Bắt đầu bằng cách mở phần mềm thiết kế và vẽ là cách phổ biến nhất và cũng tốn kém nhất. Vài giờ làm rõ yêu cầu trước tiết kiệm nhiều tuần vẽ lại.
Làm rõ yêu cầu trước
Viết ra bằng số. Tải trọng bao nhiêu. Tầm với bao xa. Độ chính xác cần bao nhiêu. Thời gian chu kỳ bao lâu. Không có số thì không kiểm được thiết kế có đạt không.
Điều kiện làm việc. Nhiệt độ, độ ẩm, bụi, có nước không, có hoá chất không. Ảnh hưởng tới vật liệu và cấp bảo vệ.
Không gian cho phép. Đo thật tại chỗ sẽ lắp. Kích thước trên bản vẽ nhà xưởng thường không khớp thực tế.
Ai vận hành và bảo trì. Ảnh hưởng tới thiết kế tiếp cận và mức độ phức tạp chấp nhận được.
Ngân sách và thời gian. Quyết định phương pháp chế tạo và mức độ tuỳ biến.
Phân biệt bắt buộc và mong muốn. Danh sách yêu cầu dài mà không phân loại thì mọi thứ đều thành bắt buộc và thiết kế trở nên bất khả thi.
Xác nhận lại với người dùng. Đọc lại danh sách yêu cầu cho họ nghe. Thường sẽ phát hiện ra vài hiểu nhầm, và phát hiện lúc này rẻ hơn nhiều so với sau khi chế tạo.
Phác thảo và chọn phương án
Vẽ tay trước. Nhanh, dễ bỏ, dễ thử nhiều ý. Mở phần mềm quá sớm làm người ta gắn bó với phương án đầu tiên.
Nghĩ ít nhất ba phương án. Phương án đầu tiên hiếm khi tốt nhất. Buộc mình nghĩ thêm hai cách khác thường ra kết quả tốt hơn.
Tính thô cho mỗi phương án. Mô-men cần, khối lượng ước tính, độ võng ước tính, chi phí ước tính. Con số thô đủ để loại phương án tệ.
So sánh có tiêu chí. Lập bảng với các tiêu chí quan trọng và cho điểm. Buộc phải nói rõ vì sao chọn cái này.
Chốt kiến trúc trước khi vào chi tiết. Số bậc tự do, kiểu truyền động, bố trí chung. Đổi những thứ này sau khi đã vẽ chi tiết là vẽ lại từ đầu.
Kiểm khả thi sớm. Mua được động cơ cỡ đó không, gia công được hình đó không, có chỗ đặt không. Một cuộc gọi cho nhà cung cấp có thể loại bỏ cả phương án.
Làm mô hình đơn giản nếu không chắc. Bìa cứng, gỗ, ống nhựa. Rất nhanh và cho biết ngay tỷ lệ và tầm với có hợp lý không.
Tính toán cần làm
Mô-men và lực ở từng khớp. Ở tư thế bất lợi nhất, có tải, có gia tốc. Đây là tính toán quan trọng nhất và quyết định cỡ mọi thứ.
Độ võng kết cấu. Ước lượng bằng công thức dầm đơn giản. So với độ chính xác yêu cầu.
Kiểm bền. Ứng suất lớn nhất so với giới hạn vật liệu. Với robot thì thường độ cứng quyết định trước độ bền, nhưng vẫn nên kiểm.
Kiểm mỏi. Chi tiết chịu tải lặp lại hàng triệu lần có thể nứt dù ứng suất thấp hơn giới hạn bền. Chú ý chỗ tập trung ứng suất.
Tính khối lượng. Từ mô hình. Và cộng thêm cho vít, cáp, chi tiết phụ — chúng thường chiếm mười tới hai mươi phần trăm và hay bị quên.
Kiểm ổn định. Robot có bị lật khi với xa và mang tải không. Đế có đủ nặng không.
Ghi lại tính toán. Trong bảng tính có ghi giả định. Khi yêu cầu đổi thì tính lại nhanh, và khi có vấn đề thì kiểm lại được giả định nào sai.
Chi tiết hoá và chuẩn bị chế tạo
Dùng chi tiết tiêu chuẩn tối đa. Vòng bi, vít, thanh nhôm định hình, ống. Mua được ngay, rẻ hơn nhiều, và thay thế dễ.
Giảm số chi tiết riêng. Mỗi chi tiết tự thiết kế là một bản vẽ, một lần đặt gia công, và một thứ có thể sai.
Kiểm lắp ráp trên mô hình. Có lắp được không, có tháo được không, tay có luồn vào được không, dụng cụ có tiếp cận được không.
Chuỗi dung sai. Nhiều chi tiết ghép lại thì sai số cộng dồn. Xác định kích thước nào quan trọng và siết dung sai đúng chỗ đó.
Đường đi cáp. Thiết kế từ đầu, không thêm sau. Cáp là thứ hay bị quên nhất và gây nhiều vấn đề nhất khi lắp ráp.
Điểm nâng và vận chuyển. Cụm nặng cần chỗ móc cẩu. Nghĩ tới lúc chuyển từ xưởng tới nơi lắp.
Bản vẽ đầy đủ. Kích thước, dung sai, vật liệu, xử lý bề mặt, số lượng. Và đánh dấu mặt chuẩn.
Rà soát với người khác. Người thứ hai nhìn bản vẽ luôn tìm ra thứ gì đó. Bước này rẻ và hiệu quả.
Lặp và cải tiến
Phiên bản đầu sẽ có vấn đề. Đó là bình thường. Lập kế hoạch cho ít nhất hai vòng lặp.
Làm mẫu trước khi làm loạt. Một bộ, lắp thử, chạy thử, ghi lại mọi vấn đề. Rồi mới đặt số lượng.
Ghi lại mọi thứ phải sửa khi lắp. Phải khoan thêm lỗ, phải mài bớt, phải kê thêm. Mỗi cái là một lỗi thiết kế cần sửa trong bản vẽ.
Đo lại sau khi lắp. Khối lượng thật, độ võng thật, độ chính xác thật. So với tính toán. Chênh lệch dạy được nhiều điều cho lần sau.
Chạy thử dài. Nhiều vấn đề cơ khí chỉ xuất hiện sau nhiều nghìn chu kỳ — mòn, nới lỏng, mỏi.
Thu thập phản hồi từ người vận hành. Họ phát hiện những bất tiện mà người thiết kế không nghĩ tới.
Cập nhật bản vẽ. Bản vẽ không khớp với vật thật là vấn đề nghiêm trọng cho việc bảo trì và chế tạo lại sau này. Cập nhật ngay khi sửa, đừng để dồn.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao nên vẽ tay trước khi mở phần mềm thiết kế?
Vì vẽ tay nhanh, dễ bỏ và dễ thử nhiều ý. Mở phần mềm quá sớm làm người ta gắn bó với phương án đầu tiên, mà phương án đầu hiếm khi tốt nhất.
Tính toán nào quan trọng nhất?
Mô-men và lực ở từng khớp tại tư thế bất lợi nhất, có tải và có gia tốc. Nó quyết định cỡ động cơ, hộp số, ổ trục và cả kết cấu.
Chi tiết nào hay bị quên nhất khi thiết kế?
Đường đi cáp. Nó cần thiết kế từ đầu chứ không thêm sau, và là nguyên nhân của nhiều vấn đề khi lắp ráp.
Nên làm gì với những chỗ phải sửa khi lắp ráp?
Ghi lại tất cả — phải khoan thêm lỗ, phải mài bớt, phải kê thêm. Mỗi cái là một lỗi thiết kế cần sửa trong bản vẽ trước khi làm loạt.
Đọc thêm trong Bảo trì & phụ tùng và Dự án tự làm.
