Ứng dụng công nghệ thông tin trong quy trình thiết kế phóng dạng tàu thuỷ và hệ thống đường ống trong thân tàu

Ứng dụng công nghệ thông tin trong quy trình thiết kế phóng dạng tàu thuỷ và hệ thống đường ống trong thân tàuTổng quan về công nghiệp đóng tàu trên thế giới, thực trạng công nghệ đóng tàu của Việt Nam những năm gần đây. ứng dụng công nghệ thông tin trong thiết kế công nghiệp đóng tàu. Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Shipconstructor. Sự phát triển của hệ thống quản lý kỹ thuật theo định dạng công nghệ mới. Các kết luận và kiến nghị.

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG

VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG TRONG THÂN TÀU

NGÀNH: CÔNG NGH Ệ CƠ KHÍ

§ç THÕ VINH Người hướng dẫn khoa học: PGS TSKH T Ạ DUY LIÊM

Hà Nội – 2006

L ỜI CAM ĐOAN

Luận văn được giao nhiệm vụ nghiên cứu với đề tài: “Ứng dụng công nghệ thông tin trong qui trình thiết kế phóng dạng tàu thuỷ và hệ thống đường ống trong thân tàu” Tác giả đã hoàn thành nghiên cứu đề tài với nội dung như sau:

- Phân tích hiện trạng công nghệ tại các nhà máy đóng tàu ở Việt Nam

- Trên cơ sở đó, nghiên cứu phần mềm ShipConstructor, ứng dụng

giải các bài toán điển hình trong công nghệ phóng dạng và thiết kế

hệ thống đường ống

- Nhận định và cải tạo hệ thống quản lý kỹ thuật trong quá trình triển khai công nghệ phóng dạng và thiết kế hệ thống đường ống, nâng cao chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

Tác giả xin cam đoan đã trực tiếp thực hiện toàn bộ nội dung nghiên

cứu như trình bày, không có sự sao chép hay gian lận Các nội dung đảm bảo theo đúng yêu cầu của đề tài như đã đăng ký trong bản đề cương

Đỗ Thế Vinh

DANH M ỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

I Tính bức thiết của đề tài:

Công nghiệp tàu thuỷ là một trong những ngành cơ khí có lịch sử hình thành và phát triển sớm ở nước ta Trong thời kỳ đầu phát triển, với sự giúp đỡ của các nước khối xã hội chủ nghĩa cũ, các nhà máy đóng tàu tại Việt Nam đã

có những nền tảng cơ bản trong lĩnh vực cơ khí tàu biển Tuy nhiên, trình độ công nghệ lúc đó chủ yếu là sửa chữa tàu biển, việc đóng mới còn rất hạn chế Trải qua thời kỳ bao cấp khó khăn, những lợi thế trong việc tiếp cận sớm mất dần đi do yếu kém trong quản lý và điều hành nền kinh tế vĩ mô, công nghệ trở nên lạc hậu và ngành công nghiệp tàu thuỷ của Việt Nam dần thụt lùi so với các nước trong khu vực và trên thế giới

Nhưng trong 10 năm trở lại đây, từ năm 1996, đánh dấu sự thay đổi của ngành công nghiệp tàu thuỷ là sự kiện thành lập Tổng công ty Công nghiệp tàu thuỷ Việt Nam (Vinashin) và năm nay 2006 là việc thành lập Tập đoàn kinh tế Công nghiệp tàu thuỷ (Vinashin Group) Công nghệ đóng tàu và vận tải khai thác đường biển của nước ta đã có nhiều tiến bộ đáng kể

Đặc biệt trong công nghiệp đóng mới tàu biển, trong 3 năm gần đây, Việt Nam nổi lên là một trong những nước có tiềm năng đóng mới tàu biển Công nghệ đóng tàu trong nước đã chế tạo được các loại tàu có chất lượng đạt tiêu chuẩn quốc tế như tàu hàng khô 6.500DWT, 12.500DWT, tàu chở dầu 13.500DWT, tàu chở Container 1016TEU… Thời gian vừa qua Vinashin đã

đóng và xuất khẩu thành công các loại tàu hút bùn từ 1000mP

3

P

/h đến 1,500mP

3

P

/h, các loại tàu kéo, sà lan…Với hợp đồng đóng mới 17 tàu hàng khô 53.000 DWT và dự án triển khai đóng mới tàu dầu 100.000 DWT, nền công nghệ đóng tàu đang từng bước phát triển mạnh mẽ

Đứng trước những cơ hội lớn đó, ngành công nghiệp tàu thuỷ cũng phải

đối mặt với nhiều thách thức trong quá trình xây dựng và phát triển

Không ít những ý kiến của chuyên gia phân tích kinh tế nhìn nhận ở góc độ khách quan cho rằng; Việt Nam đang lãng phí mỗi năm 1 tỷ USD, mà nguyên nhân gây ra xuất phát từ những chính sách, những chủ trương đầu tư cho công nghiệp, trong đó có sự đầu tư cho công nghiệp đóng tàu (D.Dapice, 2006) Trong khi chủ trương đường lối của Đảng và Nhà nước là công nghiệp hoá và hiện đại hoá, phấn đấu mục tiêu đến năm 2015 Việt Nam sẽ trở thành

nước đóng tàu lớn thứ 4 trên thế giới Bằng số vốn của Chính phủ cho vay từ việc phát hành trái phiếu và những dự tính huy động vốn trong tương lai gần, chủ tịch tập đoàn Vinashin - Phạm Thanh Bình - đã vạch ra mục tiêu đầu tư phát triển như sau:

- Thứ nhất là đầu tư phát triển những dự án phục vụ cho việc đóng tàu

xuất khẩu

- Thứ hai là đầu tư vào những công trình công nghiệp cũng phục vụ cho

việc đóng tàu xuất khẩu Ví dụ như làm thép đóng tàu, sản xuất động cơ tàu thuỷ và các máy móc trang thiết bị tàu thủy

- Thứ ba là đầu tư vào các dự án nâng cao năng lực khoa học công nghệ

và đào tạo nguồn nhân lực

- Thứ tư là đầu tư vào hệ thống vận tải ven biển Bắc - Nam để tạo ra

một đường cao tốc trên biển để vận chuyển hàng hoá và hành khách

Xuất phát từ những nhận định khách quan và những quyết sách chủ quan, việc triển khai phát triển xây dựng ngành công nghiệp đóng tàu xuất khẩu và vận tải đường biển không thực sự đơn giản Vấn đề được đặt ra là, chọn lựa ưu tiên phát triển mở rộng để thực hiện “công nghiệp hoá” hay ứng

dụng, đầu tư vào công nghệ cao để “hiện đại hoá” hoặc là sự kết hợp hài hoà

từng bước để phù hợp với năng lực nội tại của ngành công nghiệp cơ khí đóng tàu Việt Nam

II Mục đích của đề tài:

Trên cơ sở tìm kiếm, chọn lựa hướng phát triển cho ngành công nghiệp đóng tàu, một cái nhìn tổng thể qua việc ứng dụng công nghệ thông tin trong qui trình thiết kế công nghệ đóng mới tàu thuỷ là hết sức cần thiết Thông qua nghiên cứu lý thuyết và triển khai ứng dụng thực tế, đề tài mong muốn cải tạo

hệ thống quản lý kỹ thuật trong quá trình triển khai công nghệ phóng dạng và thiết kế đường ống thân tàu, nâng cao các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Qua đó sẽ

có một cái nhìn sâu rộng trong việc thay đổi chuyển dịch hướng công nghệ, qui trình và các phương pháp tổ chức sản xuất, nâng cao năng suất, chất lượng

sản phẩm

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Ứng dụng công nghệ thông tin trong các ngành công nghiệp là một quá trình tất yếu và cần thiết Trong ngành công nghiệp đóng tàu, công nghệ thông tin và tự động hoá đã chiếm vị trí hết sức quan trọng và là một bước đột phá

Nó tác động đến mọi lĩnh vực từ thử nghiệm, thiết kế kỹ thuật, thiết kế thi công và công nghệ gia công, lắp ráp…

Trong các phạm vi nêu trên, lĩnh vực thiết kế công nghệ là sự lựa chọn tập trung nghiên cứu và triển khai ứng dụng phần mềm Đây là một khâu

quan trọng và gắn liền với quá trình sản xuất, là cầu nối trực tiếp từ lý thuyết đến ứng dụng thực tiễn tại các nhà máy đóng tàu Nó liên quan đến nền tảng công nghệ của chuyên ngành cơ khí tàu thuỷ, đến qui mô và phạm vi sản xuất, đến mức độ lớn nhỏ của sản phẩm…

Đề tài tập trung phân tích hiện trạng công nghệ tại nhà máy đóng tàu

Bạch Đằng trên cơ sở nghiên cứu phần mềm ShipConstructor ứng dụng giải các bài toán điển hình trong công nghệ phóng dạng và thiết kế đường ống

IV Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Trên cơ sở nghiên cứu sự phát triển từ phần mềm CAD cơ bản thành

phần mềm CAD chuyên dụng cho công nghệ đóng tàu, việc ứng dụng và khai thác những tính năng hữu ích sao cho phù hợp với nền tảng công nghệ hiện

thời của Việt Nam Từ đó thay thế dần những lao động thủ công bằng sự hỗ trợ của máy tính và các loại máy công cụ tự động, nâng cao năng suất, chất lượng lao động, giảm chi phí sản xuất và thời gian thi công, tăng chất lượng

sản phẩm Khai thác và ứng dụng phần mềm thiết kế công nghệ mà đề tài trình bày sẽ gởi mở cho các công ty, nhà máy đóng tàu một hướng tư duy

mới, một vài thay đổi trong qui trình đầu tư định hướng phát triển sản xuất, nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường trong nước và thế giới

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát công nghiệp đóng tàu trên thế giới:

1.1.1) Công nghi ệp đóng tàu Châu Âu:

Liên hiệp Châu Âu (EU) được xem là cái nôi của ngành đóng tàu thế giới và họ đã giữ được vị trí dẫn đầu trong nhiều thế kỷ Mãi đến năm 1956 Châu Âu mới bị Nhật Bản qua mặt Tuy vậy, EU vẫn luôn giữ được vị trí dẫn đầu về các loại tàu có công nghệ đặc biệt và giá trị gia tăng cao như tàu khách cao cấp, tàu chở hoá chất, tàu container

Trong gần 10 năm trở lại đây, EU không còn đủ sức cạnh tranh về đóng mới tàu biển do chi phí nhân công quá cao, số lượng lao động sử dụng nhiều Không giành được những hợp đồng lớn không có nghĩa EU mất dần vai trò trên thị trường, giờ đây họ tập trung vào đóng tàu kỹ thuật cao nên các yêu cầu đặt ra hoàn toàn khác đối với nhà máy đóng tàu và hạ tầng xung quanh

Trọng tâm đáng chú ý là chuyển từ công việc đóng vỏ thép thuần tuý sang các công việc lắp ráp trang thiết bị Khi độ phức tạp của tàu tăng thì tỷ trọng công việc đóng vỏ giảm đi đáng kể, cụ thể là với những tàu khách du lịch hiện đại, tỷ lệ công việc lắp ráp trang thiết bị chiếm tới 80%, công việc đóng vỏ chỉ còn 20% Chi phí vật tư cũng chiếm tỷ lệ lớn trong tổng chi phí

Một sự thay đổi quan trọng khác là các hoạt động thiết kế, quản lý ngày càng trở nên quan trọng cả về khối lượng công việc và chi phí cũng như tác động chung lên dự án đóng tàu Các hoạt động thiết kế, lập kế hoạch và quản

lý có thể chiếm tới hơn 10% chi phí đóng một con tàu khách hiện đại Nói tóm lại, Châu Âu giờ đây không cạnh tranh về mặt số lượng mà họ tập trung vào chất lượng, dù ít nhưng vẫn đem lại giá trị cao

1.1.2) Công nghi ệp đóng tàu Nhật Bản:

Nhật Bản sau chiến tranh thế giới thứ hai, cơ sở vật chất gần như kiệt quệ, nhưng cái mà Nhật Bản không bị mất đi là nguồn nhân lực Nhờ đó mà chỉ 10 năm sau chiến tranh, bằng việc triển khai chương trình “Keikaku Zosen” (kế hoạch phát triển ngành đóng tàu), Nhật Bản đã vươn lên dẫn đầu thế giới về sản lượng tàu đóng được Nghành công nghiệp đóng tàu của Nhật Bản từ năm 1952 họ đã đóng thành công tàu chở hàng 100.000 DWT và liên tục dẫn đầu thế giới trong nhiều năm

Trong giai đoạn này, Nhật Bản chỉ mất 10 năm để có được 20% thị phần và 20 năm để chiếm lĩnh gần 40% thị phần đóng tàu thế giới Theo Lloyd’s Register (Đăng kiểm Lloyd’s – cơ quan đăng kiểm tàu thế giới) số đơn đặt hàng của Nhật Bản đạt mức kỷ lục năm 2001 là 7,76 triệu DWT, đứng thứ hai trên thế giới Chủ yếu bởi Nhật đang có xu hướng chuyển sản xuất ra nước ngoài Nhật có hơn 1100 nhà máy đóng tàu, nhưng phần lớn thị phần tập trung vào các tập đoàn đứng đầu là;

- Mitsubishi Heavy Industrics

- Sumitomo Heavy Industrics

- Kawashaki Heavy Industrics

- Mitsui Engineering & Shipbuilding

- Ishikawajima-Harima Heavy Industrics

- Hitachi Zosen

Cùng với quá trình phát triển ngành đóng tàu, Nhật Bản cũng đầu tư lớn cho công nghệ và các ngành nghệ phụ trợ như cung cấp các thiết bị máy móc, vật tư tàu thuỷ, công nghệ thông tin và các thiết bị điện tử, nâng cao mức độ tự động hoá cho các công đoạn trong đóng tàu Hiện nay, do sự cạnh tranh khốc liệt của Hàn Quốc và Trung Quốc, Nhật Bản không còn đứng đầu thế giới về đóng tàu song vẫn có những thế mạnh về vận tải khai thác đường biển, đóng tàu hàng khô và tàu chở khí hoá lỏng

1.1.3) Công ngh ệ đóng tàu Hàn Quốc:

Giờ đây, khi nói tới ngành công nghiệp đóng tàu, người ta luôn nhắc tới một cái tên nổi tiếng trên thế giới, đó là Hàn Quốc Là một quốc gia nằm ở vùng Đông Bắc Á, có vị trí chiến lược quan trọng về kinh tế và quân sự, Hàn Quốc trong vài thập kỷ qua đã có mức tăng trưởng kinh tế thuộc vào hàng nhanh nhất thế giới

Đầu thập kỷ 60 của thế kỷ trước, Hàn Quốc vẫn là một trong những quốc gia nghèo nhất thế giới, thu nhập bình quân đầu người chỉ là 87 USD/năm, vậy mà đến nay, con số này đã hơn 15.000 USD/năm Hàn Quốc hiện đang là cường quốc kinh tế đứng thứ 13 trên thế giới Đóng góp vào sự tăng trưởng kinh tế của Hàn Quốc, không thể không nói đến ngành công nghiệp “xương sống” - đó là ngành đóng tàu

Trong thời kỳ đầu, tập đoàn công nghiệp Huyndai đã mạnh dạn đóng vai trò dẫn đầu, khai phá và đặt nền móng cho ngành đóng tàu Hàn Quốc phát triển Đến nay, các công ty đóng tàu của Hàn Quốc đã đóng được những con tàu tải trọng lên đến 300.000 DWT, một bước tiến nhảy vọt so với các con tàu tải trọng 2.600 DWT được đóng khi trong thời kỳ phát triển vào những năm

1960 Từ năm 2000, Hàn Quốc đã thay thế vị trí đứng đầu thế giới về đóng tàu của Nhật Bản, họ giành được nhiều hợp đồng lớn có giá trị cao, chiếm hơn 40% thị phần thế giới (xem biểu đồ 1.1)

Ngành đóng tàu của Hàn Quốc có tính cạnh tranh mạnh mẽ do các hãng đóng tàu trong nước hoạt động rất có hiệu quả, công nghệ và ứng dụng công nghệ đạt trình độ cao, đi kèm với những lợi thế về cảng biển và thềm lục địa Các hãng đóng tàu lớn của Hàn Quốc như; SamSung Heavy, Huyndai Heavy Industries và Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering… gần như độc chiếm việc đóng các tàu tải trọng lớn, yêu cầu chất lượng cao như các tàu chở container, các tàu chở dầu và các tàu chở khí hoá lỏng

Biểu đồ 1.1: Thị phần đơn đặt hàng đóng tàu trên thế giới - 2005

Germany, 4.9%

Croatia 1.8%

Poland, 2.6%

1.4%

Other 1.8%

Taipei, 2.1%

Japan, 16.8%

China, 19.0%

South Korea 47.1%

Nguồn: OECD, Directorate for Science, Technology and Industry

Để đạt được điều đó, người Hàn Quốc trong thời kỳ phát triển xây dựng ngành đóng tàu đã liên tục đầu tư phát triển công nghệ, đào tạo nguồn nhân lực, và chính phủ cũng không ngừng hỗ trợ bằng các chính sách Trong những năm 90, mặc dù gặp nhiều khó khăn do khủng hoảng kinh tế, Hàn Quốc vẫn mạnh dạn tăng cường đầu tư trang thiết bị đóng tàu cỡ lớn Thời gian gần đây, giá dầu leo thang công thêm các tác động khác làm cho các con tàu ngày càng

có xu hướng lớn dần và Hàn Quốc đã đáp ứng được việc sản xuất những loại tàu cỡ lớn đó

Quá trình phát triển ngành đóng tàu của người Hàn Quốc cũng không thể không nhắc tới việc phát triển, sáng tạo năng lực công nghệ Là một quốc gia nhỏ, dù có biển bao quanh nhưng không phải là nhiều vị trí xây dựng triền

đà để đóng tàu, người Hàn Quốc lần đầu tiên trên thế giới đã phát triển phương pháp đóng tàu trên mặt đất Các tổng đoạn thân tàu được gia công và lắp ráp với nhau trên bệ đỡ đặt ở những bãi đất phẳng, sau khi hàn đấu hoàn thiện, thân tàu được vận chuyển xuống ụ nổi để hạ thuỷ (xem hình 1.1)

Với hệ thống này, một công ty lớn có thể đóng được vài chục chiếc tàu trong một năm Chỉ trong sáu tháng đầu năm 2006, các doanh nghiệp đóng tàu

Hàn Quốc đã nhận được đơn đặt hàng là 9.61 triệu CGT Điều này có nghĩa là

họ đã giành được lượng công việc đủ để làm trong suốt một năm Với các hợp đồng gối nhau, các công ty đóng tàu Hàn Quốc đã đảm bảo khối lượng công việc ổn định trong hơn 4 năm nữa

Hình 1.1: Các tổng đoạn thân tàu được lắp ráp trên mặt đất

Nhà máy đóng tàu SungDong – Hàn Quốc

1.1.4) Công ngh ệ đóng tàu Trung Quốc:

Tuy nhiên, trên thị trường đóng tàu không phải là nơi Hàn Quốc “độc diễn”, một thách thức đang nổi lên từ người “hàng xóm khổng lồ”, đó là Trung Quốc Ngoại thương đang bùng nổ, nguồn đầu tư lớn của Nhà nước và chi phí lao động thấp, Trung Quốc đang trên đường trở thành nước đóng tàu lớn nhất thế giới

Trong mười năm phát triển, từ năm 1984 đến năm 1994, ngành đóng tàu nước này chỉ tăng được chưa tới 4% thị phần, nhưng trong mười năm tiếp theo, thị phần đóng tàu của Trung Quốc đã đạt được 13% Đến năm 2005,

ngành đóng tàu Trung Quốc đã đứng ở vị trí thứ 3 trên thế giới, chiếm 17% tổng số đơn đặt hàng trên thế giới Và dự báo trong những năm tiếp theo, Trung Quốc sẽ thu hẹp khoảng cách so với các nước đứng đầu thế giới là Hàn Quốc và Nhật Bản

Để có được những bước đột phá mạnh mẽ trong như trên, chính phủ đã

và đang cải thiện hiệu quả hoạt động của 800 xưởng đóng tàu ở Trung Quốc, năm 1999, ngành công nghiệp đóng tàu quốc gia được chia thành hai tập đoàn chính; Tổng công ty đóng tàu quốc gia Trung Quốc (CSSC) kiểm soát các xưởng đóng tàu quan trọng từ Thượng Hải xuống phía Nam, và Tổng công ty Công nghiệp đóng tàu Trung Quốc (CSIC) phụ trách các xưởng đóng tàu ở miền Bắc

Việc này đang tỏ ra có hiệu quả vì chất lượng và độ phức tạp của các con tàu được đóng tại Trung Quốc đã được cải thiện do được đầu tư, hiện đại hoá công nghệ tập trung hơn để cạnh tranh nhau đơn đặt hàng xuất khẩu và nội địa

Chính sách đầu tư ồ ạt mà Trung Quốc đổ vào các xưởng đóng tàu mới

là một dấu hiệu rõ ràng rằng việc trở thành một cường quốc đóng tàu là ưu tiên hàng đầu của quốc gia

Đầu tư xây dựng các xưởng đóng tàu lớn đã kéo theo sự phát triển của các ngành phụ trợ như chế tạo thép, chế tạo máy và thiết bị, điện tử, vận chuyển hàng hoá đường thuỷ Ước đoán, trong thập kỷ tới, Trung Quốc sẽ vượt Hàn Quốc để giữ vị trí quán quân về sản lượng tàu

1.1.5) M ục tiêu và hướng phát triển công nghệ đóng tàu trên thế giới:

Các cường quốc đóng tàu trên thế giới hiện nay, việc áp dụng kỹ thuật cao vào công nghệ triển khai, thi công đóng mới không còn là vấn đề mới mẻ Quá trình thay đổi, nâng cấp công nghệ theo hướng cơ khí hoá, tự động hoá

và chuyên môn hoá không ngừng được cải thiện với mức độ ngày càng cao

Qua nghiên cứu, khảo sát điều tra của tổ chức Chương trình nghiên cứu đóng tàu quốc gia (NSRP) thuộc hiệp hội đóng tàu Mỹ, tiến hành với các nhà máy đóng tàu tại Hàn Quốc và Nhật Bản đã đưa ra các cấp độ công nghệ phân loại trong đóng tàu như sau:

Mức 1: phản ánh thực tế nhà máy trong những năm đầu thập kỷ 60 Nhà máy có một vài cầu tầu, cần trục sức nâng thấp và mức độ cơ giới hóa rất thấp Lắp đặt thiết bị phần lớn thực hiện trên tàu sau khi hạ thủy Hệ thống tác nghiệp sơ đẳng và thủ công Tóm lại, nhà máy chỉ gồm những trang thiết bị tối thiểu, công nghệ đơn giản và cách làm việc lạc hậu

Mức 2: là công nghệ dùng trong các nhà máy được hiện đại hóa hoặc xây

dựng mới cuối những năm 60 đầu 70 Sử dụng ít cầu tàu hơn, có thể

có một ụ, cần trục có sức nâng lớn hơn và mức độ cơ giới hóa cao hơn Máy tính được dùng trong một số hệ thống tác nghiệp và dùng trong thiết kế Mức 2 cao hơn mức cơ bản nhưng vẫn thấp hơn đáng

kể so với chuẩn công nghiệp thế giới

Mức 3: là thực tiễn đóng tàu tiên tiến vào cuối những năm 70 Đó là mức của những nhà máy đóng tàu mới xây dựng hoặc nâng cấp toàn diện

của Mỹ, EU, Hàn Quốc và Nhật Nhà máy có một ụ hoặc bãi lắp ráp

có trang bị cần cẩu sức nâng lớn, mức độ cơ giới hóa cao trong gia công kết cấu thép và sử dụng máy tính trong tất cả các lĩnh vực Mức 4: là mức của các nhà máy tiếp tục phát triển công nghệ trong những năm 80 Các nhà máy đó nói chung có một ụ, bảo vệ môi trường tốt, thời gian đóng tàu ngắn, năng suất cao, gia công phần trang thiết bị, máy móc sớm, kết hợp chế tạo vỏ với lắp ráp trang thiết bị, hệ thống điều hành sản xuất và hệ thống CAD/CAM phát triển hoàn thiện

Mức 5: mức công nghệ đóng tàu hiện đại của những năm 90 Phát triển lên từ mức 4 với việc tự động hóa và người máy hóa những công đoạn có thể làm việc đó hiệu quả và tích hợp được hệ thống điều hành sản xuất ví dụ bằng việc sử dụng CAD/CAM/CIM Thiết kế

và chế tạo theo module Mức công nghệ này cũng đặc trưng bởi khả năng quản lý vật tư hiệu quả nhờ máy tính và có hệ thống đảm bảo

chất lượng hoàn chỉnh, hiệu quả Tóm lại là có công nghệ, hệ thống điều hành kinh doanh, công cụ thiết bị, các hệ thống tác nghiệp, quản lý và lực lượng nhân công hiện đại nhất

Các mức công nghệ trên được áp dụng cho bảy nhóm công đoạn đóng tàu bao gồm:

- Nhóm các công việc liên quan đến gia công, chế tạo kết cấu vỏ tàu

- Nhóm các công việc liên quan đến chế tạo, lắp ráp thiết bị và vận chuyển, kho bãi

- Nhóm các công việc chuẩn bị lắp ráp

- Nhóm công đoạn đấu đà và lắp ráp thiết bị

- Nhóm công đoạn bố trí chung nhà máy và môi trường

- Nhóm công đoạn thiết kế, kỹ thuật và kỹ thuật sản xuất

Việc phân cấp đã xác định được năng lực hiện tại của các nhà máy theo

những tiêu chí kể trên, chỉ ra mục tiêu cần phát triển, nâng cấp công nghệ trong tương lại

1.2 Thực trạng công nghệ đóng tàu của Việt Nam những năm gần đây:

1.2.1) Nhưng cơ hội và thách thức cho ngành đóng tàu Việt Nam:

Ngành đóng tàu Việt Nam ngay từ ngày đầu thành lập đã xác định là một ngành công nghiệp trọng điểm dựa trên những căn cứ lựa chọn sau:

Một là, đối với nước ta, một đất nước có hơn 3.000 km bờ biển, lại có vùng đặc quyền kinh tế rộng hơn ba lần đất liền, nếu như không phát triển công nghiệp đóng tàu thì không thể tạo dựng một năng lực trang bị kỹ thuật

có thể chủ động và đủ sức đáp ứng các yêu cầu đặt ra ngày một lớn của các lĩnh vực kinh tế biển, bảo vệ chủ quyền đất nước

Hai là, nếu coi biển là một lợi thế thiên nhiên cần phải được khai thác, tận dụng thì sự cần thiết ưu tiên phát triển công nghiệp đóng tàu có thể so sánh với những ưu tiên của Nhà nước đang dành cho sự phát triển kết cấu hạ tầng đối với các chuyên ngành vận tải khác Bởi vì, đội tàu quốc gia không chỉ đơn thuần là phương tiện vận tải mà còn có thể coi đó là một bộ phận cấu thành hạ tầng kỹ thuật của ngành hàng hải

Ba là, công nghiệp đóng tàu, một ngành công nghiệp nền, bởi lẽ đó không chỉ là một lĩnh vực sản xuất tạo nên lượng giá trị hàng hóa lớn, tạo ra nhiều công ăn việc làm, mà nó còn tạo ra thị trường và cơ hội phát triển của nhiều lĩnh vực công nghiệp khác như: luyện kim, công nghiệp vật liệu, chế tạo máy, công nghiệp điện và điện tử, Và hoàn toàn có thể nói rằng, việc từng bước làm chủ được các tiến bộ công nghệ trong công nghiệp đóng tàu xứng đáng được coi là những nỗ lực góp phần tạo nên trình độ công nghệ xã hội mới cho đất nước

Bốn là, công nghiệp đóng tàu, một lựa chọn khả thi đối với chúng ta Trước hết, tính khả thi thể hiện ở chỗ một con tàu là tập hợp từ sản phẩm của nhiều lĩnh vực và bao gồm nhiều công đoạn khác nhau từ đó tạo ra cơ hội có thể từng bước chiếm lĩnh các trình độ công nghệ từ thấp tới cao, từ giản đơn tới phức tạp trong quá trình phát triển ngành công nghiệp đó

Mặt khác, cho dù mới chỉ là những bước khởi đầu nhưng đối với công nghiệp đóng tàu ít nhiều chúng ta đã có sự tập dượt qua nhiều giai đoạn, ngay

từ khi còn trong chiến tranh và nhất là khi đất nước bước vào thời kỳ đổi mới

Năm là, công nghiệp đóng tàu đang đứng trước một sự chuyển dịch và phân công lao động mang tính toàn cầu Sự chuyển dịch đó đang diễn ra khá

rõ từ châu Âu sang Ðông Á Một cơ hội không dễ gì có được

Trung tâm đóng tàu của thế giới đang ở Đông Á với ba nước Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc, chiếm đến 85% tổng sản lượng, EU chỉ có 11%, các nước còn lại chiếm hơn 4%

Tuy nhiên, xét về giá trị, EU lại là khu vực chiếm một tỷ lệ doanh thu lớn nhất (gần 30%) do họ tập trung vào những loại tàu cao cấp như; tàu chở khí hoá lỏng, tàu khách du lịch

Trong khi đó, Hàn Quốc chiếm lĩnh các loại tàu chở container, tàu chở dầu, Nhật Bản tập trung vào tàu chở hàng khô, tàu chở khí lỏng Còn Trung Quốc đang cố gắng chiếm lĩnh tất cả những gì có thể

Trong tương lai gần, thị trường đóng tàu được dự đoán là tiếp tục tăng trưởng mạnh, sản lượng ước tính sẽ tăng từ 40 triệu tấn vào cuối năm 2004 lên 50 triệu tấn vào năm 2015

Từ nay đến năm 2015, tất cả các cường quốc đóng tàu đều đặt những mục tiêu cực kỳ tham vọng, và điều này chắc chắn sẽ đẩy các nước muốn chen chân vào thị trường này đến cuộc canh tranh cực kỳ khốc liệt

Trước tình hình gay gắt như vậy cùng với kinh nghiệm của các nước đi trước, việc giành lấy một mảnh đất, dù nhỏ, cho ngành đóng tàu Việt Nam trở nên thực sự khó khăn và nhiều thách thức với mục tiêu đầy tham vọng là trong 10 năm sẽ nâng thị phần từ 0,8% hiện nay lên 10%

1.2.2) C ông nghệ đóng tàu Việt Nam:

Trước những cơ hội và thách thức đặt ra trước mặt, thực trạng ngành công nghiệp đóng tàu trong mấy năm gần đây đã chứng tỏ chúng ta hoàn toàn

có thể vượt qua những khó khăn để dần từng bước hiện đại hoá, công nghiệp hoá trong ngành cơ khí đóng tàu

Vào những năm cuối của thập kỷ 80 thế kỷ 20, lần đầu tiên ngành đóng tàu Việt Nam thiết kế và đóng thành công tàu chở hàng có trọng tải 3850 DWT Đây là con tàu chở hàng khô có trọng tải lớn nhất từ trước đến thời điểm đó, con tàu này do Viện nghiên cứu thiết kế giao thông vận tải nay là Viện Khoa học và Công nghệ tàu thuỷ thiết kế và được đóng tại Nhà máy đóng tàu Bạch Đằng Và đến năm 1997, Nhà máy đóng tàu Bạch Đằng lại đóng mới thành công tàu chở hàng khô trọng tải 6500 DWT do công ty Kitada của Nhật Bản thiết kế

Đây cũng là một mốc son trong lịch sử phát triển của ngành đóng tàu Thành công này đã khẳng định năng lực đóng mới tàu biển của Việt Nam với

cơ quan đăng kiểm quốc tế Nó cũng là tiền đề quan trọng để các nhà máy thuộc Vinashin tiếp tục đóng thành công các con tàu khác với trọng tải lớn hơn nhiều lần

Vậy trong việc đóng mới tàu biển, thiết kế công nghệ có vai trò như thế nào vào thời điểm đó và các bước triển khai công nghệ theo phương pháp truyền thống được tiến hành ra sao

Cũng giống như xây dựng hoàn thiện một công trình, sau khi đã có những thông số cơ bản và các bản vẽ kỹ thuật, người ta cần các bản vẽ triển khai chi tiết để lập được trình tự thao tác công việc Đóng mới tàu biển cũng tương tự như vậy

Bước triển khai đầu tiên là việc phải dựng mô hình hình dáng vỏ tàu hay còn gọi theo thuật ngữ ngành nghề là phóng dạng Từ năm 2002 trở về trước, các nhà máy đóng tàu đều áp dụng phương pháp phóng dạng thủ công tức là vẽ hình trên sàn phóng theo tỷ lệ 1:1

Sàn phóng là một phòng rộng có mặt sàn bằng gỗ hoặc bằng thép, bề mặt phẳng Kích thước của sàn phóng phụ thuộc vào chiều dài và chiều rộng của con tàu Người thợ phóng dạng sử dụng những thanh “lát” gỗ hoặc thép

và các con cóc chặn bằng gang để tạo thành các đường cong theo biên dạng mặt cắt các hình chiếu của con tàu

Các đường biên dạng cơ bản được cho trước theo tính toán của nhà thiết kế kỹ thuật dưới dạng bảng trị số đường hình dáng Trong quá trình tính toán thiết kế, các trị số cho trong bảng chỉ thể hiện giá trị điểm trên những đường biên dạng lý thuyết nên khi nối các điểm đó lại thì đường cong sẽ không có độ “trơn” Vì vậy, người ta mới dùng các thanh “lát” mỏng bằng gỗ hoặc thép để uốn cong bám theo các giá trị điểm đó Độ cong của các đường cong này thay đổi khi thay đổi số cóc và vị trí các con cóc Công việc đó gọi

là chỉnh trơn để đảm bảo vỏ tàu trơn nhẵn và việc đánh giá hoàn toàn dựa vào mắt quan sát cộng kinh nghiệm thực tế

Đây là một công việc rất khó, mất nhiều thời gian và đòi hỏi người thợ

có kinh nghiệm cao trong lĩnh vực phóng dạng

Bước công nghệ tiếp theo là sử dụng những kết quả công việc phóng dạng để khai triển các tấm tôn vỏ và dựng hình các chi tiết kết cấu thân tàu

Bằng phương pháp đo đạc trực tiếp trên sàn phóng, các tấm tôn cong tạo nên vỏ tàu được khai triển thành dạng hình phẳng để vẽ lại lên phôi phục

vụ cho việc cắt và gia công

Phương pháp khai triển thủ công sẽ gặp rất nhiều khó khăn khi thực hiện với các tấm tôn có độ cong phức tạp ở những vùng như phần mũi quả lê, phần vòm đuôi Đối với những tờ tôn này, khi khai triển thủ công thường để lượng dư lớn Ngoài ra, với nhưng tấm tôn vỏ cần phải đo trị số tại các giao tuyến mặt cắt ngang và mặt cắt dọc để thực hiện việc chế tạo dưỡng uốn và trị

số bệ khuôn cho lắp ráp

Phần công việc chính chiếm một lượng lớn thời gian và nhân công là

việc dựng hình các chi tiết kết cấu thân tàu Với các đường biên dạng đã xác định, người thợ đo đạc và kết hợp với bản vẽ thiết kế vẽ lại trên giấy hình

dạng, kích thước chính xác của từng chi tiết kết cấu, tạo ra bản vẽ gia công hay còn gọi là thảo đồ

Hình 1.2: Bản vẽ thảo đồ chi tiết kết cấu – Tàu dầu 13.500 DWT

Các chi tiết kết cấu thân tàu được chia thành hai nhóm cơ bản; nhóm kết cấu dạng tấm phẳng và nhóm kết cấu dạng thép hình, thép hàn

Đối với nhóm chi tiết kết cấu dạng thép phẳng, trên cơ sở thảo đồ, người thợ vẽ lại các hình trên tấm tôn, công việc đó gọi là hạ liệu và thực hiện cắt chi tiết bằng mỏ cắt khí ga

Vào thời điểm những năm trước, đại đa số các nhà máy ở Việt Nam, việc cắt chi tiết đều thực hiện bằng mỏ cắt cầm tay Một vài nhà máy cũng đầu tư máy cắt tự động và bán tự động, tuy nhiên, do thiếu đồng bộ nên việc

vẽ thảo đồ và hạ liệu vẫn phải tiến hành thủ công, dữ liệu đầu vào cho máy được vẽ lại trên phần mềm AutoCad và chuyển sang ngôn ngữ lập trình bằng cách nhập lệnh Sau khi cắt, chi tiết dạng tấm còn cần được vạch dấu để xác định vị trí hàn các chi tiết khác lên Việc vạch dấu này cho đến nay phần lớn vẫn phải thao tác bằng tay

Còn đối với những chi tiết kết cấu dạng thép hình, thép hàn, việc gia công các chi tiết này chủ yếu là cắt phân đoạn, xử lý đầu mút để tạo thành các nút kết cấu, uốn định hình theo biên dạng Trong đó việc uốn định hình rất quan trọng vì liên quan nhiều đến sức bề cơ cấu chung, tuy nhiên việc uốn thép hình vẫn thực hiện bằng thủ công Người thợ sử dụng mỏ cắt để đốt nóng các vị trí cần uốn và kết hợp với lực kéo để uốn cong

Hình 1.3: Quá trình gia công uốn thép hình Phương pháp này bộc lộ nhiều khuyết điểm là năng suất thấp, độ chính xác không cao, khó gia công khi gặp chi tiết có kích thước lớn, vì biến dạng

do nhiệt nên độ bền cơ tính của chi tiết không tốt

Như vậy, với tàu trọng tải cỡ lớn thì số lượng chi tiết sẽ lên đến hàng trăm nghìn, việc dựng hình và gia công chi tiết kết cấu lại chủ yếu làm thủ công nên thời gian đóng phần vỏ tàu kéo dài, số lượng lao động sử dụng rất nhiều gây tổn thất nguồn nhân lực và mất tính cạnh tranh trên thị trường

Hoàn thiện phần vỏ tàu để hạ thuỷ thì có thể xem như việc đóng tàu đã hoàn thành được 35 – 40% khối lượng công việc Phần công việc còn lại là bố trí thiết bị và hệ thống ống trên tàu mới thực sự vất vả và quan trọng Nếu ví

vỏ tàu như khung xương da thịt thì hệ thống ống và thiết bị như các mạch máu và cơ quan nội tạng

Công việc bố trí thiết kế hệ thống ống và thiết bị yêu cầu thực hiện phải nhìn nhận dựa trên các phân tích mang tính công nghệ, không gian, qui phạm

và tính kinh tế Các nhà máy đóng tàu và các đơn vị thiết kế tàu trong nước từ trước đến nay chưa có được bản vẽ công nghệ hoàn chỉnh cho hệ thống ống trên tàu

Phương pháp công nghệ cho vấn đề này đến nay vẫn là thủ công theo thực tế hoặc mô hình

Đầu vào thông tin cho việc bố trí thiết bị và hệ thống ống là những bản

vẽ bố trí sơ bộ vị trí thiết bị và sơ đồ nguyên lý những hệ thống ống Trên cơ

sở đó, người thợ kết hợp với bản vẽ và không gian thực tế phần vỏ đã hoàn thành sẽ bố trí thiết bị chuẩn bị cho việc “đi” ống Về cơ bản, thiết bị được bố trí theo bản vẽ thiết kế không gặp nhiều vấn đề khó khăn, tuy nhiên trong một vài trường hợp, do khai thác tính năng và sử dụng thiết bị mà phía chủ tàu đưa

ra sẽ sai khác với nhà thiết kế nên việc thay đổi cần phải tiến hành

Sau công việc bố trí thiết bị là việc bố trí hệ thống ống, với con tàu thì phần phức tạp và chiếm nhiều thời gian nhất là khu vực ống buồng máy

Người thợ sẽ tiến hành đo đạc trực tiếp tại hiện trường, hình dung bố trí một hoặc hai hệ thống ống thông qua việc uốn các đoạn thép nhỏ gọi là “bẻ dưỡng” Các ghi chép kích thước đo được cùng với các dưỡng uốn đơn giản

sẽ là thông số cho việc chế tạo các đoạn ống

Việc gia công các đoạn ống cũng chỉ hàn đính tạm thời vì sau đó các đoạn ống lại phải mang xuống hiện trường thực tế, gá lắp với nhau để một lần nữa hình dung không gian bố trí hệ thống ống đó Sau khi đã có những điều chỉnh thích hợp, các đoạn ống lúc này được hàn với nhau và chuyển sang công đoạn làm sạch, mạ hoặc sơn

Công việc lại tiếp tục cho các hệ thống ống khác Tuy nhiên, buồng máy tàu thuỷ lại có nhiều tầng, nhiều khu vực nên trong quá trình gia công, lắp ráp các đoạn ống không tránh khỏi những va chạm của những hệ thống ống với nhau

Hình 1.4: Gia công ống thủ công trong khu vực buồng máy

Tàu 12.500 DWT – Nhà máy đóng tàu Hạ Long

Có một vài giải pháp cho việc này là thực hiện làm mô hình hệ thống ống buồng máy theo tỷ lệ thu nhỏ như đối với tàu chở container 1016 TEU do

Ba Lan thiết kế và gia công một phần, nhà máy đóng tàu Hạ Long thực hiện lắp ráp và gia công những phần còn lại theo bản vẽ công nghệ

Hình 1.5: Mô hình hệ thống ống buồng máy – Tàu Container 1016TEU

Việc làm mô hình hệ thống ống buồng máy thực chất là phía nhà cung cấp thiết kế đã chế tạo nhiều tàu theo seri loại này nên việc dựng mô hình không khó khăn gì hoặc họ đã có bản vẽ công nghệ gia công các đoạn ống nhưng vì lý do hợp đồng mà phía nhà máy không được cung cấp Bởi vì trong thực tế, khi đóng mới mà tiến hành dựng mô hình thủ công thì sẽ mất rất nhiều thời gian vì chung qui lại vẫn là đo đạc theo hiện trường và nó chỉ phát huy chút ít tác dụng khi đóng những loạt tàu giống nhau

Qua phân tích các bước công nghệ kể trên mà hiện tại một số nhà máy đóng tàu ở nước ta vẫn còn áp dụng, chúng ta thấy rằng, các công việc và qui trình của nhà máy dù vẫn đóng hoàn thành những con tàu có chất lượng và được đăng kiểm thế giới công nhận nhưng thực tế là trình độ công nghệ vẫn còn rất thấp Không phải chúng ta không có năng lực lao động mà vấn đề là

do yếu tố đầu tư vào công nghệ đã quyết định mô hình sản xuất, nó định ra các bước nguyên công rườm rà, tốn nhân lực, thời gian và giá trị kinh tế Các yếu tố trong quá trình sản xuất lại có mối quan hệ ràng buộc và phụ thuộc lẫn nhau nên một yếu tố công nghệ không theo kịp qui trình thì sẽ làm cho cả hệ thống gặp nhiều vấn đề Nhưng vấn đề chính còn tồn tại của quá trình triển khai công nghệ theo phương pháp thủ công là:

- Việc phóng dạng vỏ tàu trước hết là bị hạn chế bởi kích thước sàn phóng, vì vẽ lại các đường biên dạng của tàu theo tỷ lệ thực nên kích thước sàn phóng tỷ lệ thuận với kích thước của tàu Điều này là không thể chấp nhận được trong điều kiện đang phát triển như hiện nay

Thứ hai là việc phóng dạng thủ công có độ chính xác không cao và phụ thuộc nhiều vào chất lượng sàn phóng cũng như trình độ của người thợ

Thứ ba là việc thực hiện thi công từ lúc chuẩn bị sàn phóng như; sửa sàn, tạo mặt phẳng, sơn, kẻ vẽ…đến lúc hoàn thành tốn nhiều thời gian và nhân lực

Một yếu tố quan trọng nữa là dự liệu thi công gây khó khăn trong việc quản lý, điều hành sản xuất

- Việc gia công chi tiết kết cấu và khai triển tôn vỏ tàu do thông tin đầu vào của bước nguyên công này ở dạng thô sơ nên độ thiếu chính xác là điều không tránh khỏi, dẫn đến hao tổn vật liệu do phải để lượng dư, mất nhiều thời gian vì khối lượng chi tiết cần gia công lớn

Phương pháp thủ công cũng làm cho việc ứng dụng tự động hoá từng phần gặp nhiều khó khăn Sai số tích luỹ trong giai đoạn này rất nhiều và ảnh hưởng lớn đến tính công nghệ trong gia công và lắp ráp

Do quá trình gia công chứa nhiều sai số cộng thêm bản vẽ lắp ráp sơ sài, không lường hết được tính công nghệ trong quá trình lắp nên khi lắp ráp các cụm, nhóm chi tiết với nhau gặp nhiều khó khăn, điển hình là các mối hàn lắp các cụm chi tiết ở những vị trí bất lợi là hàn đứng và hàn trần

Việc này tưởng như rất nhỏ trong quá trình lắp ráp nhưng thực chất là bản vẽ công nghệ cho phần này chứa rất nhiều chất xám, tri thức Bởi vì nó sẽ giải quyết được những yếu tố trong lắp ráp như; tính hợp lý của quá trình lắp, nâng cao độ chính xác và chất lượng mối hàn, sử dụng tối ưu sức nâng cẩu, giảm thời gian gia công, ứng dụng được nhiều giải pháp tự động hoá cho quá trình hàn.…

- Chính do mặt bằng công nghệ của các bước nguyên công trước đó còn thấp nên việc bố trí thiết bị và gia công hệ thống ống trên tàu bị phụ thuộc rất nhiều

Thiết bị và hệ thống ống luôn tiến hành sau khi phần vỏ tàu đã tương đối hoàn thành Những con tàu với tải trọng khác nhau, tính năng khác nhau, chủ tàu khai thác khác nhau nên bố trí thiết bị và hệ thống ống cũng khác nhau

Theo phương pháp làm thủ công thì hệ thống ống trong buồng máy không thể có tính tối ưu bao quát, độ chính xác trong gia công và lắp ráp rất thấp Nó sẽ bị tách rời khỏi quá trình chung và chiếm một khối lượng lớn thời gian trong quãng thời gian hoàn thiện một con tàu

Một vài nhà máy trong quá trình phát triển cũng đã mạnh dạn đầu tư nâng cấp công nghệ, khắc phục những bất cấp tồn tại kể trên Họ đầu tư vào chủ yếu vào các máy móc hỗ trợ quá trình gia công như; máy cắt khí ga, máy cắt plasma điều khiển NC hoặc CNC, máy hàn tự động và bán tự động, lắp đặt và chế tạo cần cẩu sức nâng 50 tấn, 80 tấn, xây dựng triền đà, ụ khô

Một vài đơn vị cũng đã khai thác, ứng dụng phần mềm hỗ trợ nhưng

chỉ trong việc phóng dạng, lập trình cắt chi tiết cho máy cắt, vẽ tạo hình chi tiết trên máy tính…

Tuy nhiên, việc đầu tư này chỉ khắc phục công nghệ mang tính tạm thời, chắp vá, thiếu tính đồng bộ và qui hoạch đầu tư không hợp lý

Đầu tư vào máy cắt thì không tính đến đồng bộ hoá thông tin đầu vào, thông tin xử lý trên máy cắt đơn giản chỉ để cắt, các thông tin khác như vạch dấu, viết tên, ký hiệu chi tiết, ghi chú qui cách lắp thì lại vẫn phải làm thủ công

Những máy hàn tự động và bán tự động giải quyết được phần nào công việc lắp ráp nhưng vẫn chưa có được phương án tổng thể xây dựng qui trình lắp chung

Trang bị tốt cần cẩu, triền đà nhưng kế hoạch và thời gian tàu nằm trên triền vẫn kéo dài trong khi các tổng đoạn giống nhau của seri loạt tàu đã hoàn thành vẫn phải nằm trong xưởng

Ứng dụng công nghệ thông tin là xu hướng tất yếu và bắt buộc của các nhà máy đóng tàu xong không phải cứ đầu tư một vài modul hoặc trọn gói một phần mềm thật tốt là có thể cho rằng sẽ đóng được tàu lớn

Đầu tư kiểu đó hết sức manh mún và thiếu đồng bộ Phần mềm công nghệ thông tin thực chất là công cụ để lao động Một công cụ hiện đại thì nó

sẽ đòi hỏi các yếu tố lao động khác cũng tương ứng Vấn đề quan trọng là phải nhận biết được năng lực thực tế bao gồm các công cụ máy móc hỗ trợ, trình độ nguồn nhân lực, trình độ tổ chức và điều hành sản xuất để tìm một giải pháp công nghệ thông tin hợp lý nhất

CH ƯƠNG II: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG

THI ẾT KẾ CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU 2.1 Các công đoạn thông tin trong qui trình đóng tàu:

Quá trình đóng tàu là một chuỗi các hoạt động thu thập và xử lý thông tin có sự liên quan chặt chẽ với nhau Trước khi đóng một con tàu theo nhu

cầu đặt ra, tất cả mọi con tàu cần phải trải qua các bước thiết kế, lên kế hoạch

sản xuất, các máy móc, thiết bị tự động hoá cần được lập trình, thời gian giao nhận hàng như vật tư, máy móc, thiết bị cho tàu phải đúng hạn Tất cả những công việc đó đã tạo ra và yêu cầu xử lý một khối lượng thông tin khổng lồ Đảm bảo cho luồng thông tin lưu chuyển thông suốt qua mọi công đoạn sản

xuất là vấn đề then chốt để đóng tàu có hiệu quả và chất lượng Tập trung giải quyết những công đoạn tạo ra hoặc xử lý thông tin trong các giai đoạn đặt hàng, giai đoạn thiết kế và giai đoạn sản xuất (hình 2.1) chính là nhiệm vụ đặt

ra cho quá trình tự động hoá, công nghiệp hoá ngành đóng tàu Các công đoạn thông tin chính bao gồm:

- Thiết kế sơ bộ

- Thiết kế cơ bản

- Thiết kế chi tiết

- Qui trình đóng tàu

- Thiết kế công nghệ và lập kế hoạch

- Lập trình cho các đối tượng tự động hoá

- Nhập kho và kiểm soát vật tư

- Kiểm soát vật tư từ các nhà cung cấp

- Lập kế hoạch sản xuất và chuẩn bị sản xuất

còn các khối trong đường bao nét đứt là các công đoạn sản xuất Qua sơ đồ ta thấy rõ, công đoạn thiết kế công nghệ và lập kế hoạch là một yếu tố rất quan trọng mang tính quyết định đối với chất lượng sản phẩm, thời gian thi công,

chi phí sản xuất và hiệu quả sản xuất Bởi vì đây chính là bước công việc kết

nối giữa thiết kế với thực tế gia công trên cơ sở điều kiện trang thiết bị, công nghệ nền của nhà máy

Hình 2.1: Các công đoạn thông tin trong qui trình đóng tàu

(Nguồn: The Automation and Integration of Production Processes in Shipbuilding)

Nhu cầu Thiết kế sơ bộ Hợp đồng Thiết kế cơ bản Thiết kế chi tiết Qui trình đóng tàu

Thiết kế công nghệ

và lập kế hoạch

Giai đoạn thiết kế

Chế tạo các chi tiết Lắp ráp tổng đoạn

Đấu tổng đoạn và lắp đặt thiết bị

Hạ thuỷ Hoàn thiện Thử đường dài Bàn giao

Lập chương trình cho các đối tượng

tự động hoá

Đặt hàng

Nhập kho và kiểm soát vật tư

Kiểm soát

vật tư từ nhà

cung cấp

2.2 M ột số phần mềm sử dụng trong ngành đóng tàu hiện nay:

Theo lý thuyết hiện đại của thiết kế công nghệ trong ngành cơ khí chế

tạo nói chung thì có 3 điều kiện quan trọng cần có là:

- Tổ chức công việc (Organization)

- Tiêu chuẩn thiết kế và qui phạm (Design rules)

- Công cụ phần mềm trợ giúp thiết kế (CAD tools)

Thực tế cũng đã chứng minh rằng phần mềm là công cụ hỗ trợ đắc lực nhất của người làm việc trong lĩnh vực thiết kế, phần mềm giúp cho quá trình thiết kế trở nên chính xác, trực quan, rút ngắn đáng kể về mặt thời gian và chi phi kinh tế

Ngành đóng tàu Việt Nam hiện nay đang trong giai đoạn phát triển nên

có rất nhiều hãng phần mềm chuyên dụng từ cơ bản đến cao cấp tiếp cận thị trường này Trong đó nổi lên tiêu biểu là các sản phẩm như; AutoShip, Nupas-Cadmatic, Tribon và ShipConstructor

2.2.1) Ph ần mềm AutoShip:

Trong số các phần mềm kể trên, phần mềm AutoShip được ngành đóng tàu Việt Nam tiếp cận sớm nhất Từ năm 2002, trung tâm tin học của Vinashin nay chính là Công ty cổ phần kỹ thuật và công nghệ tàu thuỷ đã tiếp

nhận và nghiên cứu phần mềm này AutoShip bao gồm 6 module chính sau:

- AutoShip: xây dựng tuyến hình và phóng dạng

- AutoPlate: khai triển tôn vỏ và chia tôn

- AutoHydro: tính toán yếu tố thuỷ lực, tính năng

- AutoPower: tính toán sức cản, công suất máy

- AutoStructure: mô hình hoá kết cấu và tạo bản vẽ thi công

- AutoNest: sắp xếp tối ưu các chi tiết phục vụ cho quá trình cắt

Module AutoShip:

Với module này, người sử dụng có thể xây dựng tuyến hình, tạo mặt cong vỏ tàu ở dạng mô hình 3D, tạo ra các vết giao tuyến giữa vỏ tàu và các mặt phẳng (tạo ra đường biên dạng của các đường sườn, mặt boong, cắt dọc, tấm nghiêng…) hay mặt cong (tạo giao tuyến của ống bao chân vịt mũi, lỗ thả neo…) Ngoài ra, nó còn có công cụ hỗ trợ trong việc chỉnh trơn tuyến hình Module này rất hữu ích đối với việc thiết kế tàu cỡ nhỏ như xuồng, tàu cao tốc có chiều dài nhỏ hơn 50m và có hình dáng vỏ bao đơn giản

Số liệu đầu ra mà chương trình cung cấp cho người sử dụng là bản vẽ các mặt cắt, hình chiếu và thông số dữ liệu là bảng trị số tuyến hình theo sườn

thực, cắt dọc thực và đường nước thực

U

Module AutoPlate:

Căn cứ trên mặt cong vỏ tàu đã được tạo ra từ module AutoShip, phần

mềm sẽ cung cấp công cụ để tạo ra tấm tôn với kích thước xác định và tự động khai triển duỗi phẳng các tấm tôn đó phục vụ cho việc cắt và gia công

Kết quả thu được sẽ là bản vẽ hình khai triển của tấm tôn với đầy đủ thông số và kích thước Nó còn cho phép tạo ra các bản vẽ dưỡng mẫu bao gồm hình dáng và trị số để gia công Một ưu thế của module này là còn cung

cấp trị số bệ khuôn khi sử dụng bệ khuôn xoay

U

Module AutoHydro:

Cung cấp công cụ để tính toán một cách nhanh chóng và chính xác các yếu tố thuỷ lực, ổn định của tàu ở mọi trạng thái tải trọng Ngoài ra còn có công cụ tính toán dung tích các khoang, két Cung cấp công cụ để tính toán momen uốn và ứng suất do uốn dọc chung toàn tàu ở trạng thái tải trọng do áp

lực thuỷ tĩnh gây ra

Module AutoPower:

Tự động tính toán sức cản cho tất cả các loại tàu dựa trên các thông số kích thước chủ yếu của thân tàu và dạng tuyến hình Trên cơ sở kết quả thu được thông tin về sức cản toàn bộ, phần mềm cung cấp công cụ hỗ trợ tính toán công suất máy và đường kính chân vịt tối ưu

Phần mềm tự động xuất ra các đồ thị như; đường cong sức cản, đường

công suất máy theo sức cản

U

Module AutoStructure:

Phần này chứa các công cụ để mô hình hoá chi tiết kết cấu thân tàu

dạng mô hình 3 chiều nhanh chóng và chính xác

Kết quả thu được là các bản vẽ kết cấu dạng hình chiếu và mặt cắt, bản

vẽ lắp ráp chi tiết dạng không gian 3 chiều, bảng tổng hợp khối lượng vật tư

và toạ độ trọng tâm các khối, tổng đoạn

U

Module AutoNest:

Cung cấp cho người sử dụng công cụ để sắp xếp tối ưu các chi tiết dạng

tấm, dạng thép hình nhắm tiết kiệm vật tư nhất Chương trình hoàn toàn tự động sắp xếp hàng nghìn chi tiết lên những khổ tôn theo chiều dày và chủng loại vật tư đã xác định trước

Bản vẽ các chi tiết đã được sắp xếp tương đối tối ưu sẽ được chương trình xuất ra dưới dạng file thông dụng như dwg hoặc dxf để phục vụ cho các phần mềm chuyển mã CNC cho máy cắt tự động

2.2.2) Ph ần mềm Nupas-Cadmatic:

Đây là bộ phần mềm chuyên dụng cho ngành đóng tàu được giới thiệu

tại Viêt Nam vào năm 2003 và ứng dụng module Nupas-Cadmatic Pipe trong thiết kế công nghệ phần hệ thống ống ở đáy tàu và buồng máy tàu 53.000 DWT, đóng tại Hạ Long và Nam Triệu Hiện nay, phần mềm này đang được

Viện khoa học công nghệ tàu thuỷ và Công ty Công nghiệp tàu thuỷ Nam Triệu sử dụng

Phần mềm Nupas-Cadmatic gồm có các module chính phục vụ cho việc thiết kế và chế tạo như sau:

U

Nupas-Cadmatic Contek 2D:

Đây là một trong nhưng module của bộ phần mềm CAD/CAM đa chức

năng, Contek 2D cho phép người sử dụng tạo ra những bản vẽ 2 chiều chứa những đường biên dạng hay nhưng đường giao tuyến (đường sườn, đường cắt dọc, đường nước…) phục vụ cho việc dựng hình các chi tiết trên cơ sở mô hình vỏ tàu 3 chiều

mô hình chi tiết

U

Nupas-Cadmatic Diagram:

Module này đã được tích hợp sẵn, những thông tin đi theo sơ đồ nguyên lý hệ thống ống trong giai đoạn thiết kế cuối cùng sẽ kết nối trực tiếp tới cơ sở dữ liệu

Những tài liệu liên quan đến hệ thống ống như danh sách thiết bị, kích

thước đường ống, danh sách van… sẽ được tạo ra

U

Nupas-Cadmatic Plant Modeller:

Cơ sở dữ liệu của module này liên quan đến những module thiết kế 3D, thiết kế ống và hệ thống điều hoà thông gió của khu vực buồng máy Các bản

vẽ cắt lớp, bản vẽ ống, danh sách vật tư, thiết bị, những hình chiếu phối cảnh, hình chiếu tô bóng… sẽ được tạo ra

U

Nupas-Cadmatic Piece Part Listing:

Từ mô hình chi tiết kết cấu tàu thu được danh sách các chi tiết với đầy

đủ thông số như số hiệu chi tiết, vị trí, trọng lượng, các bước gia công chế tạo trong phân xưởng

Dữ liệu từ module này cũng có thể xuất ra cho hệ thống quản lý vật tư

U

Nupas-Cadmatic SEAMS & BUTTS:

Với module này, người dùng có thể nhập vào các vị trí đường hàn ngang, hàn dọc, các đường hàn đấu tổng đoạn… xác định trên một trong ba

mặt phẳng hình chiếu Công việc này chính là chia tôn trên bề mặt vỏ tàu

U

Nupas-Cadmatic 3D Shell Expansion:

Với module này, người sử dụng có thể tạo ra bản vẽ trải tôn vỏ theo 4 hình chiếu Phần mềm sẽ hiển thị khối tổng đoạn mà người dùng muốn xem

với tất cả những đường hàn cùng với kết cấu nằm ở bên trong như mặt boong,

sống dọc, sườn và những thứ khác

Hình chiếu có thể chọn để hiển thị là hình chiếu bằng, chiếu đứng, chiếu cạnh hoặc hình chiếu không gian Với hình chiếu được chọn, người dùng có thể xác định các loại thông tin khác nhau như; thông tin về tôn tấm,

số hiệu chi tiết, chiều dày tấm tôn…

Nupas-Cadmatic Shell Plates:

Sau khi có vị trí các đường chia tôn nhập vào cơ sở dữ liệu vỏ tàu, module này sẽ khai triển các tấm tôn vỏ Chương trình sẽ tự động duỗi phẳng các tấm tôn cong phức tạp Ngoài ra tất cả các đường vạch dấu của vết sườn, cắt dọc sẽ được thêm vào tấm tôn Dưỡng uốn các mặt cong được tự động tạo

ra phụ vụ cho việc gia công chế tạo

U

Nupas-Cadmatic Nesting – Autonest:

Phục vụ cho quá trình cắt chi tiết tối ưu, sử dụng tiết kiệm vật tư nhất, module này có các công cụ sắp xếp chi tiết lên những khổ tôn cho trước một cách nhanh chóng

Có hai cách để lựa chọn là sử dụng chương trình sắp xếp tự động đối

với những chi tiết khổ lớn và sử dụng phương pháp sắp xếp theo sự quan sát đối với những chi tiết trung bình và nhỏ Hai cách này phối hợp với nhau để

sử dụng linh hoạt trong quá trình sắp xếp tối ưu

U

Nupas-Cadmatic Pipe:

Module này cung cấp cho người sử dụng toàn bộ thông tin cần thiết để

chế tạo và lắp ráp hệ thống đường ống trên tàu như; bản vẽ gia công các đoạn ống, bản vẽ bố trí hệ thống, bản vẽ lắp ráp hệ thống ống, bảng kê vật tư…

2.2.3) Ph ần mềm Tribon:

Đây là bộ phần mềm hoàn chỉnh với nhiều module phục vụ cho tất cả các giai đoạn từ thiết kế sơ bộ (ở giai đoạn đặt hàng), tiếp đến là thiết kế cơ bản và thiết kế chi tiết (ở giai đoạn thiết kế) và đến thiết kế công nghệ (ở giai đoạn sản xuất) Hiện nay, phần mềm này đang được nghiên cứu, khai thác ứng dụng tại Viện kỹ thuật Hải quân

Một đặc điểm quan trọng là phần mềm Tribon hoạt động trên cơ sở của

hệ quản trị cơ sở dữ liệu Oracle, vì vậy nó cho phép nhiều người cùng truy cập và làm việc đồng thời qua môi trường mạng Do vậy, một nhà máy lớn

hay một viện thiết kế có thể chỉ dùng một phần mềm này để triển khai thiết kế hoàn thành những dự án lớn

Phần mềm Tribon gồm các module chính sau:

Module này để tạo các bề mặt và thông qua tuyến hình tàu đã được

chỉnh trơn để tạo chính xác bề mặt vỏ tàu lần cuối cùng

U

COMPARTMENT

Module này cung cấp cho người sử dụng các công cụ để tạo các vách ngang, vách dọc, mặt boong và các khu vực khác của con tàu, giúp cho người dùng có thể mô hình hoá chi tiết con tàu một cách nhanh chóng

Đây là công cụ tính toán yếu tố thuỷ tĩnh của thân tàu theo các chỉ tiêu:

trạng thái tải trọng, ổn định tĩnh, ổn định sự cố, sức bền dọc chung, tính toán khoang chứa

BASIC DESIGN

Module này là công cụ rất hiệu quả giúp cho người sử dụng đưa ra những phương án kết cấu sơ bộ một cách nhanh chóng Nhờ đó mà người thiết kế có thể dễ dàng đưa ra sơ đồ bố trí kết cấu và kích thước các chi tiết kết cấu chủ yếu

Phần mềm cho phép người dùng có thể thiết kế kết cấu theo nhiều qui

phạm khác nhau như: GL, NK, DNV, ABS… nhờ thư viện có sẵn trong phần mềm Đây cũng là công cụ hỗ trợ rất thuận tiện cho người dùng khi thiết kế kết cấu thân tàu

U

DRAFTING

Đây là công cụ đưa ra các bản vẽ dạng 2D và 3D để sử dụng hoặc tham

khảo, do các thông tin dữ liệu hình thành được liên kết với nhau nên có thể nhanh chóng tạo ra nhiều bản vẽ cho tất cả các phần

U

EQUIPMENT

Module này là công cụ để người dùng có thể tạo ra, chỉnh sửa và xem

tất cả các thiết bị được bố trí lắp đặt trên tàu Nếu nối mạng, người sử dụng có

thể tải trực tiếp mô hình thiết bị từ nhà cung cấp để thành lập thư viện riêng cho từng con tàu