Tự động hóa trong thiết kế

Tự động hóa trong thiết kế

Tác giả: Nguyễn Bá Tuấn – CIMAS 

Thiết kế một công trình đòi hỏi các kỹ sư phải thực hiện rất nhiều tính toán để đạt được kết quả tối ưu. Để thiết kế một kết cấu hay một công trình riêng biệt, cách phổ biến là phác thảo một số phương án và sau đó tiến hành thiết kế sơ bộ, so sánh và đánh giá tính khả thi, hiệu quả kinh tế, thời gian xây dựng để lựa chọn phương án tốt nhất. Tuy nhiên, đối với công trình công nghiệp, đặc biệt là công trình của các nhà máy như nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa dầu và các loại nhà máy tương tự thì ngoài các yêu cầu trên, thiết kế còn đòi hỏi phải kiểm tra về sự xung đột ở mức độ rất cao và chuyên nghiệp, trong đó phải đạt được sự kết hợp hài hòa giữa kết cấu và thiết bị, các đường ống, thiết bị điều khiển, không gian hoạt động, không gian bảo trì… Vì vậy các kết cấu phải được thiết kế thật sự đơn giản, chắc chắn, kinh tế và tuyệt đối tuân theo tiêu chuẩn.

Những yêu cầu nói trên rất khó đoán trước và khó đáp ứng bởi vì các thông tin liên quan cũng như dữ liệu cho thiết kế sẽ được cung cấp và hoàn thiện dần dần trong suốt quá trình thiết kế. Nếu diện tích nhà máy đủ rộng, công nghệ tiên tiến và tổng mặt bằng được bố trí hợp l‎ý ngay từ giai đoạn thiết kế cơ sở thì vấn đề xung đột có thể được giải quyết dễ dàng hơn. Tuy nhiên, trong trường hợp diện tích xây dựng nhà máy chật hẹp, hoặc trong các dự án nâng cấp cải tạo, các kỹ sư phải làm việc vất vả hơn nhiều thì mới thiết kế được một kết cấu kinh tế, tránh xung đột và đáp ứng tất cả các yêu cầu thiết kế.

Ngày nay, một nhà máy công nghiệp thường được thiết kế và xây dựng trong một thời gian rất ngắn dựa trên các thông số kỹ thuật và yêu cầu của chủ đầu tư. Tùy theo công suất của nhà máy, thời gian cần thiết để hoàn thành một dự án từ khi bắt đầu đến khi hoàn thành xây lắp, chạy thử không tải, chạy thử có tải và đưa vào hoạt động thông thường cần từ 24 đến 36 tháng, tương đương với thời gian từ 2 đến 3 năm chứ không phải là khoảng thời gian từ 3 đến 5 năm như trước đó. Theo đó, thách thức cho các kỹ sư là làm thế nào để rút ngắn tiến độ từ 30% đến 40%. Một số giải pháp được nêu ra là tăng hiệu suất bằng cách huy động nhiều nguồn lực hơn. Tuy nhiên giải pháp mang tính cách mạng nhất là tất cả các nhiệm vụ bao gồm thiết kế, mua sắm, lắp đặt, thi công… phải được thực hiện đồng thời. Phương pháp này đòi hỏi tính chuyên nghiệp rất cao. Các bộ phận sẽ phải thảo luận và phối hợp chặt chẽ để đạt được thỏa thuận trong các phương án thiết kế. Ngoài ra, dự án cần phải có kỹ sư với trình độ cao, kinh nghiệm thực tiễn trong các lĩnh vực liên quan để xử l‎ý các tình huống cụ thể trong suốt quá trình thực hiện dự án. Trong mỗi giai đoạn thiết kế, nếu việc lựa chọn và mua sắm thiết bị không đúng tiến độ dự kiến hoặc không phù hợp, nó sẽ gây ra sự chậm trễ hoặc thay đổi sau đó, và tất nhiên, tác động tiêu cực đến chi phí, tiến độ và chất lượng của sản phẩm.

Với một khối lượng lớn các tính toán phức tạp, việc thiết kế không thể thực hiện được nếu không có sự hỗ trợ của các phần mềm ứng dụng để tính toán thay cho bộ não hạn chế của chúng ta. Tại Việt Nam, việc áp dụng các phần mềm ứng dụng, công nghệ cao, máy móc hiện đại… đã được phổ biến rộng rãi trong những năm gần đây, đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận tải, xây dựng cầu, đường hầm hoặc xây dựng công trình nhiều tầng tại các thành phố lớn. Tuy nhiên hiện tại, việc thiết kế xây lắp các dự án nhà máy công nghiệp chưa có nhiều đột phá. Có lẽ nguyên nhân là do cuộc khủng hoảng kinh tế toàn cầu khiến nhiều dự án đình trệ, do đó nhiều công ty do dự triển khai đầu tư.  Tam giác về sự tương tác giữa chất lượng, tiến độ và thay đổi luôn luôn là thách thức đối với kỹ sư trong tất cả các dự án. Các công việc xây dựng luôn phải được hoàn thành đầu tiên trong khi thông tin thiết kế luôn luôn được cập nhật và thậm chí thay đổi. Vì vậy, các kỹ sư không thể tránh được vòng lặp đi lặp lại trong việc thiết kế. Về vấn đề này, tiêu chuẩn hóa và tin học hóa giúp đơn giản hóa bản vẽ kỹ thuật, giảm thiểu sai sót, hạn chế ảnh hưởng khi thay đổi, rút ​​ngắn thời gian thiết kế và tối ưu hóa công việc thiết kế. Các phần mềm ứng dụng giúp thiết kế tiết kiệm rất nhiều thời gian tính toán và hỗ trợ người thiết kế làm ra sản phẩm với độ chính xác cao. Công việc mà người kỹ sư phải làm là thu thập và quản lý thông tin, kiểm soát đầu vào, xác nhận các kết quả đầu ra, bằng cách này người thiết kế có thể dễ dàng tìm thấy những điểm không hợp lý và lặp lại bước này cho đến khi đạt được kết quả tốt nhất.  Việc thành lập các tiêu chuẩn thiết kế, hướng dẫn thiết kế, ghi chú thiết kế, sổ tay hướng dẫn thiết kế, ứng dụng của phần mềm… là một phương pháp cực kỳ hiệu quả để hệ thống kiến ​​thức và kinh nghiệm của công ty thông qua quá trình hoạt động và phát triển. Bằng cách này, công việc giảng dạy và đào tạo cũng đạt được hiệu quả cao hơn. Dự án chủ đạo thường bao gồm cả những kỹ sư giàu kinh nghiệm và những kỹ sư trẻ. Do đó, các kỹ sư trẻ sẽ có cơ hội được đào tạo dựa trên công việc thực tiễn và tích lũy được kinh nghiệm thông qua những phần việc họ tham gia. Sau vài tháng, các kỹ sư trẻ có thể am hiểu và áp dụng đúng các tiêu chuẩn, sử dụng thông thạo phần mềm và bắt đầu tham gia vào các dự án.

Hiện nay các phần mềm đã thân thiện với người sử dụng hơn nhờ vào công nghệ 3D. Tất cả những hạng mục cấu thành một nhà máy bao gồm cả kết cấu, công trình, máy móc, thiết bị, đường ống dẫn, đường bộ… đều được mô hình hóa. Từ mô hình, các kỹ sư có thể ước tính tiến độ công việc được hoàn thành. Một khi tất cả các thành phần được mô hình hóa và đặt đúng vị trí, các kỹ sư sẽ tiến hành kiểm tra để tìm ra xung đột, phát hiện sai sót (nếu có) và điều chỉnh cho hợp lý. Rõ ràng, thay đổi trên mô hình dễ dàng hơn, nhanh hơn và kinh tế hơn so với việc thay đổi sau khi đã thi công. Từ mô hình 3D, người thiết kế có thể xuất ra bảng khối lượng vật tư phục vụ cho yêu cầu báo giá hay mua sắm bất cứ lúc nào.

Có thể nói rằng với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin, công việc thiết kế có thể được thực hiện nhanh hơn, kinh tế, và chính xác hơn mặc dù các tiêu chuẩn khác nhau từ nước này sang nước khác, các yêu cầu ngày càng cao hơn và luôn luôn được định kỳ sửa đổi. Các yêu cầu của tiêu chuẩn luôn luôn được tính toán và giải quyết bởi phần mềm chuyên dụng. Bên cạnh ứng dụng các phần mềm thương mại chẳng hạn như phần mềm phân tích kết cấu, phần mềm kiểm tra liên kết mối nối, phần mềm thiết kế móng, phần mềm triển khai bản vẽ chế tạo, phần mềm mô hình 3D… các công ty thiết kế cũng thiết lập bộ phận nghiên cứu và phát triển (R & D) để nghiên cứu và khai thác các tính năng hữu ích của phần mềm. Ngoài ra nhóm R & D cũng nghiên cứu viết thêm các chức năng bổ sung hoặc thậm chí viết thêm phần mềm mới để làm cho các phần mềm thương mại được sử dụng thường xuyên hơn, hiệu quả hơn và liên kết tất cả các phần mềm với nhau để tự động hóa trong công việc thiết kế.

Share this post