• Thứ Năm, 25/03/2004 11:34 (GMT+7)

    Giải bài toán CAD/CAM để .. tìm những ẩn số khác


    TS Phạm Ngọc Tuấn(trái) và TS Lê Trường Tùng (phải)

    Tự động hoá nhằm hoàn chỉnh quy trình dệt Jacquard trong bối cảnh Việt Nam là một ví dụ sinh động về sự hợp tác của các chuyên viên công nghệ thông tin (CNTT) và cơ khí nhằm tìm ra giải pháp phù hợp với nhu cầu của doanh nghiệp. Sự hợp tác này đã mở ra "con đường gấm vóc" không chỉ cho các doanh nghiệp ngành dệt mà cả cho các nhà nghiên cứu trong nhịp phát triển của thị trường thời hội nhập...

    Có một thách thức mang tên "Jacquard"...
    Khoảng 20 năm trước đây, một trong những bài toán của ngành dệt, cụ thể là tự động hoá dệt Jacquard, đã thực sự cần lời giải. Bởi công nghệ dệt Jacquard có quy trình tạo mẫu và điều khiển dệt phức tạp. Loại máy dệt này được điều khiển bằng các bìa đục lỗ, còn gọi là bìa bông, để tạo ra hoa văn cho sản phẩm vải, mền len, khăn lông. Mỗi bìa bông có khoảng 1.440 lỗ. Mẫu vải thường đòi hỏi có từ vài trăm cho đến trên dưới 1.000 bìa bông. Mẫu dệt phải được chuyển thành các bìa đục lỗ rồi mắc nối bìa trên máy dệt Jacquard để điều khiển từng sợi nguyên liệu mà dệt nên thành phẩm.

    Ở Việt Nam, bìa bông thường được thực hiện bằng máy đục lỗ cơ khí, do công nhân điều khiển bằng cách phối hợp bấm các nút với mười ngón của hai bàn tay và đạp chân, trong khi mắt phải theo dõi từng bìa mẫu vốn cũng được thiết kế thủ công. Bạn thử hình dung sự mệt nhọc và căng thẳng của người công nhân khi vừa vận hành máy đục, vừa phải xem từng điểm trên bảng thiết kế bằng giấy ca-rô mà số điểm có thể lên tới hàng triệu.

    Ngoài thời gian thiết kế rất lâu, không tận dụng được các kiểu dệt cũ, không xử lý được các kiểu dệt phức tạp và không thể thay đổi mẫu mã nhanh (ví dụ với mền len, thời gian thiết kế 1 mẫu là 3-6 tháng; với vải gấm, khăn lông là 2 tuần), phương thức làm việc này vẫn thường bị sai sót dù công nhân có tay nghề cao.

    Hơn nữa, sai sót của bìa bông chỉ phát hiện được khi tiến hành dệt vải. Đã thế, năng suất của máy đục bìa thấp, không đáp ứng được nhu cầu sản xuất cần thay đổi mẫu mã nhanh chóng...

    Và có những nhà tiên phong...
    Vào năm 1989, một nhóm chuyên viên công nghệ thông tin (CNTT) tại Trung Tâm Toán - Máy Tính (Bộ Quốc Phòng) ở TP.HCM chấp nhận vào cuộc với "thách thức Jacquard", trong đó có TS Nguyễn Trọng (hiện là phó giám đốc Sở Khoa Học, Công Nghệ và Môi Trường TP.HCM; tổng biên tập PC World VN), TS Lê Trường Tùng (nay là chủ tịch Hội Tin Học TP.HCM khoá IV).

    Thách thức đặt ra với họ là khá lớn, sau khi trực tiếp khảo sát tại xí nghiệp Dệt Chăn Bình Lợi - nơi mạnh nhất và có nhiều máy dệt Jacquard nhất, cũng là nơi tập trung nhất các vấn đề của bài toán Jacquard hồi ấy. Bởi đăng ký đề tài xây dựng phần mềm thiết kế mẫu dệt Jacquard với Sở KHCN&MT TP.HCM khi đó thì Sở buộc phải hoàn... 100% vốn; còn xí nghiệp chỉ chấp nhận triển khai đề tài này với hai điều kiện: phải duy trì nguyên vẹn cấu trúc hệ thống các máy Jacquard của họ (không được thay đổi toàn bộ quy trình sản xuất), và chỉ thanh toán nếu đề tài thành công. Điều ấy có nghĩa: nhà sản xuất vừa mạnh dạn lại vừa rụt rè, cơ quan quản lý khoa học lại quá "cứng", nên toàn bộ rủi ro sẽ đổ vào các nhà nghiên cứu.

    Vậy mà họ vẫn vào cuộc. Từ nghiên cứu chuyển bản vẽ mỹ thuật sang số hoá, cho tới nghiên cứu điều khiển quy trình dệt, thiết kế các bo mạch nhận tín hiệu từ máy tính, các bộ rờ-le điều khiển hệ thống chày đục lỗ bìa... Khi đã xây dựng thành công chương trình, tín hiệu phát ra đến bộ phận đục bìa thì một sai lầm lớn được phát hiện: họ đã vấp phải... mâu thuẫn rất cơ bản là tín hiệu điện tử thì quá nhanh, còn cơ cấu cơ học cổ điển của máy dệt Jacquard lại thực hiện quá chậm. Nói cách khác, các nhà CNTT ấy đã thiếu một... cơ cấu chuyển tiếp. Vì vậy, họ đã nhờ chuyên viên Viện Cơ Học Ứng Dụng thiết kế giúp phần chuyển tiếp để tạo được sự đồng bộ giữa cơ cấu cơ học của máy Jacquard với cơ cấu điều khiển điện tử từ máy tính.

    Thành công của giải pháp cứu tại Dệt Bình Lợi đã được sự cổ vũ của một nhóm Việt kiều từ Đức về, khi nhóm này mang chương trình dệt đó ra Đà Nẵng để ứng dụng cho việc dệt thảm len (chuyển từ dệt Jacquard sang... kết thảm thành một "bức tranh" mỹ thuật).

    Trong khi đó, Dệt Bình Lợi nhờ triển khai chương trình này mà bội thu về năng suất và chất lượng sản phẩm, kể cả về tốc độ tạo các mẫu sản phẩm mới (một tuần có thể tạo 2 mẫu, so với trước đó hàng năm chẳng làm được mẫu nào). Tiếc là sau đó một sự cố đã làm cho quy trình trên không còn hoạt động được nữa, khiến nhiều người cứ ngỡ... CNTT đã chết theo máy dệt Jacquard.

    Khi CAD đi tìm CAM


            Máy đục bìa 168

    Vài năm sau, tại Vườn Ươm Sáng Tạo Kỹ Thuật Trẻ của Thành Đoàn TP.HCM, TS Lê Trường Tùng lại tiếp tục đi tìm người của ngành cơ khí để hợp lực giải bài toán mà những công ty dệt lớn như Long An, Bình Lợi, Phong Phú... đang gặp phải. Và anh đã gặp TS Phạm Ngọc Tuấn của Khoa Cơ Khí, Đại Học Bách Khoa TP.HCM.

    Như vậy, việc thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD) đã gặp được khả năng sản xuất, chế tạo với sự trợ giúp của máy tính (CAM) bởi ê-kíp mới Phạm Ngọc Tuấn - Lê Trường Tùng, và giải pháp "Hệ thống CAD/CAM thiết kế mẫu và đục bìa tự động cho các máy Jacquard dệt vải gấm và dệt khăn lông" đã khai thông dần "con đường gấm vóc Việt Nam" một cách hiệu quả.

    Nói một cách đơn giản nhất, sản phẩm gồm một máy tính và một máy đục lỗ bìa đã được hai tác giả kết hợp lại, tạo thành một công cụ sản xuất tự động, gánh vác hết những nặng nhọc cho con người với năng suất cao hơn hẳn. Lúc này, hệ chương trình phần mềm JACAD/JACAD Pro thiết kế mẫu đảm nhận toàn bộ việc quản lý công đoạn tạo mẫu, quản lý kiểu dệt, tính toán tạo bìa bông để xem và kiểm tra ngay trên màn hình máy tính, xuất dữ liệu dùng để điều khiển máy đục bìa CNC (điều khiển số bằng máy tính).

    Vấn đề được đặt ra: Đã có máy đục lỗ bìa cơ khí, đã có phần mềm tạo mẫu JACAD nên cần phải tự động hoá máy này để tạo thành một giải pháp tự động hoá hoàn chỉnh.


     


          
         Bộ bìa 12 lỗ (A) và 168 lỗ (B)

    TS Phạm Ngọc Tuấn cho biết nhóm đã đưa ra hai hướng giải quyết để bảo đảm chi phí tối thiểu: cải tiến máy đục lỗ bìa cơ khí nếu doanh nghiệp dệt đã có sẵn loại máy này; hoặc nếu không có sẵn thì chế tạo máy mới. Một máy đục lỗ bìa CNC loại 12 lỗ hoàn toàn chế tạo tại Việt Nam đã được thiết kế, thi công và đưa vào sản xuất ở xí nghiệp Dệt Lụa Toàn Thịnh.

    Giá một máy đục lỗ bìa CNC 12 lỗ chế tạo tại Việt Nam chỉ bằng 1/10 giá máy của Hàn Quốc. Các hệ thống phần mềm ngoại nhập của Hàn Quốc hoặc Đức có giá từ 25.000 USD đến 50.000 USD, song giá thành phần mềm Việt Nam chỉ bằng 1/10-1/20, lại không yêu cầu thiết bị máy tính cấu hình cao, đồng thời còn cho phép điều chỉnh tính năng phù hợp với công nghệ dệt hiện có tại doanh nghiệp.

    Nhờ tốc độ ra mẫu mã nhanh chóng nên các công ty, xí nghiệp dệt Việt Nam đã tạo được những sản phẩm mang tính thời trang hơn và ngày càng nâng cao uy tín về sản phẩm Việt Nam chất lượng cao. Bạn hẳn đã từng xuýt xoa chiêm ngưỡng những chiếc áo dài gấm Thái Tuấn quý phái với họa tiết, hoa văn nổi; hay đơn giản chọn mua loại khăn lông có bông nổi của Việt Nam. Những chi tiết này không chỉ là "hoa" của cuộc sống mà còn là kết tinh của cả một quá trình lao động nhọc nhằn của bao người để dệt nên tương lai cho việc... tự động hoá trong ngành dệt.

    Có thể nói giải pháp này không chỉ giải bài toán cho thực tế sản xuất mà còn nêu bật ý nghĩa song hành của CAD/CAM. Đánh giá về giải pháp, TS Tuấn cho rằng đó chỉ là một ví dụ nhỏ về khả năng ứng dụng của CAD/CAM nhưng rất tâm đắc về ý nghĩa của nó: sản phẩm mang đầy đủ ý CAD/CAM về cả tính chất học thuật và hiệu quả thực tế. Anh khẳng định: "Năng suất là chìa khoá sản xuất và CAD/CAM là chìa khoá của năng suất".

    Bên cạnh các đơn đặt hàng từ nhiều doanh nghiệp dệt còn có cả một sự khẳng định khác từ phía xã hội: giải pháp của các anh đã được trao Giải Nhất của Hội Thi

    Sáng Tạo Kỹ Thuật TP.HCM năm 2000.

    Thị trường sinh ra... thị trường


       
           Máy đục bìa 12 lỗ CNC

    Hiện thời, máy dệt Jacquard dùng bìa 12 lỗ vẫn còn dùng chủ yếu trong các doanh nghiệp dệt nước ta (trên 90%). Tuy nhiên, để theo kịp với thế giới, một số doanh nghiệp cũng đã có máy dệt thế hệ mới dùng bìa liên tục (168 lỗ).

    Vì vậy, trong báo cáo công trình, TS Tuấn gửi gắm ước mong của mình: "Giải pháp này là bước đầu để mở ra những hướng nghiên cứu sâu và rộng hơn trong lĩnh vực dệt Jacquard tại Việt Nam".

    Và quả thật, ê-kíp Phạm Ngọc Tuấn - Lê Trường Tùng đã "thừa thắng xông lên", chinh phục luôn công nghệ Jacquard 168 lỗ với giá rất... Việt Nam: 7.500 USD cho máy và khoảng 3.000 USD cho phần mềm. Trong khi đó, Hàn Quốc chào giá máy đến 50.000 USD, kèm theo phần mềm giá 35.000 USD. Tự bản thân những con số này đã nói lên nhiều điều.

    Theo nhận định của TS Tuấn, loại máy dệt dùng bìa 168 lỗ sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn. Được biết hiện nay, Dệt Phong Phú đang dùng máy của các anh để dệt mặt hàng khăn lông cao cấp xuất khẩu.

    Một hướng đi khác mà TS Tuấn, hiện là phó trưởng khoa Khoa Cơ Khí (ĐH Bách Khoa TP.HCM) đang nghiên cứu: máy dệt Jacquard không dùng bìa mà do phần mềm điều khiển trực tiếp (máy CNC). Hiện thời, loại máy CNC này quá đắt (giá mỗi máy có thể đến 70-75 ngàn USD) và cũng rất hiếm, ví dụ Dệt Thái Tuấn có 10 cái chỉ để dệt ra mẫu, trong khi có 300 máy dệt truyền thống.



    Máy đục bìa 12 lỗ CNC chế tạo mới

    Nhìn chung, thị trường cho các giải pháp CAD/CAM có rất nhiều triển vọng. Ví dụ giải pháp cho mặt hàng truyền thống của Việt Nam đang đi khắp thế giới là thổ cẩm; đơn giản nhất thì các công ty dệt nổi tiếng vẫn cần đến khả năng dệt biên vải với logo, nhãn hiệu và đặc trưng riêng để chống làm giả, giải quyết tự động họa tiết dệt (không chỉ là ma trận khoảng 1000x1000 như hiện nay, mà có thể là cả một... con rồng chạy hết chiếc áo dài chẳng hạn), rồi phần mềm thể hiện không gian ba chiều mẫu thiết kế, hay cao cấp hơn là hệ thống CAM để thực hiện việc pha màu tự động...

    Hàng hoá ngày càng đa dạng, vòng đời ngắn hơn, sản phẩm ngày càng tinh xảo hơn, yêu cầu thời gian hiện thực nhanh hơn... Đặc biệt, trong bối cảnh các doanh nghiệp muốn làm ăn với thị trường Mỹ, chúng ta sẽ còn phải giải quyết nhiều bài toán khác để đủ sức cạnh tranh. Thế giới đang thực hiện những hướng thiết kế như thiết kế tới (forward designing), thiết kế lui (reverse designing), hay thiết kế tức thời (just-in-time designing). Chúng ta cần tìm lấy con đường riêng của mình để hội nhập.

    Những lĩnh vực ứng dụng của CAD/CAM nói riêng và CNTT nói chung phải nhận dạng được khách hàng và lãnh địa của mình. Chắc chắn sự thành công và cả những kinh nghiệm của e-kip tự động hoá quy trình dệt Jacquard đã tạo nên một "tiền lệ" quý: các nhóm chuyên gia CNTT, cơ khí, điện - điện tử và điều khiển tự động, cùng công nghệ chuyên ngành cần phối hợp nhịp nhàng để đưa ra giải pháp tích hợp có hàm lượng tri thức cao nhất.

    Công nghệ phải hướng vào khách hàng, giải pháp tích hợp cũng phải tìm ra đúng địa chỉ doanh nghiệp có nhu cầu. Nói cách khác, giải bài toán CAD/CAM chính là để giải những bài toán khác.

    Trung Hải
    Rạng Đông

     

    ID: B0205_29