Thiết kế thi công tàu thủy

Khi Vinashin thành lập năm 1996, thiết kế tàu thủy còn đang ở giai đoạn cơ bản là thủ công: tính toán bằng tay hoặc bảng tính Excel và một vài phần mềm Ba lan, Nga hoặc tự viết đơn giản, vẽ bằng bút chì và chỉ có số ít kỹ sư trẻ bước đầu biết vẽ bằng AutoCAD. Đã từng có một bậc lão làng ở viện Khoa học Công nghệ tàu thủy nói với tôi: “Tôi với ông ngày xưa toàn thiết kế bằng bút chì và thước tính logarit có làm sao đâu. Cần gì phải máy tính!”. Tại các nhà máy đóng tàu, việc phóng dạng hạ liệu được làm bằng tay trên sàn phóng.

Hãng phần mềm chuyên ngành về tàu thủy Tribon cũng đã tiếp cận làm việc với Vinashin. Nhưng giá Tribon so với khả năng Vinashin hồi đó là quá đắt (hơn 1 triệu USD).

Khoảng giữa năm 2000, tôi đề xuất với lãnh đạo Vinashin mua bộ phần mềm Autoship. Autoship lúc đó được chọn vì rẻ tiền và mục tiêu mua về là để bước đầu đào tạo một đội ngũ cán bộ thiết kế biết dùng phần mềm chuyên ngành. Bộ phần mềm này lúc đầu được giao cho một trung tâm thiết kế, nhưng vì họ không triển khai, tôi bắt buộc phải nhận về làm.

Khi đội ngũ sử dụng AutoShip bước đầu hình thành, anh Bình, TGĐ Vinashin, có ý định giao cho tôi đi sâu vào thiết kế kỹ thuật và cũng đã giao việc cụ thể. Nhưng sau khi cân nhắc nhiều mặt, tôi quyết định chuyển hướng sang thiết kế thi công.

Quá trình tìm hiểu Autoship tôi thấy trong Autoship có một số module dành cho thiết kế thi công. Nhưng Autoship ban đầu xuất phát là bộ phần mềm thiết kế kỹ thuật nhỏ, sau này mới bổ xung phần thiết kế thi công nên không đủ.

Tìm tòi trên mạng, tôi phát hiện ra bộ phần mềm ShipConstructor của công ty Albacor Research Ltd (sau này đổi tên thành ShipConstructor Software Inc), một bộ phần mềm chuyên về thiết kế thi công (production design) dựa trên nền AutoCAD. Thời điểm đó tôi quyết định chọn ShipConstructor vì ngay từ đầu nó đã là phần mềm thiết kế thi công: trên website của nó giới thiệu rằng phần mềm này ban đầu do một kỹ sư của một nhà máy đóng tàu viết chuyên cho thiết kế thi công, sau này thành lập công ty để tiếp tục phát triển.

Tôi gửi mail cho công ty, nhận được bản phần mềm dùng thử và bắt đầu tìm hiểu, dịch các tài liệu, huấn luyện nhân viên. ShipConstructor được triển khai tại Vinashin vào khoảng cuối 2002.

Đến 4/2004 thì có tin ShipConstructor được chương trình Nghiên cứu quốc giia về đóng tàu của Mỹ (NSRP) chọn làm phần mềm thiết kế thi công tiêu chuẩn cho các nhà máy đóng tàu cấp 2 của Mỹ. Phần mềm sẽ được tài trợ và phát triển chung tiếp theo bởi công ty và chương trình NSRP.

Cái tin này làm tôi thở phào nhẹ nhõm vì đã lựa chọn đúng:

  • Khi ShipConstructor đã được ngành đóng tàu Mỹ chọn thì tính năng kỹ thuật và khả năng phát triển của nó là điều chắc chắn.
  • ShipConstructor thuộc loại phần mềm cỡ trung bình, không nhỏ như AutoShip, cũng không cồng kềnh phức tạp như Tribon, giá vào khoảng 100.000 USD rất phù hợp với các nhà máy đóng tàu Việt nam.
  • ShipConstructor xây dựng trên nền AutoCAD, giảm được nhiều công đào tạo.
  • Với sự hỗ trợ và tài trợ từ NSRP, ShipConstructor sẽ phát triển nhanh các phiên bản sau với nhiều tính năng mới. Thông thường việc phát triển này do công ty tự bỏ vốn ra làm sẽ chậm hơn nhiều. Thực tế đã diễn ra đúng như thế. Các phiên bản sau của ShipConstructor phát triển khá nhanh và bổ xung được nhiều cái mới.
  • Hiện nay, một số công ty thiết kế Hàn quốc, sau giai đoạn dùng thử Tribon với giá khuyến mại đã chuyển sang dùng ShipConstructor vì giá Tribon quá đắt.

Việc triển khai ứng dụng ShipConstructor được thực hiện qua nhiều bước:

  • Đầu tiên tôi tự tìm hiểu, dịch, biên soạn tài liệu và tổ chức tuyển người, hướng dẫn làm. Kỹ sư hồi đó tuyển toàn các cháu mới ra trường, thành thạo máy tính nhưng không có kinh nghiệm thực tế sản xuất. Tài liệu hướng dẫn dùng ShipConstructor tôi dịch và biên soạn hồi đó nay tràn lan trên Internet.
  • Phần khó nhất và cần nhiều kỹ năng chỉnh bằng tay là dựng mặt cong vỏ tàu dựa trên các sườn lý thuyết, từ đó xuất ra các trị số sườn thực (nhất là khu vực mũi quả lê và vòm đuôi tàu). Mức độ chính xác, trơn nhẵn của vỏ có ảnh hưởng lớn đến các giai đoạn sau và chất lượng đi biển của tàu nhưng lại không thể toán học hóa được. Thay cho độ đàn hồi tự nhiên của các thước lap trên sàn phóng thủ công là các đồ thị độ cong trơn hay không được chỉnh bằng tay và đánh giá bằng mắt, tức là phụ thuộc kỹ năng của kỹ sư thiết kế. Trên sàn phóng, tuyến hình tàu được vẽ với tỷ lệ thật 1:1 vì vậy dễ phát hiện sai sót. Trên màn hình máy tính nhỏ, chỉ hơi sai khi ra thực tế sẽ rất lớn. Vì vậy, tôi kết hợp với tổ phóng dạng của nhà máy đóng tàu Bạch đằng, con chim đầu đàn và uy tín nhất của ngành đóng tàu Việt nam thời kỳ đó, để thực hiện phóng dạng trên máy tính sau đó kiểm nghiệm lại trên sàn phóng. Ông Thịnh, tổ trưởng tổ phóng dạng Bạch đằng thời kỳ đó, đã rất nhiệt tình tham gia, giúp đỡ, hỗ trợ. Chỉ sau một cuộc họp cuối cùng đi đến kết luận là kết quả phóng dạng trên máy so với kết quả kiểm nghiệm trên sàn phóng là phù hợp, có độ chính xác chấp nhận được, cửa ải đầu tiên đã vượt qua. Một khi nhà máy Bạch đằng đã kết luận thì trong Vinashin không thể dị nghị.
  • Tuy nhiên việc triển khai áp dụng tiếp vào sản xuất đòi hỏi thay đổi nhiều thứ tôi sẽ nói ở phần sau. Bạch đằng có uy tín cao nhưng cực kỳ bảo thủ không thể triển khai được. Tôi đã liên hệ chuyển qua nhà máy đóng tàu Sông Cấm nhưng cũng không thành công. Cuối cùng chuyển về nhà máy đóng tàu Hạ long thì có được môi trường thuận lợi. Hạ long hồi đó vừa thay dàn lãnh đạo mới, trẻ. Sau một số thử nghiệm làm từng phần, năm 2004 toàn bộ phần vỏ của một con tàu 12.500 DWT đóng tại Hạ long đã được thiết kế thi công bằng ShipConstructor đạt kết quả tốt.
  • Khi đã có được một đội ngũ tạm gọi là biết sử dụng ShipConstructor, Vinashin thành lập công ty cổ phần Kỹ thuật và Công nghệ Tàu thủy (Vinashin E&T) do tôi làm chủ tịch HĐQT với hoạt động ban đầu là chuyên về thiết kế thi công tàu thủy bằng phần mềm. Ngay sau đó, Vinashin E&T trở thành đại lý cho ShipConstructor tại Việt nam.
  • Khi Vinashin bắt đầu tiến hành đóng loạt tàu 53.000 DWT đầu tiên (2004), công ty TMC Hàn quốc được thuê để làm các công tác hỗ trợ sản xuất trong đó có thiết kế thi công. Vinashin giới thiệu ba đơn vị thiết kế để TMC chọn làm B’ và kết quả là Vinashin E&T được chọn vì thực sự là công ty đã làm thiết kế thi công bằng phần mềm vào thời gian đó. Các bước chuẩn bị trước đây tỏ ra là có kết quả. Thời gian làm B’ cho TMC là vô giá vì các kỹ sư Việt nam được đào tạo không mất tiền về kỹ thuật, phong cách quản lý và cả tiếng Anh từ một công ty thuộc một nền công nghiệp đóng tàu hàng đầu thế giới mặc dù TMC cũng chỉ là một công ty nhỏ và không mạnh. Khác hẳn với con tàu 12.500 DWT trước là tàu đóng cho chủ tàu trong nước, đăng kiểm Việt nam, tàu 53.000 đóng dưới sự giám sát nghiêm ngặt của chủ tàu nước ngoài, đăng kiểm DNV nên tay nghề của các kỹ sư lên rõ rệt. Ngoài phần vỏ, công ty đã tham gia thiết kế sang phần ống và bố trí thiết bị buồng máy. Đến hết năm 2005, công việc cơ bản đã xong.
  • Vì hiểu rõ tình hình Vinashin nên ngay từ đầu tôi đã định hướng cho công ty hướng ra thị trường Hàn quốc. Việc tham gia vào thiết kế tàu 53.000 DWT chỉ là bước tập dượt ban đầu. Ngoài ra sau này xuất hiện một hoàn cảnh “tế nhị” khác mà công ty không được ủng hộ trong Vinashin mặc dù nó thực sự là công ty thành thạo nhất về thiết kế thi công tàu thời kỳ đó. Đầu năm 2008, sau một thời gian vượt qua được các bài test kiểm tra, công ty ký được hợp đồng đầu tiên làm B’ cho công ty thiết kế Hàn quốc MTI tham gia thiết kế thi công một số tàu đóng tại Hàn quốc. Thời gian đầu, công ty phải cử người sang làm trực tiếp tại Hàn quốc, sau này thì chia ra hai đội ở Hàn quốc và Việt nam, số lượng kỹ sư khi cao nhất là 10 người. Khi tham gia trực tiếp vào đóng tàu tại Hàn quốc, mọi yêu cầu đều tăng cao lên rất nhiều so với hồi làm tàu 53.000 DWT trong nước. Trong khoảng một năm rưỡi (đến giữa năm 2009), công ty đã tham gia thiết kế thi công được 6 tàu làm toàn bộ phần vỏ và một phần đi ống (xem tài liệu đính kèm bài này). Rất tiếc sau đó, ngành đóng tàu Hàn quốc chịu ảnh hưởng khủng hoảng kinh tế toàn cầu nên hướng đi này bị ngừng lại. Kết quả này chứng tỏ sự cố gắng rất lớn của công ty Vinashin E&T và năng lực tiếp thu cái mới của đội ngũ kỹ sư trẻ được đào tạo trong nước. Nếu được định hướng đúng và tổ chức tốt, chúng ta hoàn toàn có thể xuất khẩu được chất xám.

Kể lại như trên để thấy là việc áp dụng tin học nói riêng và công nghệ mới nói chung vào ngành đóng tàu không đơn giản. Việc áp dụng thiết kế thi công bằng phần mềm là thuần túy kỹ thuật còn vất vả như thế, thay đổi việc quản lý sản xuất là việc bất khả thi tôi sẽ nói sau.

Năm 2003, khái niệm thiết kế thi công bằng phần mềm còn rất mới ở Việt nam. Khi nhà máy đóng tàu Phà rừng trình đề nghị bỏ hạng mục sàn phóng dạng thủ công trong dự án đầu tư thay bằng phóng dạng trên máy tính, ở Vinashin còn diễn ra một cuộc tranh luận sôi nổi về việc có bỏ được sàn phóng hay không?

Việc thiết kế thi công bằng phần mềm không đơn giản chỉ là tin học hóa một công đoạn thủ công. Nó kéo theo một loạt thay đổi trong công nghệ nâng cao rõ rệt chất lượng, năng suất. Một vài ví dụ:

  • Sau khi đã triển khai thiết kế thi công, phần mềm giúp tính toán được rất chính xác các thông số như trọng lượng, trọng tâm, dung tích, diện tích sơn, trọng lượng, chiều dài các mối hàn, … Các số liệu này rất có ích cho một loạt các công việc khác trong quá trình đóng tàu. Quy trình sản xuất cần biết tận dụng các số liệu đó.
  • Việc hạ liệu (nesting) đồng loạt giúp tiết kiệm rất nhiều tôn, giảm lượng phế liệu đến mức tối thiểu. Tôn chiếm tỷ trọng lớn trong giá thành do đó việc tiết kiệm tôn rất đáng kể. Vì vậy ngành đóng tàu rất chú ý chọn lựa, cải tiến phần mềm này (ví dụ xem tại đâytại đây hoặc search “shipbuilding nesting”). Đã có báo cáo cho biết dùng một phương pháp nesting mới có thể tăng hệ số sử dụng tôn lên 15%. Tuy nhiên để nesting hiệu quả yêu cầu danh mục các tờ tôn phải được cung cấp trước và mua tôn đúng theo danh mục. Kinh nghiệm đóng tàu 53.000 DWT cho thấy việc mua sắm và quản lý tôn không tốt nên hiệu quả nesting hầu như không còn.
  • Các bản hạ liệu trên máy tính được kèm theo mã thực hiện mà các máy cắt CNC hiểu được. Các dữ liệu đó sẽ được chuyển thẳng cho máy cắt qua mạng để máy tự động cắt. Vì vậy việc trang bị máy cắt CNC là bắt buộc.
  • Các số liệu thiết kế cũng hoàn toàn có thể dùng điều khiển các máy uốn sườn và uốn ống CNC. Việc trang bị các loại máy đó sẽ mang lại hiệu quả cao.
  • Mỗi chi tiết tôn đều được đánh mã số và vạch dấu sẵn vị trí các chi tiết khác sẽ hàn lên nó. Điều này giúp rút ngắn thới gian tìm kiếm và vạch dấu thủ công nhưng đòi hỏi máy cắt phải có đầu vạch dấu và đánh mã số, dự trù sẵn mực, bột kẽm.
  • Các cụm lắp ghép, module, phân, tổng đoạn được phần mềm tự động xuất ra dưới dạng bản vẽ 3D mà công nhân đọc dễ dàng, không cần có kỹ sư hướng dẫn. Các bản vẽ chi tiết và cụm lắp ghép đều không cần ghi kích thước vì đã được tự động cắt chính xác và có vạch dấu sẵn các vị trí hàn. Vì vậy công tác tổ chức sản xuất, OTK cũng cần phải thay đổi. Trước đây, nhà máy đóng tàu Bạch đằng đã từng khăng khăng yêu cầu phải trình bày bản vẽ thiết kế thi công “theo kiểu bản vẽ truyền thống của nhà máy”, tức là vẽ 2D và ghi đầy đủ kích thước (?!).
  • Phần mềm có thể dễ dàng tự động xuất ra số liệu của bệ khuôn xoay. Vì vậy việc trang bị bệ khuôn xoay là hiệu quả.

Một vài ví dụ trên cho thấy các cải tiến, ứng dụng công nghệ mới phải đồng bộ. Về vấn đề này tôi sẽ có dịp trở lại trong một bài khác.

Thực tế triển khai thiết kế thi công bằng phần mềm như trên đã nêu còn cho thấy một hướng đi rất đáng chú ý: “xuất khẩu chất xám” hay nói đơn giản hơn là gia công kỹ thuật cho các hãng nước ngoài (outsourcing). Kỹ sư Việt nam, nếu được tổ chức và đào tạo tốt, hoàn toàn có thể đảm nhiệm các công việc nhất định trong một thời gian ngắn, trong khi lương lại thấp hơn ở nước ngoài nhiều. Tập đoàn FPT đã làm rất thành công việc gia công phần mềm. Có những công ty thiết kế xây dựng cũng đang triển khai theo hướng này. Rất tiếc là cuộc khủng hoảng kinh tế thế giới vừa qua làm cho hướng đi này trong ngành đóng tàu bị chặn lại. Một đội ngũ kỹ thuật với tay nghề không dễ gì đào tạo được bị tan rã.

Tài liệu kèm theo:

  1. Giáo trình ShipConstructor (bản này viết năm 2003 chỉ phù hợp cho các phiên bản phần mềm cũ).
  2. Báo cáo ứng dụng phần mềm thiết kế thi công (Hội thảo về ứng dụng tin học, bộ GTVT 2005)
  3. Con tàu đầu tiên khai triển, hạ liệu bằng máy tính. (bài báo của Nguyễn Ngọc Học, cty Vinashin E&T).
  4. Kinh nghiệm thiết kế thi công tàu 53.000 DWT bằng phần mềm (Nguyễn Ngọc Học)
  5. Các sản phẩm đã làm cho Hàn quốc.

3 thoughts on “Thiết kế thi công tàu thủy

  1. Pingback: Nhân lực trong ngành đóng tàu. | Tìm hiểu và suy ngẫm về ngành công nghiệp tàu thủy

  2. Cảm ơn bác Trị về bài viết.
    Nội dung tuy bao quát nhưng đem lại rất nhiều thông tin, sự kiện và thật sự rất bổ với một sinh viên đang theo học ngành tàu thủy như cháu.
    Rất mong được đọc ngày càng nhiều những bài viết được đúc kết từ kinh nghiệm của bác.
    Chúc bác nhiều sức khỏe và công tác tốt.

    • Cám ơn cháu. Những công việc mà thế hệ bác chỉ mới làm được một ít và còn dang dở, hy vọng thế hệ sau sẽ có điều kiện làm tốt hơn.

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s