Một vài ý kiến đáng chú ý về thiết kế tàu

Lời người dịch: khi đọc bản báo cáo này, tôi thấy đáng chú ý không phải vì vai trò của tin học như đầu đề của nó mà vì dưới áp lực cạnh tranh, người ta đặt ra hai vấn đề sau:

  • Giai đoạn thiết kế cơ sở là quan trọng nhất vì nó quyết định 70% giá thành tàu và mỗi sai lầm trong giai đoạn này sẽ gây hậu quả lớn. Do đó, thiết kế cơ sở vừa phải nhanh (để chào hàng được nhiều phương án tàu) vừa kiểm soát được rủi ro (để sau này không lỗ).
  • Thiết kế theo quy phạm không còn đủ dùng nữa. Phải chuyển sang cách thiết kế mới.

Từ đó báo cáo đề xuất ra các chiến lược phát triển phần mềm thiết kế cho đóng tàu phải tập trung vào hai vấn đề trên (và một số vấn đề khác không nêu ở đây).

Ý kiến thứ nhất cũng không đáng ngạc nhiên lắm. Đọc đến điều thứ hai đã nêu ở trên, chắc chắn những người phản ứng quyết liệt nhất là các kỹ sư thiết kế “lâu năm”. Điều đó không có gì là lạ. Một trường hợp tương tự tôi đã gặp nêu ở đây.

Đây cũng chỉ là ý kiến cá nhân của người viết báo cáo. Tôi không có điều kiện kiểm chứng xem những điều nói trên có đúng không, có xảy ra trong thực tế hay không (báo cáo viết năm 2003, không hiểu đến nay hệ thống phần mềm thiết kế E4 nói ở dưới đã đi đến đâu ). Tuy nhiên, nó có tác dụng đánh động về nhận thức, tư duy: dưới áp lực cạnh tranh khốc liệt của thị trường đóng tàu, người ta đã suy nghĩ và dự định làm những điều như vậy.

Và chắc chắn những thay đổi để cạnh tranh kiểu như thế không phải chỉ có riêng trong lĩnh vực thiết kế. Trong những lĩnh vực khác của đóng tàu, để sống còn trên thị trường không biết người ta còn nghĩ ra những điều “kỳ quái” gì nữa.

Tôi trích dịch và giới thiệu báo cáo này sau khi nói chuyện với một kỹ sư thiết kế trẻ  biết dùng AutoShip và đầy tin tưởng là có thể ngạo đời được rồi. Thế hệ “các cụ” như chúng tôi mà tự mãn là chuyện bình thường. Nhưng thế hệ trẻ mà “tự sướng” sớm như vậy thì ….

(Các phần chữ béo là do tôi nhấn mạnh. Bản gốc tiếng Anh có thể tải về tại đây).

Vai trò của công nghệ thông tin trong đóng tàu.

1- Mở đầu

Ngày nay, chắc chắn rằng mọi sự cải thiện trong các quá trình đóng tàu, dù là cải tiến sản phẩm hay tối ưu hóa các quá trình công nghệ, đều không thể thực hiện được nếu không có sự hỗ trợ to lớn của công nghệ thông tin. Việc phát triển, quản lý, ứng dụng các công nghệ thông tin mới nhất là một vấn đề có giá trị then chốt, chiến lược trong ngành đóng tàu.

Để đứng vững trên thị trường, ngành công nghiệp đóng tàu châu Âu cần phải tối ưu hóa sản phẩm và các quá trình công nghệ đến mức tối đa có thể. Vì vậy việc cam kết triển khai các hoạt động nghiên cứu, phát triển (đặc biệt trong lĩnh vực IT) là một sân chơi chiến lược chủ yếu. Báo cáo này mô tả các kết luận chính về tình hình hiện tại và chỉ ra các hướng phát triển tương lai.

2- Thiết kế cơ sở so với thiết kế chi tiết (Early design versus detailed design)

Hình 1: So sánh chi phí thực và chi phí tính toán theo thiết kế của một lô tàu Ro-Ro

Đường đỏ là giá thành tàu xác định dần theo tiến độ thiết kế. Đường xanh nước biển là chi phí phân bổ cho 1 tàu. Đường xanh lá mạ là chi phí phân bổ cho 6 tàu.

Từ đồ thị trên, rõ ràng là 70% tổng chi phí của tàu được tính toán xác định trong 4 tuần đầu của dự án. Nhưng cũng trong 4 tuần đó, chi phí thực chi lại ít. Do đó giai đoạn thiết kế cơ sở (xác định đến 70% chi phí) là rất quan trọng. Những sai sót hoặc kiểm soát rủi ro không đủ trong giai đoạn này dẫn đến phải sửa rất tốn tiền trong giai đoạn thiết kế chi tiết hoặc lúc đóng tàu hoặc sẽ làm tăng giờ công lên rất nhiều.

Tuy nhiên hiện nay, phần lớn các phần mềm không để ý nhiều đến giai đoạn đầu này mà tập trung hoàn thiện thiết kế chi tiết hoặc lập kế hoạch đóng.

Tóm lại chiến lược phát triển một phần mềm dành cho đóng tàu cần lưu ý:

  • Để tồn tại được trong thị trường, nhà máy đóng tàu cần chào được nhiều phương án tàu (có năng lực thiết kế) với giá hạ hơn (có năng lực sản xuất) đối thủ cạnh tranh. Năng lực thiết kế cần tập trung chủ yếu vào giai đoạn thiết kế cơ sở (thiết kế phương án, thiết kế sơ bộ) , trong đó các yếu tố then chốt là tốc độ thiết kế phải nhanh và kiểm soát được rủi ro.

  • Trong giai đoạn thiết kế cơ sở, cần có các công cụ thiết kế đủ nhanh để có kết quả trong một thời gian ngắn. Nếu sau này trong quá trình đóng, thiết kế có thay đổi, các công cụ đó phải cho được câu trả lời ngay.

  • Trong nhiều giai đoạn thiết kế, không cần đưa ra trị số tuyệt đối mà cần gradient để giúp tối ưu hóa thiết kế và kiểm soát rủi ro kỹ thuật.

  • Vì nhiệm vụ chính của giai đoạn thiết kế cơ sở là phân tích ảnh hưởng của các thay đổi đến bản thiết kế để tối ưu hóa nó, chúng ta cần những công cụ, bộ xử lý và mô hình tàu đủ linh hoạt để đáp ứng các thay đổi.

3- Thiết kế lý thuyết thay cho thiết kế theo quy phạm (First Principles versus rule based Design)

Do thời gian đóng tàu ngắn, thiết kế chủ yếu dựa trên các công thức kinh nghiệm hoặc quy phạm. Những quy phạm đó do các chuyên gia có kinh nghiệm viết dựa trên các kinh nghiệm quá khứ về các tàu có vào thời kỳ đó. Mặt khác, know-how thiết kế cũng tập trung trong các quy phạm nên thiết kế có thể do những người ít kinh nghiệm hơn thực hiện. Nhưng ngày nay tình hình đã thay đổi rất lớn: Áp lực của thị trường và nhu cầu luôn luôn phải có các thiết kế và sản phẩm cạnh tranh bắt buộc nhà thiết kế phải vượt ra ngoài phạm vi thiết kế theo các công thức kinh nghiệm của quy phạm. Một mặt lợi nhuận đóng tàu ít đi, mặt khác xuất hiện các kiểu tàu hoàn toàn mới dẫn đến những hiện tượng vật lý nằm ngoài các quy phạm thiết kế.

Vì vậy rất cần có các phần mềm thiết kế lý thuyết (first principle) hoặc còn gọi là phần mềm thiết kế mô phỏng (simulation based) để giúp các nhà thiết kế có thể ra các quyết định trong quá trình thiết kế. Mặt khác, phần lớn các phương pháp thiết kế lý thuyết là phương pháp số mô tả tàu thực bằng một mô hình rời rạc hóa, cần nhập rất nhiều dữ liệu vào (input data).

Những mô hình đó (ví dụ tính kết cấu thân tàu bằng phương pháp phần tử hữu hạn) cần làm nhiều việc xử lý thủ công dữ liệu trước và sau khi tính toán, do đó trong nhiều trường hợp thời gian tính lâu không đáp ứng nhu cầu của người thiết kế. Như vậy, mô hình có thể dùng để kiểm tra một thiết kế đã có (giả sử rằng thiết kế có đủ trước khi cắt tôn) nhưng không thể dùng trong quá trình đang thiết kế.

Vì vậy mục tiêu là phải xây dựng các công cụ thiết kế lý thuyết đủ nhanh và đủ chính xác để có thể cho người thiết kế lời giải ngay trong giai đoạn thiết kế phương án. Xử lý dữ liệu trước và sau tính toán phải được tự động hóa dựa trên các thông tin của các bước thiết kế trước.

( Đến đây cần nói rõ một chút về hai phương pháp thiết kế đề cập ở trên. Phương pháp thứ nhất là thiết kế theo quy phạm, phương pháp thiết kế truyền thống, quen thuộc từ xưa đến nay. Các công thức, phương pháp thiết kế của quy phạm dựa trên kinh nghiệm quá khứ. Nhưng như trên đã nói, áp lực cạnh tranh và mục tiêu lợi nhuận dẫn đến thiết kế theo quy phạm không còn đủ dùng nữa.

Vì vậy cần phải dùng phương pháp thiết kế thứ hai: thiết kế lý thuyết (from fist principle: starts directly at the level of established laws of physics and does not make assumptions such as empirical model and fitting parameters – tính toán thiết kế trực tiếp từ các định luật vật lý, không dựa trên các mô hình kinh nghiệm hoặc tham số kết nối, nguồn Wikipedia , tôi tạm dịch là thiết kế lý thuyết).

Đây cũng chính là cách tính toán thiết kế dựa trên các phương pháp số: tính thủy động bằng phương pháp số – Computational fluid dynamics CFD, tính kết cấu thép bằng phương pháp phần tử hữu hạn – Finite Element Method FEM, v.v…. Trong cách thiết kế này, tàu được mô hình hóa để có thể áp dụng trực tiếp các định luật thủy động lực học, cơ học vật rắn, … không dùng các công thức kinh nghiệm. Do đó cũng còn gọi là thiết kế mô phỏng.

Các phương pháp số nói trên đã có từ khi máy tính ra đời, khoảng những năm 60. Kết quả của chúng chính xác và chi tiết nên có nhiều lợi ích lớn. Do có thể tính chính xác trạng thái sức cản, ứng suất, biến dạng tại từng điểm trên kết cấu tàu nên giảm được sức cản, tính chính xác công suất cần thiết, tiết kiệm được nhiều thép do quy định được đúng quy cách kết cấu tại từng vùng nhỏ, tất nhiên là có tính đến tính công nghệ, v.v. và v.v…

Nhưng các phương pháp số có nhược điểm là thời gian tính toán lâu. Trước các nhu cầu hiện nay của ngành đóng tàu như đã nêu ở trên: thiết kế nhanh, cho ra kết quả chính xác ngay từ giai đoạn thiết kế phương án để dự toán sớm giá thành và có thể tính lại, quyết định nhanh khi yêu cầu của chủ tàu thay đổi, các phương pháp số truyền thống cần phải thay đổi. Đó là nội dung của phần dưới đây – PVT).


Hình 2: Lưu đồ tổ chức lại quá trình thiết kế kết cấu thân tàu dựa trên tính toán bằng phần tử hữu hạn (FEM).

Hình 2 cho lưu đồ tổ chức lại quá trình thiết kế kết cấu thân tàu của hệ thống thiết kế lý thuyết E4. Do cách tổ chức này, thời gian tính kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn toàn tàu từ hơn ba tháng giảm xuống còn dưới hai tuần kể cả thời gian xét duyệt của đăng kiểm. Thời gian tính nhanh nên có thể thiết kế tối ưu kết cấu, giảm trọng lượng thân tàu, giảm mức độ dao động, giảm bớt giờ công sản xuất và bớt các vấn đề khi giao tàu.

( Trong cách tính cũ, sau khi thiết kế xong kết cầu thân tàu mới tính nghiệm lại bằng FEM và có các điều chỉnh cần thiết. Trong cách tính trên, không đợi đến khi thiết kế xong kết cấu mới tính lại bằng FEM. Sau khi thiết kế xong mặt cắt giữa tàu, chia khoảng sườn, bắt đầu tính ngay bằng FEM, từ đó có thể dự toán thép theo nhiều vòng lặp. Cũng không rõ khi chưa đủ số liệu thì lập mô hình FEM bằng cách nào – PVT).

Hệ thống thiết kế E4 được phát triển theo mô hình phân tán: các viện nghiên cứu, trường đại học đưa ra các phương pháp, nguyên tắc tính cơ bản rồi hợp tác với ngành đóng tàu đê chỉnh sửa cho phù hợp với yêu cầu của ngành. Quá trình đó dẫn đến các kết luận sau:

  • Phương pháp tính lý thuyết nên được dùng thay cho các quy phạm thiết kế kinh nghiệm ở bất kỳ chỗ nào có thể được. Các công cụ lý thuyết cần được chỉnh sửa cho phù hợp với nhu cầu của người thiết kế. Tránh lý thuyết quá mức cần thiết (dùng phương pháp phù hợp với mục tiêu).

  • Để phương pháp lý thuyết có hiệu quả, nó cần được tự động hóa đến mức tối đa. Và quá trình thiết kế cũng phải thay đổi phù hợp với công cụ mới.

  • Các phương pháp lý thuyết đòi hỏi kỹ sư thiết kế phải có tay nghề cao và được huấn luyện cẩn thận, có hiểu biết đủ về các hiện tượng và quá trình vật lý của mô hình tính toán.

4-Kết luận

Ngày nay, không có cải tiến nào về sản phẩm hoặc các công đoạn sản xuất có thể hoàn thành mà không có sự hỗ trợ to lớn của Công nghệ Thông tin. Trong đóng tàu, chiến lược phát triển phần mềm nên tập trung vào giai đoạn thiết kế cơ sở vì giai đoạn đó tập trung các rủi ro về kỹ thuật. Tồn tại được trên thị trường nghĩa là kiểm soát được rủi ro trước lúc ký hợp đồng. Cho đến nay, tàu vẫn được thiết kế bằng các công thức kinh nghiệm thì từ này trở đi sẽ được thiết kế từ các cơ sở lý thuyết tính toán dựa trên các mô hình mô phỏng, đơn giản bởi vì các tàu thiết kế theo kiểu cũ không còn có tính cạnh tranh đối với các nhà máy đóng tàu châu Âu. Do đó, hệ thống phần mềm thiết kế cũng như văn hóa trong ngành đóng tàu sẽ không tránh khỏi thay đổi. …

7 thoughts on “Một vài ý kiến đáng chú ý về thiết kế tàu

  1. Để cho chỉnh, có lẽ nên lập luận ở đoạn đầu là: Những người chống đối thường là những kỹ sư “thất bại trong việc tự học”.

  2. “Tôi trích dịch và giới thiệu báo cáo này sau khi nói chuyện với một kỹ sư thiết kế trẻ biết dùng AutoShip và đầy tin tưởng là có thể ngạo đời được rồi. Thế hệ “các cụ” như chúng tôi mà tự mãn là chuyện bình thường. Nhưng thế hệ trẻ mà “tự sướng” sớm như vậy thì ….”
    Xin gửi lại mấy lời của cậu bạn thân, khi nói với học viên:
    “luôn phải cẩn thận với những cái gọi là “tiếng gọi thị trường”. Hãy nhớ, môi trường nguồn mở là môi trường không ngừng học hỏi, bởi đó là cách duy nhất giúp các bạn không bị “khoá trói” vào bất cứ thứ gì, kể cả (bị khoá trói vào) một công nghệ nguồn mở cụ thể. Hãy học đủ rộng, để thấy sự liên hệ, liên tưởng và ứng dụng lẫn nhau của tất cả các yếu tố. Đừng học bất cứ cái gì “vì nó thời thượng”, “vì ra trường bla bla…”. Còn nếu lỡ học vì lí do rồi thì chớ tự cho thế là đủ. Góp thêm vào thị trường lao động những kẻ thiếu hiểu biết tổng thể cũng là quay lưng lại với nguồn mở vậy.”

    • Nhiều fan của open source nhưng không lĩnh hội được tư tưởng chủ đạo của nó là open minds. Học được Ubuntu là dính chặt vào đó, bài xích những cái khác. “Thế gian vô thường” theo Phật hoặc “vật chất vận động biến đổi không ngừng” theo Mác nhưng con người có xu hướng tuyệt đối trung thành với một cái gì đó cho là bất biến!

      • Việc người dùng trung thành với thứ họ đã quen cũng không gây quá nhiều vấn đề. Vấn đề nằm ở chỗ người dùng (lập trình viên ở VN tuyệt đại đa số (9.5/10) cũng chỉ ở tầm người dùng) cứ nghĩ mình cũng là kỹ sư, do vừa bỏ công ra học được của hiếm, liền phán này phán nọ về công nghệ. Hè nhau lập ra một cái hội nhưng không lao động để tạo ra sản phẩm nguồn mở, cũng không tham gia vào chuỗi giá trị của cộng đồng thế giới thì thứ duy nhất họ làm được đương nhiên là tự sướng. Dễ hiểu khi mà những rẽ nhánh đầy tiềm năng lấy cảm hứng từ FOSS như Arduino, Open-Access hay 3D Printing lại không nảy mầm được ở xứ mình.
        Lại quay lại chuyện phần mềm thiết kế chuyên dụng cho sản xuất. Trong tương lai, khi mà Open-Access và Democratized Data thắng thế và mở ra cơ hội tiếp cận với các cơ sở dữ liệu lớn (Big Data) có nhẽ cũng là lúc cộng đồng nguồn mở chính thức tham gia trực tiếp và trở thành động lực sáng tạo cho sản xuất.

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