Thiết kế thi công kết cấu tàu theo hướng số hóa

TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ K4 - 2011 THI T K THI CÔNG K T C U TÀU THEO H ƯNG S HÓA ðoàn Minh Thi n(1) , Tr n Nguy n Nguyên Khôi (1) , Lê ðình Tuân (1) , Võ Tr ng Cang (1) , ðinh Quang Chung (2) (1) ði h c Bách khoa Tp.HCM (2) Tng Công ty c ph n V n t i D u khí (Bài nh n ngày 16 tháng 05 năm 2011, hoàn ch nh s a ch a ngày 31 tháng 01 năm 2012) TÓM T ẮT: T khi Vi t Nam b t ñ u m c a ra th gi i bên ngoài vào nh ng n ăm 90, n n công nghi p ñóng tàu qu c gia ñã ch ng ki n m t s phát tri n vô cùng m nh m . H ơn th n a, chúng ta còn bt ñ u chia x v i th tr ưng ñóng tàu th gi i. Có th nói r ng so v i ñóng tàu cho th tr ưng n i ñ a, ñóng tàu xu t kh u ra n ưc ngoài ñòi h i các tiêu chu n vô cùng kh t khe và ph c t p h ơn r t nhi u ln. Không nh ng v y, ngày nay, công ngh máy tính ñang phát tri n r t nhanh. Vì v y ñ c nh tranh vi các thi t k n ưc ngoài, chúng ta ph i có các chi n l ưc phát tri n k thu t và công ngh b ng vi c ñu t ư s d ng nh ng ph n m m m i nh t t các qu c gia có n n công nghi p ñóng tàu tiên ti n nh ư Hàn Quc, Nh t B n, Trung Qu c, Châu Âu, Trong ñó, ph n m m thi t k thi công chuyên ngành – Plant Design Management Systems (PDMS) là xu h ưng m i nh t c a ngành công nghi p ñóng tàu th gi i. V i ph n m m này, các k s ư hàng h i có th thi t k , x lý, qu n lý d li u k t c u thân v và l p ñt h th ng ñ ng l c thông qua các ñ i t ưng 3D tr c quan sau ñó chuy n d li u tr c ti p t i các máy CNC. Th c s , chúng ta có r t ít th i gian ñ n m b t công ngh thi công tiên ti n này c a th gi i. ðiu này v a là thách th c v a là c ơ h i cho ngành công nghi p ñóng tàu n ưc nhà. rt cao nên vi c h li u chi ti t b ng ph ươ ng 1. TRI N KHAI NG D NG S HÓA pháp th công, vi c c t tay và phóng d ng trên TRONG THI T K THI CÔNG TÀU sàn ngày càng l i th i, không th ñ t ñưc ñ TH Y CÓ TR NG T I L N chính xác c n thi t. ð c bi t vi c ñóng nh ng 1.1. M ñ u con tàu l n ñưc phân chia ra hàng tr ăm t ng Do kích th ưc c a các con tàu ñưc ñóng ñon và ñưc ñóng cùng lúc t i nhi u phân ngày càng l n k t c u thân tàu không th ñóng xưng hay nhà máy sau ñó chuy n v m t nhà liên kh p thành m t kh i, c ũng nh ư vi c thi máy l p ráp t ng thành. Do v y n u không ng công l p ñ t h th ng ñ ng l c không th làm dng công ngh ñóng m i hi n ñ i theo tng b ưc dò d m nh ư tr ưc kia mà ph i phân ph ươ ng pháp s hóa b ng các ph n m m thi t chia thành vài ch c ho c vài tr ăm phân t ng k thi công chuyên ngành thì không th ñáp ñon. ng các yêu c u k thut kh t khe và ch t Vi kh i l ưng thi t b ñ s và yêu c u k lưng sau khi ñóng không th ñ t ñưc tiêu thu t công ngh ñóng m i ñòi h i ñ chính xác chu n qu c t . Trang 53 Science & Technology Development, Vol 14, No.K4- 2011 Trong giai ñon ñ u, ñ ñ t ñưc yêu c u Dùng modul NAPA trong TRIBON c a trên nhi u nhà máy ñóng tàu trong n ưc ñ u AVEVA VANTAGE MARINE 12 phóng d ng ph i mua toàn b công ngh và thuê chuyên gia li s ưn th c theo tuy n hình c a b n v thi t nưc ngoài t ư v n. Công vi c này b ñ ng và k k thu t. ñi giá thành ñóng m i lên cao, khó lòng c nh Khi s d ng modul NAPA ñ phóng d ng tranh v i các n ưc trong khu v c. tuy n hình, thân tàu ñưc mô ph ng hoàn toàn Nhóm nghiên c u ñã th y ñưc tính c p trong không gian ba chi u trên máy tính giúp thi t c a vi c ng d ng s hóa trong thi t k thi xác ñnh ñưc hình d ng t ng th thân tàu v i công các tàu hàng có tr ng t i l n nên ñã m nh ñ tr ơn và ñ chính xác cao, không b gi i h n dn ng d ng ki m nghi m trên ph n m m bi kích th ưc thân tàu. ðiu này cho phép chuyên ngành Plant Design Management phóng d ng tuy n hình v i nh ng con tàu có System (PDMS) và ñưc áp d ng c th cho kích th ưc l n tùy ý. tàu hàng 6800 DWT. Tr s tuy n hình s ưn th c sau khi phóng dng v i ñ tr ơn và chính xác c n thi t s ñưc 2. QUY TRÌNH THI T K THI CÔNG xu t sang AutoCAD ñ ti n hành khai tri n KT C U TÀU công ngh . 2.1. Phóng d ng tuy n hình Hình 1. Tuy n hình s ưn th c sau khi ñưc phóng d ng và xu t sang CAD 2.2. Phân chia phân t ng ñon chia này d a trên b n v k t c u, kh tôn hi n có và kh n ăng trang thi t b c a nhà máy. Da vào tuy n hình ñã ñưc t o ra, ti n hành phân chia t ng ñon toàn tàu, vi c phân 2.3. Tri n khai các b n v thi t k công ngh Trang 54 TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ K4 - 2011 Các b n v thi t k công ngh ñưc khai chu n, h tr th ư vi n các hình kh i cơ b n, t o tri n d a theo thi t k k thu t ban ñ u t ươ ng ñim ñ nh v chính xác. ng v i t ng t ng ñon ñã ñưc phân chia Pipework – mô ph ng, hi u ch nh h th ng tr ưc ñó. ñưng ng v i ñ chính xác tuy t ñ i trong 2.4. Xây d ng và qu n lý các chi ti t k t c u không gian 3D nh ư th c t thi công, cung c p thân tàu trong PDMS các specification v ng/ ph tùng/ van , th ng kê v t t ư t ñ ng, ki m tra s ñ ng nh t. Ti n hành mô ph ng s hóa trong không HVAC – thi t k thi công h th ng thông gian 3D các chi ti t k t c u theo t ng phân t ng gió. Cabletrays - thi t k thi công h th ng ñon v i t l 1:1 t ươ ng ng v i kh n ăng l p ráp công ngh hoàn toàn chính xác t i m t b ng máng cáp ñin. sn xu t và ñóng m i c a nhà máy. 2.6. Xu t d li u t th ư vi n qu n lý trong Các chi ti t k t c u sau khi mô ph ng ñ u PDMS ra th c t thi công ñưc qu n lý t i ưu b i h th ng d li u th PDMS h tr modul Draft xu t d li u các bc trong PDMS. chi ti t k t c u/ spec. h th ng ñưng ng thông qua chu n giao ti p DXF ra các b n v thi công 2D ho c trao ñ i h li u tr c ti p trên máy CNC. T ñ ng h tr chia các spool ng, mã hóa các chi ti t k t c u, th ng kê v t t ư, 3. MÔ PH NG S HÓA 3D TRONG PDMS 3.1. Cách th c t ch c d li u trong PDMS 3.1.1. Cu trúc d li u Hình 2. Tng ñon khoang hàng s 7 PDMS là m t ph n m m thi t k 3D và 2.5. Ti n hành trang trí ñng l c b ng các qu n lý d li u v i s l ưng l n, nên ñưc chia modul h tr khác trong PDMS ra thành tám modul ch c n ăng. M i modul ph c v cho m t m c ñích qu n lý d li u khác Sau khi k t c u thân tàu ñưc xác l p hoàn nhau. Bao g m các modul sau: thi n ta ti p t c ti n hành mô ph ng các thi t k thi công còn l i nh ư b trí thi t b ñ ng l c, DESIGN Thi t k 3D h th ng ñưng ng, HVAC, b ng các DRAFT Xu t ra d ưi d ng 2D modul h tr khác c a PDMS. ISODRAFT Xu t ra d ng tiêu Equiment – mô ph ng nhanh thi t b , máy chu n móc, cung c p nhi u macro t o các thi t b tiêu ADMIN Ng ưi s d ng qu n lý PARAGON Th ư vi n d li u Trang 55 Science & Technology Development, Vol 14, No.K4- 2011 SPECON Tính toán ph n t Thi t l p macro chung cho các section, hu h n panel, sau ñó ng v i t ng chi ti t c th ta chi PROCON ðc tính d li u cn thay ñ i bi n ñiu khi n. L n l ưt tham s LEXICON Thu c tính ñưc hóa toàn b k t c u thân tàu theo t ng t ng ñnh ngh ĩa ñon (công vi c này có th ti n hành ñng th i vi nhi u t ng ñon khác nhau trên nhi u users 3.1.2. Sơ ñ t ch c d li u ca h th ng, sau ñó d li u ñưc chuy n v D li u trong PDMS ñưc t ch c qu n lý cho sever c a máy ch qu n lý). ðiu này mt cách h t s c ñơn gi n và khoa h c. H giúp ti n trình mô ph ng ñưc rút ng n ñáng th ng d li u ñưc qu n lý theo c p th bc k ti t ki m th i gian, công lao ñ ng và t ăng dưi d ng s ơ ñ cây năng su t g p nhi u l n so v i tr ưc ñây. 3.2. Ph ươ ng cách kh i t o d li u trong Ti n hành khoét l trên chi ti t k t c u PDMS bng Negative Extrusion theo b n v công Vào modul Design, ch n các modul h tr ngh . Sau ñó c p nh t l i các l khoét l n n a Structure/ Pipework/ Equipment/ HVAC/ , khi thi t k thi công xong h th ng ñưng ng tùy ch n theo m c ñích thi t k . và b trí thi t b . Xây d ng các Draw List ñ qu n lý d li u Trong th ư vi n c a PDMS h tr t i ña các thông qua World/ Site/ Zone. chu n thép hình v i tiêu chu n qu c t nh ư Ti n hành mô ph ng chi ti t c th . DIN, JIS, GOST, ðiu này giúp cho vi c thi t k thi công tr nên d dàng h ơn r t nhi u. 3. 3. Xây d ng macro cho các chi ti t k t c u Không nh ng v y, PDMS còn có modul Thi t l p Site
Zone
Structure
Paragon h tr vi c c p nh t và xây d ng th ư Frame
Sub-frame cho chi ti t c n mô phng. vi n d li u. Trang 56 TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ K4 - 2011 Hình 3. Sơ ñ t ch c d li u trong PDMS Hình 4. H th ng c p b c d li u ñưc qu n lý trong PDMS khi ti n hành thi t k thi công Trang 57 Science & Technology Development, Vol 14, No.K4- 2011 Mt ñon macro ñin hình khi s hóa chi X -901.6464 Y 36.223400 Z 0.0000 ti t k t c u – ñà ngang ñáy (panel 2) s ưn 18 new PNODE at thu c t ng ñon s 2 khu v c bu ng máy: X -822.1280 Y 4.0267000 Z 0.0000 $P Product of Nguyen Khoi new PNODE at 'Gioi thieu ten nguoi thiet ke' X -714.7520 Y 2.6845000 Z 0.0000 $P then a Sn18 with PDMS !! new PNODE at 'Gioi thieu vi tri chi tiet' X -670.0000 Y 1.8751000 Z 0.0000 /* 'Tao nut' new site 'Tao Site' new zone 'Tao Zone' new stru 'Tao Structure' new frmw 'Tao Framework' new sbfrmw 'Tao Sub-frame' new PNODE at X -670.0000 Y 2.1251000 Z 0.0000 Hình 5. ðà ngang ñáy new PNODE at X -670.0000 Y 1300.0000 Z 0.0000 new PNODE at X -2662.211 Y 1300.0000 Z 0.0000 new PNODE at X -2509.408 Y 1144.8550 Z 0.0000 new PNODE at X -2366.879 Y 1009.0080 Z 0.0000 new PNODE at X -2133.518 Y 800.07960 Z 0.0000 new PNODE at Hình 6. Kt c u m ũi qu lê X -1852.832 Y 566.05640 Z 0.0000 new panel 'Tao Panel' new PNODE at $*Orientation Y is u and X is n X -1601.878 Y 384.17120 Z 0.0000 'Dinh nghia huong' new PNODE at new ploo 'Tao bien dang Panel' X -1274.959 Y 198.64330 Z 0.0000 Sjustification dtop new PNODE at 'Xac dinh vi tri dat Panel' Trang 58 TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ K4 - 2011 hei 12 'Chieu day Panel' new pave at PNODE1 new pave at PNODE2 new pave at PNODE3 new pave at PNODE4 new pave at PNODE5 new pave at PNODE6 new pave at PNODE7 new pave at PNODE8 new pave at PNODE9 Hình 7. Thi t b l c l p ñ t th c t . new pave at PNODE10 new pave at PNODE11 new pave at PNODE12 new pave at PNODE13 'Tao Panel vertex' 3.4. Mô ph ng trang trí ñ ng l c Cũng v i quy trình thi t l p t ươ ng t trong các modul h tr thi t k khác c a PDMS ta ti p t c hoàn thi n công vi c thi t k thi công ph n h th ng ñ ng l c và b trí trang thi t b Hình 8. Thi t b l c ñưc mô phng b ng macro s cho toàn tàu. dng ngôn ng PML Vi c xây d ng macro ñ mô ph ng cho các trang thi t b trên tàu ñưc th c hi n theo Mt ñon macro ñin hình khi mô ph ng cataloge d li u c a nhà s n xu t cung c p thang lên xu ng khu v c bu ng máy: bng các hình kh i soild ñơn gi n nh ưng v n define function !!cauthang(!n is STRING, ñm b o chính xác các kích th ưc ph bì. !h is REAL) !width = 350 !rungs = !h / 230 !number = !rungs.int() !pitch = !h / !number new equip /$!n new box xlen 60 ylen 100 zlen $!h Trang 59 Science & Technology Development, Vol 14, No.K4- 2011 by u($!h / 2) w($!width / 2) lưng k t c u tàu (m t b ưc tính quan trong new box copy prev trong thi t k tàu th y), tính toán ñưc kh i by e $!width lưng v t t ư nguyên v t li u, kh i l ưng công vi c thi công, giúp tri n khai và qu n lý hi u do !count from 1 to (!number - 1) qu ti n ñ thi công giúp gi m ñáng k th i new cyl hei ($!width - 60) dia 30 gian thi công. ori p1 is e Vi c tri n khai thi công b ng ph ươ ng pháp at u($!pitch * $!count) truy n th ng g p nhi u h n ch do s l ưng chi enddo ti t quá l n, ch ng ch t ñan xen l n nhau, h end th ng ký hi u ph c t p d gây nh m l n và thi u sót cho công tác th ng k , qu n lý và ki m soát trong quá trình thi công, khó ñm bo cht l ưng và ti n ñ bàn giao tàu, nh t là khi thi công các tàu bi n v i tr ng t i ngày Hình 9. Thang b càng l n có s l ưng chi ti t lên ñn hàng tr ăm tri u. T ñó nhu c u th c t là c n thi t ph i có mt ph ươ ng pháp thi t k thi công m i ñ kh c ph c nh ng khuy t ñim trên và ñư a ra h ưng ñi m i cho ngành công nghi p ñóng tàu qu c gia nh m theo k p v i ph ươ ng pháp thi công hi n ñ i c a các n ưc tiên ti n. Ph n m m mô ph ng và thi t k thi công 3D chuyên ngành - Plant Design Management Systems (PDMS) là m t s ch n l a hu hi u cho vi c tham s hóa nh ng s n ph m c a tàu th y nói riêng và m i l ĩnh v c công nghi p nói Hình 10. H th ng làm mát b ng n ưc bi n chung. Công vi c mô ph ng s hóa k t c u thân 3. K T LU N tàu và h th ng ñ ng l c áp d ng c th trên 3.1. K t qu thu ñưc khi áp d ng ph ươ ng tàu hàng 6800 DWT b ng PDMS ñưc th c pháp s hóa trong thi t k thi công hi n c ũng không n m ngoài mc ñích ti p c n Áp d ng ph ươ ng pháp s hóa trong thi t k công ngh thi t k thi công tiên ti n nh t c a kt c u tàu t giai ñon thi t k k thu t giúp th gi i. cho nhà máy tính toán chính xác ñưc kh i Trang 60 TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ K4 - 2011 Hình 11. H th ng k t c u và ñng l c khu v c bu ng máy 3.2. Kh n ăng ng d ng và h ưng phát tri n Hình 12. Tính toán th ng kê kh i l ưng – tr ng tâm k t c u thép Trang 61 Science & Technology Development, Vol 14, No.K4- 2011 Hình 13. Xu t b n v chi ti t k t c u thép Hình 14. ng d ng s hóa k t c u tàu trong thi t k & thi công Trang 62 TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 14, SOÁ K4 - 2011 ðây là ng d ng thi t k thi công theo bi t, lúc c n thi t ch vi c l y ra s d ng. Do hưng s hóa khai tri n thành công l n ñ u tiên ñó th i gian lên b o trì tàu ñưc rút ng n ti Vi t Nam. Th c hi n thành công vi c tri n ñáng k . khai s hóa trong thi t k thi công tàu hàng Thi t k thi công tàu th y có tr ng t i l n 6800 DWT m ra m t kh n ăng ng d ng r t theo h ưng s hóa s t o ti n ñ c ơ s cho vi c cao cho công nghi p tàu th y n ưc nhà. ng d ng và khai thác công ngh 3D t i các Sn ph m mô ph ng s hóa 3D này giúp nhà máy ñóng tàu Vi t Nam, m ra ñiu ki n nâng cao hi u qu công tác ñóng m i t i nhà thu n l i ñ ngành công nghi p tàu th y phát máy. Ngoài ra, công vi c qu n lý thi t b , b o tri n v ưt b c trong t ươ ng lai. trì và s a ch a sau này khi tàu ñã ñưc ñưa vào khai thác c ũng h t s c d dàng thu n ti n, b i tt c các chi ti t ñã ñưc mã hóa c th , riêng SHIP ASSEMBLY DESIGN BY 3D MODELING Doan Minh Thien(1) , Tran Nguyen Nguyen Khoi(1) , Le Dinh Tuan(1) , Vo Trong Cang (1) , Dinh Quang Chung (2) (1) University of Technology, VNU-HCM (2) PetroVietnam Transportation Coporation ABSTRACT: Since Vietnam began to open up to the outside world in the 1990s, its national shipbuilding industry has witnessed great development. So far it has assumed a share of the international shipbuilding market. To build ships for foreign custumers is obviously more complicated than for dosmetic shipowners. Nowadays, the computer technology has been advancing greatly. So, to compete with foreign designs, we have also devised a strategy to develop its techniques and technology by acquiring the latest software from advanced shipbuilding countries like United States, Europe, Korea, Japan, China, Among the special modern softwares – Plant Design Management Systems (PDMS) is a new trend in the shipbuilding industry. Indeed, the naval architects and marine engineers can design, modify, manage hull construction and outfitting their database on the 3D object with its and their drawing travelled directly to CNC machines. All in all, we have little time to catch this new techniques of the global. This is both a challenge and an opportunity to the national shipbuilding industry. Keywords: Plant Design Management Systems (PDMS), Tribon, Napa, outfitting, hull construction Trang 63 Science & Technology Development, Vol 14, No.K4- 2011 [6] AVEVA, Structure and Design Using TÀI LI U THAM KH O VANTAGE PDMS – Version 11.6. [7] AVEVA, Pipework - Equipment [1] TCVN 6259, Quy ph m phân c p và Design Using VANTAGE PDMS – ñóng tàu bi n v thép - Ph n 2A K t Version 11.6. cu thân tàu và trang thi t thi t b (2003). [8] SSTC, Bn v thi t k k thu t tàu hàng 6800DWT , Vi n KH&CN tàu [2] Tr n Công Ngh , Kt c u thân tàu , th y VN (2005). NXB ði h c Qu c gia TP. H Chí Minh (2003). [9] Lê ðình Tuân, Tr n Nguy n Nguyên Khôi, ðinh Quang Chung, Thi t k thi [3] ðă ng ki m Vi t Nam, Hưng d n công tàu hàng 6800 DWT theo h ưng giám sát ñóng mi tàu bi n, Ph n NB- s hóa , H i Ngh KH&CN-10, 04 H ưng d n ki m tra hi n tr ưng Tr ưng ðH Bách Khoa - ðHQG ph n thân tàu. HCM (2007). [4] ðă ng ki m Vi t Nam, Hưng d n [10] ðoàn Minh Thi n, và các c ng s . giám sát ñóng m i tàu bi n, Ph n NB- Báo cáo tng h p ñ tài NCKH c p c ơ 05 Hưng d n ki m tra hi n tr ưng s, Thi t k thi công k t c u tàu th y ph n h th ng ñ ng l c. theo h ưng s hóa (T-KTGT-2008- [5] AVEVA, Plant Design Management 24), Tr ưng ðH Bách Khoa - ðHQG System Basic Course Training Manual HCM (2010). – Version 11.6. Trang 64