#12 Takuya Okada, bậc thầy của máy đo sức căng: Phần 1
Bài viết gồm hai phần này đề cập đến Takuya Okada, một bậc thầy về máy đo sức căng, người có chuyên môn độc đáo giúp kiểm tra độ bền của các bộ phận khung gầm.
Thủ công vẫn đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất ô tô ngày nay, ngay cả khi công nghệ như AI và in 3D cung cấp các phương pháp tiên tiến hơn. Loạt bài này giới thiệu kỹ thuật chế tạo đồ thủ công của monozukuri (chế tạo đồ vật) của Nhật Bản thông qua các cuộc phỏng vấn với các bậc thầy chế tạo ô tô của Toyota.
Đây là phần đầu tiên của bài báo làm nổi bật Takuya Okada, một bậc thầy trẻ về máy đo sức căng, người đã sử dụng các phương pháp và chuyên môn độc đáo của mình để kiểm tra độ bền của các bộ phận khung gầm tại các cơ sở sản xuất ô tô của Toyota.
#12 Takuya Okada, bậc thầy của máy đo sức căng: Phần 1
Trưởng nhóm, Đội đảm bảo chất lượng 4, Bộ phận chứng nhận thiết bị dập, Bộ phận kỹ thuật sản xuất thân xe, Nhà máy Tsutsumi, Nhóm sản xuất, Toyota Motor Corporation
Máy đo biến dạng, một phần không thể thiếu trong sản xuất ô tô
Hàng hóa sản xuất ngày nay được trang bị nhiều cảm biến siêu nhỏ, giúp biến các thay đổi vật lý khác nhau thành tín hiệu điện. Điện thoại thông minh đặc biệt được trang bị nhiều cảm biến như vậy, từ gia tốc kế và con quay hồi chuyển đến từ kế, cảm biến GPS và cảm biến ánh sáng xung quanh. Nhiều người được thiết kế để kết hợp nhiều chức năng.
Tuy nhiên, những cảm biến nhỏ bé này chỉ mới xuất hiện từ những năm 1980. Đồng thời, các cảm biến độc lập cơ bản hơn đã được sử dụng từ những năm 1960 để thực hiện tất cả các loại phép đo, Các lĩnh vực R&D sản xuất và bảo trì cơ sở đặc biệt phụ thuộc vào những cảm biến này.
Cơ bản nhất và phục vụ lâu nhất trong số này là các cảm biến được gọi là máy đo biến dạng. Trên sàn sản xuất của Toyota, chúng được sử dụng rất hiệu quả bởi “bậc thầy về máy đo sức căng” của công ty, Takuya Okada, người đứng đầu Nhóm Đảm bảo Chất lượng 4, một phần của Bộ phận Chứng nhận Thiết bị Dập, Bộ phận Kỹ thuật Sản xuất Thân xe. tại Nhà máy Tsutsumi của Toyota.
Đo nội lực bằng thiết bị điện tử cỡ đầu ngón tay
Cụm từ “máy đo sức căng” có thể khiến bạn liên tưởng đến một thứ giống như thước kẻ. Tuy nhiên, công cụ mà Okada xử lý không có dạng thước kẻ và bản thân nó không phải là một dụng cụ đo lường.
Mặc dù có nhiều loại máy đo biến dạng khác nhau, nhưng loại cơ bản nhất bao gồm một lá kim loại đặt trên đế nhựa và được nối với hai hoặc ba dây dẫn (dây dẫn điện được bọc trong polyester hoặc nhựa vinyl). Một thước đo thường có chiều dài từ vài mm đến hàng chục mm. Đế nhựa được dán trực tiếp vào vật liệu được đo bằng chất kết dính tác dụng nhanh.
và các bộ phận đánh giá trong quá trình phát triển. Ngoài ra, các bộ phận cũng được kiểm tra kỹ lưỡng trong suốt quá trình sản xuất để đảm bảo chúng không bị nứt, trầy xước hoặc các lỗi sản xuất khác.
Tuy nhiên, giữa các giai đoạn tạo mẫu và sản xuất hàng loạt, cấu trúc bộ phận và phương pháp chế tạo khác nhau, điều này cũng làm thay đổi độ bền của các bộ phận. Vì lý do này, Bộ phận Kỹ thuật Sản xuất Cơ thể của Okada. đã được thử nghiệm các bộ phận trong giai đoạn chuẩn bị khi các phương tiện đang chờ sản xuất hàng loạt kể từ những năm 1990.
Phương pháp xây dựng và chế tạo hiện tại của một bộ phận có cung cấp độ bền cần thiết không? Nếu không, nó nên được thiết kế và sản xuất như thế nào? Okada giúp trả lời những câu hỏi này bằng cách sử dụng kiến thức chuyên môn về máy đo biến dạng độc đáo của mình để tiến hành kiểm tra độ bền và thiết lập các điều kiện để sản xuất hàng loạt.
“Các bài kiểm tra độ bền mà chúng tôi thực hiện đánh giá các bộ phận để sản xuất hàng loạt và là một phần của phương tiện của khách hàng. Chúng tôi kiểm tra độ bền của các bộ phận để đảm bảo rằng, miễn là chúng được sử dụng, chúng sẽ không phản bội niềm tin mà khách hàng đặt vào ô tô của họ.”
Cải thiện các bộ phận sản xuất hàng loạt, thiết lập cơ sở cho các công nghệ và vật liệu mới
Bộ phận Kỹ thuật Sản xuất. cũng dựa trên kết quả của các bài kiểm tra độ bền này để tối ưu hóa độ bền của các thành phần, giúp làm cho ô tô có giá phải chăng hơn. Ví dụ: tạo các bộ phận được đóng dấu từ các tấm dày hơn mức cần thiết sẽ làm tăng thêm trọng lượng của ô tô, có khả năng làm tăng tải trọng lên các bộ phận khác. Nói cách khác, các bộ phận nhẹ hơn sẽ tốt hơn nếu chúng có thể được sản xuất với cùng độ bền và chức năng. Thật không may, một số vật liệu trở nên cứng hơn và dễ gãy hơn khi được làm mỏng hơn.
Các phép đo độ bền do Okada và nhóm của ông thực hiện cũng rất quan trọng trong việc kiểm tra xem các bộ phận mới và cải tiến đó có đủ độ bền và không có các vấn đề khác hay không.
Một phần công việc khác của Okada là tiến hành các đánh giá cơ bản, phân tích độ bền và các đặc tính khác của vật liệu mới và phương pháp sản xuất trước khi chúng được sử dụng để chế tạo các bộ phận. Do đó, dữ liệu được thu thập cũng được sử dụng trong thiết kế và phát triển các bộ phận trong tương lai.
Máy đo biến dạng cung cấp đánh giá cơ bản về kim loại trước khi nó được chế tạo thành các bộ phận.
“Để thực hiện các đánh giá cơ bản, chúng tôi cần có hiểu biết vững chắc về phương pháp hoặc vật liệu đó để quyết định những gì sẽ được đo và cách thức, trong những điều kiện nào, để đáp ứng mục đích của bài kiểm tra. Chúng tôi cần sửa đổi phương pháp thử nghiệm của mình cho từng phương pháp và vật liệu chế tạo khác nhau.”
Trên tất cả, Okada không thỏa hiệp về độ chính xác của các giá trị đo được và tính hợp lệ của đánh giá của mình.
“Nếu chúng tôi không thực hiện các xét nghiệm phù hợp và định lượng chính xác kết quả, chúng tôi không thể đưa ra đánh giá đúng đắn. Các vấn đề với các phương pháp thử nghiệm có thể dẫn đến đánh giá không chính xác. Nếu đúng như vậy, tốt hơn hết là bạn không nên kiểm tra gì cả và thành thật nói rằng bạn không biết.”
Một cậu bé yêu thích xe cộ và cơ khí
Trước khi cống hiến cuộc đời mình cho việc đo lường, khi còn nhỏ, Takuya Okada đã yêu thích tất cả các loại phương tiện làm việc. Anh sinh ra ở Ikeda, tỉnh Osaka, nơi cha anh kinh doanh tranh.
Gia đình Okada không thiếu ô tô và xe máy, từ chiếc sedan cỡ trung và xe tải nhỏ của cha anh đến chiếc ô tô nhỏ gọn của mẹ anh và chiếc xe tay ga của chị gái anh. Nhà Okada cũng có một nhà kho chứa đầy các loại máy móc mà cha anh dùng để vẽ tranh.
“Tôi thích tự mình tháo rời những chiếc máy đó và xem cơ chế hoạt động bên trong. Đối với thành công điện tử ban đầu đã dẫn tôi đến con đường này, đó có lẽ là ở lớp một. Chúng tôi có một chiếc TV ở nhà không có ăng-ten, và khi tôi kết nối một sợi dây gần đó với đầu cuối ăng-ten thì hình ảnh sẽ sáng lên. Đó là nơi nó bắt đầu.”
Okada tiếp tục theo học ngành kỹ thuật điện tại một trường trung học kỹ thuật, điều này đã đánh thức niềm đam mê của anh với các mạch điện tử. Điều này đặt anh ta trên con đường trở thành bậc thầy của máy đo sức căng. Tuy nhiên, sau khi tốt nghiệp, anh ấy hy vọng sẽ theo đuổi niềm đam mê xe cộ thời thơ ấu của mình để làm việc tại một nhà sản xuất.
“Nhà trường khuyên nên tìm việc ở công ty điện lực hoặc công ty ô tô. Nhưng với niềm yêu thích xe đạp, lựa chọn đầu tiên của tôi là một hãng sản xuất xe máy.”
Khi gia nhập Toyota, Okada được bổ nhiệm vào Bộ phận Kỹ thuật Sản xuất Thân xe. nơi anh ấy kiểm tra độ bền của các bộ phận khung gầm ô tô. Với niềm yêu thích xe cộ và mong muốn “làm công việc chế tạo ô tô”, ban đầu anh thấy nơi làm việc mới không mấy ấn tượng. Tuy nhiên, khi anh bắt đầu làm việc, các đồng nghiệp lớn tuổi đã dạy anh tầm quan trọng của khung gầm ô tô và độ sâu của công việc liên quan. Vai trò này cho phép Okada áp dụng trực tiếp những điều anh đã học được trong khóa học về điện ở trường trung học của mình.
“Trước khi đến đây, tôi không thấy một milimet có thể tạo ra khác biệt gì. Nhưng sản xuất ô tô là một thế giới của độ chính xác micron, đến phần nghìn milimét. Các đồng nghiệp cấp cao của tôi rất nghiêm khắc. Họ nói với tôi, 'Đừng nói những điều dựa trên tiêu chuẩn của riêng bạn. Bạn không thể quyết định
riêng của bạn mà một cái gì đó làm cho không có sự khác biệt. Hãy khắc phục lối suy nghĩ và thái độ đó trước khi làm công việc này.’”
Đây chính là điều đã khiến Okada trở thành bậc thầy về máy đo biến dạng, tận tâm để đạt được các phép đo chính xác nhất có thể.
Phần thứ hai của bài viết này tập trung cụ thể hơn vào nơi làm việc của Okada, công việc của anh ấy và những kỹ năng giúp anh ấy trở thành bậc thầy.
[Bậc thầy chế tạo ô tô]
Máy đo biến dạng, có thể nhìn thấy ở đầu, được gắn vào các bộ phận để đo.
Các phép đo cũng có thể được thực hiện đồng thời bằng nhiều máy đo biến dạng.
Và những máy đo biến dạng này đo lường cái gì? Ứng suất xuất hiện bên trong vật thể.
Khi một ngoại lực tác dụng lên một vật thể—nghĩa là khi vật thể đó bị kéo hoặc nén—các lực cản hoặc ứng suất xuất hiện bên trong vật thể đó để đối trọng với các lực lượng bên ngoài đó. Với điều kiện những ứng suất này bù đắp đủ lực bên ngoài, vật thể sẽ không bị gãy. Tuy nhiên, ngay khi lực tác dụng từ bên ngoài vượt quá ứng suất bên trong của vật thể, vật thể đó sẽ bị hư hỏng. Ứng suất cũng tập trung ở các rãnh khía, phần mỏng hơn hoặc các phần dễ bị tổn thương khác của vật thể, đây sẽ là phần đầu tiên bị phá vỡ.
Một màn hình hiển thị sự thay đổi về điện trở (ứng suất) của thành phần đang được kiểm tra.
Khi được gắn vào một vật thể, máy đo biến dạng hoạt động như một cảm biến phát hiện các ứng suất như thay đổi điện trở. Điện trở thay đổi để đáp ứng với lượng biến dạng (tức là thay đổi về hình dạng hoặc thể tích) mà những ứng suất này gây ra trong vật thể. Việc phát hiện, ghi lại và phân tích những thay đổi này về điện áp giúp đo ứng suất mà mắt người không nhìn thấy được.
Đo độ bền của phụ tùng ô tô chờ sản xuất hàng loạt
Vậy Okada làm gì với những máy đo sức căng này? Anh sử dụng chúng để kiểm tra độ bền của các bộ phận cấu thành nên kết cấu của xe, cụ thể là khung, thân và gầm, những bộ phận liên quan trực tiếp đến sự an toàn của xe. Anh ấy sử dụng máy đo biến dạng trong các bài kiểm tra độ bền này để đo và phân tích lực mà một bộ phận có thể chịu được.
“Khung của một chiếc xe được hàn lại với nhau từ khoảng 1.000 bộ phận kim loại khác nhau, hầu hết được tạo ra bằng cách dập. Nếu kim loại bị gãy do không đủ độ bền, điều đó có thể dẫn đến tai nạn hoặc khiến xe không thể lái được. Đặc biệt, độ bền của các bộ phận khung gầm ảnh hưởng lớn đến sự an toàn của xe, bao gồm độ ổn định khi điều khiển và bảo vệ người ngồi trong xe khi va chạm. Ô tô đã được lái trong hơn một thập kỷ, đôi khi chạy hàng trăm nghìn km, vì vậy việc kiểm tra sức mạnh là rất quan trọng.”
Công việc chính của Okada là đo độ bền của các bộ phận khung gầm trong giai đoạn sản xuất hàng loạt.
Tất nhiên, đối với tất cả các bộ phận như vậy, sức mạnh được tính toán cẩn thận từ giai đoạn thiết kế và phát triển ô tô. Các thành phần khung gầm cũng trải qua thử nghiệm độ bền lặp đi lặp lại theo thiết kế
