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.
KHÁI QUÁT TỰ ĐỘNG HÓA TRONG ĐÓNG TÀU
Khái quát về tự động hóa
1.1.1 Vai trò của tự động hóa.
Ngày nay, tự động hóa, nhờ vào những thành tựu của công nghiệp điện tử, vi mạch tích hợp và kỹ thuật số, đã trở thành yếu tố quan trọng trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, góp phần thay đổi bộ mặt cuộc sống hiện đại Sự kết hợp giữa các thành tựu trí thức trong toán học, vật lý và công nghệ thông tin đã giúp tự động hóa thay thế sức lao động con người, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc giải quyết các vấn đề phức tạp Chúng ta đã chứng kiến sự xuất hiện của những sản phẩm như robot tự động thám hiểm mặt trăng và siêu máy tính thực hiện hàng tỷ phép tính mỗi giây Tự động hóa hiện đại là công cụ đắc lực cho các nước có nền kỹ thuật tiên tiến, thúc đẩy sự phát triển và mở ra những đột phá mới trong công nghệ.
Phương pháp quản lý và xử lý dữ liệu bằng máy tính giúp truy xuất, liên kết, cập nhật và tích hợp dữ liệu thiết kế và công nghệ trong hệ thống sản xuất Cơ chế này cho phép quản lý thông tin một cách tích hợp, xử lý nhanh chóng và chính xác khối lượng thông tin phức tạp, từ đó rút ngắn quy trình thiết kế.
- chế tạo, có khả năng chọn ra phương án với tính năng tốt nhất trong nhiều phương án và trong thời gian ngắn.
1.1.2 Tự động hóa trong ngành công nghiệp đóng tàu ở Việt Nam. Đối với Việt Nam, công nghệ tự động hóa trong hầu hết các lĩnh vực tuy không còn mới nhưng những bước tiến và những thành quả thực sự mới mẻ vẫn còn hạn chế đặc biệt trong ngành công nghiệp tàu thủy Trong thời gian gần đây, tự động hóa được nhìn nhận như một yếu tố quan trọng thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế và trở thành một trong những chương trình nghiên cứu trọng điểm được Nhà nước đặc biệt quan tâm Chính từ sự hỗ trợ này đồng thời với cơ hội có được nhờ sự chủ trương tạo các bước đột phá về năng lực thiết kế, đóng mới, đa dạng chủng loại tàu, tăng tỷ lệ nội địa hóa về trang bị nhiều con tàu với trọng tải lớn đã được đóng và hoàn thiện tại Việt Nam như các serri tàu 6500T, 11500T, các tàu container cỡ lớn và hiện nay là các tàu 53,000T và dự án đóng tàu chở dầu 100,000T…
Hiện nay, ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức do sự cạnh tranh từ các hãng tàu nổi tiếng thế giới, nhờ vào cơ chế thị trường mở Sự hợp tác toàn diện đã tạo điều kiện cho các thương hiệu lớn dễ dàng tiếp cận thị trường Việt Nam, mang theo kinh nghiệm và uy tín lâu năm trong lĩnh vực tự động hóa Mặc dù một số cơ sở như Viện khoa học và công nghệ tàu thủy và các nhà máy đóng tàu đang nghiên cứu về tự động hóa, nhưng phạm vi và mức độ ứng dụng của các đề tài nghiên cứu vẫn còn hạn chế, điều này gây cản trở cho sự phát triển bền vững của ngành.
Mặc dù còn nhiều thách thức, chúng ta có những cơ hội nhất định nhờ vào sự hợp tác toàn diện trong khoa học công nghệ với các quốc gia tiên tiến Điều này giúp chúng ta học hỏi kinh nghiệm và làm chủ công nghệ Để phát triển lĩnh vực này, cần có sự đầu tư tài chính lớn và chính sách phù hợp từ Nhà nước nhằm thu hút các nhà khoa học trong và ngoài nước tham gia nghiên cứu, hợp tác đào tạo và chuyển giao công nghệ Những nỗ lực này sẽ tạo ra bước đột phá, giúp chúng ta chiếm lĩnh thị trường tiềm năng.
Ứng dụng tự động hóa trong đóng tàu
1.2.1 Các lĩnh vực trong đóng tàu đã ứng dụng tự động hóa
Sơ đồ các bước tiến hành khi đóng tàu:
1.2.1.1 Trong lĩnh vực thiết kế :
Các tác giả trong nước đã phát triển nhiều chương trình tự động hóa nhằm xác định các kích thước chủ yếu của tàu Những chương trình này giúp xây dựng tuyến hình tàu và tính toán các tính năng quan trọng như tính nổi, ổn định, tự động hóa quá trình tính toán sức cản và thiết kế chong chóng.
Áp dụng phần mềm tính toán từ các hãng thiết kế nước ngoài như Autoship, Tribon, Fastship và Maxsulf là rất quan trọng trong quá trình xây dựng tuyến hình tàu Những phần mềm này hỗ trợ tính toán dung tích, tính nổi thủy lực, cân bằng ổn định, sức cản và thiết kế chong chóng, giúp tối ưu hóa hiệu suất và an toàn cho tàu.
1.2.1.2 Trong lĩnh vực công nghệ:
Đã phát triển một số chương trình tính toán kết cấu và phóng dạng, phục vụ cho công nghệ đóng tàu, nhưng ứng dụng vẫn còn hạn chế Công nghệ hàn tự động và cắt tự động bằng máy cắt CNC hiện đang được áp dụng rộng rãi tại nhiều nhà máy đóng tàu.
Chuyển giao kỹ thuật trong lĩnh vực công nghệ bao gồm việc sử dụng các phần mềm tiên tiến như Autoplate, Autostructure của Autoship, ShipConstructor, Hullform, cùng với một số phần mềm đến từ Nhật Bản, Nga và Trung Quốc.
… trong việc tính toán kết cấu, tính toán độ bền dọc chung thân tàu và triển khai công nghệ.
1.2.2 Cơ sở lý thuyết áp dụng tự động hóa trong đóng tàu
Công nghệ CAD/CAM, bao gồm "Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử" và "Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử", đang trở thành xu thế phát triển tất yếu trong việc áp dụng tự động hóa vào quy trình thiết kế và thi công Sự kết hợp này không chỉ nâng cao hiệu quả làm việc mà còn tối ưu hóa chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thị trường.
Nghiên cứu này chuyển đổi bài toán hàm hóa đường cong vỏ bao thân tàu thành bài toán tìm đường thẳng đàn hồi của dầm, dựa vào việc hàm hóa các đường cong và mặt cong của vỏ tàu Việc này được thực hiện thông qua các phần mềm như AutoCAD và các ngôn ngữ lập trình như Pascal, Autoship, và Visual Basic.
1.2.3 Quy trình công nghệ đóng mới tàu
Làm d ỡng, khai triển tôn và cơ cấu
Gia công chi tiết Chế tạo khung dàn, bệ lắp ráp
Lắp ráp và hàn phân đoạn
Lắp ráp và hàn tổng đoạn
Lắp ráp và hàn thân tàu trên triền
Lắp ráp phần hệ thống động lực
Lắp ráp và trang trí néi thÊt
Thử tại bến và thử đ ờng dài
Bàn giao cho chủ tàu
1.2.4 Các nội dung tự động hóa trong công nghệ đóng tàu
Phóng dạng tuyến hình tàu trên máy tính từ bản vẽ và trị số tuyến hình lý thuyết cho phép tạo ra số liệu chính xác, có thể sử dụng ngay cho các bước công nghệ tiếp theo Quy trình này giúp nâng cao độ chính xác khi vẽ trên sàn phóng, đảm bảo chất lượng và hiệu quả trong sản xuất.
Khai triển tôn và chi tiết kết cấu là bước quan trọng trong quá trình đóng tàu, bao gồm việc xác định kích thước thực tế của các tờ tôn và các chi tiết kết cấu Quá trình này giúp tạo ra các dưỡng và phục vụ cho gia công, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong sản xuất.
Gia công chi tiết trên máy cắt CNC là quá trình chuyển đổi các bản vẽ và giá trị khai triển tôn thành ngôn ngữ máy CNC, nhằm tự động hóa quy trình cắt chi tiết Việc này giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong sản xuất, đồng thời giảm thiểu thời gian và công sức cho người vận hành.
Câu hỏi ôn tập chương 1
Câu 1 Em hãy nêu các ứng dụng tự động hóa trong đóng tàu?Câu 2 Em hãy nêu các nội dung tự động hóa trong đóng tàu?
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỰ ĐỘNG HÓA TRONG ĐÓNG TÀU
Đặt vấn đề
Mặt ngoài thân tàu, hay còn gọi là mặt vỏ tàu, là mặt cong 3D phức tạp Việc miêu tả và dựng mặt cong này thông qua công thức toán học đòi hỏi nhiều thời gian và công sức, mặc dù hiện nay chúng ta đã có công cụ tin học để xử lý các bài toán hình học 3D Trong ngành đóng tàu, phương pháp phổ biến là hạ bậc bài toán hình học, chia tàu thành nhiều khoảng sườn Mỗi sườn được cắt bằng mặt phẳng song song với mặt cắt giữa tàu và vuông góc với trục dọc tàu, tạo ra các vết cắt gọi là sườn tàu Đặc tính hình học của các sườn này được xác định trong không gian 2D Theo chiều cao, tàu được chia thành nhiều đường nước, mỗi mặt đường nước cắt thân tàu tạo thành các vết gọi là đường nước, có hình dáng nằm trong lát cắt phẳng 2D Theo chiều rộng, tàu được chia bằng nhiều đường cắt dọc, với mỗi mặt cắt dọc cắt thân tàu tạo ra các vết gọi là đường cắt dọc.
Khi viết các chương trình khai triển vỏ bao thân tàu, việc hàm hóa các đường hình dáng như đường sườn, đường nước, và các đường cắt là rất quan trọng Các đường cong và mặt cong cần được biểu diễn dưới dạng biểu thức giải tích Sau đó, cần sử dụng các phép toán để đánh giá sự thống nhất về hình chiếu, độ cong trơn và sự biến đổi đồng đều của đường cong, đảm bảo rằng vỏ bao thân tàu sau khi phóng dạng sẽ có độ cong trơn Điều này giúp cải thiện các tính năng của tàu như sức cản và thuận lợi cho quá trình công nghệ.
Hàm hóa đường cong theo phương pháp xấp xỉ
2.2.1 Khái niệm về hàm xấp xỉ
Xấp xỉ là quá trình thay thế hàm F(x) bằng một hàm f(x) khác khi thông tin về F(x) rất hạn chế hoặc không có Việc này trở nên cần thiết khi chỉ biết giá trị của F(x) tại một số điểm nhất định.
Trong nhiều bài toán thực tiễn, việc biểu diễn hàm F(x) dưới dạng biểu thức giải tích gần đúng (hoặc chính xác) là rất quan trọng.
Có thể đề ra những yêu cầu khác nhau về hàm f(x) qua đó ta có các dạng hàm xấp xí sau:
2.2.2.1 Theo tiêu chuẩn gần đúng
Nội suy tại các mốc chính xác (x0, x1, …, xn) được áp dụng khi cần xác định giá trị tại các điểm cụ thể Trong quá trình này, hàm gốc F(x) và hàm xấp xỉ f(x) sẽ có giá trị bằng nhau.
Xấp xỉ theo phương pháp bình phương tối thiểu : Được dùng khi có yêu cầu như sau. y
Xấp xỉ với sai số nhỏ nhất: Được dùng khi có yêu cầu cần chênh lệch lớn nhất giữa hai làm là nhỏ nhất.
2.2.2.2 Theo dạng hàm xấp xỉ
- Đa thức đại số bậc n (parabol bậc n). f(x)= a0+a1x+a2x 2 +……….+an.x n trong đó an# 0.
Biểu thức parabol bậc n có n+1 hệ số, cho phép chọn lựa phù hợp để đáp ứng n+1 điều kiện Để viết đa thức xấp xỉ cho hàm F(x) với ba mốc nội suy x0, x1, x2, cần đảm bảo rằng các điểm f(x) và F(x) trùng nhau, điều này chỉ có thể thực hiện thông qua một parabol bậc 2.
Một cách tổng quát với n tọa độ( n điểm xác định ) thì ta có thể xây dựng được một đa thức bậc n-1 Đa thức lượng giác:
Phân thức từ hai đa thức bậc m và n: n n n n x b x b x b b x a x a x a x a f
2.2.3 Xây dựng đa thức xấp xỉ
2.2.3.1 Xây dựng đa thức xấp xỉ với các điểm mốc bất kỳ
Cho hàm F(x) với n+1 mốc nội suy x0, x1, x2,…, xn, có thể xác định một đa thức nội suy f(x) bậc n sao cho tại các điểm mốc này, hai giá trị của hàm số bằng nhau.
Trong đó i=0,1…….,n Để nhận được hàm f (x ) thường áp dụng các phương pháp sau đây: Với n+1 mốc cho trước ta viết được một đa thức tổng quát bậc n: n n x a x a x a a x f ( ) 0 1 2 2
Và sau đó lập hệ (n+1) phương trình đại số bằng các điều kiện : n n n n n n n n n n n x a x a x a a x F f x a x a x a a x F f x a x a x a a x F f
Giải hệ phương trình cho phép xác định các hệ số a0, a1,…, an, từ đó khẳng định rằng bài toán đã được giải Kết quả là chúng ta có được đa thức xấp xỉ bậc n, tương ứng với hàm giải tích f(x).
Một cách hiệu quả hơn biểu thức cần tìm có thể nhận được từ biểu thức Lagrange. n n x f f x f x x f ( ) 0 ( ) 0 1 ( ) 1 ( ).
Ký hiệu ở đây nghĩa là tích liên tục các hàm (x-x0)(x-x1)…….(x- xn) Chỉ số I chỏ rõ trong tích i của các hàm (x-xj) không có giá trị (x-xi).
Bản chất của công thức Lagrange là hàm f (x ) cần được biểu diễn như một tổ hợp tuyến tính của các hàm i ( x ) có mang tính chất sau:
- ở mốc I giá trị i ( xi ) 1 , còn tất cả các mốc còn lại i ( xj ) 0 với j#i
2.2.3.3 Ví dụ việc xây dựng hàm xấp xỉ
Qua ba mốc có tọa độ (0,-1); (1,0)và (2,3) xác định hàm xấp xỉ bậc hai Phương án 1 : Xây dựng đa thức bậc n
Thay ba tọa độ vào phương trình đường parabol bậc hai có dạng
Ta có các giá trị cần thiết a0=-1; a1=0 ; a2=1
Hàm xấp xỉ bây giờ như sau f ( x ) x 2 1
Phương án 2: Xác định theo biểu thức Lagrange
Thay vào biểu thức ban đầu tính được :
Xác định các giá trị trung gian của đường cong theo phương pháp nội suy
2.3.1 Khái niệm về nội suy.
Trong nhiều trường hợp tính toán, người ta sử dụng hàm y=F(x) mà không biết biểu thức giải tích cụ thể, chỉ biết giá trị của hàm F(x) tại các điểm x0, x1,…, xn trong đoạn [a,b] Các giá trị này thường được thu thập từ đo đạc hoặc thực nghiệm Tuy nhiên, để tính toán tại các điểm trung gian, cần phải dựa vào các giá trị đã biết để xác định chúng Để giải quyết vấn đề này, ta xây dựng hàm f(x) với dạng đơn giản sao cho nó trùng với giá trị F(x) tại các điểm x0, x1,…, xn, đồng thời cũng xác định được giá trị tại các điểm khác trong đoạn.
[a,b] thì f ( x ) cũng trùng hoặc có giá trị gần sát với F(x)
Bài toán như vậy gọi là bài toán nội suy , hàm f (x ) gọi là hàm nội suy của F(x) trên đoạn [a,b] và x0 ,x1,………xn gọi là các mốc nội suy.
2.3.2 Nội suy tuyến tính ( Nội suy cấp 1).
Phép nội suy tuyến tính được thực hiện qua công thức sau;
Tính giá trị nội suy của hàm F(x) đi qua các điểm (2;5);(4;7) tại mốc x=2,4
2.3.3 Nội suy cao cấp ( Nội suy cấp 2 của Bensen).
- Sai phân cấp một của giá trị một hàm số tại hai mốc liên tiếp i và i+1 cách nhau một khoảng được hiểu là:
Sai phân cấp hai là sai phân của sai phân cấp một Một cách tổng quát sai phân cấp n là sai phân của sai phân cấp n-1.
2.3.3.2.Công thức nội suy của Bensen:
Trong đó : f : sai phân cấp 1
Cho hàm y=x 2 +1 đi qua các mốc (1;2);(2;5) và (3;10) Tính giá trị của hàm số tại mốc nội suy x=1,5.
-Tính theo hàm nội suy tuyến tính :
- Tính theo nội suy cấp hai của Bensen:
Thay giá trị x=1,5 vào hàm y=x 2 +1 được
Sai số của hàm nội suy tuyến tính là 0,25, trong khi sai số của hàm nội suy cấp hai Bensen là 0 Do đó, hàm nội suy cấp hai có độ chính xác cao hơn so với hàm nội suy tuyến tính cấp một.
Hàm hóa đường cong bằng hàm spline bậc 3 (Cubic spline)
Khi phóng dạng, người thợ cần sử dụng các lát gỗ hoặc nhựa mỏng để uốn theo các điểm đã xác định trong bảng trị số tuyến hình, nhằm vẽ tuyến hình tàu Các lát gỗ hoặc nhựa này được giữ cố định tại một điểm bằng các vật nặng gọi là “cóc” Bằng cách điều chỉnh số lượng và trọng lượng của các “cóc”, người thợ có thể uốn lát gỗ qua các điểm đã cho, đảm bảo rằng đường cong tạo ra phải mượt mà và thuôn đều.
Giả sử lát gỗ hoạt động như một dầm đàn hồi mỏng, đường cong của lát gỗ sẽ phản ánh độ võng của dầm theo công thức Ole, trong khi moomen uốn dọc theo chiều dài dầm được tính toán bằng công thức tương ứng.
-E: Mô đun đàn hồi của vật liệu -I: Mô men quán tính mặt cắt ngang của dầm
- R(x): Bán kính cong của dầm Với độ võng nhỏ bán kính cong có thể được tính xấp xỉ theo công thức :
Công thức Ole trở thành :
Giả sử các vật đè, như cóc, hoạt động như tải trọng tập trung, thì mô men M(x) sẽ biểu diễn dưới dạng hàm bậc nhất với công thức M(x) = A.x + B Do đó, công thức Ole sẽ được thể hiện như sau:
Tích phân hai lần công thức trên ta sẽ được độ võng của dầm:
Công thức này cho thấy rằng hình dạng của đường cong lát gỗ giữa các vật đè (cóc) có thể được mô tả bằng các hàm đa thức bậc 3.
2.4.2 Hàm hóa đường cong vỏ bao tàu bằng hàm Spline bậc 3.
Hàm đa thức bậc 3 tổng quát cho một đoạn đường cong giữa các cóc có dạng :
- t1, t2 : là các giá trị tham số tại các mút của đường cong.
P(t) : là vec to vị trí của các điểm thuộc đoạn đường cong , biểu diễn thông qua các tọa độ Đề các ta có :
-Bi : các hệ số chưa biết của đường cong cần xác định Gọi P1, P2 là các vec tơ vị trí tại các mút của đoạn đường cong ,P1 ’, P2 ’
( các đạo hàm theo t của vec tơ P(t)) là các vec tơ tiếp tuyến tại các mút của đoạn Spline , khi đó ta có :
Không làm mất tính tổng quát giả thiết t1=0 sử dụng 4 điều kiện biên:
Thay các giá trị B1 , B2 vào công thức trên ta có được :
Vậy hàm biểu diễn đoạn đường cong khi biết tọa độ 2 mút và vec tơ tiếp tuyến tại 2 mút là
Trong quá trình xây dựng đường cong nối liền nhiều nút, đường cong được hình thành từ sự kết hợp của nhiều đoạn cong Tại các nút liên kết ở giữa, các véc tơ tiếp tuyến thường không được xác định rõ ràng, do đó cần phải xác định chúng thông qua điều kiện liên tục tại các nút.
Xét 2 đoạn đường cong liên tiếp thứ k và thứ k+1 như hình vẽ :
Hàm biểudiễn đoạn cong thứ k là:
Hàm biểu diễn đoạn cong thứ k+1 là :
Sử dụng điều kiện liên tục về mô men tại điểm Pk+1:
Thay các giá trị và biến đổi ta có:
Để xác định các vectơ tiếp tuyến tại các nút trung gian, ta có thể viết lại công thức cho tất cả các đoạn đường cong (2 ≤ k ≤ n - 1) dưới dạng ma trận.
Hệ phương trình tuyến tính được trình bày tổng quát dưới dạng ma trận: hay [M].[P ’ ]=[R]
Bằng phép biến đổi ma trân dựa vào các điều kiện biên ta sẽ xác định được ma trận nghịch đảo [M ’ ] từ đó xác định được ma trận
Khi đó giá trị Pk ’đã biết ta sẽ tính được các hệ số Bik 1 i 4 của mỗi đoạn đường cong spline thứ k
B P Đến đây ta xác định các hàm Spline bậc 3 biểu diễn các đoạn đường cong giữa các cóc.
2.4.3 Mô hình thuật toán chương trình hàm hóa bằng hàm Spline bậc
Nhập điểm n, tọa độ các điểm x ,y (i=1 i i n)
Tính ma trận hệ số [B]
Vẽ đ ờng cong Cubic spline qua các điểm đã cho
Câu hỏi ôn tập cuối chương 2
Câu 1 Em hãy nêu và xây dựng các dạng sấp xỉ thường dùng?
Câu 2 Em hãy nêu và xây dựng hàm nội suy tuyến tính cấp 1 và cấp 2?
Câu 3 Em hãy nêu phương pháp hàm hóa đường cong bằng hàm Spline bậc 3?
PHẦN MỀM TỰ ĐỘNG HÓA TRONG ĐÓNG TÀU
Tổng quan chung
- Theo lý thuyết hiện đại của thiết kế công nghệ trong ché tạo cơ khí nói chung thì có 3 điều kiện cần quan trọng, đó là:
1) Organization: tổ chức công việc.
2) Design rules : qui phạm, tiêu chuẩn thiết kế
3) CAD tools : phần mềm trợ giúp thiết kế
Thực tế đã chứng minh phần mềm là công cụ hỗ trợ đắc lực cho nhiều thiết kế công nghệ hiện nay Việc áp dụng phần mềm vào quy trình thiết kế giúp rút ngắn đáng kể thời gian thực hiện, giảm thiểu chi phí phát sinh đồng thời tăng độ chính xác của sản phẩm.
Ngành đóng tàu hiện nay đang sử dụng nhiều phần mềm chuyên ngành, trong đó có một số phần mềm tiêu biểu như Autoship, Ship Constructor, Nupas-Cadmatic và Tri bon đã được du nhập vào Việt Nam trong thời gian gần đây.
Phần mềm Autoship
- Trong các phần mềm kể trên thì Auto Ship là phần mềm đến với ngành đòn tàu Việt Nam đầu tiên Auto Ship bao gồm 5 mô đuyn sau :
+ Auto Ship : xây dựng tuyến hình và phóng dạng.
+ Auto Plate : chia tôn và khai triển tôn vỏ
+ Auto Hydro : tính toán yếu tố thủy lực, tính năng.
+ Auto Power : tính toán sức cản , công suất máy
+ Auto Structure : mô hình hóa kết cấu, xuất ra bản vẽ thi công kết cấu
Cung cấp cho người dùng công cụ tự xây dựng tuyến hình, rất hữu ích cho thiết kế tàu cỡ nhỏ như xuồng và tàu cao tốc có chiều dài dưới 50m với hình dáng vỏ đơn giản.
Cung cấp công cụ hỗ trợ người dùng dựng tuyến hình theo mẫu có sẵn, cho phép xây dựng tuyến hình dựa trên số liệu từ bảng trị số trên Excel.
Phần mềm cung cấp công cụ hỗ trợ người dùng trong việc chỉnh trơn tuyến hình, mô hình hóa vỏ bao dưới dạng mặt cong 3 chiều Nhờ vào tính năng này, người dùng có thể tạo ra các giao tuyến giữa vỏ bao với các mặt phẳng theo 3 mặt chiếu cơ bản hoặc với các mặt cong như ống bao chân vịt mũi.
Chương trình cung cấp cho người dùng các số liệu đầu ra đa dạng, bao gồm bản vẽ với các mặt cắt và hình chiếu, cùng với dữ liệu số liệu như bảng trị số tuyến hình theo sườn thực, cắt dọc thực và đường nước thực.
Dựa trên bề mặt vỏ bao được tạo ra bởi Auto Ship, phần mềm cung cấp công cụ để tạo ra các tờ tôn với kích thước xác định, đồng thời tự động khai triển các tấm tôn một cách hiệu quả.
Dữ liệu đầu ra bao gồm bản vẽ chi tiết cho từng tấm tôn, với ba hình chiếu và hình khai triển Các hình ảnh cũng thể hiện đầy đủ các vết sườn, vết cắt dọc và vết đường nước, đảm bảo thông tin rõ ràng và chính xác cho người sử dụng.
Để hỗ trợ quá trình gia công, phần mềm tự động tạo ra bản vẽ dưỡng mẫu, bao gồm cả hình dáng và trị số cần thiết cho việc gia công dưỡng.
+ Một công cụ tương đối mạnh của phần mềm đó là cung cấp cho người dùng trị số bệ khuôn khi sử dụng bệ khuôn xoay.
Cung cấp công cụ tính toán nhanh chóng và chính xác các yếu tố thủy lực và ổn định của tàu trong mọi trạng thái tải trọng, cùng với khả năng tính toán dung tích khoang két.
Cung cấp công cụ tính toán mô men uốn và ứng suất do uốn dọc toàn tàu khi chịu tải trọng từ áp lực thủy tĩnh.
+ Tự động tính toán sức cản cho tất cả các loại tàu dựa trên thông số kích thước chủ yếu của thân tàu , dạng tuyến hình
Dựa trên kết quả thu được về sức cản toàn bộ, phần mềm cung cấp công cụ tính toán công suất máy tối ưu và đường kính chân vịt thích hợp.
+ Phần mềm tự động xuất ra các đồ thị : đường cong sức cản, công suất máy theo tốc độ
+ Cung cấp công cụ để mô hình hóa kết cấu thân tàu dạng mô hình 3 chiều một cách nhanh chóng chính xác.
Kết quả đầu ra bao gồm bản vẽ kết cấu với hình chiếu và mặt cắt, bản vẽ lắp ráp không gian ba chiều, bảng tổng hợp khối lượng vật tư và tọa độ trọng tâm các phân đoạn Chương trình cũng tự động xuất ra bản vẽ chi tiết kết cấu để hỗ trợ quá trình hạ liệu và chế tạo các chi tiết.
Cung cấp cho người dùng công cụ tối ưu hóa việc sắp xếp các chi tiết nẹp và thép hình, giúp tiết kiệm vật tư hiệu quả nhất.
+ Chương trình có thể tự động sắp xếp hàng nghìn chi tiết lên những khổ tôn cho trước trong vài phút
Bản vẽ chi tiết được tối ưu hóa sẽ được xuất ra dưới định dạng file CAD hoặc DXF, đảm bảo tính tương thích với các phần mềm chuyển đổi sang mã CNC cho máy cắt.
Phần mềm Nupas – Cadmatic
Bộ phần mềm chuyên dụng cho ngành đóng tàu đã được giới thiệu tại Việt Nam vào năm 2003 Hiện nay, phần mềm này đang được áp dụng tại Viện Khoa học công nghệ tàu thủy Vinashin và nhà máy đóng tàu Nam Triệu.
- Phần mềm Nupas – Cadmatic gồm các mô-đuyn phục vụ cho công việc thiết kế và chế tạo như sau :
Mô đuyn này cho phép xây dựng các bản vẽ 2D, đặc biệt là các bản vẽ kết cấu (mặt cắt ngang, cắt dọc , cắt đường nước).
Mô-đun này cho phép tạo ra các bản vẽ tổng thể dựa trên Contek 2D, sử dụng các công cụ mạnh mẽ của chương trình Với mô-đun này, người dùng có thể tạo ra nhiều loại bản vẽ như bố trí chung, mặt cắt ngang chính, sơ đồ boong, lỗ khoét cho người chui, sơ đồ cửa ra vào và kết cấu cơ bản.
- Mô-đuyn này giúp cho người dùng có thể mo hình hóa toàn bộ kết cấu con tàu dưới dạng không gian ba chiều
- Kết cấu than tàu được xây dựng một cách chi tiết và kết cấu toàn tàu được tích hợp trên cơ sở các bản vẽ kết cấu 2D.
Với mô-đun này, người dùng có thể nhập vị trí của các đường hàn ngang và hàn dọc Các vị trí đường hàn được xác định trên ba hình chiếu, giúp phân chia tôn vỏ trên bề mặt tàu.
Công cụ này hỗ trợ người dùng trong việc tạo ra bản vẽ rải tôn toàn tàu, tự động khai triển các vị trí có độ cong phức tạp như vùng mũi và vùng lái.
+ Bản vẽ rải tôn được đưa ra với đầy đủ các vết kết cấu ( sườn ,sống dọc) và các đường hàn tôn vỏ.
Sau khi xác định vị trí của các đường hàn ngang và hàn dọc, mô-đun này sẽ tiến hành khai triển các tấm tôn Chương trình tự động tạo ra bản vẽ cho các hình chiếu và hình khai triển của tờ tôn, trên đó có hiển thị các vết cơ cấu như vết sườn và cơ cấu dọc.
+ Phần mềm còn tự động xuất ra bản vẽ và thông số để gia công dưỡng phục vụ cho việc uốn tôn sau này.
3.3.7 Nupas – Cadmatic Piece Pant listing :
Mô-đuyn này cung cấp thông tin chi tiết về kết cấu và thiết bị trên tàu, bao gồm số lượng, vị trí, trọng lượng và các thông tin cần thiết khác, nhằm hỗ trợ quản lý vật tư toàn tàu hiệu quả.
3.3.8 Nupas – Cadmatic Piece Part Generation Geometry :
Mô-đuyn này cung cấp thông tin hình học cần thiết cho việc chế tạo các chi tiết kết cấu, bao gồm vết cắt, vết nẹp gia cường, vết lỗ khoét và chiều dài của thép hình đã được khai triển.
Mô-đun này được thiết kế để tối ưu hóa việc sắp xếp các chi tiết dạng tấm trên các khổ tôn đã cho, giúp người sử dụng vật tư tiết kiệm và thực hiện nhanh chóng.
Mô-đun bao gồm hai công cụ: sắp xếp tự động và sắp xếp bằng tay, mang đến sự thuận tiện và linh hoạt cho người dùng trong quá trình tối ưu hóa sắp xếp.
- Đây là công cụ để tích hợp hai thành phần chính tạo nên con tàu đó là kết cấu thân tàu và thiết bị hệ thống.
Toàn bộ con tàu được mô hình hóa dưới dạng không gian ba chiều, bao gồm kết cấu thân tàu, các thiết bị, đường ống và hệ thống thông gió, giúp nâng cao hiệu quả thiết kế và quản lý.
Mô-đuyn này cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết cho việc chế tạo và lắp ráp hệ thống đường ống trên tàu, bao gồm bản vẽ thảo đồ ống, sơ đồ các hệ thống và bản vẽ lắp ráp ống.
Phần mềm Tribon
Phần mềm Tribon hiện đang được áp dụng tại Viện Kỹ thuật Hải quân, cung cấp đầy đủ các mô-đun cho toàn bộ quy trình đóng tàu Quy trình này bao gồm ba giai đoạn chính: thiết kế sơ bộ (basic design), thiết kế kỹ thuật (technical design) và thiết kế công nghệ (production design).
Phần mềm Tribon, dựa trên hệ quản trị dữ liệu Oracle, cho phép nhiều người dùng truy cập và làm việc đồng thời qua mạng Điều này giúp các nhà máy và viện thiết kế có thể sử dụng một phần mềm duy nhất để triển khai thiết kế các dự án lớn một cách hiệu quả.
- Các mô-đuyn của phần mềm Tribon gồm:
- Cung cấp cho người dùng công cụ để tạo ra bề mặt vỏ bao một cách nhanh chóng với số lượng dữ liệu đầu vào tối thiểu.
Bằng cách sử dụng các số liệu cơ sở như kích thước chính, hình dạng mũi và lái, người dùng có thể tạo ra một bề mặt vỏ bao sơ bộ.
- Đây là công cụ giúp cho người dùng có thể chỉnh chơn tuyến hình một cách nhanh chóng theo cả hai phương pháp truyền thống và hiện đại.
Mô-đuyn này trang bị cho người dùng công cụ thiết kế các vách ngang, vách dọc, boong và các khu vực khác trên con tàu, giúp quá trình mô hình hóa diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.
- Đây là công cụ tính toán thủy động của tàu theo các phần: tính hang hải, tính điều động, đặc tính đi biển.
Công cụ tính toán yếu tố thủy tĩnh của tàu giúp phân tích các trạng thái tải trọng, đánh giá ổn định tĩnh và ổn định sự cố, cũng như tính toán sức bền dọc chung và khoang két.
Mô-đuyn này là công cụ hiệu quả giúp người dùng nhanh chóng tạo ra các phương án kết cấu sơ bộ Nhờ vào tính năng này, người dùng dễ dàng thiết kế sơ đồ bố trí kết cấu và xác định kích thước các chi tiết kết cấu chính.
Phần mềm cung cấp khả năng thiết kế kết cấu theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau như GL, NK, DNV, ABS, nhờ vào thư viện phong phú có sẵn Điều này giúp người thiết kế dễ dàng hơn trong việc tạo ra kết cấu thân tàu một cách hiệu quả và thuận tiện.
Công cụ này cho phép người dùng tạo và tham khảo các bản vẽ 2D và 3D, giúp nhanh chóng sản xuất một lượng lớn bản vẽ từ nhiều phần mềm khác nhau.
Mô-đun này giúp người dùng tạo, chỉnh sửa và xem tất cả các thiết bị được lắp ráp trên tàu Ngoài ra, phần mềm còn hỗ trợ tải xuống trực tiếp các mẫu thiết bị từ các nhà cung cấp, cho phép người dùng xây dựng thư viện thiết bị riêng.
Mô-đun này chuyển đổi từ giai đoạn tự động hóa thiết kế (CAD) sang tự động hóa chế tạo (CAM), giúp chuyển các số liệu thiết kế thành dữ liệu điều khiển cho máy cắt CNC, máy uốn CNC và máy hàn tự động.
Mô-đuyn này giúp người dùng quản lý và điều hành hiệu quả toàn bộ quy trình đóng mới Nhờ vào công cụ này, chủ nhiệm dự án có thể nhanh chóng kiểm soát mọi công việc một cách tối ưu.
Phần mềm Shipcontructor
Shipconstructor là phần mềm chuyên dụng cho thiết kế công nghệ tại các nhà máy đóng tàu, được lựa chọn bởi chương trình quốc gia nâng cấp nhà máy đóng tàu Mỹ vào năm 2000 Phần mềm này đã được thử nghiệm tại các nhà máy lớn của Vinashin như Bạch Đằng và Hạ Long từ năm 2003, và hiện nay đã trở thành công cụ chính thức tại các nhà máy đóng tàu hàng đầu của Vinashin.
- Cấu trúc của phần mềm này bao gồm các mô-đuyn:
Công cụ này cho phép người dùng tạo mặt vỏ bao thân tàu dựa trên bảng trị số tuyến hình hoặc nhập dữ liệu từ các phần mềm thiết kế tàu khác như Fast ship, Napa, và Rhino.
Vỏ bao tàu cho phép tạo ra các mặt cắt đường sườn, đường nước, cũng như các cắt dọc theo vị trí tùy ý và các mặt cắt nghiêng linh hoạt, nhờ vào thiết kế mặt cong ba chiều liên tục.
- Có thể chia tôn trên bề mặt vỏ bao theo kích thước tùy chọn.
- Giúp người dùng dễ dàng tạo giao tuyến giữa hai mặt cong.
- Cung cấp cho người dùng công cụ chỉnh trơn tuyến hình có độ cong phức tạp.
- Có thể đưa ra sơ đồ biến dạng cho tôn tấm hay thép hình khi uốn, trao đổi dữ liệu với CAD và chương trình tính toán thủy lực.
- Có thể đưa ra vị trí bệ khuôn xoay và tự động tính toán khối lượng và tọa độ trọng tâm tấm tôn.
Hỗ trợ người dùng trong việc mô hình hóa toàn bộ cấu trúc thân tàu dưới dạng không gian ba chiều, đồng thời cho phép xây dựng thư viện vật liệu phong phú về chủng loại và đầy đủ về quy cách.
- Trên cơ sở mô hình hóa kết cấu thân tàu 3D do người sử dụng xây dựng lên, chương trình tự động xuất ra các bản vẽ.
Bản vẽ sắp xếp tối ưu các chi tiết thép hình và thép tấm sẽ được chuyển đổi thành file để điều khiển máy cắt CNC, phục vụ cho quá trình chế tạo các chi tiết kết cấu.
Bản vẽ lắp ráp nhóm chi tiết, phân đoạn và tổng đoạn là tài liệu quan trọng cho quy trình lắp ráp Nó hướng dẫn cách lắp ráp các tổng đoạn từ các phân đoạn, các phân đoạn từ các nhóm chi tiết, và các nhóm chi tiết từ các chi tiết cơ bản.
Bản vẽ tổng thể kết cấu toàn tàu là tài liệu quan trọng giúp người dùng kiểm tra cấu trúc tổng thể và xác định vị trí tương đối giữa các chi tiết.
Phần mềm tự động tạo bảng tổng hợp vật tư an toàn tàu, cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết cho việc quản lý vật tư hiệu quả.
Công cụ này hỗ trợ người dùng trong việc tạo, chỉnh sửa và xem toàn bộ trang thiết bị lắp đặt trên tàu, từ đó cung cấp cơ sở để tính toán chính xác khối lượng và tọa trọng tâm của tàu, cũng như phục vụ cho việc đi ống trên tàu.
Người dùng có khả năng tạo thư viện thiết bị tiêu chuẩn, bao gồm bơm, tời, cầu thang, và nhiều thiết bị khác Bên cạnh đó, họ còn có thể tải xuống từ internet các bản vẽ thiết bị đo được cung cấp sẵn bởi các nhà cung cấp.
Phần mềm cung cấp cho người dùng công cụ để thiết kế ống trong mô hình kết cấu và thiết bị không gian 3D Nó hỗ trợ việc tạo thư viện vật liệu đường ống, bao gồm các thành phần như cút nối, mặt bích và van, giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế.
- Mô hình 3D giúp người dùng dễ dàng kiểm tra va chạm giữa đường ống với đường ống, giữa đường ống với kết cấu.
Phần mềm tự động tạo ra bản vẽ hỗ trợ chế tạo và lắp ráp đường ống, đồng thời cung cấp bảng tổng hợp vật tư để quản lý hiệu quả nguồn vật liệu trong nhà máy.
Công cụ này hỗ trợ tối ưu việc sắp xếp chi tiết thép hình và thép tấm, giúp tiết kiệm vật tư hiệu quả Phần mềm có khả năng sắp xếp hàng vạn chi tiết chỉ trong vài phút, với tỷ lệ vật liệu thừa dưới 5%, đồng thời cho phép người dùng tùy chỉnh vị trí và khoảng cách giữa các chi tiết.
Phần mềm này cho phép người dùng tự động quản lý vật tư thừa và dữ liệu dầu ra của chương trình, đồng thời hỗ trợ các bản vẽ dưới định dạng file DWG hoặc DXF Nó cũng dễ dàng tương thích với các phần mềm chuyển mã CNC, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc.
Công cụ mô-đuyn Auto nest hỗ trợ người dùng sắp xếp các chi tiết một cách linh hoạt, phù hợp với thực tế sản xuất.
- Cho phép người dùng có thể sắp xếp các chi tiết một cách tùy ý theo khổ tôn bất kỳ, khổ tôn phi tiêu chuẩn.
- Cho phép người dùng sắp xếp tối ưu hàng nghìn chi tiết dạng thép hình trong thời gian tính bằng giây.
Phân tích hiệu quả sử dụng của các phần mềm trong đóng tàu
Sau khi nghiên cứu một số phần mềm nổi bật phục vụ ngành đóng tàu, có thể nhận thấy rằng các nhà máy đóng tàu tại Việt Nam chủ yếu cần tập trung vào phần thiết kế công nghệ Do đó, việc lựa chọn bộ phần mềm chuyên dụng nhất cho thiết kế công nghệ là rất quan trọng và phù hợp.
Phần mềm Auto Ship cung cấp các mô-đun như Auto Ship, Auto Hydro và Auto Power để hỗ trợ thiết kế kỹ thuật, nhưng chỉ giải quyết được một phần nhỏ các vấn đề liên quan đến tuyến hình, tính năng và tính toán sức cản, chân vịt Do đó, phần mềm này không thể hỗ trợ thiết kế kết cấu, bố trí trang thiết bị và hệ thống Trong khi nó có thể hỗ trợ thiết kế công nghệ về mặt kết cấu, nhưng lại thiếu khả năng hỗ trợ bố trí thiết bị và đường ống Vì vậy, việc trang bị phần mềm này cho một nhà máy sẽ gặp khó khăn do thừa một số mô-đun nhưng vẫn thiếu một số mô-đun cần thiết, dẫn đến khả năng trợ giúp của chương trình tương đối thấp.
Phần mềm Nupas – Cadmatic hỗ trợ người dùng trong cả thiết kế kỹ thuật và thiết kế công nghệ, nhưng trong thiết kế kỹ thuật, phạm vi sử dụng bị hạn chế, chủ yếu tập trung vào phần kết cấu, đường ống và hệ thống thông gió Ngược lại, trong thiết kế công nghệ, phần mềm này có khả năng áp dụng rộng rãi với các mô-đun hỗ trợ cho nhiều công việc như phần tôn vỏ, kết cấu và hệ thống thông gió Tuy nhiên, Nupas – Cadmatic không hỗ trợ xây dựng tuyến hình và công việc phóng dạng, điều này có thể ảnh hưởng đến quy trình thiết kế trong ngành đóng tàu Để sử dụng phần mềm, người dùng cần có bản vẽ tuyến hình tàu dưới dạng file dxf, đây là cơ sở quan trọng cho việc xây dựng kết cấu, đường ống và hệ thống thông gió.
Phần mềm Tribon có khả năng ứng dụng rộng rãi, thường được sử dụng tại các nhà máy lớn như Samsung Heavy Industry ở Hàn Quốc, nơi có đội ngũ thiết kế khoảng 200 người, chịu trách nhiệm thiết kế tàu từ A đến Z Tuy nhiên, tại các nhà máy đóng tàu ở Việt Nam, Tribon chỉ được áp dụng cho thiết kế công nghệ với một số mô-đun nhất định Hơn nữa, giá phần mềm Tribon cao hơn nhiều so với các phần mềm khác, khiến nó chỉ phù hợp với các nhà máy đóng tàu lớn và phát triển.
Phần mềm Shipconstructor đóng vai trò quan trọng trong thiết kế công nghệ đóng tàu, hỗ trợ các nhà máy từ phác thảo, khai triển kết cấu, đi ống, bố trí trang thiết bị, đến lắp ráp các chi tiết Tất cả các mô-đun của chương trình đều có thể ứng dụng hiệu quả trong thiết kế công nghệ Với Shipconstructor, các nhà máy có thể thiết kế mọi loại tàu và cả các công trình nổi, cho thấy tính linh hoạt và khả năng ứng dụng rộng rãi của phần mềm Được xây dựng trên nền tảng Auto CAD, Shipconstructor cũng dễ sử dụng hơn so với các phần mềm khác.
3.6.2 Hiệu quả sử dụng phần mềm Shipconstructor trong thiết kế thi công tàu thủy.
Phần mềm Shipconstructor, phù hợp cho quy mô phòng kỹ thuật từ 30 đến 40 người, cho phép thiết kế công nghệ cho 3 dự án cùng lúc Về mặt kinh tế, chi phí của phần mềm Shipconstructor tương đương với các phần mềm đóng tàu cùng cấp khác, chỉ bằng khoảng 6% giá của phần mềm Tribon.
Kể từ năm 2003, phần mềm Shipconstructor đã được thử nghiệm tại nhà máy đóng tàu Bạch Đằng cho dự án đóng mới tàu dầu có trọng tải 13.500 DWT và tại nhà máy đóng tàu Hạ Long cho dự án đóng mới tàu hàng 12.500 DWT.
Số liệu thực tế cho thấy việc ứng dụng phần mềm trong phóng dạng đã giảm thời gian thực hiện xuống chỉ còn 15% và giảm 30% nhân công so với phương pháp thủ công Tại nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, phóng dạng tàu dầu 13.500DWT bằng phương pháp thủ công cần 6 người trong 4 tháng, trong khi sử dụng phần mềm shipconstructor chỉ cần 2 người trong 2 tuần Tại nhà máy Hạ Long, việc phóng dạng lỗ thả neo mất 2 người trong 2 ngày, nhưng với phần mềm, chỉ cần 1 người trong 3 giờ Thời gian chế tạo và lắp ráp tàu 12.500DWT tại Hạ Long đã rút ngắn 30% nhờ phần mềm Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng phần mềm vẫn còn hạn chế do trang thiết bị lạc hậu Cụ thể, mặc dù phần mềm cung cấp bản vẽ gia công đầy đủ, nhưng máy cắt CNC không có bộ vạch dấu tự động, dẫn đến việc vạch dấu vẫn phải thực hiện bằng tay Đối với các chi tiết thép hình và đường ống, phần mềm có thể xuất bản vẽ cho gia công tự động, nhưng do thiếu thiết bị như máy uốn CNC, nên vẫn phải sử dụng phương pháp truyền thống Nhiều tính năng của phần mềm chưa được khai thác triệt để.
Việc áp dụng phần mềm trong thiết kế và thi công tại các nhà máy không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn cải thiện kỹ thuật đáng kể Tuy nhiên, để tối ưu hóa lợi ích từ các phần mềm này, cần có một kế hoạch nghiên cứu và đầu tư đồng bộ Thực tế đã chứng minh rằng điều này là cần thiết để phát huy tối đa hiệu quả của công nghệ.
Shipconstructor là bộ phần mềm thích hợp nhất đối với các nhà máy đóng tàu ở nước ta trong giai đoạn phát triển hiện nay.
Câu hỏi ôn tập cuối chương 3
Câu 1 Em hãy nêu các module và ứng dụng các module của phần mềm Autoship?
Câu 2 Em hãy nêu các module và ứng dụng các module của phần mềm Nupas- Cadmatic?
Tribon software comprises several key modules, including modeling, assembly, and documentation, each designed to enhance the efficiency of ship design and construction These modules facilitate various applications such as 3D modeling, structural analysis, and project management, streamlining the workflow for naval architects Similarly, Shipconstructor features modules like design, production planning, and project management, which are essential for optimizing shipbuilding processes The integration of these modules allows for improved collaboration and accuracy in the design and construction phases, ultimately leading to higher quality vessels.
Câu 5 Em hãy nêu và phân tích hiệu quả sử dụng của các phần mềm trong đóng tàu?
Câu 6 Em hãy nêu và phân tích hiệu quả sử dụng của các phần mềm shipcontructor trong thiết kế thi công tàu thủy?
PHẦN B ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SHIPCONSTRUCTOR VÀO QUÁ
TRÌNH PHÓNG DẠNG, KHAI TRIỂN TÔN VÀ CƠ CẤU
PHÓNG DẠNG
4.1 Khái quát về công tác phóng dạng.
4.1.1 Phóng dạng tại nhà máy:
Số liệu ban đầu về con tàu mà nhà máy đóng tàu nhận được bao gồm bản vẽ tuyến hình và bản trị số tuyến hình thiết kế, cùng với mô hình vỏ tàu từ các phần mềm thiết kế kỹ thuật Dựa trên những dữ liệu này, thiết kế thủ công cần tạo ra một mặt cong vỏ tàu, phục vụ cho việc phóng dạng, làm dưỡng và gia công chi tiết trong quá trình đóng tàu sau này Mặt cong vỏ phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nhất định.
Tại các vị trí được quy định trong thiết kế kỹ thuật như đường tuyến hình láy thuyết, bán kính hông, đường sống đuôi và sống mũi, cần đảm bảo độ chính xác sát nhất với trị số thiết kế Sai lệch cho phép thường không vượt quá vài mm nếu thiết kế ban đầu được thực hiện tốt.
Mặt cong phải trơn là yêu cầu kỹ thuật quan trọng, đảm bảo độ cong trên toàn bộ mặt phải đều đặn, không có vùng gãy khúc hoặc cong đột ngột Các đường hình trục như đường sườn, đường nước và đường cắt dọc cần phải là những đường cong mượt mà Vỏ tàu trơn giúp giảm sức cản và cải thiện các tính năng hoạt động, góp phần nâng cao chất lượng khai thác và tính mỹ thuật của tàu.
Khi phóng dạng vỏ tàu theo phương pháp thủ công, tính trơn của mặt cong vỏ được đảm bảo nhờ vào tính trơn của các đường hình thực và sự biến thiên đều đặn giữa các đường hình đó Việc kiểm tra chủ yếu được thực hiện bằng mắt, do đó người phóng dạng vỏ cần có kỹ năng và kinh nghiệm phong phú để tạo ra một mặt vỏ trơn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.
Khác với việc sử dụng thước phóng dạng và quan sát bằng mắt trên sàn, phần mềm phóng dạng mang lại nhiều công cụ hữu ích để dựng mặt vỏ và kiểm tra độ trơn của nó Các tính năng như biểu đồ độ cong của các đường trên mặt và biểu đồ màu độ cong toàn vỏ giúp nâng cao chất lượng vỏ dựng Do đó, việc sử dụng phần mềm phóng dạng cho phép tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt hơn so với phương pháp dựng trên sàn.
4.1.2 Phóng dạng dựa vào máy tính điện tử
4.1.2.1 Dựng và chỉnh trơn vỏ theo bản tuyến hình và bảng trị số thiết kế
Khi nhận được bản tuyến hình và bảng trị số, nhà máy sẽ nhập các trị số vào phần mềm ShipCAM để bắt đầu dựng và chỉnh trơn vỏ tàu Đối với vỏ tàu có đường gãy góc, quá trình chỉnh trơn sẽ diễn ra dọc theo chiều dài tàu, từ đó ShipCAM tạo ra các mặt từ đường gãy góc đã chỉnh trơn Nếu vỏ tàu có hông tròn, các sườn sẽ được chỉnh trơn trước, và ShipCAM sẽ tính toán các trị số cần thiết để chỉnh trơn theo hướng dọc tàu Quá trình này khá phức tạp và đòi hỏi kinh nghiệm, nhưng với sự tích lũy kinh nghiệm, việc chỉnh trơn trở nên nhanh chóng ngay cả với các vỏ phức tạp ShipCAM cũng áp dụng một phương pháp riêng để tạo các mặt B-spline từ bảng trị số đã cho, đảm bảo khả năng chỉnh trơn tốt.
4.1.2.2 Dựng và chỉnh trơn vỏ theo các mô hình vỏ thiết kế của phần mềm thiết kế vỏ
Chỉnh sửa các sườn và đường cong dọc là một công việc khó khăn, tốn thời gian và đòi hỏi kỹ năng cùng kinh nghiệm Sử dụng mô hình vỏ từ phần mềm thiết kế vỏ sẽ giúp quá trình này trở nên nhanh chóng hơn ShipCAM hỗ trợ nhập các vỏ dưới dạng mặt lưới từ file IDF (surface mesh) và vỏ NURBS (mặt B-spline) Ngoài ra, ShipCAM cũng có khả năng nhập vỏ dạng mặt lưới đa giác từ file DXF, cùng với định dạng IGES 128 chuyên dùng cho mô tả mặt NURBS.
Dữ liệu về vỏ có thể nhập (import) vào ShipCAM ở những giai đoạn khác nhau của quá trình chỉnh trơn vỏ :
Nhập các sườn lý thuyết vào cùng một mặt phẳng, sau đó di chuyển các sườn dọc tàu đến vị trí chính xác Tiến hành chỉnh sửa từng sườn để đảm bảo độ trơn mượt.
- Nhập các đường dọc và đường sống đã chỉnh trơn Những đường này có thể dùng trực tiếp để tạo mặt cong vỏ.
- Nhập các mặt cong dạng mặt lưới
- Nhập các mặt cong NURBS định dạng IGES 128, IDF.
4.1.2.3 Mô hình thuật toán chương trình phóng dạng tuyến hình tàu:
Bản vẽ tuyến hình hay trị số tuyÕn h×nh lý thuyÕt
Hàm hóa các đừng cong theo ph ơng pháp xấp xỉ hoặc hàm Spline bậc 3
Bản vẽ tuyến hình tàu mới
Kiểm tra độ cong trơn của các đ ờng cong, mặt cong
Kiểm tra độ cong trơn của các đ ờng, mặt
Vẽ các s ờn thực của tàu
4.2 Tạo đề án phóng dạng.
4.2.1 Tạo một đề án phóng dạng.
ShipCAM tổ chức dữ liệu thành các đề án phóng dạng, mỗi đề án bao gồm toàn bộ dữ liệu phóng dạng vỏ của một tàu Tất cả các file dữ liệu của một đề án được lưu trong một thư mục riêng, trong đó có một file chứa các thiết lập chung như đơn vị phóng dạng và đơn vị trong CAD.
Ta sẽ bắt đầu bằng module LinesFairing.
1 Khởi động LinesFairing bằng cách nhấn Start rồi chọn Shipconstrutor thì màn hình sau xuất hiện Nhấn OK để tiếp tục Phần mềm sẽ chạy trong chế độ demo ( biểu diễn) Ta có thể làm mọi việc trong phần mềm nhưng không ghi kết quả lại được.
2 Màn hình chương trình LinesFairing hiện lên như sau Trên thanh tiêu đề (title bar) trên đỉnh màn hìnhcos tên và đường dẫn của file project đang mở (ở đây là Demo) và tiếp theo là module chạy.
(Nếu trong màn hình trên project được mở không phải Demo).
1 Chạy menu File/Project/Open Project.
2 Màn hình Open mở ra như hình sau Chọn đến thư mục cần mở.
Ta có thể bố trí lại màn hình cho tiện hơn như sau :
Câu hỏi ôn tập cuối chương 4
Công tác phóng dạng tuyến hình tàu tại nhà máy đóng tàu đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế và sản xuất Phương pháp phóng dạng tuyến hình tàu bằng máy tính điện tử giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế, nâng cao độ chính xác và tiết kiệm thời gian Sử dụng phần mềm chuyên dụng, các kỹ sư có thể tạo ra các mô hình 3D chính xác, từ đó dễ dàng điều chỉnh các thông số kỹ thuật và kiểm tra tính khả thi của thiết kế Việc ứng dụng công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Câu 3 Em hãy cách thức tạo một đề án phóng dạng tuyến hình tàu?
KHAI TRIỂN TÔN
Hiện nay có rất nhiêu phương pháp khai triển tôn bao tàu thủy, tuy vậy nhìn chung đêu dưa trên ngyên tắc:
Chọn đường chuẩn trên phạm vi tấm tôn.
Khai triển các đường mép trên và mép dưới tấm tôn theo đương chuẩn.
Tùy theo phương pháp dựng các đường chuẩn mà có thể chia làm hai loại :
Khai triển dưa vào các đường chuẩn đi dọc theo tấm và cắt tất cả các sườn trong phạm vi tắm tôn.
Khai triển nhờ các đường chéo
5.2.2 Mô hình thuật toán chương trình khai triển tôn vỏ bao tàu thủy
Nhập tọa độ các điểm thuộc các đ ờng, đ ờng mép trên,mép d ới, đ ờng chuẩn của tấm tôn cần khai triển
Hàm hóa các đ ờng, đ ờng mép trên, đ ờng mép d ới của tấm tôn cần khai triển bằng Spline bậc 3
Tính độ dài các cung s ờn từ đ ờng chuẩn đến đ ờng mép trên, tới đ ờng mép d ới của tấm tôn khai triển
Xác định hình khai triển của tấm tôn
End Khai triển đ ờng chuẩn, đ ờng mép trên, đ ờng mép d ới của tấm tôn khai triển
5.2 Khai triển tấm tôn vỏ (Expanding Plates)
5.2.1 Khai triển tấm tôn vỏ:
Vỏ tàu được tạo thành từ nhiều tấm tôn có kích thước khác nhau, phụ thuộc vào loại tôn nguyên liệu, độ cong của vỏ và công nghệ gia công của nhà máy Các vùng có độ cong phức tạp sử dụng tấm tôn nhỏ, trong khi những vùng chỉ cong một chiều hoặc không cong có thể sử dụng tấm tôn lớn Để tách vỏ thành các tấm tôn riêng biệt, cần xác định các đường chia tôn dọc và ngang cho tất cả các tấm Việc chia tôn có thể thực hiện bằng các module LoftSpace và lineFairing, hoặc sơ bộ trên chương trình CAD.
Sau khi tạo các đường chia tôn, sử dụng Lofspace để phân chia vỏ thành tám tôn riêng biệt Mỗi tấm tôn sẽ được lưu trữ trong một file riêng Dưới đây, chúng ta sẽ trình bày chi tiết về một tấm tôn đã được chuẩn bị sẵn, cụ thể là tấm gàn vùng sườn giữa.
1 Để tạo sườn chay menuFile/Frame Line Locations/ Open rồi chọn file FRAMES.LOC.Nhấn OK.
2 Chạy menu File/ waterline/ Locations/Open rồi chọn fileWATER.LOC Nhấn OK Nhấn NO.CÁC ĐƯỜNG NƯỚC ĐƯỢC TÍNH VÀHIỂN THỊ.
3 ChẠY menu File/Buttock Lỉne Locations /Open.rồi chon file BUTTOCK.LOC Nhấn OK Nhấn tiếp NO.Các đường cắt dọc được tính và hiển thị
4 Chạy menu File/projection line/open rồi chọn các file STR_SIDE.PMK và STR_TTOP.PMK Nhấn Ok.Đây là các vết của xà dọc mạn và đáy đôi.
5 Chọn File/References/Open rồi chọn file U12.OUT Nhấn OK.Các đường bao các tấm trong tổng đoạn 12 hiển thị.
6 Zoom trong một số view đẻ xem vi trí tấm trong kết cấu tổng đoạn.
7 Tại ô throw dưới đáy màn hình trên chọn hướng đặt tấm port.
8 Mục PLATE Stock dung để chon loai tôn cho tấn.muc này chỉ chon đươc nếu ta liên kết ShipCAM với cơ sở dữ liệu của ShipConstrutor Trong phần này ta chưa làm điều đó.
9 Chạy menu Build/options Màn hình Settings hiện lên như hình sau.
10 Kích vào tab Tempates Đặtcác tùy chọn như hình dưới rồi nhấn OK.Các tùy chọn này sẽ giải thích sau.
11 Chạy menu Buid/Expand Surace tấm được khai triển phawngm và hiện lên trong một cửa sổ màn hình,Để xem đó là cửa sổ màn hình nào,kích chuột lần lượt vào từng cử sổ và quan sat nút show Expanded Plate trong thanh công cụ dưới đây.Cử sổ nào có nút đó đươc ấn xuống là trong đó có tấm đã khai triển.
12 Dùng trong các nút trong thanh công cụ dưới đây để xem tác dung của chúng,
13 tấm đã khai triển bây giờ có thể save lại thành file DXF nếu ta có khóa bản quyền.
5.2.2 Khai triển tôn vỏ và xuất trị số dưỡng mẫu
Sau khi hoàn thành việc tạo và phân chia mặt vỏ thành các tấm tôn khác nhau, chúng ta sẽ sử dụng modul Plate Expand trong chương trình ShipConstructor Mục đích là khai triển từng tờ tôn và xuất trị số dưỡng để kiểm tra chất lượng tờ tôn trong quá trình gia công.
Công việc khai triển tôn trong module Plate Expand được tiến hành như sau:
B1: Khởi động module Plate Expand
B2: Mở tấm tôn cần khai triển
File / Open Surface / Chọn tấm tôn cần khai triển (VD: 51-10.MSH)
File / References / Open / OutLine.OUT
B3: Đưa vị trí sườn thực lên tấm tôn
File / Frame Line Locations / Open / Frame.LOC
Khi đó màn hình module PlateExpand sẽ xuất hiện hộp thoạiFrame.LOC
Trong hộp thoại này ta cần khai báo khoảng cách giữa các sườn thực Đối với phân đoạn
150120 thì khoảng sườn sẽ là s 610 mm / Save
Sau khi khai báo vị trí sườn thực, trên mặt tôn 51-10 sẽ xuất hiện các sườn:
Ngoài ra, nếu cần thiết ta cũng sẽ nhập các vị trí của đường nước, đường cắt dọc trên tôn:
File / Waterline Locations / Open / Waterline.LOC
File / Buttock Line Locations / Open / Buttock.LOC
B4: Thiết lập các lựa chọn cho quá trình khai triển tôn
Build / Options hoặc trên màn hình ta nhấn vào công cụ
Trên màn hình PlateExpand sẽ xuất hiện hộp thoại Settings bao gồm các lựa chọn cho quá trình khai triển.
Hộp thoại Settings bao gồm 5 thẻ, trong đó ta cần lưu ý đến các lựa chọn sau:
We select the "Rotate Expansion to Smallest Rectangle" option to ensure that the resulting sheet will occupy the smallest possible area on the base sheet.
Trong thẻ này ta cần khai báo kích thước tờ tôn cơ sở và lượng dư trên mỗi cạnh của tờ tôn khai triển sau này
Trong thẻ này, người dùng có thể chọn các tùy chọn liên quan đến chiều dưỡng (bao gồm phía trong hoặc phía ngoài), loại dưỡng (dưỡng khung hoặc tấm), chiều cao đường kiểm tra và lượng dư ở cả hai đầu của dưỡng.
- Thẻ DXF và Layer bao gồm các lựa chọn cho bản vẽ xuất ra sau này.
B5: Thực hiện công việc khai triển tôn trong module Plate Expand
Build / Expand Surface hoặc trên màn hình ta nhấn vào công cụ Khi đó kết quả sẽ đưa ra trên màn hình như sau:
Bên cạnh đó, chương trình còn xuất ra các thông tin cần thiết như sau:
- Thứ tự đặt dưỡng trên tôn:
Mức độ cong của tờ tôn được thể hiện qua biểu đồ, giúp người xem dễ dàng nhận thấy sự biến đổi Để kiểm tra rõ ràng hơn, chúng ta sẽ sử dụng các tấm tôn có độ cong phức tạp, chẳng hạn như tấm tôn 62-16.
Để xuất bản vẽ cùng với thông tin của tấm tôn, bạn có thể sử dụng công cụ "Build / Save DXF Expanded Plate" Sau đó, hãy nhập tên cho bản vẽ được xuất ra, ví dụ: "51-10.dxf".
Như vậy công việc khai triển tôn và xuất dưỡng mẫu đã được hoàn thành.
Tuy nhiên, Nếu muốn khai triển cùng lúc nhiều tờ tôn khác nhau thì ta có thể tiến hành như sau:
Trên màn hình chương trình sẽ xuất hiện hộp thoại Multiple Plate Expansion:
Từ cột Surface ta chuyển các mặt cần khai triển cùng lúc sang cột Plates to Expand/
B7: Chỉnh sửa bản vẽ khai triển tôn
Để thuận tiện trong quá trình gia công, cần chỉnh sửa bản vẽ khai triển tôn do chương trình xuất ra còn lộn xộn, nhằm đảm bảo tính hợp lý và hiệu quả.
Bản vẽ chưa được chỉnh sửa
Bản vẽ được chỉnh sửa
Câu hỏi ôn tập cuối chương 5
Câu 1 Em hãy nêu phương pháp khai trển vỏ tàu bằng phần mềm shipcontructor?
Để khai triển tôn vỏ và xuất trị số dưỡng mẫu, trước tiên cần xác định các kích thước và hình dạng cần thiết Sau đó, sử dụng phần mềm Shipconstructor để xuất bản vẽ khai triển tôn vỏ, đảm bảo các thông số kỹ thuật được tuân thủ Đối với việc xuất bản vẽ đường phân bố nhiệt, cần thực hiện các bước tính toán nhiệt độ và phân tích nhiệt độ trên mô hình trước khi tiến hành xuất bản vẽ.
DỰNG BẢN VẼ KẾT CẤU (STRUCTURE)
ShipConstructor / Planar Group / Create Planar Group
- Định nghĩa các mặt phẳng sườn:
ShipConstructor / Planar Group / Create Planar Group / Chọn lần lượt các mặt sườn (Fr -4Fr 11)
Khi đó trên màn hình sẽ xuất hiện hộp thoại New Frame Group:
Hộp thoại bao gồm các lựa chọn:
- Chiều đổ của mặt sườn.
- Hướng lấy dấu cơ cấu trên mặt sườn.
- Định nghĩa các mặt phẳng đường nước:
ShipConstructor / Planar Group / Create Planar Group / Chọn lần lượt các đường nước
- Định nghĩa các mặt phẳng cắt dọc:
ShipConstructor / Planar Group / Create Planar Group / Chọn lần lượt các đường cắt dọc
Model Link:Kết nối các phần với nhau
Hiden object: ẩn 1 đối tượng
Unhide object:Hiện đối tượng đã bị ẩn
Mark group intersection: Tạo giao cắt
Structure Display: Hiển thị bật tắt các đường
Nhấn Create plate-chọn đối tượng cần tạo tấm-hiện lên bảng như sau:
+Create corrugated plate:Tạo tấm vách song
Chọn đối tượng cần tạo vách sóng
Throw direction:Chiều đổ cơ cấu Mark side:đường lấy dấu cơ cấu
+Flang plate: Tạo mã bẻ
Chọn cạnh tấm đã được tạo để bẻ-hiện lên 1 bảng như sau:
+Add object: Thêm đối tượng vào 1 đối tượng khác
Nhân object-chọn tấm cần add -♂ -chọn đối tượng-♂ (Enter = ♂)
Chọn đường lý thuyết cần tao nẹp-♂-♂
Flange standard:Các dạng bẻ mép có trong bảng
Nút refresh:hiển thị lạicác tâm khi tạo trong thư viện mà chưa có
Plate thickness:Chiều đầy mặc định khi chọn mã
Flange Angle:Góc bẻ mã Flange direction:hướng mã bẻ
From corugated stock:chọn tấm vách sóng đã tạo trong thư viện
Throw Direc:hướng đổ tôn Mark side:đường lấy dấu Corrugation diretion: hướng vách sóng
+Insert cutout:Chèn lỗ khoét vào nẹp
Chọn nẹp cần add –hiện ra bảng như sau:
Chọn lỗ khoét cần insert-ok
Create faceplate:Tạo thép gép
Chọn tấm-♂-Chọn đường lý thuyết-♂
Name:Tên cơ cấu-chọn override để điền tên cơ cấu Stock: Chọn loại thép
+Part list: quản lý các chi tiết
+Develop produce hieachy: Hình thành cây lắp ráp
Chọn nẹp cần cắt-hiện ra bảng sau:
Chọn New-pick-chọn 3 điểm trên nẹp cần cắt-ok
+Edit component: Sửa kích thước chữ trên chi tiết
+Tool path:Tạo các biên thành kín (dung lệnh BO trong CAD)
+Add Green: Chèn lượng dư cho tấm
Vào biểu tượng Chọn tấm cạnh tấm chèn lượng dư-chọn điểm đầu cuối và giữa.
Position:Vị trí lắp bản cánhCác vị trí như hình vẽ
+Insert corner treatment: Chèn lỗ khoét công nghệ lên đối tượng-
Vào biểu tượng -chọn đối tượng cần add-chọn điểm cần khoét.
6.2 Quản lý kho dữ liệu của phần mềm Shipcontructor (Manage Tab structure)
- Shipconstructor-manager-Structure-Stock catalog
Stock catalog: Tạo kho thư viện tất cả các chi tiết: Tấm, thép hình các loại, vách song…vvv
+Picermark style:Kiểu đương lấy dấu
+Structure-Plate-Orientation icon(biểu tượng hướng)
-Icon-style( chọn mạn trái hay phải, trên hay dưới)
-Nc process-Mark(lấy dấu ) or no Process
Tạo quy cách mã bẻ mép Điền các kích thước của mã như bên hình vẽ
+Corner treatments:Tạo lỗ khoét công nghệ
+Green Standards:Lượng dư tiêu chuẩn
+New-chọn lỗ khoét CN cần tạo -Scalop
New:Nhập tên và lượng dư cần tạo-OK
+Structure-Profiles-Endcut catalog-(Tạo kết thúc đàu nẹp)
Radius:Nhập bán kính Rectang:Nhập chiều dài rộng Snipe:Góc xiên-nhập dài và rộng
Double snipe:Nhập giá trị 2 góc xiên.
Chọn Export: Đầu ra của máy
+Standards parts:Tạo các mã liên kết+Structure- Standards parts
Câu hỏi ôn tập cuối chương 6
Câu 1 Em hãy nêu phương pháp tạo một tấm tôn từ phần mềm Shipcontructor? Câu 2 Em hãy nêu phương pháp tạo một tấm vách sóng từ phần mềm Shipcontructor?
Câu 3 Em hãy nêu phương pháp tạo lỗ khoét trên tôn từ phần mềm Shipcontructor?
Câu 4 Em hãy các chức năng chính của công cụ quản lý dữ liệu của phần mềm?