các trục cố định, các trục này được bắt chặt trên khung. Các con lăn được chế tạo bằng thép ống hoặc thép đúc.

         Các băng phẳng được đỡ bởi các gối tựa hình trụ một con lăn
(Hình 1.1).

Hình 1.1 Gối tựa hình trụ một con lăn

a)     Gối tựa trên thẳng, một con lăn

b)     Gối tựa dưới thẳng, một con lăn

         Đối với băng lòng máng có chiều rộng đến 1400mm thường sử dụng các gối tựa ba con lăn (Hình 1.2) , còn khi chiều rộng lớn hơn thì dùng các gối tựa năm con lăn.

Hình 1.2 Gối tựa hình lòng máng, ba con lăn

         Đối với băng tải ống: Khi băng tải ống ở trạng thái thẳng mà không bị uốn cong theo bất kỳ phương thẳng đứng hay nằm ngang, ba con lăn đầu dưới hay phía chịu tải của băng tải ống sẽ đỡ băng và mang tải. Ba con lăn đầu trên có tác dụng duy trì hình dạng ống của băng tải. Khi băng tải tới đoạn cong theo phương ngang hay thẳng đứng thì các con lăn khác quanh ống có thể trở thành các con lăn đỡ và chịu tải trong khi các con lăn khác làm nhiệm vụ duy trì dạng ống cho băng tải. Cũng tương tự vậy đối với phía trở về của băng tải ống. (Hình 1.3)

Hình 1.3 Bộ con lăn dẫn hướng của băng tải ống

• Bộ phận dẫn động ( gồm động cơ, hộp giảm tốc và có thể có thêm bộ truyền phụ như đai, xích …): dùng để dẫn động bộ phận kéo và bộ phận làm việc của băng tải.

Việc lựa chọn chỗ của bộ phận dẫn động trên tòan tuyến vận chuyển của băng tải có một ý nghĩa lớn. Lực căng lớn nhất của bộ phận kéo và công suất cần thiết của động cơ cũng phụ thuộc vào đó. Bộ phận dẫn động cần bố trí sau những đọan của tuyến có lực cản lớn. Đối với băng tải, hợp lý hơn cả là bố trí bộ phận truyền động ở cuối nhánh làm việc.

• Thiết bị kéo căng: tạo ra lực căng sơ bộ (khi lắp đặt) cho băng tải. Theo phương pháp tác dụng, người ta phân ra thiết bị kéo căng kiểu vít, kiểu đối trọng và kiểu vít-lò xo (Hình 1.4).

Hình 1.4 Các sơ đồ thiết bị kéo căng

• Khung đỡ: được dùng để đỡ và lắp đạt các panel định hình

      Đối với băng tải ống, giàn khung băng tải được chế tạo dưới dạng module với 2 loại chiều dài, những module ngắn được sử dụng ở nhưng đoạn cong, những module dài hơn được dùng cho những đoạn thẳng. Các đoạn khung đặc biệt được chế tạo cho hai đầu của hệ thống để đóng và mở băng, băng thay đổi từ dạng phẳng sang dạng hình ống, băng được đỡ bởi các con lăn với các góc nghiêng tăng dần cho đến khi khép kín miệng băng.

      Do cấu trúc các bộ con lăn lắp đăt trên các panel, giàn đỡ của băng tải ống bao gồm cả lan can cứng vững cho người đi bộ nên thiết kế phải gọn nhẹ. Lan can đi bộ có thể thiết kế một bên hay hai bên để bảo trì tùy theo kích thước băng tải. Các dạng băng tải ống thông thường cho phép thiết kế khung giàn vững chắc giúp giảm tải cho nền móng (Hình 1.6).

Hình 1.6 Mođun khung định hình của băng tải ống

      1.1.4 Các lọai băng tải vận chuyển vật liệu rời

• Băng tải có dạng hình lòng máng.
• Băng tải phẳng ( khi năng suất thấp, khi có yêu cầu dỡ tải bằng thanh gạt và khi chiều rộng băng lớn do vật liệu rời có kích thước lớn ).
• Băng tải ống

1.2 GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN

      1.2.1 Khái niệm về thiết kế theo mô đun

            Thiết kế sản phẩm theo mô đun là một phương pháp thiết kế mới nhằm để 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 đòi hỏi 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.

      1.2.2 Những lợi ích của phương pháp thiết kế theo mô đun

            1) Giảm thời gian 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.

            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.

            Ngòai ra, các mô đun trong sản phẩm có thể được thay thế bằng một mô đun đặc biệt để đáp ứng một nhu cầu khách hàng riêng biệt nào đó.

            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.

            4) Nâng cao chất lượng sản phẩm, 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 đơn giản 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 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.

            5) Giảm chi phí thiết kế và chế tạo nhờ vào việc sử dụng lại các chi tiết đã thiết kế trước đây.

            6) Thiết kế tiêu chuẩn hóa nhờ vào sự phân lọai các chi tiết rõ ràng theo chức năng.

      1.2.3 Những khó khăn của phương pháp thiết kế theo mô đun

            Thiết kế hệ thống mô đun hóa thì khó khăn hơn nhiều so với các hệ thống khác. Người thiết kế hệ thống mô đun hóa phải hiểu rõ chức năng và sự làm việc của sản phẩm hoặc qúa trình để thành lập các qui tắc thiết kế khả thi thực hiện chức năng các mô đun cũng như tổng thể sản phẩm. Khi thiết kế từng mô đun, mọi việc có vẻ suôn sẻ; tuy nhiên, khó khăn có thể xuất hiện khi kết hợp các mô đun với nhau và sản phẩm sau khi kết hợp đó làm việc không tốt. Trong suốt qúa trình thiết kế, ngưới thiết kế có thể ban đầu nảy sinh một sáng kiến với một lọai sản phẩm cụ thể ban đầu; tuy nhiên, sau đó có thể họ áp dụng ý tưởng đó trong một loại sản phẩm mới. Từ đó, nhiều chi tiết phải được điều chỉnh để giải quyết các vấn đề phát sinh trong loại sản phẩm mới đó. Sau khi ý tưởng dược ứng dụng thành công trong loại sản phẩm mới thì người thiết kế phải quay lại loại sản phẩm ban đầu ( nơi mà họ nảy sinh sáng kiến ) để có thể sử dụng lại những mô đun đạt được trong loại sản phẩm mới vào trong loại sản phẩm ban đầu. Do đó, 2 loại sản phẩm có thể sử dụng chung một số chi tiết. Việc này đòi hỏi người thiết kế phải đảm bảo các mô đun trong 2 loại sản phẩm phải có cùng cấu trúc và kích thước. Điều đó cho thấy người thiết kế phải làm việc cùng lúc giữa các loại sản phẩm một cách thường xuyên. Việc này chỉ kết thúc khi tất cả các mô đun phù hợp cho tất cả các loại sản phẩm cho thấy đây là một qúa trình rất phức tạp.

            Ở giai đọan hình thành các mô đun, người thiết kế bắt đầu hình thành các mô đun đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cho các chức năng con đạt dược khi phân tích sản phẩm. Một nguyên lý cơ bản trong thiết kế sản phẩm là người thiết kế phải giảm đến mức tối thiểu số lượng các mô đun. Càng ít mô đun nghĩa là càng ít bề mặt chung và càng ít chi tiết, điều này làm giảm chi phí sản xuất, kiểm tra và lắp ráp các chi tiết. Do đó, người thiết kế cố gắng tới mức có thể nhiều chức năng vào một mô đun và mô đun này được gọi là “mô đun cơ bản”. Tuy nhiên, việc này cho thấy người thiết kế đã làm tăng sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các chi tiết trong cùng một mô đun. Các chi tiết này sẽ được thiết kế và chế tạo phụ thuộc lẫn nhau, và chính điều này làm giảm lợi ích chính của phương pháp mô đun hóa.

1.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN CHO HỆ THỐNG BĂNG TẢI VẬT LIỆU RỜI

      1.3.1 Giới thiệu các phương pháp thiết kế theo mô đun (theo [3] )

            Có các phương pháp thiết kế theo mô đun chủ yếu:

            - Thiết kế sản phẩm Fractal (Fractal Product Design – FPD).

            - Ma trận cấu trúc thiết kế (Design Structure Matrix – DSM).

            - Phát triển sản phẩm theo mô đun (Modular Product Development-MPD).

            1.3.1.1 Thiết kế sản phẩm Fractal (Fractal Product Design – FPD)

                  FPD được xác định như “một mô đun độc lập chức năng” [Kahmeyer, Warnecke và Schneiner, 1994). Kahmeyer mô tả phương pháp bao gồm năm bước. Bước đầu tiên là phân tích sản phẩm. Trong bước này thiết lập một loạt sản phẩm thích hợp, cấu trúc sản phẩm và cấu trúc chức năng được phân tích. Kết quả của việc phân tích là xác định hai cấu trúc điển hình. Bước thứ hai là đưa ra các ý tưởng thiết kế các mô đun sản phẩm. Bước thứ ba là thực hiện ý tưởng thiết kế các giao diện của mô đun. Bước thứ tư là đánh giá và thẩm định các mô đun sản phẩm và giao diện của chúng. Tiêu chuẩn thẩm định được thiết lập theo các mục tiêu chính như chất lượng, lắp ráp và tháo rời, thiết kế để chế tạo, chức năng…Bước thứ năm là thiết kế lại mô đun và tối ưu hóa. Đánh giá các mô đun chỉ ra các nhược điểm và chúng phải được hoàn thiện trong bước này. Do đó các công cụ như FMEA là sự trợ giúp tốt nhất.

            1.3.1.2 Ma trận cấu trúc thiết kế (Design Structure Matrix – DSM)

                  Yassine miêu tả phương pháp ma trận cấu trúc thiết kế như một trình bày ma trận kết hợp của quá trình mô đun hóa. Phương pháp này có thể phân tích các giai đoạn khác nhau của quá trình mô đun hóa gồm ba bước. Bước đầu tiên phân tích hệ thống và tìm ra mối quan hệ giữa các bộ phận. Sau đó thiết lập ma trận quan hệ giữa các bộ phận và mối quan hệ giữa các bộ phận được đánh dấu trong ma trận. Bước thứ hai là phân chia ma trận cấu trúc thiết kế. Trong bước này ma trận được biến đổi theo dạng tam giác và được sắp xếp lại các dấu hiệu theo dạng đường chéo của ma trận. Điều này được thực hiện với sự trợ giúp của một thuật toán. Bây giờ ma trận cho thấy các bộ phận thì song song, nối tiếp và nó phải được nhóm lại theo các dấu hiệu trong ma trận quanh đường chéo. Từ đây, các mô đun có thể được tạo ra.

            1.3.1.3 Phát triển sản phẩm theo mô đun (Modular Product Development-MPD)

                  Ali K.kamrani, Ph.D và Sa’ed Salhieh miêu tả phương pháp này gồm 13 bước. Bước đầu tiên là phân tích nhiệm vụ thiết kế. Trong bước này, ta sẽ thành lập nhóm thiết kế và phát biểu bài toán thiết kế. Bước thứ hai là lập kế hoạch thực hiện. Trong bước này, ta sẽ tiến hành đưa ra các bước tiến hành thiết kế và sử dụng biểu đồ thành lập lịch trình thiết kế. Bước thứ ba là xác định các yêu cầu kỹ thuật của bài toán thiết kế. Trong bước này, ta tiến hành xác định yêu cầu khách hàng và sử dụng “ngôi nhà chất lượng” (phương pháp QFD) xác định yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm. Bước thứ tư là đưa ra ý tưởng cho bài toán thiết kế. Trong bước này, sử dụng kỹ thuật phân tích chức năng để phân tích chức năng chung của sản phẩm thành các chức năng con và sử dụng kỹ thuật đưa ra ý tưởng từ những chức năng để đưa ra các ý tưởng thiết kế. Bước thứ năm là đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế. Trong bước này, ta sử dụng phương pháp ma trận quyết định để lựa chọn ý tưởng có triển vọng và tốt nhất để triển khai thiết kế. Bước thứ sáu là xác định đặc tính hệ thống (SLS). Trong bước này, dựa vào đặc điểm kết cấu và đặc điểm chức năng để hình thành cấu trúc cấp bậc các đặc tính hệ thống và xét mối quan hệ một đối một của các bộ phận. Bước thứ bảy là xác định ảnh hưởng của đặc tính hệ thống lên các yêu cầu chức năng chung (GFR). Trong bước này, ta xây dựng ma trận quan hệ giữa SLS và GFR với các mối quan hệ được biểu thị bằng các giá trị 1, -1, 0. Bước thứ tám là xác định hệ số tầm quan trọng của yêu cầu chức năng chung (Weights for GFR). Trong bước này, các yêu cầu chức năng chung được cho các hệ số tầm quan trọng khác nhau dựa vào yêu cầu của khách hàng nằm trong khoảng 0,1 đến 1. Bước thứ chín là thiết lập ma trận đồng dạng. Trong bước này, đầu tiên ta sẽ xác định bảng chỉ số đồng dạng và sau đó thiết lập ma trận đồng dạng. Bước thứ mười là hình thành các mô đun. Trong bước này, ta dựa vào thuật toán nhận dạng nhóm (CIA) để sắp xếp ma trận theo dạng đường chéo và xác định được các mô đun trên ma trận đường chéo. Bước thứ mười một là thiết kế các mô đun. Trong bước này, các mô đun sẽ được thiết kế đồng thời và hình thành các bản vẽ trong quá trình thiết gồm bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp. Thêm nữa, ta cũng lựa chọn vật liệu và qui trình công nghệ cho các mô đun. Bước thứ mười hai là đánh giá các mô đun. Trong bước này, các mô đun sẽ được đánh giá với các chỉ tiêu khác nhau. Bước cuối cùng là hoàn chỉnh thiết kế sản phẩm. Trong bước này, thiết lập bản vẽ lắp dùng để lắp ráp các mô đun.

      1.3.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế theo mô đun cho hệ thống băng tải vật liệu rời

            Các phương pháp mô đun hóa bao gồm các bước thực hiện khác nhau để hình thành các sản phẩm theo mô đun. Tuy nhiên, hầu như các phương pháp mô đun hóa đều có ba bước cơ bản:

                  1) Thiết lập các nguyên tắc thiết kế.

                  2) Các mô đun được thiết kế  đồng thời.

                  3) Kiểm tra và kết hợp

            Ta thấy đối với hệ thống băng tải vật liệu rời cần tính tóan thiết kế gồm các bộ phận chính như mục 1.1.3, mức độ phức tạp của dự án thiết kế chỉ ở mức trung bình.

            Trong phương pháp Thiết kế sản phẩm Fractal (FPD), sau khi phân tích, thiết kế các mô đun, ta còn phải cải tiến các mô đun trong quá trình phát triển nên phương pháp này rất phức tạp, chỉ thích hợp cho các dự án lớn, phức tạp, không phù hợp với hệ thống băng tải vật liệu rời cần tính toán, thiết kế. Trong khi đó, phương pháp Ma trận cấu trúc thiết kế (DSM) chỉ cho phép thành lập các mô đun với ý tưởng đơn giản, sau đó phải bổ sung thêm rất nhiều việc phải làm trước và sau khi các mô đun tạo ra, cho thấy phương pháp này không thật chặt chẽ trong việc tạo ra các mô đun. Từ đó, tác giả chọn Phương pháp phát triển sản phẩm theo mô đun (MPD) để xây dựng quy trình tính tóan thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời vì mức độ phức tạp của hệ thống băng tải này chỉ ở mức trung bình và trong 3 phương pháp thì phương pháp này tương đối khá đầy đủ và phù hợp với những kiến thức về quá trình phát triển sản phẩm mà tác giả đã được học ở môn học “Phương pháp thiết kế kỹ thuật” trong các năm học Đại học.

1.4 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

      1.4.1 Mục tiêu của đề tài

            Từ các phân tích như trên, tác giả thực hiện luận văn với các mục tiêu như sau:

• Xây dựng quy trình thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời.
• Xây dựng phần mềm hỗ trợ thiết kế.
• Ứng dụng phương pháp thiết kế cho một hệ thống băng tải cụ thể.

      1.5.2 Nội dung của đề tài

            Với các mục tiêu đó, tác giả xin được trình bày nội dung luận văn gồm 4 phần:

• Tổng quan về thiết kế sản phẩm theo mô đun.
• Xây dựng quy trình tính tóan thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời.
• Xây dựng phần mềm hỗ trợ tính tóan thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời.
• Tính tóan thiết kế hệ thống băng tải ống.

 ...................

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.

      1.2.2 Những lợi ích của phương pháp thiết kế theo mô đun

            1) Giảm thời gian 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.

            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.

            Ngòai ra, các mô đun trong sản phẩm có thể được thay thế bằng một mô đun đặc biệt để đáp ứng một nhu cầu khách hàng riêng biệt nào đó.

            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.

            4) Nâng cao chất lượng sản phẩm, 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 đơn giản 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 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.

            5) Giảm chi phí thiết kế và chế tạo nhờ vào việc sử dụng lại các chi tiết đã thiết kế trước đây.

            6) Thiết kế tiêu chuẩn hóa nhờ vào sự phân lọai các chi tiết rõ ràng theo chức năng.

      1.2.3 Những khó khăn của phương pháp thiết kế theo mô đun

            Thiết kế hệ thống mô đun hóa thì khó khăn hơn nhiều so với các hệ thống khác. Người thiết kế hệ thống mô đun hóa phải hiểu rõ chức năng và sự làm việc của sản phẩm hoặc qúa trình để thành lập các qui tắc thiết kế khả thi thực hiện chức năng các mô đun cũng như tổng thể sản phẩm. Khi thiết kế từng mô đun, mọi việc có vẻ suôn sẻ; tuy nhiên, khó khăn có thể xuất hiện khi kết hợp các mô đun với nhau và sản phẩm sau khi kết hợp đó làm việc không tốt. Trong suốt qúa trình thiết kế, ngưới thiết kế có thể ban đầu nảy sinh một sáng kiến với một lọai sản phẩm cụ thể ban đầu; tuy nhiên, sau đó có thể họ áp dụng ý tưởng đó trong một loại sản phẩm mới. Từ đó, nhiều chi tiết phải được điều chỉnh để giải quyết các vấn đề phát sinh trong loại sản phẩm mới đó. Sau khi ý tưởng dược ứng dụng thành công trong loại sản phẩm mới thì người thiết kế phải quay lại loại sản phẩm ban đầu ( nơi mà họ nảy sinh sáng kiến ) để có thể sử dụng lại những mô đun đạt được trong loại sản phẩm mới vào trong loại sản phẩm ban đầu. Do đó, 2 loại sản phẩm có thể sử dụng chung một số chi tiết. Việc này đòi hỏi người thiết kế phải đảm bảo các mô đun trong 2 loại sản phẩm phải có cùng cấu trúc và kích thước. Điều đó cho thấy người thiết kế phải làm việc cùng lúc giữa các loại sản phẩm một cách thường xuyên. Việc này chỉ kết thúc khi tất cả các mô đun phù hợp cho tất cả các loại sản phẩm cho thấy đây là một qúa trình rất phức tạp.

            Ở giai đọan hình thành các mô đun, người thiết kế bắt đầu hình thành các mô đun đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cho các chức năng con đạt dược khi phân tích sản phẩm. Một nguyên lý cơ bản trong thiết kế sản phẩm là người thiết kế phải giảm đến mức tối thiểu số lượng các mô đun. Càng ít mô đun nghĩa là càng ít bề mặt chung và càng ít chi tiết, điều này làm giảm chi phí sản xuất, kiểm tra và lắp ráp các chi tiết. Do đó, người thiết kế cố gắng tới mức có thể nhiều chức năng vào một mô đun và mô đun này được gọi là “mô đun cơ bản”. Tuy nhiên, việc này cho thấy người thiết kế đã làm tăng sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các chi tiết trong cùng một mô đun. Các chi tiết này sẽ được thiết kế và chế tạo phụ thuộc lẫn nhau, và chính điều này làm giảm lợi ích chính của phương pháp mô đun hóa.

1.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN CHO HỆ THỐNG BĂNG TẢI VẬT LIỆU RỜI

      1.3.1 Giới thiệu các phương pháp thiết kế theo mô đun (theo [3] )

            Có các phương pháp thiết kế theo mô đun chủ yếu:

            - Thiết kế sản phẩm Fractal (Fractal Product Design – FPD).

            - Ma trận cấu trúc thiết kế (Design Structure Matrix – DSM).

            - Phát triển sản phẩm theo mô đun (Modular Product Development-MPD).

            1.3.1.1 Thiết kế sản phẩm Fractal (Fractal Product Design – FPD)

                  FPD được xác định như “một mô đun độc lập chức năng” [Kahmeyer, Warnecke và Schneiner, 1994). Kahmeyer mô tả phương pháp bao gồm năm bước. Bước đầu tiên là phân tích sản phẩm. Trong bước này thiết lập một loạt sản phẩm thích hợp, cấu trúc sản phẩm và cấu trúc chức năng được phân tích. Kết quả của việc phân tích là xác định hai cấu trúc điển hình. Bước thứ hai là đưa ra các ý tưởng thiết kế các mô đun sản phẩm. Bước thứ ba là thực hiện ý tưởng thiết kế các giao diện của mô đun. Bước thứ tư là đánh giá và thẩm định các mô đun sản phẩm và giao diện của chúng. Tiêu chuẩn thẩm định được thiết lập theo các mục tiêu chính như chất lượng, lắp ráp và tháo rời, thiết kế để chế tạo, chức năng…Bước thứ năm là thiết kế lại mô đun và tối ưu hóa. Đánh giá các mô đun chỉ ra các nhược điểm và chúng phải được hoàn thiện trong bước này. Do đó các công cụ như FMEA là sự trợ giúp tốt nhất.

            1.3.1.2 Ma trận cấu trúc thiết kế (Design Structure Matrix – DSM)

                  Yassine miêu tả phương pháp ma trận cấu trúc thiết kế như một trình bày ma trận kết hợp của quá trình mô đun hóa. Phương pháp này có thể phân tích các giai đoạn khác nhau của quá trình mô đun hóa gồm ba bước. Bước đầu tiên phân tích hệ thống và tìm ra mối quan hệ giữa các bộ phận. Sau đó thiết lập ma trận quan hệ giữa các bộ phận và mối quan hệ giữa các bộ phận được đánh dấu trong ma trận. Bước thứ hai là phân chia ma trận cấu trúc thiết kế. Trong bước này ma trận được biến đổi theo dạng tam giác và được sắp xếp lại các dấu hiệu theo dạng đường chéo của ma trận. Điều này được thực hiện với sự trợ giúp của một thuật toán. Bây giờ ma trận cho thấy các bộ phận thì song song, nối tiếp và nó phải được nhóm lại theo các dấu hiệu trong ma trận quanh đường chéo. Từ đây, các mô đun có thể được tạo ra.

            1.3.1.3 Phát triển sản phẩm theo mô đun (Modular Product Development-MPD)

                  Ali K.kamrani, Ph.D và Sa’ed Salhieh miêu tả phương pháp này gồm 13 bước. Bước đầu tiên là phân tích nhiệm vụ thiết kế. Trong bước này, ta sẽ thành lập nhóm thiết kế và phát biểu bài toán thiết kế. Bước thứ hai là lập kế hoạch thực hiện. Trong bước này, ta sẽ tiến hành đưa ra các bước tiến hành thiết kế và sử dụng biểu đồ thành lập lịch trình thiết kế. Bước thứ ba là xác định các yêu cầu kỹ thuật của bài toán thiết kế. Trong bước này, ta tiến hành xác định yêu cầu khách hàng và sử dụng “ngôi nhà chất lượng” (phương pháp QFD) xác định yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm. Bước thứ tư là đưa ra ý tưởng cho bài toán thiết kế. Trong bước này, sử dụng kỹ thuật phân tích chức năng để phân tích chức năng chung của sản phẩm thành các chức năng con và sử dụng kỹ thuật đưa ra ý tưởng từ những chức năng để đưa ra các ý tưởng thiết kế. Bước thứ năm là đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế. Trong bước này, ta sử dụng phương pháp ma trận quyết định để lựa chọn ý tưởng có triển vọng và tốt nhất để triển khai thiết kế. Bước thứ sáu là xác định đặc tính hệ thống (SLS). Trong bước này, dựa vào đặc điểm kết cấu và đặc điểm chức năng để hình thành cấu trúc cấp bậc các đặc tính hệ thống và xét mối quan hệ một đối một của các bộ phận. Bước thứ bảy là xác định ảnh hưởng của đặc tính hệ thống lên các yêu cầu chức năng chung (GFR). Trong bước này, ta xây dựng ma trận quan hệ giữa SLS và GFR với các mối quan hệ được biểu thị bằng các giá trị 1, -1, 0. Bước thứ tám là xác định hệ số tầm quan trọng của yêu cầu chức năng chung (Weights for GFR). Trong bước này, các yêu cầu chức năng chung được cho các hệ số tầm quan trọng khác nhau dựa vào yêu cầu của khách hàng nằm trong khoảng 0,1 đến 1. Bước thứ chín là thiết lập ma trận đồng dạng. Trong bước này, đầu tiên ta sẽ xác định bảng chỉ số đồng dạng và sau đó thiết lập ma trận đồng dạng. Bước thứ mười là hình thành các mô đun. Trong bước này, ta dựa vào thuật toán nhận dạng nhóm (CIA) để sắp xếp ma trận theo dạng đường chéo và xác định được các mô đun trên ma trận đường chéo. Bước thứ mười một là thiết kế các mô đun. Trong bước này, các mô đun sẽ được thiết kế đồng thời và hình thành các bản vẽ trong quá trình thiết gồm bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp. Thêm nữa, ta cũng lựa chọn vật liệu và qui trình công nghệ cho các mô đun. Bước thứ mười hai là đánh giá các mô đun. Trong bước này, các mô đun sẽ được đánh giá với các chỉ tiêu khác nhau. Bước cuối cùng là hoàn chỉnh thiết kế sản phẩm. Trong bước này, thiết lập bản vẽ lắp dùng để lắp ráp các mô đun.

      1.3.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế theo mô đun cho hệ thống băng tải vật liệu rời

            Các phương pháp mô đun hóa bao gồm các bước thực hiện khác nhau để hình thành các sản phẩm theo mô đun. Tuy nhiên, hầu như các phương pháp mô đun hóa đều có ba bước cơ bản:

                  1) Thiết lập các nguyên tắc thiết kế.

                  2) Các mô đun được thiết kế  đồng thời.

                  3) Kiểm tra và kết hợp

            Ta thấy đối với hệ thống băng tải vật liệu rời cần tính tóan thiết kế gồm các bộ phận chính như mục 1.1.3, mức độ phức tạp của dự án thiết kế chỉ ở mức trung bình.

            Trong phương pháp Thiết kế sản phẩm Fractal (FPD), sau khi phân tích, thiết kế các mô đun, ta còn phải cải tiến các mô đun trong quá trình phát triển nên phương pháp này rất phức tạp, chỉ thích hợp cho các dự án lớn, phức tạp, không phù hợp với hệ thống băng tải vật liệu rời cần tính toán, thiết kế. Trong khi đó, phương pháp Ma trận cấu trúc thiết kế (DSM) chỉ cho phép thành lập các mô đun với ý tưởng đơn giản, sau đó phải bổ sung thêm rất nhiều việc phải làm trước và sau khi các mô đun tạo ra, cho thấy phương pháp này không thật chặt chẽ trong việc tạo ra các mô đun. Từ đó, tác giả chọn Phương pháp phát triển sản phẩm theo mô đun (MPD) để xây dựng quy trình tính tóan thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời vì mức độ phức tạp của hệ thống băng tải này chỉ ở mức trung bình và trong 3 phương pháp thì phương pháp này tương đối khá đầy đủ và phù hợp với những kiến thức về quá trình phát triển sản phẩm mà tác giả đã được học ở môn học “Phương pháp thiết kế kỹ thuật” trong các năm học Đại học.

1.4 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

      1.4.1 Mục tiêu của đề tài

            Từ các phân tích như trên, tác giả thực hiện luận văn với các mục tiêu như sau:

• Xây dựng quy trình thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời.
• Xây dựng phần mềm hỗ trợ thiết kế.
• Ứng dụng phương pháp thiết kế cho một hệ thống băng tải cụ thể.

      1.5.2 Nội dung của đề tài

            Với các mục tiêu đó, tác giả xin được trình bày nội dung luận văn gồm 4 phần:

• Tổng quan về thiết kế sản phẩm theo mô đun.
• Xây dựng quy trình tính tóan thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời.
• Xây dựng phần mềm hỗ trợ tính tóan thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời.
• Tính tóan thiết kế hệ thống băng tải ống.

 

Chương 2

XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TÓAN THIẾT KẾ THEO MÔ ĐUN CHO CÁC HỆ THỐNG BĂNG TẢI
VẬT LIỆU RỜI

 

 

      Theo “Phương pháp phát triển sản phẩm theo mô đun” (Modular Product Development – MPD ), quy trình thiết kế theo mô đun tổng quát gồm các bước (Hình 2.1) :

Hình 2.1 Quy trình thiết kế theo mô đun tổng quát

     

      Từ đó, tác giả xin áp dụng xây dựng Quy trình tính tóan thiết kế theo mô đun cho các hệ thống băng tải vật liệu rời gồm các bước như sau:

2.1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

      2.1.1 Thành lập nhóm thiết kế

            Thành lập nhóm thiết kế là nhiệm vụ tương đối quan trọng, nó góp phần vào sự thành công của 1 dự án thiết kế. Để thành lập nhóm thiết kế, ta thực hiện các bước sau:

• Bước 1: Tìm hiểu tính cách của từng thành viên trong nhóm (thông qua bản kê khai cá nhân gồm sở thích, tính cách…).
• Bước 2: Dựa vào tính cách của từng thành viên, ta phân công mỗi thành viên sẽ đảm nhận một hay nhiều vai trò phù hợp với tích cách của họ (các vai trò trong nhóm thiết kế gồm: người điều phối, người sáng tạo, người khám phá, người lập kế hoạch, người giám sát – đánh giá, người chăm sóc nhóm, người thực thi, người hoàn chỉnh sau cùng).

            Để nhóm làm việc có hiệu quả thì cần có 8 vai trò ( mỗi người đảm nhận ít nhất một vai trò ) :

            1/ Người điều phối

            2/ Người sáng tạo

            3/ Người khám phá

            4/ Người lập kế hoạch

            5/ Người giám sát – đánh giá.

            6/ Người chăm sóc nhóm

            7/ Người thực thi

            8/ Người hòan chỉnh sau cùng

      2.1.2 Phát biểu bài tóan thiết kế hệ thống băng tải vật liệu rời

            Trong quá trình sản xuất ở các xí nghiệp, máy nâng chuyển đóng vai trò quan trọng trong quy trình công nghệ sản xuất liên tục hay sản xuất động lập.

            Máy nâng chuyển thực hiện các công đoạn trung gian nhằm chuyển tải các sản phẩm theo quy trình công nghệ sản xuất của các xí nghiệp.

            Các máy nâng chuyển có thể lắp đặt và vận hành trong các máy cơ khí, trên các bến cảng, các công trường và các xí nghiệp nhỏ.

            Băng tải là một dạng máy nâng chyển, được phổ biến trong nền công nghiệp thế giới đã hơn 20 năm và ngày càng phát triển do các ưu điểm nổi bật của nó về năng suất, thời gian và tính hiệu quả. Từ đó, công tác nghiên cứu thiết kế các hệ thống băng tải vận chuyển vật liệu trong sản xuất công nghiệp luôn được quan tâm, đặc biệt là đối với vật liệu rời, chiếm tỷ trọng lớn nhất (73%) trong các ngành công nghiệp chủ đạo hiện nay.

2.2 LẬP KẾ HOẠCH THỰC HIỆN – BIỂU ĐỒ THANH CHO DỰ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VẬT LIỆU RỜI

      Để thực hiện lập kế hoạch cho dự án thiết kế hệ thống băng tải vật liệu rời, ta tiến hành theo các bước sau:

• Bước 1: Xác định nhiệm vụ ban đầu khi thiết kế hệ thống băng tải vật liệu rời.
• Bước 2: Phát biểu mục tiêu cho mỗi nhiệm vụ con:

                  - Nhiệm vụ 1:  Xác định nhu cầu khách hàng                                            

                  - Nhiệm vụ 2:  Lập kế hoạch                                                                         

                  - Nhiệm vụ 3: Phân tích nhiệm vụ thiết kế                                                 

                  - Nhiệm vụ 4: Xác định các yêu cầu kỹ thuật

                  - Nhiệm vụ 5: Đưa ra ý tưởng thiết kế

                  - Nhiệm vụ 6: Đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế

                  - Nhiệm vụ 7: Tính toán thiết kế sản phẩm

                  - Nhiệm vụ 8: Đánh giá sản phẩm

• Bước 3: Ước tính số nhân công, thời gian và các nguồn lực khác cần thiết để hoàn thành nhiệm vụ.
• Bước 4: Sắp xếp trình tự công việc.
• Bước 5: Ước tính chi phí thiết kế hệ thống băng tải vật liệu rời.

2.3 XÁC ĐỊNH CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT

      2.3.1 Xác định yêu cầu khách hàng đối với hệ thống băng tải vật liệu rời

            Qua kết quả khảo sát khách hàng ta rút ra các yêu cầu khách hàng đối với các hệ thống băng tải vật liệu rời chủ yếu như sau:

- Dễ sử dụng

- Ít ồn

- Năng suất cao

- Vận chuyển nhanh

- Dễ bảo trì, sửa chữa

- An toàn, đảm bảo các yêu cầu vệ sinh môi trường

- Tuổi thọ cao, dễ thay thế phụ kiện

- Kết cấu có thẩm mỹ cao

- Giá thành thấp

                  Ngoài ra, có thể có các yêu cầu đặc biệt khác của khách hàng đối với hệ thống băng tải tùy thuộc vào điều kiện nhà máy, yêu cầu góc cong vận chuyển, điều kiện địa hình, …

      2.3.2 Xác định các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống băng tải vật liệu rời

            Sau khi xây dựng ngôi nhà chất lượng dựa trên các yêu cầu khách hàng, khả năng cạnh tranh và tầm quan trọng của các yêu cầu khách hàng, ta nhận được các yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống băng tải như sau:

            - Công suất tải: a (kW)

            - Chiều dài băng: B = b (m)

            - Chiều rộng băng: c (m)

            - Góc nghiêng băng: d (độ)

            - Đường kính con lăn: e (mm)

            - Đường kính tang: f (m)

            - Vận tốc băng: v = g (m/s)

            - Giá thành: h (USD)

            - Năng suất băng tải: G = i (tấn/giờ)

            - Phần trăm diện tích vật liệu trong ống: γ = j (%)

            - Lọai băng: băng cao su nhiều lớp vải

2.4 ĐƯA RA Ý TƯỞNG

      2.4.1 Phân tích chức năng

            1/ Tìm ra chức năng chung

                  Yêu cầu chung của thiết kế là làm sao cho băng tải vận chuyển được vật liệu từ vị trí này đến vị trí này tới vị trí khác, yêu cầu cụ thể tùy thuộc vào bài tóan cần thiết kế. Từ đó, các yếu tố tác động và các bộ phận cần thiết để thực hiện chức năng chung được thể hiện như sau:

            2/ Phân tích chức năng con

                  Từ những chức năng chung đã đưa ra đi phân tích thành những chức năng nhỏ hơn, góp phần thực hiện chức năng chung đã định.

      2.4.2 Đưa ra ý tưởng

            Ý tưởng 1: (Hình 2.2)

            Hệ thống băng tải vật liệu rời dạng máng phẳng được đỡ bằng một con lăn.

            Một tang dẫn để hệ thống họat động. Tang dẫn được nối với động cơ thông qua hộp giảm tốc và bộ truyền phụ ( đai hoặc xích).

Hình 2.2 Băng tải dạng máng phẳng