CAD – Cuộc cách mạng công nghệ mới

CAD là ứng dụng máy tính trong thiết kế, còn CAM là ứng dụng máy tính trong điều khiển máy công cụ thực hành sản xuất. Có thể nói CAD/CAM là chìa khóa của hiện đại hóa nhiều ngành sản xuất. CAD/ CAM vào VN đầu những năm 80 thế kỷ 20, đã tạo ra những đột phá đổi mới công nghệ thiết kế trong cơ khí chế tạo, xây dựng – kiến trúc và hàng loạt các ứng dụng tạo mẫu trong công nghiệp nhựa, giày dép, dệt may, gốm sứ… Chúng ta rất cần biết thêm về CAD/CAM.

Khái niệm

CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính: Đó là việc dùng máy tính hỗ trợ mọi công đoạn thiết kế một sản phẩm mới.

Những sản phẩm này có thể là ngôi nhà hay chỉ một cầu thang trong ngôi nhà; có thể là khuôn đúc bửng xe gắn máy, cây cầu… Việc thiết kế không chỉ giới hạn ở việc vẽ ra sản phẩm cần sản xuất (dù rằng đó là việc rất quan trọng) mà thường gồm các công việc sau:  

• Thể hiện ý tưởng (tổng thể cho tới chi tiết) bằng các hình vẽ kỹ thuật và phối cảnh.

• Phân tích và hiệu chỉnh mô hình, thực hiện các tính toán liên quan.

• Xây dựng và thử nghiệm (trên máy tính) mô hình nguyên mẫu.

• Xuất thông tin cho các công đoạn khác: số lượng nguyên vật liệu, ảnh & hình động cho tiếp thị, thông tin hình học cho bộ phận sản xuất.

Hình 1: Giá phần mềm CAD qua các giai đoạn(Nguồn http://mbinfo.mbdesign.net)

CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính: Đó là việc truyền thẳng các số liệu và chương trình từ máy tính sau bước CAD tới máy điều khiển bằng số (Numerically Controlled  Machines) để các máy công cụ này chế tạo ra sản phẩm hoặc một phần của sản phẩm mà quá trình thiết kế (sử dụng CAD) đã tạo ra. Chẳng hạn trong ngành dệt, sau khi thiết kế xong một mẫu chăn len với các họa tiết đẹp mắt trên máy tính, có thể nối thẳng máy tính đó vào máy dệt Jacquart để dệt ra tấm chăn. Mô hình này đã được thực thi vào năm 1991 bởi một đề tài nghiên cứu thuộc chương trình ‘Tin Học Viễn Thông’ của Sở KHCN TP.HCM. Công nghệ robot được xem là một nhánh quan trọng của CAM.

Những ý tưởng đầu tiên về việc dùng máy tính để làm đồ họa, một công việc quan trọng trong mọi công tác thiết kế, đã được Vannevar Bush đề xuất từ 1945, ngay sau khi máy tính điện tử đầu tiên ra đời. Tuy nhiên thời đó những nguyên tắc ấy chưa thể thành hiện thực. Vào những năm 60 thế kỷ 20, các giải pháp CAD đầu tiên đã ra đời tại General Motors, Lockheed, NASA, Bell Labs. Vào những năm 70, với sự xuất hiện các máy công cụ điều khiển bằng số thì các hệ CAM đầu tiên ra đời, gắn với công nghiệp ô tô, máy bay, điện tử, quốc phòng. Đây là thời kỳ sôi động của cuộc cách mạng tự động hóa. Các hệ thống CAD-CAM (nối với nhau thành một chỉnh thể) tràn ngập trong mọi ngành công nghiệp. Các hệ thống này tạo ra những bước nhảy vọt về năng suất và chất lượng trong sản xuất công nghiệp.

Kể từ hệ đồ họa đầu tiên SAGE (Semi Automatic Ground Environment) trong những năm 50 cho tới nay, ngành CAD  đã trải qua những chặng đường phát triển đặc sắc, nhanh chóng đến bất ngờ.

Không còn đắt khi ứng dụng  

Cuối những năm 70, một hệ CAD đặc trưng là một máy tính 16-bit với bộ nhớ trong nhiều nhất là 512 Kb, dung lượng đĩa cứng 20 tới 300 Mb,  giá tiền cỡ 125.000 USD. Sang những năm 80, dòng máy PC đã mở ra một hướng phát triển mới: CAD trên máy tính giá thấp (Hình 1).

Không còn khó sử dụng

Cả một thời gian dài, CAD vốn được coi là khó học, khó sử dụng. Trong vài năm gần đây, xu hướng ‘tích hợp Windows’, sử dụng các kỹ thuật quen thuộc như ‘kéo-thả’, ‘cắt-dán’, ‘menu chuột phải’, phản hồi qua hình dạng con chuột… đã khiến cho việc nắm vững một hệ CAD trở nên dễ dàng. Có những hãng như SolidWorks chủ tâm lấy yếu tố ‘dễ sử dụng’ làm thế mạnh chiến lược (Hình 2). Các thiết kế viên của Kvaerner Oilfield Products đã có khả năng tự tạo mô hình chỉ sau hai ngày học SolidWorks.

Đại trà trên Thế Giới

Dưới sứp ép của thị trường, các nhà cung cấp luôn phải luôn thay đổi mẫu mã, nâng cao chất lượng thiết kế, đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn. Việc sử dụng CAD hầu như đã trở thành dĩ nhiên trong học tập và lao động tại các nước phát triển. Sinh viên cơ khí được sử dụng nhiều hệ CAD khác nhau. CAD thậm chí được đưa vào trường phổ thông, tạo nên một phong trào ‘chơi CAD’ rộng khắp.

Từ cuối năm 2000, ngành thiết kế đã bắt đầu nói tới khái niệm ‘chiều không gian thứ tư’ là trục thời gian, dành riêng cho việc phục hồi các công trình lịch sử. Nếu thành công, đây lại là bước ngoặt mới trên lộ trình phát triển CAD.

CAD tại Việt Nam

Năm 1984, ông Nguyễn Quang – một Việt kiều ở Đức về nước, đem theo những hiểu biết về CAD/CAM. Có lẽ ông là người đầu tiên có các bài trình bày về vấn đề này ở nước ta. Đáng tiếc, ông Quang sớm qua đời vì tai nạn. Một nhóm chuyên gia tin học ở TP HCM thời đó tiếp tục công việc của ông đã gặt hái một vài thành công đầu tiên như thiết kế tấm thảm len bằng máy tính và tổ chức dệt thành công tại xí nghiệp thảm len Đà Nẵng (1986), viết PM CAD cho nhà máy dệt Đông Á (1989) và đã được sử dụng trong nhiều năm, xây dựng hệ CAD/CAM cho khâu làm chương trình dệt cho nhà máy dệt chăn Bình Lợi (1990).

Cuối thập kỷ 80 đầu thập kỷ 90, nhiều người Việt Nam đi học, đi tham quan, làm việc tại nước ngoài đã mang CAD về nước. Ông giám đốc Nguyễn Đức Đạt của Trung Tâm Tư Vấn Thiết Kế Kiến Trúc & Xây Dựng 2 (công ty Tư Vấn Đầu Tư Phát Triển và Xây Dựng – THIKECO)  thậm chí đã  bán  một phần diện tích đất của công ty để mua sắm trang thiết bị CAD. THIKECO vẽ máy  từ thời còn phải khởi động bằng đĩa mềm, máy tính còn chạy rất chậm, nhưng họ đã không bỏ cuộc và giờ thì bản vẽ ở THIKECO đã được số hóa 100%. 

Bên cạnh đó, còn một số lượng không nhỏ doanh nghiệp 100% vốn nước ngoài ‘được’ chuyển giao công nghệ từ công ty mẹ, các doanh nghiệp ‘phải’ chuyển sang CAD do làm ăn với đối tác nước ngoài.

Người trong ngành dệt may đã từ lâu biết đến các PM trợ giúp thiết kế khi nhập mua máy móc. Chính thức vào Việt Nam từ năm 1998, PM thiết kế may mặc Lectra của Pháp tới nay đã có chỗ đứng vững chắc, bán được 120 bản quyền cho khoảng 100 cơ sở dệt ở Việt Nam. Các xí nghiệp ngành đóng tàu như Ba Son, Hồng Hải thì sử dụng PM phóng dạng. Người trong ngành giày dép cũng có nhu cầu về những PM CAD riêng. Trong ngành cơ khí, phòng CAD/CAM của khoa Cơ Khí ĐH Bách Khoa Hà Nội đã mang hệ Pro/Engineer đến với không ít học viên cũng như các nhà sản xuất. Từ giữa thập kỷ 90, các cơ sở như Phú Vinh, Hoàn Vũ đã từng bước đầu tư tới vài trăm ngàn USD cho một giải pháp trọn gói CAD/CAM và máy CNC với các PM.

Thời gian gần đây, một số người bắt đầu chú ý đến PM SolidWorks do dễ sử dụng, giá rẻ. Trường Bách Việt  cùng một số nơi khác đã bắt đầu dạy các khóa căn bản, giá không rẻ. Một số người đã không tiếc vài triệu để làm quen với những PM như Lectra, SolidWorks, Pro/Eng…

Còn xa lạ với doanh nghiệp

Lợi ích của CAD đã được chứng minh rõ ràng. KTS Nguyễn Trường Giang, công ty THIKECO nêu một ví dụ: ‘Dùng bản vẽ AutoCAD khi đi dự thầu rất thuận tiện bởi kỹ thuật 3D-CAD giúp chủ đầu tư tưởng tượng được toàn bộ công trình khi hoàn thiện. Công việc thay đổi theo yêu cầu của chủ đầu tư cũng rất dễ dàng và nhanh chóng. Hơn thế, 3D-CAD tạo ra những hình ảnh sinh động, rất hấp dẫn chủ đầu tư. Công ty THIKECO đã trúng thầu một số các dự án lớn như công trình nhà triển lãm Quân Đội 11 tầng; cảng hàng không Cam Ranh… với sự đóng góp không nhỏ của CAD.’

Tiềm năng tuy lớn song lực lượng dùng CAD của Việt Nam còn mỏng, dàn trải, chưa được tổ chức tốt và vì thế khó có tay nghề cao. Việc  tìm hiểu công nghệ CAD tại Việt Nam tản mạn, vụn vặt, gặp nhiều khó khăn. CAD chưa được xã hội biết đến như một thành phần quan trọng của việc học và làm, xứng đáng với những sức mạnh mà nó có thể mang lại cho người thiết kế cũng như nhà sản xuất.

Nhu cầu vẫn đang mở ra  

Không ít người tin rằng nhu cầu ở Việt Nam chưa có hay còn quá ít. Dĩ nhiên, ta không thể ‘nằm mơ’ tới những hợp đồng CAD/CAM ‘nặng’ 43 triệu USD của Unigraphics Solutions ký với hãng Boeing năm 1999. Nhưng ngành CAD thì nhìn đâu cũng thấy những vị trí cần/nên và thậm chí phải ứng dụng CAD. Ông Nguyễn Văn Nam, phó TGĐ công ty Đại Phát, cho biết: ‘Mỗi năm Đại Phát xuất khẩu sản phẩm đồng mỹ nghệ trị giá  từ 800.000 – 900.000 USD. Với mẫu mã phức tạp, cần CAD/CAM tiên tiến hỗ trợ, Đại Phát phải đặt công ty Cidel (Pháp) thực hiện. Tùy độ phức tạp, mỗi loại khuôn mất từ 45 ngày đến 3 tháng, chi phí từ vài ngàn USD đến trên 10.000 USD/khuôn. Kể từ khi thành lập (1994) đến nay, riêng chi phí cho hơn 300 mẫu khuôn đồng các loại của công ty đã hơn 500.000 USD. Với chai nhựa Pet, Đại Phát cũng phải đặt hàng thiết kế và tạo khuôn, chi phí được tính vào giá thành chai’.

Chỉ để ý một chút, ai trong chúng ta cũng sẽ thấy ngày càng nhiều những vấn đề cần CAD. Vì sao tỷ lệ ‘nội địa hóa’ ngành ô tô của ta thấp thế? Vì sao đại đa số hàng trưng bày trong cuộc triển lãm đồ gốm sứ Việt Nam đầu năm vừa qua đều ở trạng thái over-designed (thiết kế thừa)? Và cả các ngành cơ khí, dệt..

Trong xu hướng hòa nhập với cộng đồng thế giới, nắm vững ngôn ngữ giao tiếp thiết kế là tất yếu. Chỉ lấy một ví dụ, nếu một số nhà thầu lớn ra quy định hồ sơ thầu phải ở dạng ‘bản vẽ thông minh’, thì 3D-CAD sẽ ngay lập tức trở thành chuyện hiển nhiên đối với những đơn vị muốn trúng thầu. 

Câu hỏi chỉ là: Bạn muốn ‘chủ động’ làm thân với CAD, hay sẽ đến với CAD chỉ khi đã bị dồn vào thế ‘bị động’?

TS.Kiều Hoa – Thu Nga – Đại Nguyên – Phi Quân