viết chương trình vẽ đường hình và tính toán tính năng các mẫu tàu khác nhau theo mẫu truyền thống tỉnh ninh thuận

a

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Bùi Công Lộc Lớp: 50DT2
Ngành: Đóng tàu Khoa: KTGT
Tên Đề tài: “Viết chương trình vẽ đường hình và tính toán tính năng các mẫu
tàu khác nhau theo mẫu truyền thống tỉnh Ninh Thuận”
Số trang: 294 Số chương: 05 Số tài liệu kham khảo: 7
Hiện vật: 02 quyển đồ án; 02CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN







Kết luận:





ĐIỂM CHUNG
Bằng chữ
Bằng số

Nha Trang, ngày … tháng … năm 2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)


PGS.TS. TRẦN GIA THÁI


b

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Bùi Công Lộc Lớp: 50DT2
Ngành: Đóng tàu Khoa: KTGT
Tên Đề tài: “Viết chương trình vẽ đường hình và tính toán tính năng các mẫu tàu
khác nhau theo mẫu truyền thống tỉnh Ninh Thuận”
Số trang: 294 Số chương: 05 Số tài liệu kham khảo: 7
Hiện vật: 02 quyển đồ án; 02CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN




Đánh giá chung:

ĐIỂM
Bằng chữ
Bằng số


ĐIỂM CHUNG
Bằng chữ
Bằng số


Nha Trang, ngày … tháng … năm 2012
Cán bộ phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nha Trang, ngày … tháng … năm 2012
Chủ tịch hội đồng
(Ký và ghi rõ họ tên)

i

Lời nói đầu A
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.1. TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2

1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 2
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 3
1.3. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4
1.3.1. Mục tiêu đề tài 4
1.3.2. Phương pháp và nội dung nghiên cứu 5
1.3.3. Phạm vi nghiên cứu 6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7
2.1 . VẼ ĐƯỜNG HÌNH THEO MẪU 7
2.2. TÍNH TOÁN CÁC TÍNH NĂNG 8
2.2.1. Đồ Thị Thủy Tĩnh 8
2.2.2. Đồ Thị Bonjean 10
2.2.3. Đồ Thị Pantokanren 12
2.2.4. Cơ Sở Ổn Định 17
2.3 LỰA CHỌN NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 21
2.3.1. Tìm Hiểu Ngôn Ngữ Autolisp 23
2.3.2. Các Hàm AutoLISP Thông Dụng 25
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 36
3.1. LỰA CHỌN VÀ GIẢI THUẬT VẼ ĐƯỜNG HÌNH 36
3.1.1. Lựa chọn và xây dựng sơ đồ thuật toán vẽ đường hình 36
3.1.2. Giải thuật chương trình vẽ đường hình 38
3.1.3. Xây dựng hộp thoại chương trình vẽ đường hình 44
ii

3.2. GIẢI THUẬT TÍNH TOÁN CÁC TÍNH NĂNG 49
3.2.1. Giải thuật tính toán và vẽ đồ thị Bonjean 49
3.2.2. Giải thuật tính toán và vẽ đồ thị thủy tĩnh 58
3.2.3. Giải thuật vẽ đồ thị pantokaren 63
3.2.4. Giải thuật vẽ đồ thị ổn định 66
3.3. XÂY DỰNG MENU CHO CHƯƠNG TRÌNH 76
3.4. KẾT QUẢ CHẠY PHẦN MỀM 83

3.4.1. Giới thiệu phần mềm 83
3.4.2. Kết quả chạy phần mềm vẽ đường hình 84
3.4.3. Xuất bảng tọa độ đường hình trên AutoCAD và Notepad 89
3.4.4. Kết quả chạy Modun vẽ đồ thị Bonjean 91
3.4.5. Kết quả chạy modun vẽ đồ thị thủy tĩnh (Hydrostatic-Curves) 96
3.4.6. Kết quả chạy modun vẽ đồ thị pantokaren 100
3.4.7. Kết quả chạy modun vẽ đồ thị ổn định 103
3.5. ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHẦN MỀM 113
3.5.1. Đánh giá độ chính xác của phần mềm vẽ đồ thị Bonjean 113
3.5.2. Đánh giá độ chính xác của phần mềm vẽ đồ thị thủy tĩnh 114
3.5.3. Đánh giá độ chính xác của phần mềm vẽ đồ thị Pantokaren 116
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CHO CHƯƠNG TRÌNH 119
4.1. Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu Cho Modun Vẽ Đường Hình 119
4.2. Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu Cho Modun Vẽ Đồ Thị Thủy Tĩnh 124
4.3. Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu Cho Modun Vẽ Đồ Thị Pantokaren 127
Chương 5: THẢO LUẬN KẾT QUẢ 132
5.1 Kết Luận 132
5.2 Những Định Hướng Nghiên Cứu Trong Tương Lai 132
iii

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133
PHỤ LỤC 134
Phụ lục I: Kết Quả Tính Đồ Thị Pantokaren 134
Phụ lục II: Code chương trình 181
Phụ lục III. Code chương trình vẽ đồ thị thủy tĩnh 248
Phụ lục IV: Code chương trình vẽ đồ thị Pantokaren 263
Phụ lục V: Code chương trinhg vẽ đồ thị ổn định 271
Phụ lục VI: Kết quả tính cho mẫu tàu cụ thể 279

iv

DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1: Đồ thị thủy tĩnh 9
Hình 2. 2: Đồ thị Bonjean. 11
Hình 2.3 : Phương pháp Krylop_ Dargnies 13
Hình 2. 4: Xác định các giá trị a,b 14
Hình 2. 5: Đường sườn Tchebyshev 16
Hình 2. 6: Phương pháp xác định các hệ số a,b 16
Hình 2. 7: Tâm nổi ứng với các góc nghiêng khác nhau 18
Hình 2. 8. Cách xác định cánh tay đòn ổn định 20
Hình 2. 9: Xác định chiều cao tâm nghiêng trên đồ thị ổn định tĩnh. 21
Hình 2. 10: Giao diện của môi trường Visual LISP 23
Hình 2. 11: Nhập số liệu là kiểu số nguyên 26
Hình 2. 12: Nhập số liệu kiểu số thực 26
Hình 2. 13: Thông báo nhập số liệu kiểu chuỗi 27
Hình 2. 14: Nhập số liệu kiểu chuỗi 27
Hình 2. 15: Hàm gán lấy giá trị của biến hệ thống AutoCAD 28
Hình 2. 16: Thông báo trên màn hình của AutoCAD 30
Hình 3.1: Sơ đồ thuật toán chương trình vẽ đường hình 37
Hình 3. 2: Hộp thoại chương trình vẽ đường hình 45
v

Hình 3.3: Sơ đồ thuật toán vẽ đồ thị Bonjean 51
Hình 3.4: Sơ đồ thuật toán vẽ đồ thị thủy tĩnh 59
Hình 3.5: Sơ đồ thuật toán chương trình vẽ đồ thị Pantkaren 63
Hình 3. 6: Sơ đồ thuật toán vẽ đồ thị ổn định 66
Hình 3. 7: Tải menu chương trình 84
Hình 3. 8: Giao diện phần mềm vẽ đường hình 85
Hình 3. 9: Báo lỗi khi nhập sai kích thước 86

Hình 3. 10: Báo lỗi khi không phù hợp với tỷ lệ kích thước 87
Hình 3. 11: Kết quả khi xuất tuyến hình 2D 87
Hình 3. 12: Kết quả của việc xuất ngược từ 2D sang 3D 88
Hình 3. 13: Xuất tuyến hình 3D 88
Hình 3. 14: Xuất trị số tuyến hình ra NOTEPAD 89
Hình 3. 15: Hộp thoại xuất AutoCAD 90
Hình 3. 16: Xuất tuyến hình trên AutoCAD 90
Hình 3. 17: Giao diện chương trình vẽ đồ thị Bonjean 91
Hình 3. 18: Menu ngữ cảnh của chương trình 92
Hình 3. 19: Thông báo khi nhập thông số đầu vào không phù hợp 93
Hình 3. 20: Chương trình đang thực hiện vẽ đồ thị Bonjean 94
Hình 3. 21: Bản vẽ đồ thị Bonjean do phần mềm xuất ra 95
Hình 3. 22: Kết quả diện tích được xuất ra file “.txt” 95
vi

Hình 3. 23: Giao diện phần mềm vẽ đồ thị thủy tĩnh 96
Hình 3. 24: Chọn vị trí vẽ đồ thị thủy tĩnh 97
Hình 3. 25: Kết quả phần mềm vẽ đồ thị thủy tĩnh 97
Hình 3. 26: Thông báo mặc định của phần mềm 98
Hình 3. 27: Kết quả xuất bảng kết quả trên nền AutoCAD 98
Hình 3. 28: Hộp thoại xuất file Notepad 99
Hình 3. 29: Kết quả xuất file Notepad 99
Hình 3. 30: Gọi chương trình từ menu phụ 100
Hình 3. 31: Gọi chương trình từ menu ngữ cảnh 100
Hình 3. 32: Giao diện chương trình vẽ đồ thị Pantokaren 101
Hình 3. 33: Yêu cầu chọn vị trí vẽ đồ thị 101
Hình 3. 34: Kết quả vẽ đồ thị Pantokaren 102
Hình 3. 35: Hộp thoại xuất kết quả trên AutoCAD 102
Hình 3. 36: Phần mềm xuất bản vẽ với bảng kết quả kèm theo 103
Hình 3. 37: Gọi chương trình từ menu phụ 103

Hình 3. 38: Gọi chương trình từ menu ngữ cảnh 104
Hình 3. 39: Giao diện chương trình vẽ đồ thị ổn định 104
Hình 3. 40: Nhập trực tiếp giá trị P(tấn), Zg 106
Hình 3. 41: Nhập P(tấn), Zg thông qua modun tính trọng lượng, trọng tâm tàu 106
Hình 3. 42: Kết quả tính trọng lượng, trọng tâm tàu 107
vii

Hình 3. 43: Xuất file kết quả của modun tính trọng lượng trọng tâm tàu 107
Hình 3. 44: Kết quả được xuất trên file Notepad 108
Hình 3. 45: Nội suy L(hd) từ đồ thị Pantokaren 109
Hình 3. 46: Hộp thoại nhập giá trị L(hd) từ file “.txt” 110
Hình 3. 47: File L(hd) được nhập vào 110
Hình 3. 48: Thông báo của phần mềm khi nhập L(hd) sai định dạng file 111
Hình 3. 49: Kết quả vẽ đồ thị ổn định 111
Hình 3. 50: Thông báo của phần mềm khi xuất kết quả ra file notepad 112
Hình 3. 51: Kết quả được xuất trên file Notepad 112
Hình 3. 52: Kết quả tính đồ thị Pantokaren mà phần mềm cho ra 116
Hình 3.53: Kết quả tính đồ thị Pantokare trên phần mềm Autohydro 117
Hình 4. 1: Đường hình tàu đánh cá lưới kéo 120
Hình 4. 2: Đường hình tàu đánh cá lưới rê 121
Hình 4. 3: Đường hình tàu đánh cá lưới vây 122
Hình 4. 4: Đường hình tàu đánh cá pha xúc 123
Hình 4. 5: Code dùng để tính toán các yêu tố tính nổi 125
Hình 4. 6: Đường sườn Tchebyshev 128
Hình 4. 7: Xác định các giá trị a, b 129
Hình 4. 8: Đường nước đã được hiệu chỉnh 129

viii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2. 1: Xác định vị trí đường sườn Tchebyshev 15
Bảng 2. 2: Bảng tính Pantokaren cho DN 1 – tại góc nghiêng δΦ = 10
0
17
Bảng 3.1: Bảng đánh giá độ chính xác của phần mềm vẽ đồ thị Bonjean 113
Bảng 3. 2: Bảng đánh giá độ chính xác của phần mềm vẽ đồ thị thủy tĩnh 115
Bảng 3. 3 Đánh giá độ sai số của phần mềm vẽ đồ thị Pantokaren so với phần mềm
Autohydro 118
Bảng 4. 1: Xác định vị trí đường sườn Tchebyshev 127
Bảng 4. 2: Bảng tính các r theo phương pháp Krylop – Dargnies 130
Bảng 4. 3: Bảng tính giá trị Zc của tàu lưới rê 130
Bảng 4. 4: Bảng tính giá trị Yc của tàu lưới rê 131



A

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta có nguồn tài nguyên biển phong phú và đa dạng nên thuận lợi cho sự
phát triển của ngành khai thác thủy sản nói chung và đội tàu đánh cá vỏ gỗ nói riêng.
Tuy nhiên, do các mẫu tàu đánh cá thường chỉ được đóng theo kinh nghiệm, chưa
được tính toán và thử nghiệm thực tế nên gây ra nhiều khó khăn cho công việc quản
lý. Mặt khác, các mẫu đường hình tàu đánh cá truyền thống ở nước ta hiện nay có độ
cong và độ gẫy khúc phức tạp nên việc thiết kế các mẫu đường hình trên không chỉ
gây ra nhiều vấn đề khó khăn mà còn có độ chính xác chưa cao khi mà công việc thiết
kế đường hình chỉ dừng lại ở các phần mềm thông dụng như phần mềm AutoCAD. Vì
thế, vấn đề tự động hóa việc vẽ chính xác đường hình và tính toán tính năng cho các
mẫu tàu đánh cá vỏ gỗ đang là bài toán đã và đang đặt ra cho các nhà nghiên cứu.
Vì lý do đó, chúng tôi đã đặt vấn đề và được giao thực hiện đề tài tốt nghiệp với tên
gọi: “Viết chương trình vẽ đường hình và tính toán tính năng các mẫu tàu khác nhau

theo mẫu truyền thống tỉnh Ninh Thuận” với sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Trần Gia
Thái.
Đề tài sẽ đi vào nghiên cứu ngôn ngữ lập trình AutoLISP và xây dựng thuật toán
thiết kế đường hình và tính toán tính năng. Trên cơ sở đó, viết chương trình thiết kế
đường hình và tính toán tính năng theo mẫu truyền thống tại Ninh Thuận, cho phép
người dùng có thể vẽ đường hình và tính toán tính năng một cách nhanh chóng, đơn
giản, thuận tiện và nhằm mục đích hướng tới phục vụ cho nhiều cơ sở đóng tàu cá vỏ
gỗ ở Ninh Thuận.

Với cách đặt vấn đề như trên, đề tài bao gồm các nội dung sau:
 Chương 1 : Đặt vấn đề
 Chương 2 : Cơ sở lý thuyết
 Chương 3 : Kết quả nghiên cứu
 Chương 4 : Xây dựng cơ sở dữ liệu chương trình
 Chương 5 : Thảo luận kết quả
Qua đây chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Trần Gia Thái, KS
Đỗ Quang Thắng và các thầy trong khoa Kỹ thuật giao thông, đã giúp đỡ chúng tôi
trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Nha Trang, ngày 10 tháng 07 năm 2012
Chủ nhiệm đề tài: Bùi Công Lộc
1

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Như đã biết, thiết kế đường hình tàu đánh cá vỏ gỗ và tính toán các tính năng cần thiết
cho các mẫu tàu cá truyền thống là công việc hết sức khó khăn phức tạp, đòi hỏi khối
lượng công việc lớn và yêu cầu độ chính xác cao. Ngoài ra, khác với khi thiết kế đường
hình các loại tàu thông dụng khác, đặc điểm của nghề cá tại Ninh Thuận hiện nay, chủ
yếu là nghề cá nhân dân đã và đang đặt ra nhiều yêu cầu đối với đường hình của các tàu
đánh bắt thuỷ sản, khi đa số đều là tàu làm bằng gỗ và các mẫu tàu này hầu như chưa

được tính toán hoặc thử nghiệm thực tế phù hợp yêu cầu đặt ra mà chủ yếu được lựa chọn
chỉ vì thói quen và ý thích của các ngư dân của địa phương, tàu đã qua thực tế khai thác
trong nhiều năm, đồng thời phù hợp với trình độ và kinh nghiệm thi công loại tàu vỏ gỗ
một cách thủ công của các cơ sở đóng tàu ở các địa phương nghề cá. Đặc điểm trên
không chỉ gây nhiều vấn đề phức tạp trong công tác quản lý kinh tế - kỹ thuật của các cơ
quan quản lý tàu thuyền nghề, mà còn có ảnh hưởng rất lớn đến mức độ an toàn, hiệu quả
khai thác và nhiều yếu tố khác của đội tàu đánh cá tại Ninh Thuận hiện nay. Chính vì vậy
bài toán thiết kế đường hình tàu đánh cá phù hợp với đặc điểm khai thác và tính toán các
tính năng cần thiết cho các mẫu tàu truyền thống tại Ninh Thuận có ý nghĩa lý thuyết và
thực tiễn rất quan trọng và hiện cũng đang được các nhà khoa học trong và ngoài nước
quan tâm nghiên cứu. Ngoài ra, để tạo thuận lợi trong việc áp dụng vào thực tế thiết kế và
chế tạo các tàu đánh cá, nhất là trong điều kiện kinh tế kỹ thuật còn kém, cần phải đặt vấn
đề xây dựng một phần mềm tự động hoá quá trình thiết kế đường hình và tính toán các
tính năng cần thiết theo các mẫu tàu đánh cá truyền thống tại Ninh Thuận, cho phép
người sử dụng ở các cơ sở đóng tàu đánh cá, thường chưa được đào tạo trình độ cao có
thể tự mình thiết kế và tính toán các tính năng cần thiết cho các mẫu tàu đánh cá theo
đúng mẫu truyền thống đang hoạt động trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, Khoa Kỹ thuật Giao thông Trường Đại học Nha Trang -
một trong các đơn vị đào tạo truyền thống đội ngũ kỹ sư đóng tàu cá ở Việt Nam hiện nay
2

đã thực hiện nhiều dự án thiết kế chuẩn hóa các mẫu tàu đánh cá theo mẫu truyền thống
cho những địa phương nghề cá điển hình ở nước ta nói chung và của tỉnh Ninh Thuận nói
riêng. Trong quá trình thực hiện các dự án này, để hỗ trợ cho việc vẽ đường hình của các
mẫu tàu đánh cá của các địa phương, chúng tôi đã được giao thực hiện đề tài tốt nghiệp
với tên gọi :
“ Viết chương trình vẽ đường hình và tính toán tính năng các mẫu tàu khác nhau
theo mẫu truyền thống tỉnh Ninh Thuận”
Nội dung đề tài sẽ đi vào nghiên cứu xây dựng phương pháp và thuật toán thiết kế
đường hình và tính toán tính năng cần thiết đáp ứng được hầu hết các yêu cầu hết sức đa

dạng của tàu nghề cá Ninh Thuận. Trên cơ sở đó, viết phần mềm thiết kế đường hình và
tính toán tính năng cần thiết tàu đánh cá theo mẫu dân gian cho phép người sử dụng có
thể vẽ được đường hình tàu theo mẫu truyền thống tại Ninh Thuận và tính toán tính năng
một cách nhanh chóng, trực quan, đơn giản và không cần phải có kiến thức sâu về cơ sở
lý thuyết nhằm mục đích hướng tới phục vụ cho nhiều cơ sở đóng tàu cá vỏ gỗ ở Ninh
Thuận
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Như đã trình bày ở trên, đa số những tàu đánh bắt thuỷ sản ở nước ta hiện nay nói
chung và tại Ninh Thuận nói riêng đều thuộc loại tàu cỡ nhỏ, do các ngư dân tự liên hệ để
đóng mới nên hầu như không có thiết kế kỹ thuật mà chủ yếu đóng dựa theo kinh nghiệm
và mẫu dân gian truyền thống của từng địa phương. Chỉ sau khi đóng xong con tàu, cơ
quan quản lý mới tiến hành lập hồ sơ thiết kế hoàn công, do đó đường hình thường được
xây dựng trên cơ sở đo đạc và vẽ lại những mẫu tàu đã đóng. Trong thời gian gần đây,
khi mà cơ quan quản lý nhà nước yêu cầu các tàu nghề cá đóng mới phải có hồ sơ thiết kế
kỹ thuật thì quá trình thiết kế đường hình của loại tàu này nói chung thường cũng chỉ
dừng lại ở việc vẽ theo mẫu tàu có sẵn bằng phần mềm thông dụng AutoCAD. Cho đến
3

hiện nay, trong lĩnh vực tự động hóa vẽ đường hình của các tàu đánh cá Việt Nam mới
chỉ có các kết quả nghiên cứu của PGS.TS Trần Gia Thái của Trường Đại học Nha Trang
thông qua đề tài cấp Bộ với tên gọi ”Tự động hóa thiết kế đường hình tàu đáp ứng nhu
cầu đa dạng của tàu nghề cá Việt Nam”, trong đó đã công bố phần mềm cho phép thiết
kế tối ưu đường hình của các mẫu tàu đánh cá Việt Nam
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Riêng trên thế giới hiện nay cũng có khá nhiều phần mềm thiết kế tàu và tính toán các
tính năng hàng hải uy tín như AutoShip, Fastship (Mỹ), Nepka (Tây Ban Nha), Maxsurf
(Úc), Nautilus (Na Uy) v v…, nhưng sau khi khảo sát hầu hết các phần mềm thiết kế tàu
nói trên chúng tôi nhận xét thấy, các phần mềm này tuy có nhiều ưu thế rất mạnh trong
việc thiết kế các loại tàu vỏ thép nhưng khi dùng để thiết kế đường hình của tàu đánh cá

vỏ gỗ nước ta vẫn còn nhiều điểm hạn chế, cụ thể như sau :
1) Giá thành phần mềm quá cao, không chỉ vượt quá xa khả năng của các ngư dân
mà còn của các cơ quan Nhà nước hiện nay
2) Kỹ thuật vẽ phức tạp, không phù hợp với trình độ sử dụng của các ngư dân
3) Hầu hết các phần mềm đồ hoạ nói chung và phần mềm thiết kế tàu thủy nói riêng
hiện nay đều vẽ đường hình tàu theo thuật toán vẽ đường B- Splines như đã biết
hoặc dùng mặt cong toán học NURBS (Non Uniform Ration B-Spline Surfaces).
Khi đó, phần mềm thực tế chỉ là công cụ để hỗ trợ cho việc vẽ đường hình tàu
thủy hoặc theo đường B - Spline, hoặc dựng mặt NURBS để tạo ra bề mặt cong
vỏ tàu. Một số phần mềm như Prolines lại dùng thư viện các tàu mẫu đã được vẽ
sẵn và người sử dụng sẽ lấy hình dáng đường hình từ các tàu mẫu đã có trong thư
viện tàu để chỉnh sửa lại cho đến khi đạt được các yêu cầu đã được đề ra trong
nhiệm vụ thư. Do đó việc sử dụng những phần mềm như thế thường không mang
tính chủ động, do phải lệ thuộc khá nhiều vào thư viện các tàu mẫu đã nhập sẵn
trong phần mềm, kỹ thuật vẽ và nhất là cũng không thật đơn giản, tốn nhiều công
4

sức và đòi hỏi người sử dụng phải có kinh nghiệm trong thiết kế và kỹ thuật vẽ
trên máy tính.
4) Các tính toán thường được xây dựng dựa theo Quy phạm nước ngoài nên trong
nhiều trường hợp có thể không phù hợp với yêu cầu của Quy phạm Việt Nam.
5) Công việc tính toán tính năng trên các phần mềm này đều được thực hiện qua các
bước khá phức tạp và đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao.
Vì thế theo ý kiến chúng tôi, việc sử dụng những phần mềm nước ngoài để thiết kế
đường hình và tính toán tính năng tàu cá ở nước ta nói chung và tại Ninh Thuận nói riêng
còn gặp nhiều khó khăn, nhất là đối với những mẫu truyền thống đóng dựa theo kinh
nghiệm dân gian của từng vùng và do đó cũng khó có thể đáp ứng được các yêu cầu đa
dạng và phong phú của người sử dụng đối với tàu thiết kế.
1.3. MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Mục tiêu đề tài

Mục tiêu đề tài là xây dựng thuật toán và viết chương trình tự động hóa việc vẽ đường
hình và tính toán tính năng cho các mẫu tàu đánh cá vỏ gỗ theo mẫu truyền thống tỉnh
Ninh Thuận đảm bảo các yêu cầu sau:
 Vẽ nhanh chóng và chính xác đường hình của tàu thiết kế theo các mẫu tàu đánh
cá truyền thống làm các nghề điển hình hiện nay ở Ninh Thuận cụ thể là tàu lưới
vây, lưới kéo, tàu lưới rê, tàu pha xúc
 Xây dựng chính xác bảng tọa độ đường hình của mẫu tàu thiết kế phục vụ việc
phóng dạng và đóng mới.
 Tính toán các thông số tính nổi và vẽ các đồ thị cần thiết như: đồ thị Bonjean,
Thủy tĩnh, Pantokaren, đồ thị ổn định
 Đảm bảo sử dụng dễ dàng và thuận tiện nhằm phục vụ các cơ sở đóng tàu địa
phương
5

1.3.2. Phương pháp và nội dung nghiên cứu
Về lý thuyết, để giải quyết bài toán vẽ đường hình và tính toán tính năng với mục tiêu
đặt ra trên đây chúng tôi lựa chọn giải pháp lập trình theo phương pháp đồng dạng và một
số phương pháp tính gần đúng như: phương pháp hình thang, phương pháp Krylop-
Dargniers đã được trình bày trong các tài liệu chuyên ngành. Với phương pháp nghiên
cứu như thế, đề tài được giải quyết dựa trên cơ sở đo đạc thực tế để xây dựng đường hình
của các mẫu tàu cá khảo sát, tính toán các tính năng tàu mẫu trên phần mềm Autohydro
đóng vai trò cơ sở dữ liệu cho chương trình. Với cách đặt vấn đề như thế, đề tài gồm các
nội dung chính như sau :
 Phân tích, lựa chọn những mẫu tàu đánh cá điển hình làm các nghề phổ biến hiện
nay ở tỉnh Ninh Thuận
 Khảo sát, đo đạc thực tế tọa độ đường hình của các mẫu tàu đánh cá đã được lựa
chọn
 Xử lý các số liệu đo đạc và xây dựng chính xác đường hình của các mẫu tàu
đánh cá khảo sát, cơ sở dữ liệu cần thiết của chương trình
 Nghiên cứu xây dựng thuật toán và ứng dụng ngôn ngữ lập trình AutoLISP để

viết chương trình tự động vẽ đường hình và tính toán tính năng từ các thông số
kích thước chính của tàu thiết kế trên cơ sở đường hình tàu khảo sát
Với cách đặt vấn đề như trên, đề tài gồm các chương chính như sau :
Chương 1: Đặt vấn đề
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Kết quả nghiên cứu
Chương 4: Xây dựng cơ sở dữ liệu chương trình
Chương 5: Thảo luận kết quả
6

1.3.3. Phạm vi nghiên cứu
Kết quả khảo sát thực tế các nghề khai thác thủy sản Ninh Thuận hiện nay cho thấy,
mặc dù có khá nhiều nghề khác nhau nhưng các nghề phổ biến và đạt năng suất cao hiện
nay ở tỉnh Ninh Thuận chủ yếu là những tàu làm các nghề lưới vây, lưới kéo, lưới rê và
pha xúc. Vì thế trong đề tài chỉ giới hạn trong vẽ đường hình và tính toán tính năng của
các tàu đang làm các nghề này.
7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 . VẼ ĐƯỜNG HÌNH THEO MẪU
Trong thực tế hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để thiết kế tuyến hình tàu
nói chung và tàu đánh cá nói riêng. Một trong những phương pháp vẽ đường hình tàu
thiết kế được ứng dụng rộng rãi hiện nay đó chính là phương pháp đồng dạng hình học
(affine) dựa trên bảng tọa độ tàu mẫu. Phương pháp vẽ đồng dạng khá đơn giản và đảm
bảo được tính trơn đều của tàu thiết kế nếu đường hình của tàu mẫu trơn đều, nhưng có
nhược điểm là chỉ có thể làm thay đổi được các kích thước chính L, B, T trong khi vẫn
giữ nguyên các hệ số hình dáng ,  như tàu mẫu. Nói cách khác, phương pháp biến đổi
đồng dạng chỉ cho phép vẽ đường hình tàu đảm bảo yêu cầu về các kích thước chính
nhưng chưa đảm bảo được yêu cầu về các hệ số hình dáng. Do đó phương pháp vẽ đường
hình nói trên thường chỉ được phép sử dụng trong trường hợp tốc độ V

t
và số Fr = V
t
/
gL

của tàu mẫu và tàu thiết kế chênh lệch nhau không nhiều lắm. Trường hợp có sự thay đổi
tốc độ tàu V
t
và số Fr nhưng hệ số béo của tàu mẫu và tàu thiết kế không khác nhau
nhiều, có thể lấy 
m
= 
tk
và buộc tất cả hệ số hình dáng khác không đổi, tuy nhiên do có
sự thay đổi tỷ số B/T hoặc H/T nên cần tính lại ổn định và dung tích của tàu. Ưu điểm
khác của phương pháp này là cho phép xác định các yếu tố chính của tàu thiết kế như
lượng chiếm nước, vị trí tâm nổi, bán kính tâm nghiêng v v đơn giản và nhanh chóng
theo các công thức xây dựng dựa trên cơ sở đồng dạng hình học của tàu mẫu và tàu thiết
kế.
Xét trong trường hợp tổng quát, khi thay đổi tất cả các kích thước chính thì mối quan
hệ giữa các yếu tố của tàu thiết kế và tàu mẫu được xác định theo các công thức như sau:
- Các hệ số hình dáng , , , ,  không thay đổi
- Thể tích chiếm nước
8

V
tk
=
m

tk
)LBT(
)LBT(
V
m

- Diện tích mặt đường nước (hoành độ đường cong diện tích mặt đường nước)

(S
ji
)
tk
=
m
tk
)LB(
)LB(
(S
ji
)
m

- Diện tích mặt cắt ngang 
ij
(tung độ đường cong diện tích mặt cắt ngang)
(
ij
)
tk
=

m
tk
)BT(
)BT(
(
ij
)
m

- Cao độ tâm nổi và hoành độ tâm nổi (tính từ sườn giữa tàu)
z
ctk
=
m
tk
H
H
z
cm

x
ctk
=
m
tk
L
L
x
cm

- Mômen quán tính diện tích mặt đường nước thiết kế đối với trục dọc Ox và Oy
I
xtk
=
3
mm
3
tktk
BL
BL
I
xo

I
ytk
=
3
mm
3
tktk
LB
LB
I
yo

2.2. TÍNH TOÁN CÁC TÍNH NĂNG
2.2.1. Đồ Thị Thủy Tĩnh
Trong quá trình thiết kế và sử dụng tàu thường xuất hiện nhu cầu cần phải xác định
nhanh các yếu tố đường hình và yếu tố tính nổi nói trên ở các mớn nước tàu thực tế khác
nhau. Có thể giải quyết vấn đề này bằng cách tính giá trị này ở một số mớn nước tàu khác

nhau với giả thiết rằng mớn nước này là mặt phẳng nằm ngang, tức tàu cân bằng không
9

có góc nghiêng ngang và nghiêng dọc. Đồ thị như thế được gọi là đồ thị thủy tĩnh hay còn
gọi là đồ thị thủy lực, (hình 2.1):

Hình 2. 1: Đồ thị thủy tĩnh
Trong đó:
Xf (m) : Tọa độ trọng tâm mặt đường nước tại các mớn nước khác nhau
S(m
2
): Diện tích mặt đường nước tại các mớn nước khác nhau
V(m
3
): Đường cong thể tích của tàu tương ứng với các đường nước khác nhau
D(tấn): Thể hiện lượng chiếm nước của tàu tương ứng với các đường nước khác nhau
Xc(m), Z
c
: Tọa độ tâm nổi tương ứng với các đường nước khác nhau
C
b
, C
m
, C
w
: Các hệ số hình dáng của tàu
Có thể tóm tắt quá trình xây dựng đồ thị thủy tĩnh như sau:
 Tính các yếu tố thủy tĩnh hay các thông số tính nổi tại các mớn nước khác
nhau.
 Dựng hệ trục tọa độ XOY với trục Oy biểu diễn sự thay đổi của các mớn

nước
10

Do bề mặt vỏ tàu thường chỉ được biểu diễn dưới dạng các đường cong hình dáng
nên để tính được giá trị tích phân nói trên cần sử dụng các phương pháp gần đúng, việc
tính hình thang cong chuyển sang việc tính hình thang thuần tuý bằng cách chia nhỏ
thành các phần tử hữu hạn mà cụ thể các phương pháp này bao gồm: phương pháp hình
thang, phương pháp Simpson , mỗi phương pháp tính mang một tính ưu việt khác nhau.
Phương pháp hình thang được sử dụng rộng rãi, độ chính xác tuỳ theo ý muốn tuỳ thuộc
vào khối lượng tính toán. Phương pháp Simpson cho kết quả chính xác hơn phương pháp
hình thang tuy nhiên khối lượng tính toán lớn hơn.
2.2.2. Đồ Thị Bonjean
Đường cong các yếu tố thủy tĩnh mặc dù cho phép xác định các thông số tính nổi của
tàu nhưng chỉ trong trường hợp tàu nằm cân bằng không có góc nghiêng ngang và
nghiêng dọc. Do đó trong thực tế để xác định các thông số tính nổi của tàu trong trường
hợp nghiêng dọc là điều không thực hiện được. Trong trường hợp này, sử dụng đồ thị
Bonjean hoặc còn gọi là đường cong diện tích các sườn là tập hợp các đường cong biểu
diễn diện tích phần chìm của các sườn theo chiều chìm
Quá trình xây dựng đồ thị Bonjean được thực hiện lần lượt theo các bước sau:
 Tính lần lượt giá trị diện tích mặt cắt ngang ω
i
(i = 0 ÷ n ) và momen tĩnh
M
ω
của diện tích mặt cắt ngang này đối với trục Ox ứng với sự thay đổi của
mớn nước
ω =

T
0

dz.y.2




T
0
dz.z.y.2M

 Dựng hệ trục tọa độ OTL, trong đó trục tung OT biểu diễn mớn nước của
tàu, trục hoành OL biểu diễn vị trí các mặt cắt ngang theo chiều dài ở các tỷ
lệ xích nhất định.

11


Hình 2. 2: Đồ thị Bonjean.
Họ đường cong tích phân diện tích đường sườn sử dụng để tính thể tích chìm V và toạ
độ tâm nổi x
C
, z
C
của một đoạn hay toàn bộ phần ngập nước dưới một đường nước chúi
bất kỳ.
Xét một đường nước chúi có mớn nước mũi T
m
và mớn nước đuôi T
d
. Khi đó V, x
C

,
z
C
được xác định như sau:

Với k: số khoảng chia theo cao độ z, n: số khoảng chia theo hoành độ x.
Trong đó, để xác định giá trị diện tích mặt cắt ngang và momen tĩnh dựa theo phương
pháp hình thang, có công thức tính cụ thể sau:
- Công thức tính diện tích mặt cắt ngang:

- Momen tĩnh của thể tích V đối với mặt yOz:
)
2
(
0
0
2/
2/





n
n
i
L
L
LdxV



)
2
(2
0
0
0




i
T
k
k
ii
yy
yTydz

12


(với m = n/2).
Như vậy ứng với một đường nước chúi bất kỳ đặc trưng bởi T
m
,T
d
dựa vào đồ thị
Bonjean ta tìm được V, x
C

, z
C
, nhưng để tìm các giá trị đó ta phải tính toán với khối
lượng lớn. Để khắc phục nhược điểm trên Phiaxốp đã đưa ra một dạng đồ thị khác, đó là
đồ thị Phiaxốp.
2.2.3. Đồ Thị Pantokanren
Đồ thị Pantokaren là tập hợp các đường cong l
F
(φ, V) lập cho trong trường hợp V
i
=
const, i = 1, 2, với góc nghiêng thay đổi từ 0 đến góc bất kỳ ví dụ đến 90
0
.Họ đường
cong Pantokaren (Cross Curves) được dùng để xác định L(hd) tại từng góc nghiêng khác
nhau tương ứng với V
const
như vậy rất thuận tiện cho xác định L(hp) khi đã biết Zg dựa
theo công thức L(hp) = L(hd) – Zg.sinθ. Trên thực tế hiện nay có rất nhiều phương pháp
xây dựng họ đường cong Pantokaren như:
1: Phương pháp Schulz – Fellow, còn gọi là phương pháp tích phân, sử dụng máy đo
diện tích khi xác định diện tích phần chìm của các sườn tính toán trên tàu, cho mỗi trạng
thái nghiêng. Theo cách này thể tích phần chìm của mỗi trạng thái nghiêng được tính
bằng phép tích phân giới hạn từ 0 đến L của tàu, hàm tích phân chính là diện tích các
đường sườn vừa được đo.
Tọa độ tâm nổi được xác định cho nỗi trạng thái nghiêng, trong phương pháp này sử
dụng phương pháp Tchebyshev để tính toán
2: Phương pháp Krylov – Dargniers
Phương pháp này được mệnh danh là phương pháp giải tích kết hợp với đồ họa. Thực
phần giải tích nêu ra ở trên nhằm ca ngợi công lao của nhà khoa học Krylop – Dargniers,

)(
2
)'((
0
0
2
2/
2/





n
m
ii
L
L
Vyz
m
LxdxM
13

phương pháp Krylop- Dargnies đơn giản và cho kết quả tương đối chính xác cho các tàu
có thể tích phần ngâm nước và phần phía trên đường nước tương đối bằng nhau. Phương
pháp này có trình tự tính toán như sau:
 Vẽ sườn Tchebyshev ( cả hai phía mạn) ;
 Dựng đường nước ban đầu ( φ = 0
0
) WL

0
;
 Qua tâm S
0
của đường nước ban đầu vẽ đường nước ban đầu vẽ đường nước
phụ thứ nhất WL’
1
dưới góc nghiêng ∆φ( lấy bằng 10
0
hoặc 15
0
) như trên
hình 2.3

Hình 2.3 : Phương pháp Krylop_ Dargnies
Tìm khoảng cách từ tâm đường nước phụ S’
1
đến C
0
: η
1
theo công thức
η
i
=
1
2
)(
)(
22

22
ii
i
i
ba
ba




;
a
i
, b
i
được xác định như hình 2.4
14


Hình 2. 4: Xác định các giá trị a,b
 Đo trên đường WLn
0
một đoạn
00
SO
=
1
2
η
1

;
 Qua O
0
dựng đường song song với WL’
1
. Đường này chính là đường nước thể tích
tương đương WL’
1
; từ S’
1
hạ đường vuông góc xuống WL’
1
. S
1
là trọng tâm của
WL’
1
;
 Đường nước phụ WL’
2
vẽ qua điểm S
1
, đường nước phụ WL’
3
sẽ vẽ qua S
2
và cứ
tiếp tục như vậy cho đến hết;
 Tính các giá trị r(φ) bằng phương pháp tích phân gần đúng
 Tính các giá trị y

c
, z
c

 Tính cánh tay đòn ổn định tĩnh l(φ) và động d(φ),
 Tính giá trị ε theo công thức
ε
i
=
1
2
 
 
 

 



ii
tp
ii
ba
ba
22


Trong đó a, b là hoành độ của các đường nước thể tích tương đương thực tế đo từ điểm
A chân đường vuông góc hạ từ điểm S
0

xuống đường nước đó. Mômen quán tính diện
tích đường nước, bán kính tâm nghiêng tính theo công thức :