Tài liệu MỘT GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG CỦA CÔNG ĐỌAN HÀN VỎ TÀU VỚI ROBOT TỰ HÀNH TRÊN ĐƯỜNG RAY pdf

MỘT GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG CỦA
CÔNG ĐỌAN HÀN VỎ TÀU VỚI ROBOT TỰ HÀNH TRÊN ĐƯỜNG RAY
A METHOD FOR INCREASING PRODUCTIVITY AND QUALITY OF WELDING
PROCESS IN SHIPBUILDING INDUSTRY WITH AUTONOMOUS MOBILE
ROBOT ON RAILWAY.
Ngạc Bảo Long*, Lê Hoài Quốc**
*Department of Tank and Armour, Vin Hem Pich college of technology
**Department of Mechanical Engineering,
University of Technology, Vetnam National University - HCM city

Tóm tắt
: Năng suất và chất lượng là vấn đề quan tâm hàng đầu hiện nay của các nhà sản xuất. Để đảm bảo
được yêu cầu này cần thiết phải ứng dụng các tiến bộ của khoa học kỹ thuật, tự động hóa các công đoạn
sản xuất. Cụ thể là ứng dụng các robot công nghiệp cho các nhiệm vụ khác nhau. Bài viết này bàn về một
giải pháp nhằm nâng cao năng suất và chất lượng của công đoạn hàn trong công nghệ đóng tàu với robot
trên đường ray.
Abtract
: Nowaday productivity and quality are the most remarkable target of manufaturers. To obtain
this requirements, it needs to apply the new advance of technology and science. Specifically is apply
industry robots with difference tasks. This paper discusses about the solution which improves productivity
and quality of welding process in shipbuilding industry with autonomuos mobile robot on railway.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Hiện nay, việc ứng dụng nhanh các tiến bộ kỹ
thuật vào sản xuất ở các ngành công nghiệp là
một nhu cầu cấp bách, đặc biệt là ứng dụng kỹ
thuật tự động hóa trong các nhà máy công
nghiệp. Nhiều ứng dụng đã đem lại hiệu quả rất
to lớn, tăng năng suất lao động, nâng cao chất
lượng sản phẩm. Tuy nhiên, việc nghiên cứu
ứng dụng chưa đều trong các lĩnh vực khác

nhau. Ở lĩnh vực đóng tàu việc ứng dụng các
robot trong các công đoạn sản xuất ở các nước
đang phát triển còn rất hạn chế. Trong công
nghệ đóng tàu có rất nhiều công đoạn có thể tự
động hóa được, mức độ tự động hóa trong các
công đoạn có nhiều mức khác nhau tuỳ từng
quốc gia và trang thiết bị của mỗi nhà máy. Sau
đây chúng tôi sẽ trình bày tóm tắt về công nghệ
đóng tàu và các khái niệm cơ bản của nó. Bài
báo này đề xuất một giải pháp tự động hóa trong
công việc hàn vỏ tàu.
1. TÓM TẮT VỀ CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU
a. Các khái niệm cơ bản: (xem hình 1)
Để đảm bảo cơ giới hóa công tác chế
tạo vỏ, tạo khả năng hợp lý hóa dây chuyền sản
xuất, các kết cấu thân tàu thủy được phân thành:
chi tiết, cụm chi tiết, tổng phân đoạn.
- Chi tiết là một bộ phận kết cấu không thể phân
chia thường được chế tạo bằng cách gia công
các tấm hoặc thép hình bằng đột, dập, cắt…
- Cụm chi tiết là một bộ phận của phân đoạn
hoặc kết cấu của thân tàu được lắp ráp từ hai
hoặc nhiều chi tiết riêng biệt.
- Phân đoạn là một bộ phận công nghệ cuối
cùng của thân tàu thủy hoặc của một kết cấu
riêng biệt của thân tàu thủy (đáy, mạn, boong).

Hình 1: Chia phân đoạn thân tàu theo chiều dọc
a)Các phân đọan phẳng nằm so le; b. Các phân
đoạn phẳng không nằm so le(tổng đoạn);
c.Phương pháp chia hỗn hợp.
1. Phân đoạn boong; 2. Phân đoạn mạn; 3. Phân
đoạn đáy; 4. Phân đoạn mũi; 5. Phân đoạn lái.








Có phân đoạn thẳng và phân đọan khối.
+ Các phân đoạn phẳng tiêu biểu nhất
là phân đoạn vách dọc, vách ngang, phân đoạn
mạn phân đoạn vách dọc, vách ngang, phân
đoạn mạn phân đoạn bong và phân đoạn đáy
đơn.
+ Phân đoạn khối được chế tạo từ các
phân đoạn phẳng và các cụm chi tiết. Phân đoạn
khối điển hình là phân đọan đáy đôi, phân đọan
mũi, phân đoạn lái hoặc hầm sâu…
- Tổng đoạn là một tập hợp kết cấu lớn bao gồm
các phân đoạn phẳng và phân đoạn khối kết hợp
lại. Các tổng đoạn của hàn tàu thường được

phân ranh giới với nhau bằng những mặt phẳng
vuông góc với mặt phẳng dọc tâm tạo nên một
đường bao phẳng thuận tiện cho việc lắp ráp .
Xem hình 1b.
b. Các phương pháp lắp ráp thân tàu:
xem hình 2
Trên triền đà thân tàu được lắp ráp theo
một trong hai phương pháp sau: phương pháp
phân đoạn và phương pháp tổng đoạn.
* Phân pháp phân đoạn:
Trong phân đoạn này có các phương
pháp hình chóp, phương pháp ốc đảo hoặc
phương pháp xây tầng
- Phương pháp hình chóp: tàu được lắp
ráp từ những phân đoạn phẳng và những phân
đoạn khối thành hình chóp theo chiều dài thân
tàu. Phương pháp lặp đặt các phân đoạn được
tiến hành lần lượt từ trong ra ngoài về hai phía
mũi, lái và lắp ráp đồng thời cả về phía chiều
cao cho tới boong tàu. Vị trí của hình chóp đầu
tiên trên thân tàu cũng như vị trí của các phân
đọan tạo nên hình chóp đó phải lựa chọn sao
cho thời gian đóng tàu là ngắn nhất. Nhược
điểm của phương pháp này là diện tích làm việc
hẹp do đó tiến độ thi công chậm. Hình 2a
- Phương pháp ốc đảo: Phương pháp
này khắc phục được nhược điểm của phương
pháp hình chóp bằng cách xây dựng chiều hình
chóp dọc theo chiều dài thân tàu. Phương pháp
ốc đảo cho phép sử dụng tốt chiều dài của triền

trong trường hợp con tàu ngắn hơn chiều dài
triền; tận dụng khoảng dư để xây dựng một ốc
đảo cho con tàu tiếp theo. Sau khi lắp ráp xong
các ốc đảo thường tiến hành lắp ráp các phân
đoạn đệm. Hình 2c.
- Phương pháp xây tầng: trước hết ta lắp
đặt toàn bộ các phân đọan dưới cùng trên một
dọc chiều dài thân tàu rồi sau đó tiến hành đến
các phân đoạn trên, cuối cùng là phân đoạn
boong trên, phân đoạn mũi và phân đoạn lái.
* Phương pháp tổng đoạn:
Trong phương pháp này tàu được phân chia
thành những tổng đoạn như hình 2d. Phương
pháp này đảm bảo diện tích làm việc lớn lại
đảm bảo thời gian lắp ráp con tàu cho tới khi hạ
thủy trên triền ngắn và đảm bảo biến dạng hàn ít
nhất.
Trong phương pháp tổng đoạn trình tự
lắp ráp các tổng đoạn tùy thuộc vào hướng đưa
các tổng đoạn lên triền. Nếu đưa tổng đoạn lên
triền từ hai phía, thì lắp đặt đầu tiên là tổng
đoạn giữa và lần lượt ra dần hai phía, nếu tổng
đoạn đưa từ một phía thì trình tự lắp đặt tùy
thuộc vào cách hạ thủy và hướng vào triền.
Tổng đọan đầu tiên được định vị một cách chính
xác nhờ dấu vạch sẵn trên triền, tiếp đó lắp tổng
Hình 2: Các phương pháp lắp ráp thân tàu trên
triền đà theo mặt phẳng, dọc.
a.Phương pháp hình chóp; b. Phương pháp xây
tầng; c.Phương pháp ốc đảo; d.Phương pháp t

ổng
đoạn (các số trên hình biểu thị trình tự lắp đặt)

đoạn đầu. Sau khi cắt bỏ lượng dư, vát mép hàn,
chúng được kéo sát vào nhau và hàn.

Hình 3. Sơ đồ quá tình công nghệ chế tạo tàu
thủy
Chạy thử,

nghiệm thu tàu
Cắt
Xếp loạI phân nhóm
Uốn
Cắt
Vạch dấu
Sơn lót chống gỉ
Đánh sạch
Nắn phẳng
Trang hitết bị
máy móc

Gia công các chi tiết
phi kim loạI, nhôm
Gia công thép
tấm,thép hình
Chế tạo các chi
tiết dạng ống
Kho
Sơn hoàn chỉnh
Hoàn chỉnh HT
đường ống , điện
Lắp ráp các trang
thiết bị máy móc
Đưa tàu xuống nước
Lắp ráp thân tàu
Chế tạo tổng đoạn
Nguyên vật liệu
nhập
Số liệu từ

nhà phóng
mẫu
Chế tạo phân đoạn
Trang trí đồ mộc
2. KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ ĐÓNG TÀU Ở
VIỆT NAM
Qua tìm hiểu một số nhà máy đóng tàu
ở Việt nam cho thấy, công nghệ đóng tàu ở Việt
nam cũng áp dụng các phương pháp đóng tàu
trên thê giới. Tuy nhiên ở từng nhà máy tuỳ theo
khả năng công nghệ và các trang thiết bị trợ
giúp có sẵn trong nhà máy, tuỳ theo trọng tải
của con tàu được đóng mà người ta áp dụng các
phương pháp đóng tàu khác nhau.
a. Nhà máy đóng tàu Phú Mỹ thành phố
Hồ Chí Minh.
Đối với tàu trọng tải dưới 1000 tấn, do
tàu có kích thước nhỏ nên việc hàn nối các phân
đoạn và tổng đoạn đều do công nhân thực hiện
không tự động hóa được. Do vậy tốc độ thi công
chậm nhưng giá thành rẻ phù hợp đóng tàu nhỏ ,
đơn chiếc. Đối với tàu trên 1000 tấn thực hiện
lắp ráp theo phương pháp tổng đoạn, các phân
đoạn phẳng, các tổng đoạn lắp ráp và hàn ở các
bệ chuyên dùng tại các phân xưởng. Trên các bệ
này người ta có thể tiến hành tự động hóa việc
lắp ráp và hàn các mốI nối đối với các phân
đoạn phẳng. Khi lắp tổng đoạn với sự trợ giúp
của cần cẩu tải trọng lớn các tổng đoạn được lắp
ráp, cố định và hàn với nhau. Khe hở các mối

hàn đối đầu của các đoạn từ (2-12)mm tùy theo
phương pháp hàn nối. Hiện nay ở nhà máy việc
hàn các mối nối này là bằng tay do người công
nhân thực hiện. xem hình 4.
b. Nhà máy đóng tàu Sài Gòn. Xem
hình 5, 6.
Đối với tàu loại 4000 tấn người ta
thường tiến hành lắp ráp theo phương pháp tổng
đoạn là phương pháp hiện đại hiện nay. Các
tổng đoạn được lắp ráp và hàn tại phân xưởng
với các bệ chuyên dùng và dùng các máy hàn tự
động, bán tự động để hàn các phân đoạn phẳng.
Từ các phân đoạn phẳng và các khung xương
chế tạo thành các tổng đoạn. Sau khi có các
tổng đọan người ta đưa chúng lên triền để lắp
ráp thành những con tàu và cho hạ thủy. Việc
lắp ráp các tổng đoạn được thực hiện với sự trợ
giúp của cầu tải trọng lớn. Việc hàn nối các tổng
đoạn với nhau được thực hiện bởi các máy hàn
bán tự động, chiều dài các mối hàn này thường
là (7-10mm) đối với mạn tàu và (10-15mm) đối
với boong tàu. Hiện nay việc hàn boong tàu
được tiến hành bằng máy hàn tự động, còn đối
với hàn mạn tàu vẫn thực hiện bằng tay. Do vậy
năng suất thấp, chất lượng mối hàn không đều
phụ thuộc tay nghề và sự tập trung của người
công nhân do phải thường xuyên treo mình trên
cao khi hàn và thường xuyên tiếp giáp với ngọn
lửa hàn hồ quang. Để cải thiện môi trường làm
việc của người công nhân có thể tự động hóa

phần hàn bên ngoài mạn tàu, đồng thời cũng
nâng cao được hiệu suất công việc, chất lượng
sản phẩm. Việc tự động hóa khâu hàn mạn phía
trong là khó thực hiện được, do vướng các
khung xương và các cơ cấu, dẫn đến khoảng
cách giữa các mối hàn là quá ngắn (30-50)cm
khó khăn trong thực hiện hàn tự động hoặc nếu
có thực hiện thì năng suất không hơn nhiều so
với hàn tay.















Hình 4: Hàn tay màn ngoài của tàu

Hình 5: Hàn bán tự độn boong tàu

Hình 6: Hàn mạn ngoài của tàu
3. ỨNG DỤNG ROBOT HÀN VỎ TÀU Ở
MỘT SỐ NƯỚC
Trong những năm gần đây robot hàn
được rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Chúng
thường xuyên được hoàn thiện cả về phần cứng
và phần mềm. Các kết quả nghiên cứu này được
công bố khá nhiều trên các tạp chí của các hội
nghị quốc tế về robot và tự động hóa. Năm 1990
Y.Kanayama và các đồng sự [1] đã đề xuất một
qui luật điều khiển ổn định dùng hàm Luapunov
và đã thí nghiệm trên Robot tự hành Yamabico
– 11. Hosstmans và Dubosky đã phát triển một
phương pháp điều khiển chuyển đổi Jacobian
mở để bù trừ động lực học tương tác giữa bệ di
động và tay máy, năm 1991 [2]. Seraji đã phát
triển phương pháp điều khiển tọa độ trực tuyến
cho các robot di động, năm 1993 [3]. J. M.
Yang và J. H . Kim đề xuất phương phát điều
khiển mô hình trượt cho robot di động, 1993

[4]. Năm 2000 T. Fukao với các đồng sự đề xuất
độ điều khiển kết hợp điều khiển động học của
robot di động khi không biết trước các thông số
về bánh xe [5] . Năm 2001 V.S. Yoo và các
đồng sự phát triển giải thuật điều khiển cho tay
máy di động dựa trên phương trình chuyển động
của Lagrance [6]. Năm 2003 Chung Tấn Lâm
và các đồng sự tại đại học Pukyong, Pusan,
Korea đã phát triển giải thuật backstepping cho
mô hình robot di động bám theo đường với
USB camera [7]. Năm 2003 Trần Thiện Phúc và
các đồng sự tại đại học quốc gia Pukyong,
Busan, Korea, để xuất bộ điều khiển thích nghi
với phương pháp điều khiển backstepping cho
tay máy hàn di động trên bánh xe bám theo
đường hàn song song với mặt đất trong mặt
phẳng vuông góc với mặt đất [8]. Ngô Mạnh
Dũng và các đồng sự tại đại học quốc gia
Pukyong, Pusan, Korea đề xuất giải pháp điều
khiển backstepping cho robot hàn di động bám
theo đường hàn có dạng cong liên tục nằm trong
mặt phẳng nằm ngang [9].
Tóm lại qua phân tích về các công đoạn của
công nghệ đóng tàu và thực trạng tự động hoá
trong các công đoạn của công nghệ đóng tàu ở
các nhà máy của Việt Nam, cũng như các
nghiên cứu nhằm hoàn thiện các Robot hàn
trong công nghệ đóng tàu trên thế giới có thể
nhận thấy là:
- Ở Việt Nam việc sử dụng Robot hàn,

hay nó cách khác là hàn tự động trong
các công đoạn đóng tàu còn nhiều hạn
chế. Hiện nay chỉ mới sử dụng hàn bán
tự động các mối hàn giáp mối ở các
công đoạn chế tạo các phân đoạn
phẳng và các tổng đoạn chế tạo các
phân đoạn ở trên các bệ chuyên dùng ở
các phân xưởng. Mặt khác khi lắp ráp
hàn nối các phân đoạn và tổng đoạn
trên triền đà chủ yếu là thủ công, do
người công nhân thực hiện. Do đó
năng suất lao động chưa cao, chất
lượng chưa đều. Đây chính là nhu cầu
cần thiết phải nghiên cứu làm chủ các
tiến bộ khoa học trên thế giới nhằm
hoàn thiện việc tự động hoá các công
đoạn đóng tàu ở Việt Nam. Đặc biệt là
công đoạn hàn nối các tổng đoạn (hàn
leo), đây là một công việc đòi hỏi
nhiều nổ lực của người công nhân khi
hàn các mối hàn giáp mối của các tổng
đoạn. Trên thế giới mặt dù có khá
nhiều các nghiên cứu cả về phần cứng
và phần mềm của Robot hàn, tuy nhiên
các robot hàn này chủ yếu là dùng để
hàn các mối hàn thẳng hoặc cong trong
mặt phẳng ngang và chưa có nhiều các
nghiên cứu về robot hàn các đường hàn
trong mặt phẳng đứng.
- Với nhận xét trên đây bài viết này đề

cập tới một giải pháp tự động hoá công
đoạn hàn nối tổng đoạn thân tàu với
Robot hàn tự hành trên đường ray.

II. GIẢI PHÁP ĐỀ NGHỊ.
1. MỤC TIÊU CỦA GIẢI PHÁP:
Nghiên cứu chế tạo mô hình robot đảm bảo
độ tin cậy, đơn giản, dễ thao tác, sử dụng,
giá thành thấp, nâng cao đựơc năng xuất và
chất lượng mối hàn.
2. PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG VẾT
HÀN:
Để dẫn đường Robot di động có rất nhiều
phương pháp nhận dạng đường đi (đường
hàn), ví dụ như:
- Phương pháp đường dẫn.
- Phương pháp điểm mốc: dùng các tín
hiệu ở tại các mốc để nhận biết đường
đi. Các tín hiệu này có thể là lazer, siêu
âm, hồng ngoại…
- Trong các phương pháp nói trên chỉ có
phương pháp dẫn đường bằng đường
dẫn là phù hợp nhất. Vì phương pháp
này đơn giản giá thành thấp và đảm
bảo độ tin cậy cần thiết cho Robot.
Trong phương pháp này đường dẫn có
thể là vệt sơn phản quang, vệt băng keo
màu, hoặc là một giải từ. Đường dẫn
bố trí song song với đường hàn, robot
cảm nhận đường hàn bằng các

photodiode. Các phương pháp khác là
không phù hợp, hoặc giá thành cao.

3. CẤU TRÚC ROBOT ĐỀ NGHỊ
Có thể xem xét vài giải pháp về cấu trúc
sau đây cho robot hàn di động:
a. Tay hàn gắn trên bệ di động có gắn bánh
xe chuyển động trong mặt phẳng ngang:
phương án này không phù hợp, do khi hàn
các mối hàn theo phương thẳng đứng thì
tay máy phải khá dài để với đến hết chiều