Tự động hóa trong đóng tàu

Tự động hóa trong đóng tàu là môn học cung cấp cho sinh viên ngành công nghệ đóng tàu thủy một số kiến thức cơ bản và cần thiết nhất về triển khai công nghệ đóng mới tàu thủy có sự hỗ trợ của máy tính điện tử và các phần mềm chuyên ngành hiện đang được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam.

Lời nói đầu Tự động hóa đóng tàu môn học cung cấp cho sinh viên ngành công nghệ đóng tàu thủy số kiến thức cần thiết triển khai cơng nghệ đóng tàu thủy có hỗ trợ máy tính điện tử phần mềm chuyên ngành áp dụng rộng rãi ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam Nội dung mơn “Tự động hóa đóng tàu” bao gồm phần chia làm chương: - Phần A: Tự động hóa đóng tàu Việt Nam + Chương I Khái quát tự động hóa đóng tàu + Chương II Cơ sở lý thuyết tự động hóa đóng tàu + Chương III Phần mềm tự động hóa đóng tàu - Phần B Ứng dụng phần mềm Shipcontructor vào q trình phóng dạng, khai triển tơn cấu + Chương IV Phóng dạng + Chương V Khai triển tôn + Chương VI Dựng vẽ kết cấu (structure) Để học tốt môn học em sinh viên cần phải dành thời gian để ôn tập lại kiến thức liên quan sau: Cơ học kết cấu, kết cấu tàu, Cad/CAM… Do thời gian biên soạn giáo trình, khả cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận đóng góp ý kiến bạn đọc đồng nghiệp để giáo trình hồn thiện PHẦN A: TỰ ĐỘNG HÓA ĐÓNG TÀU TẠI VIỆT NAM CHƯƠNG I KHÁI QUÁT TỰ ĐỘNG HÓA TRONG ĐÓNG TÀU 1.1 Khái quát tự động hóa 1.1.1 Vai trị tự động hóa Ngày tự động hóa với thành tựu công nghiệp điện tử, vi mạch tích hợp kỹ thuật số thâm nhập đóng vai trị quan trọng hầu hết lĩnh vực kinh tế động lực tích cực việc thay đổi hàng ngày mặt sống đại Sở dĩ tự động hóa ngày kết hợp nhiều thành tựu trí thức người lĩnh lĩnh vực toán học, vật lý … đặc biệt công nghệ thông tin để thay sức lao động người nhằm mục đích phục vụ có hiệu vấn đề phức tạp sống Chúng ta thấy sản phẩm rôbôt tự động thám hiểm mặt trăng, siêu máy tính thực hàng tỷ phép tính giây… Có thể nói tự động hóa đại đòn bẩy hữu hiệu nước có kỹ thuật tiên tiến, cơng cụ đắc lực nhằm hồn thiện, phát triển tiến tới đột phá công nghệ Phương pháp quản lý xử lý liệu máy tính cho phép truy xuất, liên kết, cập nhật, tích hợp liệu thiết kế cơng nghệ thành phần hệ thống sản xuất Cơ chế quản lý thơng tin tích hợp cho phép xử lý nhanh chóng, xác khối lượng thơng tin phức tạp từ rút ngắn quy trình thiết kế - chế tạo, có khả chọn phương án với tính tốt nhiều phương án thời gian ngắn 1.1.2 Tự động hóa ngành cơng nghiệp đóng tàu Việt Nam Đối với Việt Nam, cơng nghệ tự động hóa hầu hết lĩnh vực khơng cịn bước tiến thành thực mẻ cịn hạn chế đặc biệt ngành cơng nghiệp tàu thủy Trong thời gian gần đây, tự động hóa nhìn nhận yếu tố quan trọng thúc đẩy phát triển kinh tế trở thành chương trình nghiên cứu trọng điểm Nhà nước đặc biệt quan tâm Chính từ hỗ trợ đồng thời với hội có nhờ chủ trương tạo bước đột phá lực thiết kế, đóng mới, đa dạng chủng loại tàu, tăng tỷ lệ nội địa hóa trang bị nhiều tàu với trọng tải lớn đóng hoàn thiện Việt Nam serri tàu 6500T, 11500T, tàu container cỡ lớn tàu 53,000T dự án đóng tàu chở dầu 100,000T… Tuy nhiên thời điểm gặp khơng trở ngại cạnh tranh chế thị trường Sự mở hợp tác toàn diện tạo hội cho hãng chuyên lĩnh vực tàu thủy tiếng giới tiếp cận dễ dàng với thị trường đóng sửa chữa tàu Việt Nam Với kinh nghiệm tính chuyên nghiệp từ vài chục đến vài trăm năm, với nhiều thương hiệu sản phẩm tiếng trở nên quen thuộc với khách hàng ngành công nghiệp đóng tàu thủy, uy tín chất lượng sản phẩm tự động hóa q trình đóng tàu họ khác hàng nước lớn, Trong nước ta việc nghiên cứu lĩnh vực tự động hóa đóng tàu dừng lại số nơi số lĩnh vực Viện khoa học công nghệ tàu thủy, quan Đăng kiểm, số nhà máy đóng tàu, đề tài khoa học tác giả tiến hành làm đề tài nghiên cứu sinh, nhiên phạm vi nghiên cứu mức độ ứng dụng đề tài hạn chế Từ thực tế trên, cịn nhiều hạn chế khó khăn có thuận lợi định Sự hợp tác tồn diện nhiều mặt khoa học cơng nghệ với quốc gia tiên tiến hội cho học hỏi kinh nghiệm, nắm bắt làm chủ công nghệ Một yếu tố then chốt, quan trọng có tính định để phát triển lĩnh vực cần có đầu tư lớn tài có sách phù hợp Nhà nước để khuyến khích động viên thu hút đông đảo nhà khoa học nước nước tham gia nghiên cứu, hợp tác đào tạo chuyển giao công nghệ với nước để tạo bước đột phá nhằm chiếm lĩnh thị trường tiềm 1.2 Ứng dụng tự động hóa đóng tàu 1.2.1 Các lĩnh vực đóng tàu ứng dụng tự động hóa Sơ đồ bước tiến hành đóng tàu: Basic design ThiÕt kÕ s¬ bé Technical design Tk kü thuËt Production design TK thi công Production Đóng tàu 1.2.1.1 Trong lnh vực thiết kế : - Các tác giả nước xây dựng số chương trình tự động hóa q trình xác định kích thước chủ yếu, xây dựng tuyến hình tàu tính tốn tính tàu tính ổn định, tự động hóa q trình tính tốn sức cản thiết kế chong chóng - Áp dụng phần mềm tính tốn hãng thiết kế nước Autoship, Tribon, Fastship, Maxsulf… việc xây dựng tuyến hình tàu, tính tốn dung tích , tính thủy lực, cân ổn định, tính tốn sức cản thiết kế chong chóng 1.2.1.2 Trong lĩnh vực công nghệ: - Đã viết số chương trình tính tốn kết cấu, phóng dạng khai triển tơn phục vụ q trình triển khai cơng nghệ đóng tàu, nhiên phạm vi ứng dụng cịn hạn chế Cơng nghệ hàn tự động, cắt tự động máy cắt CNC ứng dụng cách phổ biến đa số nhà máy đóng tàu - Tiến hành chuyển giao kỹ thuật số lĩnh vực q trình cơng nghệ sử dụng phần mềm Autoplate, Autostructure hãng Autoship, ShipConstructor, Hullform…và số phần mềm Nhật, Nga, Trung Quốc … việc tính tốn kết cấu, tính toán độ bền dọc chung thân tàu triển khai công nghệ 1.2.2 Cơ sở lý thuyết áp dụng tự động hóa đóng tàu - Triển khai thành tựu công nghệ “ Thiết kế với trợ giúp máy tính điện tử’’(Computer Aided Design –CAD), “ Sản xuất với trợ giúp máy tính điện tử’’(Computer Aided Manufacturing –CAM) mang tên gọi chung “ Công nghệ CAD/CAM’’ xu phát triển tất yếu để đạt thành tựu áp dụng tự động hóa vào q trình thiết kế thi cơng - Dựa vào việc hàm hóa đường cong , mặt cong vỏ bao thân tàu, nghiên cứu đưa tốn hàm hóa đường cong vỏ bao thân tàu dạng bào tốn tìm đường thẳng đàn hồi dầm chương trình phần mềm AutoCAD ngơn ngữ lập trình Pascal, Autoship, VisuaBasic… 1.2.3 Quy trình cơng nghệ đóng tàu Phóng dạng tuyến hình Làm d ỡng, khai triển tôn cấu Chế tạo khung dàn, bệ lắp ráp Gia công chi tiết Lắp ráp hàn phân đoạn Lắp ráp hàn tổng đoạn Lắp ráp hàn thân tàu triền Lắp ráp phần hệ thống động lực Lắp ráp trang trí nội thất Sơn toàn tàu Hạ thủy Thử bến thử ® êng dµi Bµn giao cho chđ tµu 1.2.4 Các nội dung tự động hóa cơng nghệ đóng tàu - Phóng dạng tuyến hình tàu: Tiến hành phóng dạng tàu máy tính từ vẽ trị số tuyến hình lý thuyết, số liệu sau phóng dạng máy tính sử dụng trực tiếp cho bước công nghệ dùng để vẽ sàn phóng với độ xác cao -Khai triển tôn chi tiết kết cấu : Tiến hành khai triển kích thước thật tờ tôn chi tiết kết cấu để làm dưỡng gia cơng phục vụ q trình đóng tàu -Gia công chi tiết máy cắt CNC: Chuyển vẽ hay giá trị khai triển tôn chi tiết kết cấu sang ngôn ngữ máy CNC để phục vụ việc tự động hóa q trình cắt chi tiết Câu hỏi ôn tập chương Câu Em nêu ứng dụng tự động hóa đóng tàu? Câu Em nêu nội dung tự động hóa đóng tàu? CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỰ ĐỘNG HÓA TRONG ĐÓNG TÀU 2.1 Đặt vấn đề Mặt thân tàu, hay cọn gọi mặt vỏ tàu thực tế mặt cong 3D Miêu tả mặt cong 3D công thức toán dựng mặt cong thực tế việc phức tạp Hiện đủ khả xử lý tốn hình học vỏ tàu dạng 3D công cụ tin học , nhiên cơng việc địi hỏi nhiều thời gian công sức Cách làm áp dụng rộng rãi từ lâu ngành đóng tàu hạ bậc tốn hình học vẽ tàu Tàu chia nhiều khoảng sườn, vị trí sườn thân tàu bị cắt mặt phẳng song song với mặt cắt tàu, vng góc với trục dọc tàu Vết cắt vỏ tàu mặt cắt vị trí sườn gọi sườn tàu Tiến hành xác định đặc tính hình học sườn theo khơng gian2D Theo chiều cao, tàu chia nhiều đường nước , mặt đường nước cắt thân tàu theo vết gọi đường nước Hình dáng đường nước nằm lát cắt phẳng 2D.Theo chiều rộng chia nhiều đường cắt dọc, mặt cắt dọc cắt thân tàu theo vết gọi đường cắt dọc -Chính viết chương trình khai triển vỏ bao thân tàu vấn đề quan trọng đặt phải hàm hóa đường hình dáng thân tàu đường sườn đường nước, đường cắt dọc đường mép , mép hay đường chuẩn tôn đường cong , mặt cong biểu diễn dạng biểu thức giải tích Sau sử dụng phép tốn cho phép đánh giá thống hình chiếu độ cong trơn, biến đổi đồng đường cong ( hài hòa đường cong ) để đảm bảo vỏ bao thân tàu sau phóng dạng cong trơn , cải thiện tính tàu sức cản thuận lợi cho trình cơng nghệ 2.2 Hàm hóa đường cong theo phương pháp xấp xỉ 2.2.1 Khái niệm hàm xấp xỉ Xấp xỉ thay hàm F(x) hàm f(x) Sự thay cần thiết hồn tồn khơng biết hàm F(x) có thơng tin hạn chế biết giá trị F(x) số mốc định Trong thực tế nghiệm nhiều toán cần viết dạng tốn giải tích hàm F(x) biếu diễn dạng biểu thức giải tích gần đúng( nhiều trường hợp xác) cần thiết Có thể đề yêu cầu khác hàm f(x) qua ta có dạng hàm xấp xí sau: 2.2.2 Các dạng xấp xỉ 2.2.2.1 Theo tiêu chuẩn gần - Xấp xỉ xác mốc ( cịn gọi nội suy ) : dùng có yêu cầu mốc nội suy định ( x0, x1… xn) hàm gốc F(x) hàm xấp xỉ f(x) y F(x) f(x) Víi i=0n x0 x1 x xn x Xấp xỉ theo phương pháp bình phương tối thiểu : Được dùng có yêu cầu sau y F(x) f(x)  Víi i=0n x0 x1 x xn x Xấp xỉ với sai số nhỏ nhất: Được dùng có yêu cầu cần chênh lệch lớn hai làm nhỏ 2.2.2.2 Theo dạng hàm xấp xỉ - Đa thức đại số bậc n (parabol bậc n) f(x)= a0+a1x+a2x2+……….+an.xn an# Biểu thức gọi parabol bậc n Nó có n+1 hệ số chọn cách thích hợp để thỏa mãn n+1 điều kiện Từ nhận thấy muốn viết đa thức xấp xỉ cho hàm F(x) với giả sử mốc nội suy x 0,x1,x2 điểm f(x) F(x) trùng , điều thực parabol bậc Một cách tổng quát với n tọa độ( n điểm xác định ) ta xây dựng đa thức bậc n-1 m Đa thức lượng giác: f ( x) a   ( a k cos kx  bk sin kx) k 1 a  a1 x  a x  a n x n Phân thức từ hai đa thức bậc m n: f ( x)  b0  b1 x  b2 x  .bn x n 2.2.3 Xây dựng đa thức xấp xỉ 2.2.3.1 Xây dựng đa thức xấp xỉ với điểm mốc Cho hàm F(x) với n+1 mốc nội suy x 0, x1, x2……,xn Chắc chắn xác định đa thức nội suy f(x) bậc n mà điểm mốc hai giá trị hàm số f ( xi )  F ( xi )  y i Nghĩa : Trong i=0,1…….,n Để nhận hàm f (x) thường áp dụng phương pháp sau đây: Với n+1 mốc cho trước ta viết đa thức tổng quát bậc n: f ( x ) a  a1 x  a x  a n x n Và sau lập hệ (n+1) phương trình đại số điều kiện : f  F ( x ) a  a1 x  a x02   a n x0n f1  F ( x1 ) a  a1 x1  a x12   a n x1n f n  F ( x n ) a  a1 x n  a x n2   a n x nn Giải hệ ta xác định hệ số a0 , a1 … an nghĩa toán giải ta có đa thức xấp xỉ bậc n hàm giải tích f ( x) 2.2.3.2 Biểu thức Lagrange Một cách hiệu biểu thức cần tìm nhận từ biểu thức Lagrange f ( x)  ( x ) f   ( x) f    n ( x) f n n Hoặc f ( x)   i ( x) f i i 0 Trong đó:  i ( x)   i ( x)  i ( x) n  i ( x) i ( x  x j ) với j 0 Ký hiệu  nghĩa tích liên tục hàm (x-x0)(x-x1)…….(xxn) Chỉ số I chỏ rõ tích  i hàm (x-xj) khơng có giá trị (x-xi) Bản chất công thức Lagrange hàm f (x) cần biểu diễn tổ hợp tuyến tính hàm i ( x) có mang tính chất sau: - mốc I giá trị i ( xi) 1 , tất mốc lại i ( xj ) 0 với j#i 2.2.3.3 Ví dụ việc xây dựng hàm xấp xỉ Bài toán : Qua ba mốc có tọa độ (0,-1); (1,0)và (2,3) xác định hàm xấp xỉ bậc hai Phương án : Xây dựng đa thức bậc n Thay ba tọa độ vào phương trình đường parabol bậc hai có dạng f ( x) a0  a1 x  a x 10