Bánh răng, linh kiện máy móc phổ biến trong nhiều hệ thống kỹ thuật như xe ô tô, động cơ máy bay, tự động hóa và robot, vừa chứng kiến một bước đột phá với sự ra đời của công cụ mô phỏng kỹ thuật số mới. Phần mềm này, được phát triển bởi nhóm nghiên cứu từ Khoa Kỹ thuật – Phòng thí nghiệm Điều khiển Chính xác của Đại học Waterloo dưới sự dẫn dắt của Tiến sĩ Kaan Erkorkmaz, mở ra hướng mới trong việc tiết kiệm thời gian và tiền bạc cho quá trình sản xuất gia công bánh răng.
Gia công, phương pháp chính để chế tạo bánh răng, yêu cầu lựa chọn các thông số kỹ thuật phức tạp như tốc độ cắt và độ dày loại bỏ vật liệu. Trước đây, quá trình này thường dựa vào kinh nghiệm của người vận hành hoặc kỹ sư, và thường phải trải qua nhiều lần thử và sai, tiêu tốn không ít thời gian và nguyên liệu.
Phần mềm mới, mang tên ShapePro, đổi mới cách thức mô phỏng quá trình cắt bánh răng. Nó cho phép dự đoán chính xác hình dạng phức tạp của chip và cơ học cắt, giúp tối ưu hóa tự động hoặc thủ công các thông số quy trình gia công. Nhờ công cụ này, người sản xuất có thể chạy mô phỏng trong không gian ảo trước khi thực hiện thử nghiệm thực tế, giúp giảm thiểu lãng phí và tăng năng suất.
Công trình này bắt nguồn từ nghiên cứu sau đại học của Andrew Katz và sau đó được mở rộng với sự tham gia của Pierce McCloskey và Milad Azvar. Dự án phát triển ShapePro được thúc đẩy bởi nhu cầu từ Ontario Drive and Gear – một công ty sản xuất bánh răng và xe địa hình, với sự hỗ trợ tài chính từ Hội đồng nghiên cứu khoa học tự nhiên và kỹ thuật Canada và Trung tâm xuất sắc Ontario.
ShapePro không chỉ giảm thiểu lãng phí vật liệu và năng lượng, mà còn hỗ trợ quy trình sản xuất bền vững. Erkorkmaz nhấn mạnh, công cụ này cho phép “cắt và đo trong môi trường ảo”, giúp các nhà sản xuất bắt đầu từ cài đặt gần như tối ưu khi áp dụng trên máy thực tế. Đặc biệt quan trọng đối với các công ty quy mô vừa, phần mềm này giảm thiểu quá trình thử và sai và giảm chi phí sản xuất hàng loạt nhỏ.
Không chỉ vậy, ShapePro còn có tiềm năng lớn trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Phần mềm này đã được thử nghiệm và chứng minh hiệu quả tại Toyota Motor Europe NV/SA và Pratt & Whitney Canada. Các nhà phát triển đang tìm kiếm cơ hội mở rộng ứng dụng của phần mềm vào các lĩnh vực như sản xuất thiết bị cho robot và tự động hóa, cũng như sản xuất năng lượng.
Mục tiêu tiếp theo của nhóm nghiên cứu là mở rộng khả năng dự đoán của phần mềm, như độ mòn của dụng cụ, và tối ưu hóa hiệu quả chi phí tổng thể của các quy trình cắt bánh răng. Hơn nữa, việc phát triển bản sao kỹ thuật số của các quy trình và máy cắt bánh răng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Văn phòng Thương mại hóa Waterloo (WatCo) đóng vai trò quan trọng trong quá trình thương mại hóa công cụ ShapePro, giúp nhóm nghiên cứu đảm bảo tài trợ và giới thiệu công việc của họ đến với ngành công nghiệp rộng lớn hơn. Công trình này không chỉ là một bước tiến trong công nghệ sản xuất, mà còn là minh chứng cho khả năng đổi mới sáng tạo trong lĩnh vực kỹ thuật.
