Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm

160 trang phuongnguyen 1890

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

phan_tich_dao_dong_tu_nhien_cua_ket_cau_tam_bang_thuat_toan.pdf

Nội dung text: Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm

. Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm Trịnh Công Luận1, Nguyễn Trọng Phước2 1 Bộ môn Kết cấu Công trình, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, Số 01 Võ Văn Ngân, Quận Thủ Đức, TPHCM. Email: trinhcongluan224@gmail.com 1 Bộ môn Sức bền Kết cấu, Trường Đại học Bách Khoa TPHCM, Số 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, TPHCM. Email: ntphuoc@hcmut.edu.vn Tóm tắt Bài báo trình bày thuật toán nội suy hướng tâm một chiều (One-dimensional Radial Basis Function Networks - 1D-IRBFN) trong phương pháp không lưới để phân tích dao động tự nhiên của một số dạng kết cấu tấm. Trong thuật toán nội suy hướng tâm, các hàm cơ bản được áp dụng trên các đường lưới nút để xấp xỉ các đạo hàm của hàm chuyển vị của tấm. Việc áp đặt điều kiện biên của kết cấu được thực hiện một cách hiệu quả nhờ đưa vào các hằng số tích phân trong quá trình thiết lập thuật toán. Các dạng tấm được phân tích gồm có: tấm dày đồng chất dùng lý thuyết biến dạng trượt bậc nhất, tấm làm bằng vật liệu phân lớp chức năng (Functionally Graded Material - FGM) với độ dày và sự phân phối vật liệu khác nhau. Kết quả phân tích cho thấy rằng thuật toán nội suy hướng tâm khi áp dụng trong phương pháp không lưới có một số ưu điểm như dễ áp dụng, tránh sự suy biến khi lấy vi phân và độ chính xác tốt. Từ khóa: Dao động tự nhiên, phương pháp không lưới, thuật toán nội suy hướng tâm, vật liệu phân lớp chức năng. 1. Giới thiệu Phân tích dao động tự nhiên của tấm đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực thiết kế cơ khí, xây dựng và hàng không Phân tích dao động của tấm là bước khởi đầu nhằm hiểu được các đặc trưng động lực học, để sau đó tìm ứng xử động của tấm. Bài toán này đã và đang thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học.Việc phân tích dao động của các loại vật liệu composite như FGM bằng các phương pháp giải tích gặp rất nhiều khó khăn do sự phức tạp của bài toán và vật liệu. Do đó các phương pháp số thường được sử dụng trong bài toán này. Các phương pháp số truyền thống cần thiết phải sử dụng lưới để có lời giải xấp xỉ cho phương trình vi phân đạo hàm riêng: có thể là lưới miền trong các phương pháp miền như phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method), phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) , hoặc lưới biên với các phương pháp biên như phương pháp phần tử biên (Boundary Element Method). Trong nhóm này, có khó khăn chính là việc xây dựng lưới tốn khá nhiều công sức và lưới phải đủ mịn để thu được lời giải thỏa đáng. Trong những năm gần đây, lĩnh vực cơ học tính toán xuất hiện nhóm các phương pháp không lưới giúp loại bỏ sự cần thiết sử dụng lưới hoặc giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới. Trong phương pháp không lưới, (Kansa,1990) đề xuất thuật toán dựa trên các hàm cơ bản để giải các phương trình vi phân đạo hàm riêng; các kết quả cho thấy thuật toán nội suy hệ thống hàm cơ bản đạt độ chính xác cao cho việc xấp xỉ các hàm và đạo hàm của chúng trong cả trường hợp sử dụng lưới tọa độ hoặc sử dụng các điểm
2 Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm phân tán; đây được gọi là thuật toán nội suy hàm trực tiếp (Direct Radial Basis Function Network - DRBFN), có nghĩa là dùng hàm cơ bản để xấp xỉ trực tiếp các hàm chuyển vị. Đã có nhiều tác giả sử dụng thuật toán nội suy hàm trực tiếp để phân tích dao động của các loại tấm composite. Ferreira và cộng sự (2005) đã dùng thuật toán nội suy hàm cơ bản để phân tích dao động tự do của tấm vật liệu composite nhiều lớp có độ dày trung bình. Ferreira và Fashauser (2005) dùng thuật toán nội suy hàm cơ bản không đối xứng của Kansa để phân tích dao động tự do của dầm Timoshenko và tấm Mindlin. Liew (2004) đã đề xuất phương pháp p- Ritz có độ chính xác cao, nhưng gặp khó khăn trong việc chọn hàm cơ bản thích hợp cho các bài toán phức tạp. Karunasena (1996,1997) khảo sát tần số dao động của tấm 4 cạnh bất kì và tấm tam giác tổng quát với các tổ hợp điều kiện biên bất kì, sử dụng phương pháp Rayleigh-Ritz kết hợp với lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất. Liew (2003) sử dụng phép cầu phương sai phân để phân tích tần số dao động của tấm vuông, tấm tròn và tấm xiên với các điều kiện biên khác nhau. Phương pháp không lưới dựa trên việc sử dụng xấp xỉ các phần tử hạt để phân tích dao động và ổn định của tấm biến dạng cắt được thực hiện bởi Liew (2004). Ngoài thuật toán xấp xỉ hàm trực tiếp, hướng xấp xỉ hàm gián tiếp cũng có nhiều nghiên cứu liên quan. Mai-Duy Nam và Tran-Cong Thanh (2007) đã đề xuất sử dụng thuật toán xấp xỉ hàm gián tiếp (Indirect Radial Basis Function Network - IRBFN) xây dựng hệ thống hàm cơ bản xấp xỉ các hàm và đạo hàm của chúng để giải các phương trình vi phân. Trong nghiên cứu này, việc sử dụng phép tích phân thay cho vi phân để xây dựng các hàm cơ bản xấp xỉ cải thiện đáng kể sự ổn định và độ chính xác của lời giải; các kết quả số chỉ ra rằng thuật toán xấp xỉ hàm gián tiếp đạt được kết quả chính xác hơn nhiều so với thuật toán xấp xỉ hàm trực tiếp. Tiếp đó Mai-Duy Nam và Tanner (2007) đã đề xuất phương pháp sử dụng thuật toán tích phân hệ thống hàm cơ bản một chiều (1D-IRBFN) để giải các phương trình vi phân đạo hàm riêng cấp 2 và cấp 4; phương trình chủ đạo được thiết lập cho các điểm nút để tìm được các tần số và dạng dao động của bài toán tấm. Ngo-Cong Duc (2011) đã áp dụng thuật toán 1D-IRBFN để phân tích tần số dao động tự nhiên của tấm composite nhiều lớp đối xứng. Bài báo trình bày cơ sở lý thuyết của thuật toán nội suy hướng tâm một chiều 1D-IRBFN để có thể áp dụng cho việc phân tích dao động tự nhiên của tấm. Tiếp đó, phương trình chủ đạo của tấm vật liệu phân lớp chức năng được biểu diễn thông qua các phép biến đổi của thuật toán được thiết lập. Một số ví dụ phân tích đối với kết cấu tấm Mindlin đồng nhất và tấm phân lớp chức năng FGM theo lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất với các điều kiện biên khác nhau và sự phân phối vật liệu khác nhau được khảo sát dựa trên thuật toán này. Kết quả của bài báo được so sánh với kết quả đã công bố của tác giả khác cho thấy có độ tin cậy. Phần cuối bài báo nêu một số kết luận về khả năng ứng dụng của thuật toán và một số lưu ý khi sử dụng thuật toán này. 2. Cơ sở lý thuyết Phần tiếp theo của bài báo thể hiện hệ phương trình chủ đạo của bài toán dao động của kết cấu tấm phân lớp chức năng theo lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất. Sau đó, cơ sở lý thuyết của thuật toán được trình bày, các biểu thức áp dụng cho bài toán tấm với thuật toán 1D-IRBFN được áp dụng để đưa hệ phương trình về dạng ma trận. 2.1. Phương trình dao động của tấm FGM theo lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất Phương trình chủ đạo của bài toán dao động của tấm FGM được thể hiện như sau
Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm 3 2 2u  2 u  2 v 22     AA AA Bxx B BB y IuI   11 66 12 66 11 66 12 66 0 1 x x2  y 2  x  y  x 2  y 2  x  y 22 2u  2 v  2 v 2     AA A A BB x Byy B IvI   12 66 66 22 12 66 66 22 0 1 y x  y  x2  y 2  x  y  x 2  x 2 22ww  AAAA x y I w 55 44 55 44 0 x22  y  x y (1) 2 2u  2 u  2 v w 22     BB BB AD xx D  ADDy  IuI  11 66 12 66 55 11 66 55xx 12 66 1 2 x2  y 2  x  y  x  x 2  y 2  x  y 22 2u  2 v  2 v w 2     BBBBADDDDAI x yy  vI  66 12 66 22 44 66 12 66 22 44 y 12y x  y  x2  y 2  y  x  y  x 2  y 2 trong đó 10 EE zz  10 EG 10, 2 1  2 1  0 1 0 0 1  / 2 t////2 t 2 t 2 t 2 A Edz, B Ezdz , D Ez2 dz , A Gdz S t////2 t 2 t 2 t 2 2.2. Thuật toán IRBFN trên một đường lưới Xét 1 đường lưới gồm Nx nút dọc theo phương x, như trong hình y Ny(j) 1. Đạo hàm cấp 2 của các biến chuyển vị được xấp xỉ bằng các hàm cơ bản, sau đó các hàm cơ bản Điểm bên trong được tích phân một lần rồi hai lần (ip)Điể m trên biên để có được đạo hàm cấp một của (j) Nx(j)(ip) chuyển vị và chuyển vị của các điểm nút (Ngo-Cong Duc, 2011). O (j) x Hình 1. Lưới nút cho bài toán tấm 2 [[jj]] NNxx  ux i ()i i i 2 wwH2 x g x x ii 11 [j ] N x ux i ()i  w H1 x c1 x i 1 [j ] (2) N x ()()ii u x  w H0 x c12 x c i 1
4 Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm  j j N x trong đó N  chỉ số nút của đường lưới thứ [j]; w i  là trọng số các hàm cơ bản, x i 1 [][]jj NNxx g ii x H x là các hàm cơ bản đã biết, ví dụ đối với hàm cơ bản là hàm ii 11 2  2 multiquadric thì gii x x x i a()2 - a(i) là bề rộng hàm cơ bản; 2 ()()()()()i i i1 i i i 2 Hx12 Hxdgxd x= x xx xx a     2 2 1 ()()()()i22 i i i aln x x x x a 2 11 22 Hx()()()()()()i Hxd ix= gxd i x xx i a i22 xx i a i 02   63 (3) 22 1 ()()()()()i i22 i i i x x aln x x x x a 2 c1 và c2 là các hằng số tích phân . Biểu diễn các thành phần chuyển vị theo trọng số và hằng số ˆ ˆ w tích phân: uˆ = H. (4) hay dưới dạng ma trận cˆ w1 HHH121 1N x 1 0 0  0 x1 1 w2 12 N x HHH2 2 2 x (5) uˆ x 0 0  0 2 1  w       N x HNHNHN12 N x x c 0 x 0 x  0 x N x 1 1 c2 [j] [j] trong đó Hˆ là ma trận kích thước N x( N +2) với các thành phần được tạo ra từ các hàm cơ x x T T  j  j ˆ  j i 22 N x 12 N x ˆ T bản Hij H 0 (x ) , uˆ u, u u , wˆ w, w w và c cc12, . Từ đó, các thành phần đạo hàm của chuyển vị theo biến chuyển vị được biểu diễn 2  ux  j H12 x H x HN x x Cˆ -1 .uˆˆ D u 2 2 2  2 00 2x x (6) ux  j 11 N x ˆ -1 H1 x H 1 x H 1 x C .uˆˆ D 1x u x  1 0 j trong đó D và D là các vector có độ dài N  , xây dựng từ hàm cơ bản được chọn, với lưu ý 2x 1x x mỗi giá trị của x tương ứng với một giá trị của đạo hàm tại một điểm nút. Do đó tập hợp tất cả 2ux ux các giá trị và tại các nút trên đường lưới (j) sẽ được biểu diễn x 2 x 2 u j u j j j Dˆˆ uˆˆ; D u . Dˆ và Dˆ là các ma trận kích thước N  x N  . xx2 2x1 x 2x 1x x x
Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm 5 Tương tự, giá trị các đạo hàm theo trục y 2 u j u j j j Dˆˆ uˆˆ; D u . Dˆ và Dˆ là các ma trận kích thước N  x N  . yy2 2y 1y 2y 1y y y 2.3. Biểu thức các hàm nội suy IRBFN trên toàn bộ miền tính toán. Giá trị của các đạo hàm cấp 2 và cấp 1 của chuyển vị theo biến x tại các điểm nút trên toàn bộ miền tính toán được biểu diễn 2uu D u; D u (7) xx2 2x1 x trong đó T u u(1) ,u (2) u (N) ; T T 2u  2 u(1)  2 u(2)  2 u(N)  u  u(1)  u(2)  u(N) , , , ; , , x2  x 2  x 2  x 2  x  x  x  x   D2x và D1x là các ma trận kích thước NxN (N là tổng số nút của miền tính toán). Tương tự, đạo hàm cấp 2 và đạo hàm cấp 1 của chuyển vị u theo y tại các điểm nút trên miền tính toán 2uu D u; D u (8) yy2 2y 1y và đạo hàm của chuyển vị theo 2 biến 2  u1      D2xy u D 1x D 1y D 1y D 1x u (9) x y 2      Đối với bài toán tấm hình chữ nhật, các ma trận DDDDD1x,,,, 1y 2x 2 y 2 xy có thể được tính ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ toán từ DDDDD1x,,,, 1y2 x 2 y 2 xy bằng cách sử dụng các tích tensor Kronecker như sau (Ngo- Cong Duc, 2011). 2uu DuD ˆˆ  Iu;  DuD   Iu  2 2x 2xy 1x 1x y xx (10) 2uu ˆˆ    2 DuIDu;2y x  2y DuIDu 1y x  1y yy trong đó Ix, Iy lần lượt là các ma trận đơn vị kích thước NxxNx và NyxNy;      DDDDD1x,,,, 1y2 x 2 y 2 xy là các ma trận kích thước NxNy x NxNy. 2.4. Biểu thức các hàm nội suy IRBFN áp dụng cho bài toán kết cấu tấm. Kí hiệu bp và ip lần lượt là các điểm nằm trên biên và nằm bên trong của tấm, Nbp và Nip lần lượt là số điểm trên biên và bên trong.      Thay các biểu thức của DDDDD1x,,,, 1y2 x 2 y 2 xy (xem phương trình (1)) tại các điểm bên trong của tấm
6 Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm  (11) RSip  ip Φ0 trong đó  2  AAAABBBBDDDDDDu  u  v xx   y 112x 66 2y 12 66 2xy0 11 2x 66 2y 12 66 2xy  AAAABBBB DDDDDDu  v  v x yy  12 662xy 22 2x 66 2y0 12 66 2xy 66 2x 22 2y R ww  ip   x  y AAA55DDD 44A D 44 002x 2y 55 1x 1y  DDDDxx 112x 66 2y uu   v  w  y BBBB11DDD 66 12 66 A D DD12 66 D 2x 2y 2xy55 1x A55I 2xy  DDDDyy 662x 22 2y u  v  v  w  x BBBBDD12 66 DDDD 66 22 A D 12 66 2xy 2x 2y44 1x 2xy A 44I  I I I I u 0 0 01 0 I I 00 0 0 I1I v S I I Φ ip 0 00 0 0 w II12II0 0 0  θx IIII 012 0 0 ; θ  y Từ hệ phương trình dao động này và áp đặt điều kiện biên, sẽ tìm ra được tần số dao động riêng và các dạng dao động của tấm. 3. Kết quả số 3.1. Khảo sát hội tụ Để chứng minh độ tin cậy của thuật toán, một số bài toán trị riêng của tấm Mindlin đồng chất được thực hiện. Bài toán đầu tiên khảo sát tần số dao động của tấm Mindlin đồng chất với các thông số: E = 1GPa, = 1000kg/m3,  = 0.3, a/b = 0.4, h/b = 0.1 hoặc 0.2. Các kết quả được thực hiện với lưới nút mịn dần. Bảng 1 trình bày 5 tần số tự nhiên cơ bản đầu tiên của tấm, kết quả cho thấy sự phù hợp của nghiên cứu này so với các nghiên cứu trước của Liew K.M. (2004) và Xing Y.và Liu B. (2009). Với kích thước lưới 15x15 thì kết quả phân tích đã hội tụ. Hình 2 thể hiện hình dạng dao động của 4 dạng dao động đầu tiên của tấm Mindlin đồng nhất tựa đơn 4 cạnh; a/b = 0.4, h/b = 0.1 với lưới 15x15. Hình 3 biểu diễn độ hội tụ của thuật toán. Kết quả cho thấy lời giải có sự hội tụ tốt.
Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm 7 22 Bảng 1: Tần số không thứ nguyên ii b// h D của tấm Mindlin 4 cạnh tựa đơn, tỉ số nhịp a/b = 0.4. Dạng dao động (Mode) h/b Lưới 1 2 3 4 5 7x7 6.481 9.189 9.189 10.756 11.318 9x9 6.472 8.836 11.408 15.847 15.847 Kết quả bài báo 11x11 6.4735 8.8091 12.5743 17.4483 19.058 0.1 13x13 6.4733 8.8052 12.4018 16.9574 19.0519 15x15 6.4733 8.8044 12.3792 16.8811 19.0503 (Liew,2004) và (Xing,2009) 6.4733 8.8043 12.37 16.845 19.05 Sai số (%) - (Lưới 15x15) 0.00 0.00 0.07 0.21 0.00 7x7 5.186 6.767 9.095 9.095 9.222 9x9 5.184 6.726 8.990 12.100 12.100 Kết quả bài báo 11x11 5.1832 6.7221 8.9286 11.5905 12.7057 0.2 13x13 5.1831 6.7214 8.9183 11.5121 12.7037 15x15 5.1831 6.7212 8.9155 11.4955 12.7032 (Liew,2004) và (Xing,2009) 5.1831 6.7212 8.9137 11.487 12.703 Sai số (%) - (Lưới 15x15) 0.00 0.00 0.02 0.07 0.00 Mode1: =6.4733 Mode2: =8.8044 0 0.2 -0.1 0 -0.2 -0.2 1 1 0.4 0.4 0.5 0.2 0.5 0.2 0 0 0 0 Mode3: =12.3792 Mode4: =16.8811 0.2 0.2 0 0 -0.2 -0.2 1 1 0.4 0.4 0.5 0.2 0.5 0.2 0 0 0 0 Hình 2: 4 mode shapes dao động đầu tiên của Hình 3: Khảo sát sự hội tụ của thuật toán tấm Mindlin đồng nhất tựa đơn 4 cạnh; (sai số được xét so với Liew, 2004) a/b = 0.4, h/b = 0.1 với lưới 15x15 3.2. Phân tích tần số dao động của các loại tấm FGM Phần tiếp theo khảo sát tần số dao động của các loại tấm FGM với các đặc trưng cho trong bảng 2. Hệ số hiệu chỉnh ứng suất cắt được chọn ks = 5/6.
8 Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm Bảng 2. Đặc trưng vật liệu Đặc trưng Vật liệu Module E Hệ số Khối lượng riêng [109N/m2] poisson υ ρ [Kg/m3] Aluminum (Al) 70 0.30 2707 Alumina (Al2O3) 380 0.30 3800 Zirconia(ZrO2) 151 0.30 3000 Ti-6Al-4V 105.7 0.298 4429 Stainless steel SUS304 207.78 0.3177 8166 Silicon nitride Si3N4 322.27 0.24 2370 Ví dụ tiếp theo khảo sát tần số dao động tự nhiên đầu tiên của tấm FGM vuông làm từ vật liệu Al / Al2O3 với các đặc trưng cho trong bảng 2 và sự phân phối vật liệu tùy theo giá trị số mũ vật liệu n thay đổi từ 0-10, tỉ số nhịp/chiều dày tấm a/h = 5 hoặc 10. Các kết quả cũng được thực hiện với các lưới mịn dần. Bảng 3 trình bày kết quả tần số dao động thứ nhất của thuật toán so với các phương pháp khác cho thấy độ hội tụ tốt. Lưới 11x11 và 13x13 cho kết quả gần như trùng khớp. Nếu lấy nghiệm lời giải giải tích Sh.Hoseini (2011) làm kết quả tham chiếu, kết quả thu được từ thuật toán phù hợp với lời giải giải tích. Bảng 3: Tần số dao động thứ nhất 11 hE cc/ của tấm Al/Al2O3 4 cạnh tựa đơn với phân phối vật liệu khác nhau n a/h Lưới 0 0.5 1 4 10 7x7 0.2116 0.1845 0.1676 0.1463 0.1383 9x9 0.2112 0.1819 0.1652 0.1462 0.1352 Kết quả bài báo 11x11 0.2112 0.1812 0.1646 0.1411 0.1332 5 13x13 0.2112 0.1802 0.1646 0.1411 0.1332 Matsunaga (2008) 0.2121 0.1819 0.1640 0.1383 0.1306 X. Zhao (2009) 0.2055 0.1757 0.1587 0.1356 0.1284 Sh.Hoseini (2011) 0.2112 0.1805 0.1631 0.1397 0.1324 7x7 0.0547 0.0505 0.0434 0.0356 0.036 9x9 0.0576 0.0506 0.0443 0.0382 0.0368 Kết quả bài báo 11x11 0.0577 0.0507 0.0451 0.0395 0.0377 10 13x13 0.0577 0.0507 0.0451 0.0395 0.0377 Matsunaga (2008) 0.05777 0.04917 0.04426 0.03811 0.03642 X. Zhao (2009) 0.05673 0.04818 0.04346 0.03757 0.03591 Sh.Hoseini (2011) 0.0577 0.049 0.0442 0.0382 0.0366 (*) X. Zhao sử dụng lưới 17x17 Phần tiếp theo của bài báo khảo sát tần số dao động của các loại tấm FGM: Al/Al2O3, Al/ZrO2, Ti-6Al-4V/Al2O3 và SUS304/Si3N4 về khía cạnh vật liệu và kích thước. Số mũ vật liệu n thay đổi từ 0 đến 10 – các đặc trưng của các loại vật liệu khảo sát được trình bày trong bảng 2, các tỉ số nhịp là h/a = 0.01, 0.05, 0.1 và 0.2. Hình 4 và hình 5 thể hiện mối quan hệ giữa tần số
Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm 9 dao động riêng của tấm vuông FGM 4 cạnh ngàm hoặc khớp theo sự phân phối vật liệu. Hình 6 cho thấy sự phụ thuộc của tần số dao động đối với tỉ số nhịp/chiều cao tiết diện của trường hợp 4 cạnh ngàm. Lưu ý công thức tần số không thứ nguyên cho tấm liên kết ngàm là 2 i  ib// h c E c và tấm liên kết tựa đơn lài  ihE c/ c . Hình 4: Tần số dao động mode 1 của tấm Hình 5: Tần số dao động mode 1 của tấm vuông FGM 4 cạnh ngàm theo sự phân vuông FGM 4 cạnh khớp theo sự phân phối vật liệu với h/a = 0.1 phối vật liệu với h/a = 0.1 Hình 6: Tần số dao động mode 1 của tấm vuông FGM 4 cạnh ngàm theo tỉ số nhịp a/h của các tấm Al/Al2O3 và Al/ZrO2 4. Kết luận Bài báo đã trình bày thuật toán nội suy hướng tâm một chiều 1D-IRBFN, xấp xỉ các đạo hàm cấp 2 của chuyển vị theo biến tọa độ để phân tích dao động của tấm. Chương trình máy tính với ngôn ngữ lập trình MATLAB đã được viết để tìm tần số dao động tự nhiên của các tấm Mindlin đồng chất và tấm FGM theo cơ sở lý thuyết 1D-IRBFN. Thuật toán này sử dụng phép tích phân trong việc xấp xỉ các hàm nên tránh được sự suy biến khi đạo hàm so với thuật toán nội suy hàm cơ bản dùng phép vi phân. Việc xấp xỉ giá trị đạo hàm của 1 hàm tại 1 điểm bất kỳ chỉ liên quan đến các nút trên 2 đường lưới vuông góc nhau đi qua điểm đó nên số ẩn giảm nhiều so với các phương pháp sử dụng xấp xỉ lưới toàn miền, từ đó tốc độ hội tụ của lời giải được cải thiện.
10 Phân tích dao động tự nhiên của kết cấu tấm bằng thuật toán nội suy hướng tâm Tài liệu tham khảo Ferreira A.J.M., R.C. Batra, C.M.C. Roque, L.F. Qian, R.M.N. Jorge (2006), Natural frequencies of functionally graded plates by a meshless method, Composite Structures, 75, 593–600 Hosseini-Hashemin Sh., M. Fadaee, S.R. Atashipour (2011), A new exact analytical approach for free vibration of Reissner–Mindlin functionally graded rectangular plates, International Journal of Mechanical Sciences 53 11–22 Liew K.M., Xin Zhao, Antonio J.M. Ferreira (2011), A review of meshless methods for laminated and functionally graded plates and shells, Composite Structures, 93, 2031–2041 Liew K.M., J. Wang, T.Y. Ng, M.J. Tan (2004), Free vibration and buckling analyses of shear- deformable plates based on FSDT meshfree method, Journal of Sound and Vibration, 276, 997–1017 Liu G.R. (2005), An introduction to Meshfree methods and their programming, ISBN-10 1-4020- 3228-5 (HB) Springer Dordrecht, Berlin, Heidelberg, New York Liu G.R. (2000), Meshfree Methods: Moving Beyond Finite Element Methods, CRC Press LLC, N.W. Coxporate Blvd., Boca Raton, Florida 33431. Mai-Duy Nam, Thanh Tran-Cong (2003), Approximation of function and its derivatives using radial basis function networks, Applied Mathematical Modelling, 27, 197–220 Matsunaga H. (2008), Free vibration and stability of functionally graded plates according to a 2-D higher-order deformation theory, Composite Structures, 82, 499–512. Ngo-Cong D., N. Mai-Duy, W. Karunasena , T. Tran-Cong (2011), Free vibration analysis of laminated composite plates based on FSDT using one-dimensional IRBFN method, Computers and Structures, 89 1–13. Reddy JN. (2000), Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells, CRC Press LLC, N.W. Coxporate Blvd., Boca Raton, Florida 33431. Xing Y., B. Liu (2009), Closed form solutions for free vibrations of rectangular Mindlin plates, © The Chinese Society of Theoretical and Applied Mechanics and Springer-Verlag GmbH Zhao X., Y.Y. Lee, K.M. Liew (2009), Free vibration analysis of functionally graded plates using the element-free kp-Ritz method, Journal of Sound and Vibration, 319 918–939
THI ẾT K Ế VÀ CH Ế TẠO THI ẾT B Ị CẦM TAY QUÉT V ẬT C ẢN H Ỗ TR Ợ VI ỆC ĐI L ẠI CHO NG ƯỜI KHI ẾM TH Ị ỨNG D ỤNG CÔNG NGH Ệ HAPTICS Ts. Nguy ễn Bá H ải 1 Tr ần Qu ốc Trung 1 , Nguy ễn V ăn Minh 2 1 Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Tp H ồ Chí Minh * (Mail: group10111clc@gmail.com ) Tóm T ắt – Hi ện nay công ngh ệ Haptic (CNH) được ứng Hi ện nay trên th ế gi ới có nhi ều nghiên c ứu v ề vi ệc dụng r ất r ộng rãi trong nhi ều l ĩnh v ực nh ư: y h ọc, quân ứng d ụng CNH vào y h ọc nh ư các h ệ th ống robot h ỗ tr ợ sự, gi ải trí, s ản xu ất, giáo d ục.v.v Trong đó có vi ệc ph ẫu thu ật Davici , Các thi ết b ị hồi ph ục ch ức n ăng cho ứng d ụng CNH vào l ĩnh v ực thay th ế ho ặc h ỗ tr ợ các bệnh nhân đột qu ỵ , và các thi ết b ị hỗ tr ợ ng ười già, ng ười giác quan, b ộ ph ận c ơ th ể của con ng ười(c ụ th ể là ng ười khi ếm th ị [3] [4] v.v khuy ết t ật). Trong bài báo này, thi ết b ị cầm tay ứng Cây g ậy tr ắng (CGT) [11], [9] được s ử dụng r ộng dụng CNH được đề xu ất nh ằm m ục đích h ỗ tr ợ ng ười rãi vào nh ững n ăm 1940, và tr ở thành m ột công c ụ hỗ tr ợ khi ếm th ị (NKT), có th ể cảm giác kho ảng cách so ch ủ yếu [5] cho NKT trong vi ệc đi l ại. Tuy nhiên, vi ệc s ử với nh ững v ật th ể xung quanh trong quá trình di dụng CGT v ẫn ch ưa th ực s ự mang l ại hi ệu qu ả cao cho chuy ển, b ằng s ự kéo- đẩy ngón tay thông qua vi ệc k ết NKT - trong bài báo nghiên c ứu c ủa Sung Yeon Kim và nối v ới b ộ truy ền bánh r ăng- thanh r ăng tác động b ởi P.GS Kwangsu Cho (Hàn Qu ốc ,2013) [5] cho th ấy v ẫn còn động c ơ. Giá tr ị cảm bi ến được s ử dụng trên thi ết b ị tr ả nhi ều m ối nguy hi ểm đối v ới NKT khi s ử dụng CGT- từ đó, về tín hi ệu kho ảng cách th ực t ế, t ỷ lệ với bi ến tr ở thanh đòi h ỏi các nhà nghiên c ứu phát minh ra s ản ph ẩm gậy được kết nối tr ực ti ếp vào thanh r ăng để xác định v ị trí thông minh (GTM) giúp đỡ NKT với s ự hỗ tr ợ của khoa h ọc ngón tay NKT. B ộ vi điều khi ển đọc các giá tr ị của c ảm kĩ thu ật. Theo m ột s ố bài báo [5],[6], các phát minh, sáng bi ến và bi ến tr ở, s ử dụng thu ật toán điều khi ển để cấp ch ế về GTM đều l ấy ý t ưởng t ừ CGT được g ắn các c ảm xung PWM điều khi ển động c ơ. Và cu ối cùng, vi ệc đánh bi ến phát hi ện v ật ho ặc kho ảng cách t ừ NKT đến v ật c ản. giá s ự hi ệu qu ả của thi ết b ị thông qua quá trình th ực Hi ện nay, trên th ị tr ường, có nhi ều s ản ph ẩm GTM nh ư nghi ệm đối v ới NKT. BAT ‘K’ Sonar, UtralCane, Tom Pouce, v.v Ho ặc nh ững 1. GI ỚI THI ỆU nghiên cứu [5] , [7], ứng d ụng CNH. N ăm 2012, Kim cùng cộng s ự [5], ti ến hành nghiên c ứu s ản ph ầm GTM ( Smart Theo tài li ệu điều tra c ủa Th.s Tr ần Th ị Thanh Vân Cane Prototype ), gi ống nh ư h ầu h ết các s ản ph ẩm CTM [1] và Website [2] tổ ch ức s ức kh ỏe th ế gi ới WHO công b ố, khác, c ảm bi ến siêu âm( Ultrasonic ) được s ử dụng b ởi ưu tính đến n ăm 2013 trên th ế gi ới có kho ảng 285 tri ệu ng ười điểm c ủa nó v ề kho ảng cách và góc quét so v ới các lo ại c ảm bị tật v ề mắt, trong đó có kho ảng 39 tri ệu ng ười b ị mù và bi ến khác, s ự ổn định và chính xác so v ới s ự tác động c ủa 246 tri ệu ng ười b ị gi ảm th ị lực, Bộ Y T ế công b ố [1] , tính môi tr ường [6]. Thông tin tr ả về cho NKT là tín hi ệu rung đến n ăm 2011, n ướ c ta có kho ảng 2 tri ệu NKT v ề m ắt do động trên tay c ầm. Smart Cane Prototype sẽ phát ra rung bẩm sinh, tai n ạn, b ệnh t ật và h ậu qu ả c ủa cu ộc kháng chi ến động c ảnh báo NKT khi phát hi ện được v ật c ản n ằm trong bảo v ệ T ổ qu ốc. B ị m ất đi giác quan quý giá, ng ườ i mù g ặp ph ạm vi 2m và trên kho ảng đầu g ối. Tuy nhiên nhi ều v ấn đề nhi ều khó kh ăn trong cu ộc s ống. Tuy nhiên, v ới s ự phát về giá thành, n ăng l ượng, kích th ước v ẫn đang là nh ược tri ển v ề khoa h ọc k ỹ thu ật hi ện đạ i, đã có nhi ều thi ết b ị ra điểm l ớn c ủa các s ản ph ẩm GTM hi ện nay [5], [6]. đờ i để h ỗ tr ợ NKT [4]. Theo nh ư đánh giá GS Sung Yeon Kim và P.GS Kwangsu Cho [5], Mohd Helmy Abd Wahab Năm 2011, Steve Hoefer, t ại Crathio Lab đã [6] giá thành còn quá cao so v ới ngu ồn thu nh ập c ủa NKT, nghiên c ứu thi ết b ị ứng d ụng CNH có th ể giúp đỡ khi ến cho t ỷ l ệ ứng d ụng các thi ết b ị này còn quá th ấp và NKT( Sonar for the blind )[10], đã được đă ng t ải trên các ch ưa đạ t hi ệu qu ả nh ư mong đợ i. trang báo uy tín CNN, Popular Science . Đây là m ột thi ết b ị nh ỏ gọn, được g ắn lên c ổ tay ng ười s ử dụng. c ấu t ạo đơ n gi ản. Có hình dáng nh ư m ột chi ếc g ăng tay, v ới c ảm bi ến
siêu âm có th ể phát hi ện kho ảng cách (2cm-3.5m). C ảm lực, s ự rung động, chuy ển động, v.v khi s ử dụng. Khái bi ến siêu âm tr ả về tín hi ệu kho ảng cách v ề mạch điều ni ệm v ề CNH được đề cập đến trong bài báo [12]. Vi ệc s ử khi ển, điều khi ển 2 RC-servo nh ỏ nằm 2 bên ph ải và trái c ổ dụng thi ết b ị Haptic, ng ười dùng không th ể ch ỉ cảm nh ận tay, t ạo áp l ực lên mu bàn tay thông qua c ơ c ấu tác động thông tin t ừ môi tr ường tr ực ti ếp t ừ máy tính mà có th ể tiếp được g ắn tr ực ti ếp v ới nó. Áp l ực được t ạo lên trên mu bàn nh ận thông tin thông qua vi ệc c ảm nh ận t ừ một b ộ ph ận g ắn tay (ph ải - trái) giúp NKT có th ể bi ết được h ướng c ần di trên c ơ th ể được g ọi là giao di ện Haptic (Haptic interface chuy ển và v ị trí c ủa ch ướng ng ại v ật. Tuy nhiên, s ản ph ẩm ho ặc Haptic device ). Theo [13] ,có bao g ồm 2 giao di ện này ch ưa th ực s ư hoàn h ảo, Hoefer đã chia s ẻ trên trang cá Haptic chính: đó là ph ản h ồi l ực (Force Feedback) bao g ồm nhân [10] “ Đây là m ẫu th ử nghi ệm công khai đầu tiêu, nó vi ệc c ảm nh ận v ề lực, moment xo ắn, ma sát v.v . và ph ản ch ưa th ực s ự hoàn h ảo, và có th ể tốt h ơn n ữa. L ấy m ột vài hồi xúc giác (tactile feedback) bao g ồm rung động, âm ví d ụ là nó có th ể nh ỏ bằng m ột n ửa kích th ước hi ện nay, thanh, nhi ệt độ v.v lo ại pin thay th ế có th ể đổi b ằng pin s ạc, v ới m ột ph ươ ng Trong bài báo này, vi ệc đề xu ất m ột s ố khái ni ệm pháp s ạc thân thi ện v ới NKT h ơn nh ư s ạc không dây ho ặc liên quan đến NKT là c ần thi ết để hi ểu rõ h ơn v ề đối t ượng là t ừ tính – phù h ợp c ắm điện.” . S ố lượng s ản ph ẩm được nghiên c ứu, c ũng nh ư vi ệc thay đổi t ư duy ch ủ quan c ủa sử dụng còn r ất h ạn ch ế. ng ười nghiên c ứu. theo Vincent L´evesque, ở bài báo [2]. Trong bài nào này, chúng tôi đề xu ất 1 ph ươ ng án Vi ệc kh ảo sát các thông tin c ơ b ản v ề NKT và công ngh ệ mới nh ằm giúp đỡ vi ệc đi l ại cho ng ười khi ếm th ị. V ới m ục hồi ph ục ch ức n ăng liên quan đến NKT là vô cùng c ần thi ết, tiêu nghiên c ứu m ột thi ết b ị cầm tay nh ỏ gọn, t ối ưu hóa v ề vi ệc này làm nên s ự ch ặt ch ẽ trong khoa h ọc. Th ần kinh h ọc vi ệc s ử dụng n ăng l ượng và giá thành phù h ợp v ới thu nh ập và tâm lý h ọc – NKT có c ảm giác v ề th ị lực kém, ho ặc hoàn của NKT. Điểm khác bi ệt ch ủ yếu n ằm vi ệc tín hi ệu ph ản toàn m ất đi kh ả năng th ị giác, tuy nhiên vi ệc c ảm nh ận b ằng hồi c ảnh báo cho NKT. Ví d ụ nh ư thi ết b ị LaserCane sử xúc giác ho ặc thính giác t ốt h ơn chúng ta. Vi ệc tái định l ại dụng 3 tia laser v ới tín hi ệu c ảnh báo là 3 âm thanh v ới các cấu trúc não ở NKT được nêu rõ trong sách [14] ch ỉ ra r ằng, giai điệu khác nhau và 1 tín hi ệu rung động, UltraCane sử đối v ới nh ững đối t ượng bị mù b ẩm sinh, thi ếu các y ếu t ố dụng c ảm bi ến siêu âm v ới tín hi ệu rung động ở 4 phím cảm giác th ị giác đầu vào (m ắt) thì ph ần não th ực hi ện ch ức khác nhau tác động lên ngón tay, hay MiniGuide với c ảm năng c ảm th ụ th ị giác không ch ỉ đơ n gi ản là thoái hóa, mà bi ến siêu âm và s ử dụng s ự thay đổi t ần s ố rung động để báo được tích h ợp vào m ạng l ưới não khác (xúc giác, thính hi ệu kho ảng cách và các gi ải pháp t ươ ng t ự tại [4] ,[5] , [6] , giác). Nghiên c ứu [9] ch ỉ ra r ằng, b ộ não có kh ả năng bi ến [7]. Thi ết b ị được đề xu ất trong bài báo s ử dụng tín hi ệu đổi ( Brain Plasticity ) và bù đắp l ại s ự thi ếu h ụt v ề th ị giác đẩy- kéo ngón tay giúp NKT xác định được kho ảng cách so của NKT b ằng nh ững th ực nghi ệm được đư a ra. Do v ậy, với v ật c ản, thông qua v ị trí c ủa ngón tay. vi ệc tác động vào xúc giác, thính giác , ho ặc c ả hai cùng lúc của các thi ết b ị hỗ tr ợ hi ện nay đều xoay quanh nh ững lý 2. CƠ S Ở LÝ THUY ẾT thuy ết này. Tuy nhiên, [9] c ũng ch ỉ ra r ằng, vi ệc đư a ra Chu ẩn b ị cho quá trình nghiên c ứu ho ặc phát tri ển thông tin âm thanh, có th ể làm gi ảm đi các thông tin âm một thi ết b ị, cần ph ải n ắm rõ m ột l ượng ki ến th ức, lý tuy ết thanh khác t ừ môi tr ường xung quanh. nền t ảng liên quan. Ở ch ươ ng này trình bày các c ơ s ở lý Từ nh ững nghiên c ứu tr ước và các lý thuy ết được thuy ết, công ngh ệ liên quan đến thi ết b ị được đề xu ất. nêu ra, đã t ạo n ền t ảng cho vi ệc s ử dụng công ngh ệ Haptic Công ngh ệ hỗ tr ợ (Assistive Technology) được ứng d ụng vào thi ết b ị hỗ tr ợ NKT. hi ểu theo ngh ĩa r ộng bao g ồm t ất c ả các thi ết b ị, công ngh ệ 3. ĐỀ XU ẤT NGHIÊN C ỨU được ứng d ụng để giúp đỡ con ng ười trong một v ấn đề cụ th ể nào đó. C ụ th ể hơn trong l ĩnh v ực nghiên c ứu c ủa bài 3.1. Tổng quan báo này, đề cập đến công ngh ệ hỗ tr ợ vi ệc đi l ại c ủa NKT, Gần gi ống nh ư các thi ết b ị hỗ tr ợ ng ười khi ếm th ị đặc bi ệt là công ngh ệ Haptic , đây là c ơ s ở lý thuy ết quan hi ện nay, v ới c ảm bi ến tích h ợp có th ể phát hi ện kho ảng tr ọng nh ất trong vi ệc thi ết k ế giao di ện giao ti ếp v ới NKT cách v ật c ản và thông qua m ột giao di ện Haptic có nhi ệm v ụ của thi ết b ị này. Các ph ần c ứng và thu ật toán điều khi ển đều phát ra tín hi ệu c ảnh báo cho NKT. Thi ết b ị đươ c đề xu ất được xây d ựng xung quanh nó. trong bài báo là m ột ứng d ụng c ủa một thi ết b ị ph ản h ồi Công ngh ệ Haptic (Haptics technology) là công lực(Force Feedback device), có th ể gắn trên CGT, ho ạt ngh ệ ph ản h ồi xúc giác, v ới các m ức độ cảm nh ận t ừ giác động nh ư m ột GTM. Vi ệc ứng d ụng này mang l ại c ảm giác quan xúc giác c ủa con ng ười được tác động b ởi các y ếu t ố cho NKT rõ ràng là có hi ệu qu ả hơn, trong bào báo [8],
Mesa-Múnera, đã đề cập đến v ấn đề th ực nghi ệm, đánh giá s ự khác bi ệt gi ữa vi ệc c ảm giác v ề rung động và c ảm giác v ề lực. K ết qu ả nghiên c ứu đã cho th ấy được, ng ưỡng nh ạy cảm về rung động nh ỏ hơn kho ảng 15 l ần so v ới ng ưỡng nh ạy c ảm v ề lực, ngoài ra trong bài báo c ũng nêu ra nhi ều công trình liên quan cho ra nh ững k ết qu ả tươ ng t ự. Hình 2: Khu v ực nguy hi ểm 3.1.3. Năng l ượng tiêu hao và th ời gian s ử dụng. Vấn đề về năng l ượng c ũng đang là điểm y ếu c ủa hầu h ết các thi ết b ị cho NKT hi ện nay, đây c ũng là nguyên nhân vi ệc s ử dụng v ẫn còn ch ưa ph ổ bi ến.Vi ệc ti ết ki ệm t ối đa điện n ăng h ệ th ống là m ột trong nh ững m ục tiêu quan tr ọng c ủa thi ết b ị này. Dựa trên ph ần c ứng hi ện có bao g ồm động c ơ Dc (8V-40mA), c ảm bi ến hồng ngo ại (5V-33mA), Hình 1: Nguyên lý ho ạt động c ủa thi ết b ị và mạch điều khi ển. T ừ đó tính toán được t ổng công su ất ít 3.1.1. Thông s ố dự ki ến tr ước nh ất là 0.8W. Qua đó l ựa ch ọn lo ại Pin phù h ợp là Nokia BL-4C v ới công su ất 3.2W. Cho phép thi ết b ị ho ạt động Vi ệc thi ết k ế một s ản ph ẩm luôn kèm theo nó là liên t ục 6.5 gi ờ. các thông s ố dự ki ến, có th ể coi đó là m ục tiêu v ề kĩ thu ật, sau khi phân tích các y ếu t ố, và nhu c ầu c ủa ng ười dùng. 3.1.4. Kích th ước c ủa thi ết b ị Các thông s ố bao g ồm : kho ảng cách phát hi ện v ật c ản, Kích th ước c ủa thi ết b ị được ước l ượng theo tay năng l ượng tiêu hao c ủa h ệ th ống, kích th ước c ủa thi ết b ị. ng ười Vi ệt Nam. V ới t ổng kích th ước tay c ầm là 45x90x30 3.1.2. Kho ảng cách phát hi ện. (mm). Kho ảng d ịch chuy ển ngón tay c ủa ng ười kho ảng 30cm. Kho ảng cách phát hi ện c ủa thi ết b ị ph ụ thu ộc vào cảm bi ến được s ử dụng. C ảm bi ến v ới kho ảng cách phát Sơ đồ kh ối và nguyên lý hi ện được v ật c ản n ằm trong kho ảng 15cm đến 150cm. Kho ảng cách nguy hi ểm được chia làm 3 khu v ực ở NKT được th ể hi ện ở Hình 2. Hi ện nay khu v ực d ưới đầu g ối có th ể gi ải quy ết b ằng vi ệc s ử dụng CGT. Ở hầu h ết các thi ết bị hi ện nay, vi ệc x ử lý khu v ực ngang hông và trên ng ực thì ph ải d ựa vào vi ệc phát hi ện c ủa c ảm bi ến, càng nhi ều c ảm bi ến có th ể cho NKT bi ết được nhi ều h ơn thông tin c ủa môi tr ường, nh ưng đổi l ại là vi ệc hao t ốn n ăng l ượng cho các ho ạt động c ủa thi ết b ị là không th ể tránh kh ỏi, ngoài ra, càng nhi ều thông tin đư a về khi ến cho vi ệc s ử dụng khó Hình 3: Sơ đồ nguyên lý kh ăn h ơn, vi ệc h ọc để sử dụng thi ết b ị càng m ất nhi ều th ời gian, theo [2]. Cảm bi ến đo kho ảng cách v ật c ản, đư a tín hi ệu v ề bộ xử lý( vi điều khi ển) để điều khi ển động c ơ thông qua b ộ hồi ti ếp được g ắn li ền v ới c ơ c ấu th ực thi giúp NKT bi ết được kho ảng cách thông qua v ị trí ngón tay. 3.2.Thi ết k ế cơ khí 3.2.1. Ph ươ ng án thi ết k ế
Vi ệc điều khi ển động c ơ ch ạy đến v ị trí được xác định tr ước, t ươ ng ứng v ới kho ảng đo c ủa c ảm bi ến, đồng th ời, thi ết b ị ph ản h ồi l ực c ũng đòi h ỏi m ột moment l ực tươ ng đối l ớn để ch ống l ại s ự tác động c ủa con ng ười. Vì th ế vi ệc l ựa ch ọn b ộ truy ền là quan tr ọng trong vi ệc thi ết k ế cơ khí. Với m ục tiêu đề ra, vi ệc l ựa ch ọn b ộ truy ền bánh răng- thanh r ăng được đề xu ất. Được ứng d ụng khá ph ổ bi ến trong các c ơ c ấu chi ti ết máy, vì kh ả năng ổn định cao, tỷ số truy ền là h ằng s ố. Hình 6: Thi ết b ị th ực t ế 3.3. Thi ết k ế bộ điều khi ển và m ạch điện 3.3.1. Ph ần c ứng Sơ đồ điện Hình 4: Bộ truy ền bánh r ăng – thanh r ăng 3.2.2. Mô hình thi ết k ế Hình 7: Sơ đồ kh ối h ệ th ống điện 3.3.2. Ph ần m ềm Mục tiêu c ủa ph ươ ng án điều khi ển là điều ch ỉnh động c ơ đến đúng v ị trí đặt tr ước và bên c ạnh đó, t ốc độ áp ứng c ủa toàn h ệ th ống ph ải ở mức độ cao. Theo Kim [5], Vi ệc đư a ra các lý thuy ết đánh giá m ức độ quan tr ọng c ủa vấn đề này, Kim cho r ằng, th ời gian để một tín hi ệu c ảnh báo đến v ới ng ười s ử dụng cũng gây ảnh h ưởng đến s ự an toàn c ủa h ọ. Ở tốc độ di chuy ển ch ậm d ưới 10km/h và ở tốc Hình 5: Mô hình hóa thi ết b ị hỗ tr ợ ng ười khi ếm độ của các ph ươ ng ti ện 20km/h c ảm bi ến có th ể phát hi ện th ị ra, tuy nhiên v ới t ốc độ trên 20km/h là quá nhanh, ng ười s ử dụng không có kh ả năng k ịp ph ản ứng, và các b ộ cảm bi ến cũng khó có th ể bắt k ịp. Vi ệc điều ch ỉnh t ốc độ phát hi ện lên m ức cao h ơn là hoàn toàn có th ể (100km/h) tuy nhiên, đây là m ột s ự lãng phí v ề năng l ượng. Gi ải thu ật
TN2: Giúp ng ười s ử d ụng có th ể nh ận bi ết được l ỗ h ố, b ậc cầu thang lên xu ống. Đư a ng ười s ử d ụng đế n nh ững khu v ực l ỗ h ố, khu vực g ồ ghề ho ặc b ậc c ầu thang lên xu ống. H ướng d ẫn cách sử d ụng thi ết b ị để quét ho ặc dò tìm l ỗ h ố, b ậc c ầu thang Nhi ệm v ụ c ủa h ọ là: 1- Không s ử d ụng thi ết b ị để di chuy ển đế n g ần khu vực c ầu thang, l ỗ h ố. 2- Dùng thi ết b ị quét v ật c ản để dò tìm khu v ực c ầu thang, l ỗ h ố. TN3: Giúp ng ười s ử d ụng có th ể tìm được đường th ẳng thông thoáng để di chuy ển. Ng ười s ử d ụng được h ướng d ẫn ra m ột khu v ực bằng ph ẳng, tuy nhiên không được bi ết tr ước và có nhi ều vật c ản được b ố trí. Nhi ệm v ụ c ủa h ọ là: 1- Đứng t ại điểm b ắt đầ u và đi đến điểm k ết thúc mà không s ử d ụng thi ết b ị. Hình 8: Lưu đồ gi ải thu ật điều khi ển 2- Sử d ụng thi ết b ị quét v ật c ản và di chuy ển t ừ n ơi 4. TH ỰC NGHI ỆM bắt đầ u đế n n ơi k ết thúc. 4.1. M ục tiêu bài thí nghi ệm 4.3. T ổng k ết thí nghi ệm - Đánh giá được kh ả năng nh ận bi ết được v ật c ản c ủa thi ết b ị. 5. KẾT QU Ả - Đánh giá được kh ả năng nh ận bi ết được l ỗ hố, b ậc c ầu thang c ủa thi ết b ị. Bằng cách t ập trung vào m ột thi ết b ị quét v ật c ản phát hi ện và ch ỉ dẫn cho ng ười khi ếm th ị, nghiên c ứu này đã - Đánh giá được kh ả năng giúp ng ười mù bi ết được phân tích nhu c ầu và yêu c ầu c ủa ng ười khi ếm th ị để phát hướng đi. tri ển thi ết b ị quét và các thi ết b ị khác h ỗ tr ợ ng ười khi ếm th ị 4.2. N ội dung bài thí nghi ệm tốt h ơn trong t ươ ng tai. Th ử nghi ệm trên 10 ng ười, trong đó bao gồm Thông qua quá trình nghiên c ứu và th ực nghi ệm tìm ra ng ười m ắt sáng gi ả mù, ng ười suy gi ảm th ị l ực, ng ười m ất nh ững ch ức năng quan tr ọng nh ất c ủa công ngh ệ hỗ tr ợ di hoàn toàn th ị l ực. chuy ển, xem xét s ự nh ận th ức và kh ả năng thích ứng t ốt nh ất đối v ới ng ười có các độ tu ổi khác nhau. TN1: Giúp ng ười s ử d ụng có th ể c ầm n ắm v ật d ụng m ột cách nhanh chóng và chính xác. Nghiên c ứu này t ập trung vào nhi ệm v ụ th ực hi ện các cu ộc ph ỏng v ấn và phân tích khu v ực c ần được c ải ti ến liên Ng ười làm thí nghi ệm được đưa vào c ăn phòng v ới quan đến các ch ức n ăng chính c ủa m ột thi ết b ị quét. So v ới nhi ều v ật xung quanh t ại m ột khu v ực đã quen thu ộc. vi ệc s ử dụng cây g ậy tr ắng thông th ường, vi ệc s ử dụng k ết Nhi ệm v ụ c ủa h ọ là: hợp thêm thi ết b ị quét có cho ng ười s ử dụng bi ết thêm nhi ều 1 - Ti ếp c ận chính xác v ị trí thi ết b ị/v ật d ụng khi không đeo thông tin h ơn. thi ết b ị quét v ật c ản. TÀI LI ỆU THAM KH ẢO 2 - Ti ếp c ận chính xác v ị trí thi ết b ị/v ật d ụng khi đeo thi ết b ị [1] Th.s Tr ần Th ị Thanh Vân, Khoa Thông tin - Th ư quét v ật c ản (s ử d ụng thi ết b ị để ti ếp c ận các đố i t ượng s ắp vi ện Tr ường Đại h ọc Khoa h ọc Xã h ội và Nhân xếp tr ước, gi ống nh ư mô ph ỏng l ại quá trình sinh ho ạt. Ví văn Đai h ọc Qu ốc gia Hà N ội, “ Đảm b ảo thông tin dụ nh ư: l ấy ly n ước, c ắm điện, di chuy ển xung quanh phòng cho ng ười khi ếm th ị”. v.v )
[2] Following Blindness and the Use of Sensory n/.(Trang Web. T ổ ch ứ y t ế th ế gi ới WHO) Substitution Devices”. [3] Tạp chí T ự Động Hóa Ngày Nay (2013) Bài vi ết: “Phát tri ển h ệ th ống h ỗ tr ợ dịch chuy ển cho ng ười khi ếm th ị” . [4] Tạp chí Future Reflections (Vol.5, No 1 Winter 1968) Bài vi ết “TECHNICAL DEVICE AND SPECIAL EQUIPMENT FOR THE BIND”. [5] Sung Yeon Kim và Kwangsu Cho, “ Usability and Design Guidelines of Smart Canes for Users with Visual Impairments ”, IJDesign, Vol 7, No 1, April 2013. [6] Mohd Helmy Abd Wahab, Amirul A. Talib, Herdawatie A. Kadir, Ayob Johari, “Smart Cane: Assistive Cane for Visually-impaired People”, IJCSI International Journal of Computer Science Issues, Vol. 8, Issue 4, No 2, July 2011. [7] Paul Rohan, Garg Ankush, SinghVaibhav, Mehra Dheeraj, Balakrishnan M., Paul Kolin, “'SMART’ CANE FOR THE VISUALLY IMPAIRED: TECHNOLOGICAL SOLUTIONS FOR DETECTING KNEE-ABOVE OBSTACLES AND ACCESSING PUBLIC BUSES”. [8] Elizabeth Mesa-Múnera, Juan F. Ramirez-Salazar, John W. Branch, “Estimation of Vibration and Force Stimulus Thresholds for Haptic Guidance in MIS Training”, ISSN 1909 - 9762, Vol 5, No 10, July – December 2011. [9] Vincent L´evesque, “Blindness, Technology and Haptics”, Haptics Laboratory, Centre for Intelligent Machines, McGill University, Canada its-sonar-for-the-blind/ [10] its-sonar-for-the-blind/ [11] S. Sri Gurudatta Yadav, “HAPTIC SCIENCE AND TECHNOLOGY”, International Journal of Computer Engineering & Applications, Vol. II, Issue I/III . [12] B. Divya Jyothi, “Haptic Technology - A Sense of Touch”, International Journal of Science and Research (IJSR), India Online ISSN: 2319-7064. [13] Andreja Bubic, Ella Striem-Amit, and Amir Amedi, Ch ươ ng 18 “Large-Scale Brain Plasticity
TÍNH TOÁN ĐỊNH HƯỚNG CHẾ TẠO CẤU TRÚC UVLED CHO BƯỚC SÓNG PHÁT XẠ 330nm Huỳnh Hoàng Trung Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, Việt Nam ABSTRACT: High-efficiency Ultraviolet Light Emitting Diodes (UVLEDs) have attracted great attention in recent decades due to their promising applications in many fields. Such solid-state light sources are expected to replace the traditional fluorescent and incandescent lamps from the viewpoint of energy saving. Furthermore, UVLED are useful for application in the medical and biochemical fields, and the purification of the environment. In this paper, we provide an overview of research developments of UVLED. We calculate the physical and optical properties for the structure of UVLED with 3 multi-quantum wells of iAlyGa1-yN barrier - iAl0.15Ga0.85N QW - iAlyGa1-yN barrier by the SiLENSe software. This UVLED is emitted the wavelength of 330nm for sterilization. Keywords: UVLED, MOCVD, III-Nitrides, AlGaN, MQWs I. GIỚI THIỆU trực tiếp vùng cấm của vật liệu nền AlGaN Vật liệu bán dẫn Nitrid, hợp kim có thể được điều chỉnh giữa 3.4eV (GaN) AlGaN, InGaN và InAlGaN với cấu trúc đến 6.1eV (AlN). tinh thể wurtzite đang thu hút sự quan tâm Những nổ lực đáng kể để chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và phòng thí những linh kiện bán dẫn Nitrid đã được bắt nghiệm trên thế giới vì chúng là vật liệu đầu gần bốn thập kỷ qua. Năm 1971, tiềm năng để đạt được LED phát xạ cực tím Pankove và cộng sự đã đưa ra cấu trúc LED sâu (DUVLED) và diode laze (LD). trên cơ sở GaN đầu tiên. Năm 1992, UVLED dị cấu trúc kép AlGaN/GaN có hiệu suất cao đã được thực hiện bởi Akasaki và cộng sự [1]. Sau đó, UVLED đa giếng lượng tử AlGaN/GaN đỉnh bước sóng phát xạ tại 353nm đã được chứng minh bởi Han và cộng sự vào năm 1998 [2]. Năm 2004, UVLED với đỉnh bước sóng phát xạ ngắn 250nm đã được công bố bởi Adivarahan và cộng sự [3]. UVLED gần hiệu suất cao, bước sóng phát xạ 365nm với vùng kích hoạt InGaN được thực hiện bởi Nichia Inc [4]. Tuy nhiên, bởi vì năng lượng vùng cấm của InGaN có giới hạn, AlGaN và AlInGaN cần thiết được sử dụng để đạt được dải quang Hình 1. Sự liên hệ giữa năng lượng chuyển phổ phát xạ UV sâu. Vào đầu năm 2004, trạng thái trực tiếp của vùng cấm với hằng Khan và cộng sự đã báo cáo một nhóm số mạng. UVLED sâu với dải quang phổ đạt được 250nm được thực hiện trên cấu trúc với nền Hình 1 thể hiện sự liên hệ giữa năng AlGaN [3,5,6]. Đặc biệt, UVLED AlGaN với lượng chuyển trạng thái trực tiếp của vùng 10mW hoạt động dạng xung tại 265nm và cấm với hằng số mạng của hệ thống vật liệu 1.2mW hoạt động dạng sóng liên tục đã InN, GaN và AlN có cấu trúc tinh thể được thực hiện vào năm 2005 [6,7]. wurtzite. Sự phát quang chuyển trạng thái Việc thực hiện UVLED với bước sóng
phát xạ dưới 350nm, hiệu suất cao vẫn còn 2.1 Cấu trúc UVLED nhiều thách thức. Ngoài nối chuyển tiếp p-n, UVLED có Ngày nay, ứng dụng của những phát xạ một vùng đặc biệt hơn so với LED thông có bước sóng cực tím UV đã được biết đến thường, vùng phát xạ có bước sóng cực tím như bảo mật thông tin, phân tích thành phần với cấu trúc đa giếng lượng tử MQWs và khoáng sản, đo nồng độ ozon trong không màng khoá điện tử. Giếng lượng tử đơn khí, tiệt trùng sử dụng trong y khoa và khử được tổng hợp từ hai loại bán dẫn khác trùng nguồn nước sinh hoạt, nhau với năng lượng vùng cấm Eg, barrier và Trong bài báo cáo này, tác giả tính toán Eg, well. Khi được kích hoạt bởi dòng điện áp những thông số vật lý và quang học cho mô vào hai điện cực của UVLED, các điện tử hình cấu trúc LED tiềm năng phát xạ cực trong lớp bán dẫn loại n sẽ di chuyển qua tím với bước sóng khoảng 330nm qua phần các giếng lượng tử MQWs và gặp các lỗ mềm mô phỏng SiLENSe. trống trong lớp bán dẫn loại p, điện tử và lỗ trống tái hợp và phát xạ photon được thể II. MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ KHẢO hiện hình 2. SÁT QUA PHẦN MỀM SiLENSe (b) (a) Hình 2. (a) Nguyên lý phát quang của nối p-n; (b) Sơ đồ năng lượng và năng lượng vùng cấm (band gap energy) giếng lượng tử của LED. Năng lượng vùng cấm của giếng lượng tử sẽ cho bởi phương trình (1): Eg,QW = Eg,well + EO,e + EO,h (1) với EO,e và EO,h: năng lượng lượng tử hoá điện tử và lỗ trống. Năng lượng photon phát xạ của LED là năng lượng vùng cấm của giếng lượng tử: Eg,QW = hc/ (2) Vậy năng lượng vùng cấm của giếng lượng tử càng lớn thì bước sóng photon phát xạ càng ngắn. Việc sử dụng đa giếng lượng Hình 3. Mô hình cấu trúc của LED phát xạ tử để tăng cường sự giam giữ hạt tải, một cực tím với bước sóng khoảng 330nm. cấu trúc có nhiều hơn một giếng lượng tử nên có thể giam giữ nhiều hạt tải hơn. Do AlGaN UVLED xem xét trong nghiên đó, năng lượng photon phát xạ cao hơn. cứu này được phát triển trên nền sapphire * Cấu trúc UVLED 330nm (0001), thực hiện dựa trên hệ thống lắng
động hoá học kim loại hữu cơ (Metal barrier (Lbarrier = 2nm). Màng khóa điện tử Organic Chemical Vapor Deposition, p-Al0.25Ga0.75N với bề dày màng 10nm MOCVD). Trong quá trình chế tạo, việc có tác dụng khóa không cho điện tử đi điều khiển số chu kỳ giếng lượng tử được ngược lại vào MQWs. thực hiện dễ dàng qua qui trình tạo xung 2.2 Kết quả khảo sát điều khiển các pha: NH3, AlN và GaN của 2.2.1 Năng lượng, phân bố hạt tải theo hệ MOCVD để có được những màng mỏng mật độ dòng vào cấu trúc khác nhau với thành phần Al, Ga và N khác Nhóm nghiên cứu đã khảo sát dải năng nhau. Qua đó các giếng lượng tử được hình lượng tại năm mật độ dòng khác nhau từ thành. Do đó, trong mô phỏng tính toán, 5.708x10-7A/cm2 đến 1.372x105 A/cm2 như nhóm nghiên cứu đã thay đổi các thông số hình 5 bên dưới. Hình dạng của ba răng cưa cấu trúc và vật lý nhằm có được những cấu là phân bố năng lượng của ba giếng tử của trúc UV LED tốt nhất. Qua những thông số vùng kích hoạt MQWs. Mỗi răng cưa tương vào cho mô phỏng tính toán bởi phần mềm ứng một giếng lượng tử và theo thứ tự. SiLENSe, nhóm nghiên cứu đã thu được Giếng lượng tử thứ ba tiếp giáp với rào cản mô hình cấu trúc đa giếng lượng tử i-AlxGa1-xN barrier (Lwell = 2nm), n-AlGaN và p-AlGaN của LED cho phát xạ conduction band là năng lượng vùng dẫn với bước sóng đỉnh khoảng 330nm. Hình 4 của điện tử, valence band là năng lượng mô tả cấu trúc của n-AlGaN và p-AlGaN vùng hoá trị của lỗ trống. UVLED mà nhóm thực hiện nghiên cứu và Mật độ phân bố hạt tải (hình 5) có tính tính toán. Sử dụng điện cực n và điện cực p đối xứng trong vùng kích hoạt MQWs. có cấu trúc Au/Ni với bề dày 50nm/100nm. Sóng răng cưa xuất hiện và tăng dần trong Việc xác định kích thước của các lớp giếng cuối khi điện tử chuẩn bị vượt qua AlGaN như thế nào, ảnh hưởng của nó đến rào cản của giếng lượng tử để vùng lỗ trống. cường độ và bước sóng phát xạ, nồng độ sự đối xứng giữa mật độ điện tử và lỗ trống pha tạp, là thông số khảo sát của nhóm vì ba giếng lượng tử liên tục nên vùng dẫn nghiên cứu. và vùng hoá trị là đối xứng khi chuyển từ Vùng kích hoạt MQWs của UVLED vùng n đến vùng p. Qua đồ thị phân bố thực hiện nghiên cứu có ba giếng lượng tử năng lượng (hình 4), mật độ phân bố hạt tải bao gồm i-AlyGa1-yN barrier (Lbarrier = 5nm) (hình 5) trong các giếng lượng tử là đồng và i-Al0.15Ga0.85N well (Lwell = 1-5nm), đều trong các giếng lượng tử của vùng kích giếng lượng tử cuối cùng có i-AlxGa1-xN hoạt MQWs tại mật độ dòng thấp. 17 -3 p_AlyGa1-yN: Na = 1x10 cm 1 Lwell = 5.0 nm 0 0 17 -3 p_AlyGa1-yN: Na = 1x10 cm -1 2 -1 Current density, J = 6.512x10 /cm -1 1 -2 conduction/valence J = 1.162x10 A/cm 5 -2 conduction/valence J = 1.372x10 A/cm -2 4 -2 conduction band -2 conduction/valence J = 1.978x10 A/cm valence band -1 -2 Energy(eV) Energy(eV) conduction/valence J = 6.512x10 A/cm electron Fermi -7 -2 hole fermi conduction/valence J = 5.708x10 A/cm -3 -3 -4 -4 480 500 520 540 560 580 480 500 520 540 560 580 Distance (nm) Distance (nm) (a) (b) Hình 4. Kết quả mô phỏng hạt tải tương ứng độ rộng giếng Lwell = 5nm: (a) Giản đồ năng lượng theo khoảng cách với mật độ dòng J = 6.512x10-1A/cm2, (b) Giản đồ năng lượng theo khoảng cách với năm giá trị của mật độ dòng J từ 5.708x10-7A/cm2 đến 1.372x105A/cm2
21 10 20 10 20 19 10 ) ) 10 -3 -3 18 10 17 10 19 16 10 10 15 10 14 10 13 18 10 10 17 -3 p_Al Ga N: N = 1x10 cm 12 y 1-y a 5 2 10 Current density, J = 1.372x10 A/cm 17 -3 11 p_Al Ga N: N = 1x10 cm 10 y 1-y a concentration Carrier (cm Carrier concentration Carrier (cm -1 2 Current density, J = 6.512x10 A/cm electron 10 17 10 electron 10 hole hole 9 10 480 500 520 540 560 580 480 500 520 540 560 580 Distance (nm) Distance (nm) Hình 5. Kết quả mô phỏng hạt tải tương ứng độ rộng giếng Lwell = 5nm: mật độ phân bố hạt tải theo khoảng cách với mật độ dòng từ 6.512x10-1 đến 1.372x105A/cm2 2.2.2 Hiệu suất phát xạ, đặc trưng I-V và 3nm. Vì vậy, khi chế tạo UVLED dựa của UVLED vào cấu trúc hình 4, lớp i-AlyGa1-yN well Hình 6 (a) thể hiện hiệu suất phát xạ của MQWs với độ dày 2nm là hợp lý. nội như là hàm của mật độ dòng được tính Hình 6 (b) cho thấy đặc trưng I-V của toán cho độ rộng của giếng ở vùng kích cấu trúc UVLED có dòng điện tử đạt ổn hoạt MQWs khác nhau từ 2nm đến 5nm. định tương đối với điện thế phân cực từ 4V Chúng ta thấy hiệu suất phát xạ nội tăng và đến 4.5V ứng với lớp i-AlyGa1-yN well của ổn định với độ rộng của giếng ứng với 2nm MQWs có độ dày 2nm. 0 10 2 10 1 10 -1 0 10 10 -1 10 -2 10 -2 10 -3 10 17 -3 -4 p_AlyGa1-yN: Na = 1x10 cm 10 Lw thick i_AlyGa1-yN well 17 -3 -5 -3 p_Al Ga N: N = 1x10 cm 10 y 1-y a 10 5nm Lw thick i_Al Ga N well -6 y 1-y 10 4nm -7 3nm 5nm 10 2nm -4 10 4nm -8 3nm 10 2nm -9 Electric(A) current 10 -10 -5 10 10 -11 10 InternalEmission Efficiency (%) -12 10 -6 -13 10 10 -14 10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 10 10 10 10 10 102 10 Current density (A/cm ) Bias (V) Hình 6. (a) Đặc trưng I-V và (b) Hiệu suất phát xạ với mật độ dòng được tính toán cho độ rộng của giếng Lwell khác nhau từ 2nm đến 5nm. II. III. KẾT LUẬN hợp với công bố của tác giả V. F. Mymrin [9]. Cấu trúc UVLED cho bước sóng phát Các kết luận trong nghiên cứu này rất quan xạ khoảng 330nm sử dụng vật liệu bán dẫn trọng để định hướng cho việc chế tạo AlGaN được mô phỏng tính toán chi tiết UVLED với bước sóng phát xạ khoảng qua phần mềm mô phỏng SiLENSe phù 330nm trên thiết bị MOCVD tại SHTP
trong tương lai. [5]. V. Adivarahan, S. Wu, J. P. Zhang, A. Chitnis, M. Shatalov, V. Madavilli, R. TÀI LIỆU THAM KHẢO Gaska, and M. A. Khan, Appl. Phys. [1]. I. Akasaki and H. Amano, Rom Lett., vol. 84, 2004, pp. 4762-4764. temperature ultraviolet/blue light [6]. J. Zhang, X. Hu, A. Lunev, J. Deng, emitting devices based on Y. Bilenko, T. M. Katona, M. S. Shur, AlGaN/GaN multi-layered structure, R. Gaska, and M. A. Khan, Jpn. J. Extended Abstracts of the 1992 Appl. Phys., vol. 44, 2005, pp. International Conf. Solid State 7250-7253. Devices and Materials, Aug. 1992, pp. [7]. Y. Bilenko, A. Lunev, X. Hu, J. Deng, 327-329. T. M Katona, J. Zhang, R. Gaska, M. [2]. J.Han, M. H. Crawford, R. J. Shul, J. S. Shur, and A. Khan, Jpn. J. Appl. J. Figiel, M. Banas, L. Zhang, Y. K. Phys., vol 44, 2005, pp. L88-L100. Song, H. Zhou, and A. V. Nurmikko, [8]. Nitride Semiconductor Devices: Appl. Phys. Lett., vol. 73, 1998, pp. Principles and Simulation, Edited by 1688-1670. Joachim Piprek, Wiley-VCH Verlag [3]. V. Adivarahan, W. H. Sun, A. Chitnis, GmbH & Co. KgaA Weinheim, M. Shatalov, S. Wu, H. P. Maruska, ISBN: 978-3-527-40667-8, 2007. and M. A. Kha, Appl. Phys. Lett., vol. [9]. V. F. Mymrin, K. A. Bulashevich, N. 85, 2004, pp. 2175-2177. I. Podolskaya, I. A. Zhamakin, S. Yu. [4]. D. Morita, M. Sano, M. Yamamoto, T. Karpov, and Yu. N. Makarov, Murayama, S. Nagahama, and T. Modelling study of MQW LED Mukai, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 41, operation, Phys. Stat. Sol. (2), No. 7, 2002, pp.L1434-L1436. 2005, pp. 2928-2931.
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY BO GÓC GIẤY SỬ DỤNG KHÍ NÉN RESEARCH AND MAKING COMPRESSED AIR OPERATED ROUND CORNER CUTTING MACHINE Ks. Nguyễn Minh Nhật Khoa In & Truyền thông ĐHSPKT Tp HCM TÓM TẮT Thiết bị bo góc giấy (Round corner cutting machine/Round corner cutter ) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng văn phòng như bìa hồ sơ, tập giấy in văn phòng, name card nhằm tăng tính thẩm mỹ, đối với sản phẩm in công nghiệp nó giúp tăng tính năng an toàn khi sử dụng cho các ấn phẩm phụ vụ giáo dục: sách giáo khoa, tập viết, truyện tranh, sách dành cho lứa tuổi thiếu nhi Trên thị trường trong nước hiện nay, các thiết bị này đa số được sản xuất tại Trung Quốc, gồm 2 dạng: vận hành bằng tay và dạng hoạt động bằng motor điện cho năng suất thấp chỉ phù hợp với sản phẩm có kích thước và số lượng nhỏ. Còn đối với các doanh nghiệp in ấn lớn việc sử dụng thiết bị thủ công lại không hiệu quả trong khi thiết bị phù hợp cho sản xuất công nghiệp lại có giá thành khá cao. Thiết bị sản xuất trong nước rất hiếm, được sản xuất theo đơn đặt hàng nhưng hoạt động không ổn định, độ chính xác không cao. Nắm bắt được nhu cầu này, đề tài hướng tới việc nghiên cứu tìm ra mẫu thiết kế mới có thể đáp ứng yêu cầu sản xuất mang lại hiệu quả hoạt động cao với chi phí sản xuất và vận hành thấp. ABSTRACT Round corner cutting machines/Round corner cutters are widen used in office applications sush as: documents, covers, photos and printed paper, name cards . for decorating, and moving shape edges that may cause injury to children from children books, writing notebooks, shoolbooks There are two types of made in China roundcorner cutting machine in Vietnamese market: hand-operated and motor-driven operated machine. They just meet the requirement of small business shops with aceptable cutting quality and easy to used but not suitable for industrial printing production while Domestic devices are not working properly and unreliable in cutting process. Creating a new type of compress air operated corner cutter with technologies of linear guide way solution to attaint the accuracy, reliability of cutting and effectiveness in print finishing with aceptable cost is an object of this article. rên cơ sở kế thừa những ưu điểm nổi bật của các dạng thiết bị bo góc hiện có, đề tài xây dựng Tnên một số tiêu chí để tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế bao gồm: - Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, dễ bảo trì - Giá thành chế tạo thấp hơn hoặc bằng so với thiết bị nhập khẩu cùng loại - Hiệu quả sản xuất phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ: tốc độ cắt từ 40-50 lượt cắt/phút, độ cao chồng vật liệu cắt từ 5-8 cm, độ chính xác cao, có thể cắt đường chéo ở góc giấy được 40mm - Khả năng cắt đa dạng về chủng loại giấy i
1.Giải pháp lựa chọn: - Máy sử dụng hai dao cắt: một dao trên và một dao dưới bán kính cung tròn: R2- R15mm. - Cắt được một đầu trong một lượt cắt - Sử dụng ray bi với bốn hàng bi chịu tải làm đường dẫn hướng cho bệ gá dao giúp dao di chuyển nhẹ nhàng, chính xác hơn so với việc sử dụng rãnh mang cá. Rãnh mang cá Hình 1: mẫu ray trượt dùng bi và rãnh mang cá dẫn -hư Cớắngt đưdaoợc c ắ cáct loại giấy: fort, couché, art paper, draft, bristol, crystal, định lượng từ 40- 400g/m2, giấy bồi cứng độ dày tối đa 6mm/ tờ . - Sử dụng nguồn khí nén để tạo lực cắt - Bàn ép giữ giấy điều chỉnh được lực ép - Thanh định vị góc điều chỉnh được - Dao cắt phía trên và dưới điều chỉnh được - Bàn làm việc bằng nhôm tấm 6061 anod hóa bề mặt tăng khả năng chống trầy xước. - Khung máy bằng nhôm định hình Al-6063 kết cấu chịu lực tốt, dễ tháo lắp, vận chuyển -Sử dụng vật liệu thép SKD 11 sẵn có trên thị trường để làm dao cắt. Đây là loại thép hợp kim dụng cụ, dễ gia công và khả năng chịu mài mòn cao. Được nhiệt luyện để đạt độ cứng từ 55- 600 HRC 2. Thông số kỹ thuật, tổng quan cấu tạo và hoạt động của thiết bị 2.1 Thông số kỹ thuật Áp suất khí nén: 3 – 6 kg/cm2 Áp làm việc lớn nhất: 8kg/cm2 Lượng khí tiêu thụ: 300 lít/ phút Khổ cắt nhỏ nhất: 5 x 9 cm Khổ cắt lớn nhất: 29 x 42 cm Độ cao chồng giấy cắt: 8cm hành trình làm việc cylinder: 12.5 cm Bán kính bo tròn: R=2- R=15 mm Chiều dài đường cắt góc 450: 40 cm Loại giấy: fort, kraft, couché, bristol, Ivory, Duplex, carton bìa dày 4mm Định lượng giấy in: 40 - 450g/m2 Có hộc chứa phôi giấy ii
Điều chỉnh vị trí dao trên và dao dưới Bàn ép điều chỉnh được. Dao cắt: SKD 11- 60HRC Kích thước: D x R x C (mm) 405 x 405 x 1304 mm Trọng lượng: 35kg 2.2 Tổng quan cấu tạo 1: Cylinder khí nén 1 2: Bàn ép giữ sách 3: Bệ đỡ bàn ép 4: Bàn trượt 5: Dao cắt trên 6: Cỡ định vị góc phải 3 7: Cỡ định vị góc trái 2 8: Dao cắt dưới 4 9: Bàn làm việc 5 10: Chân đế 6 7 11: Bàn đạp 9 8 12: Bộ lọc tách nước và điều áp Hình 32: Hình chụp tổng quan của máy 12 bo góc Hình tổng quan thi ết bị 10 11 iii
2.3 Nguyên lý hoạt hoạt động của thiết bị - Khí nén được cấp vào máy qua bộ điều áp và lọc tách nước (12) - Giấy hoặc sách được định vị một góc nhờ vào hai cỡ định vị trái và phải (6) & (7) - Ở trạng thái không hoạt động, khí nén vẫn được cấp vào cylinder khí nén (1) để giữ cho bàn trượt (4), bệ đỡ bàn ép (3) và dao cắt trên (5) ở vị trí cao nhất. Valve đóng/ mở 2 đường cấp hơi (13) ở trạng thái mở. -Khi người vận hành nhấn bàn đạp, khí nén sẽ được cấp vào cylinder theo chiều ngược lại và piston sẽ di chuyển đẩy bàn trượt (4) mang bệ đỡ bàn ép (3) và dao cắt trên di chuyển xuống phía dưới theo chiều thẳng đứng để cắt giấy. Trước khi dao cắt tiếp xúc với chồng giấy, thì mặt bàn ép (2) sẽ giữ chặt chồng giấy giúp cho chồng giấy được ổn định trong quá trình cắt. Khi dao cắt (5) di chuyển xuống tới vị trí thấp nhất để cắt hết giấy, người vận hành nhả bàn đạp, toàn bộ bàn trượt (4), dao cắt ( 5) và bệ đỡ bàn ép (3) sẽ tự động di chuyển lên vị trí ban đầu (vị trí cao nhất). Chu kỳ cắt diễn ra trong khoảng 1giây. Phoi giấy khi cắt ra sẽ rơi xuống dưới mặt bàn làm việc (8) và nằm trong hộc tủ chứa phoi (14) - Bộ phận ép giữ chồng giấy có thể điều chỉnh được để tăng lực ép. Lực ép tối đa lên chồng giấy 50 N. Trong quá trình cắt, tùy thuộc vào độ cao của chồng giấy mà lực ép sẽ thay đổi. Lực ép càng tăng lên khi dao cắt di chuyển xuống tới vi trí thấp nhất (cuối chồng giấy) - Hai cỡ định vị chồng giấy cho phép đỡ được chồng giấy có độ cao max= 10 cm và có thể điều chỉnh được theo sự sai lệch của góc giấy (> 90 0 hoặc < 900) - Dao cắt dưới được điều chỉnh phụ thuộc vào vị trí lắp của dao cắt trên. Khe hở nhỏ nhất giữa dao cắt dưới (8) và dao cắt trên (5) là 0.02 mm cho phép cắt được giấy mỏng có định lượng 40g/m2. -Valve đóng mở 2 đường cấp hơi vào cylinder có tác dụng khóa hơi giúp cho bàn trượt có thể dừng ở bất kì vị trí nào của trong hành trình để tạo điều kiện thuận lợi trong việc thay thế dao cắt. Khi valve ở trạng thái đóng, bàn trượt (4) sẽ không di chuyển ngay cả khi ta nhấn bàn đạp. Do đó có thể xem hai valve đóng vai trò nút dừng khẩn cấp. 3.Kết luận Quá trình thử nghiệm cho kết quả khả quan.Tùy vào điều kiện sử dụng thực tế mà độ cao chồng giấy có thể sẽ thay đổi nhằm đảm bảo chất lượng cắt tốt nhất. Có thể sử dụng giải pháp cắt góc này thay cho việc sử dụng khuôn bế kiểu truyền thống là bế phẳng và bế thụt có cùng ứng dụng cho cá sản phẩm đơn giản chỉ cần bo góc bốn cạnh. Nếu so sánh về chi phí chế tạo thì bộ dao cắt sẽ có giá cạnh tranh hơn so với chi phí chế tạo khuôn bế thụt có cùng chức năng. iv
Tài liệu tham khảo: - Dịch từ tiếng Nga: “Thiết bị thành phẩm sách” - E.I. Koselev, D.A. Pepgament và V.P. Filippov - Giáo trình vật liệu in – Trần Thanh Hà - Handbook of machining and metalworking- NXB Mac Grawhill - Handbook of Print media- Helmut Kipphan- NXB Springer - Chương 7: Thử nghiệm tính chất giấy và bột giấy. pdf trích từ trang web Hiệp hội giấy việt nam - -Hiwin Linear Guideway catalogue.pdf, THK-linear guideway.pdf - v
DESIGN BASIC APPLICATIONS FOR PRACTICAL ON LINUX EMBEDDED KIT THIẾT KẾ CÁC ỨNG DỤNG TRÊN KIT NHÚNG LINUX Dau Trong Hien HCM University of Technical Education ABSTRACT: There are several devices running Linux platform nowadays. So it is necessary for student to practice on this platform. Currently the embedded Linux kits are available in computer engineering LAB. Applications should be developed on these kits as a reference for student to help them familiar with this platform. Index Terms: Linux, embedded, platform. TÓM TẮT: Hiện nay có rất nhiều thiết bị hoạt động trên nền tảng Linux. Vì thế việc cho sinh viên thực tập trên nền tảng này là cần thiết. Hiện tại thì kit nhúng Linux đã được trang bị tại phòng kỹ thuật máy tính. Chúng cần được xây dựng những ứng dụng mẫu cho sinh viên tham khảo và làm quen với cách lập trình trên nền tảng này. Từ khóa: Linux, nhúng, nền tảng. I. Giới thiệu: Các phần mềm trợ giúp kết nối máy Kit nhúng linux SBC6000x là kit có host(PC) và target(kit) thể chạy các nền tảng windows CE và Sơ đồ tổng quát board SBC6000X[1]: linux. Yêu cầu đặt ra trong đề tài này là Toàn bộ giao diện bố trí trong diện tích nhỏ xây dựng các ứng dụng trên nền tảng gọn 106.5mm*94mm Linux nhúng. Các ứng dụng được thiết kế với các thể loại sau: Ứng dụng console Ứng dụng giao diện người dùng trên nền thư viện GTK. Ứng dụng driver II. Giải pháp đề nghị : Để thiết kế ứng dụng trên kit nhúng ta cần các phần mềm và phần cứng sau đây: Máy tính PC chạy linux Kit nhúng KM9260 Trình biên dịch chéo sang mã nguồn arm tương ứng với KIT KM9260. Hình 1:sơ đồ tổng quát board SBC6000x Tiến hành:
Cài đặt trình biên dịch chéo [2] Bước 2 : kiểm tra Ip của kit bằng lệnh Bước 1 :Chuẩn bị trình biên dịch chéo : ifconfig arm-linux-gcc-3.4.5-glibc-2.3.6- Bước 3 : kiểm tra kết nối : ping Ip_kit linux.tar.bz2 Ví dụ : ping 192.192.192.200 Bước 2 : giải nén trình biên dịch : Bước 4 : mở phần mềm tftp và Browse đến Tar –jxvf arm-linux-gcc-3.4.5-glibc- thư mục chứa file cần download xuống kit ( 2.3.6-linux.tar.bz2 trên máy windows ,ta chép file trên Bước 3 : khai báo biến môi trường : Vmware sang 1 thư mục trên windows). export PATH=$PATH:/root /usr/crosstool/gcc-3.4.5-glibc-2.3.6/arm- linux/bin/ (khai báo đường dẫn đến thư mục bin trong thư mục arm-linux của trình biên dịch chéo.) Biên dịch và thực thi : Hình 2: Cấu hình TFTP server Phần cứng : máy chạy hệ điều hành trỏ đến tập tin cần tải: windows , kit chạy linux Phần mềm tftp ,putty Bước 1 : kết nối kit với máy tính bằng putty : Hình 3: liên kết tập tin cần download Sau khi Browse đến thư mục chứa file cần download xuống , ta chọn OK Tiếp theo ta chọn Start Hình 1: cấu hình kết nối host và target Mục Serial line : ta vào Device Manage để biết tên cổng com giao tiếp . Mục Speed : chọn 115200 ( mặc định cho kit này ) Sau đó chọn nút Open Hình 4: tiến hành download tập tin
Bước 5 : tiến hành download file xuống một cách riêng dạng socket mạng, chủ yếu kit bằng lệnh trên putty dùng trong truyền nhận dữ liệu từ xa giữa các $tftp –g –l /-l Ip của máy máy với nhau trong mạng cục bộ hay internet tính windows bằng các giao thức mạng phổ biến. Ví dụ : ta set local network của máy Trong đề tài này tập trung vào phần character windows là 192.192.192.222 , file cần driver. download là hello $ tftp –g –l /-l hello 192.192.192.222 Bước 6 : cấp quyền cho tập tin Chmod 777 Bước 7 : thực thi tập tin ./ten file Ứng dụng driver[3]: Có ba loại device driver trong Linux: Hình 5: Sơ đồ cấu trúc hệ thống nhúng Character driver, block driver, và network driver. Character driver hoạt động theo Các bước xây dựng ứng dụng driver: nguyên tắc truy xuất dữ liệu không có Biên dịch nhân: vùng nhớ đệm, nghĩa là thông tin sẽ di Cần chuẫn bị gói nhân phù hợp với nhân đang chuyển lập tức từ nơi gửi đến nơi nhận sữ dụng trên hệ thống nhúng, riêng board theo từng byte. Block driver thì khác, hoạt KM9261 đã có sẵn nhân linux-2.6.24 do đó động theo cơ chế truy xuất dữ liệu theo chúng ta cần chuẫn bị gói nhân này. Ta có thể vùng nhớ đệm. Có hai vùng nhớ đệm, tải gói nhân này từ địa chỉ và đệm ngõ vào và đệm ngõ ra. Dữ liệu trước cho ftp server. Nên tải khi di chuyển vào (ra) hệ thống phải chứa gói vá lỗi (patch) nếu có cho gói nhân đó. trong vùng nhớ đệm, cho đến khi vùng Tiếp theo, ta nên chép gói nhân này vào máy nhớ đệm đầy thì mới được phép xuất ảo nếu dùng máy ảo linux. (nhập). Nghĩa là dữ liệu di chuyển theo từng khối. Network driver hoạt động theo
Sau đó ta tiến hành giải nén gói nhân này Các thông số cho board KM9261 đã được bằng lệnh tar –Jxvf .tar.xz định nghĩa sẵn trong file có tên là cho gói tin có phần mở rộng tar.xz và tar at91sam9261ek_defconfig nằm trong thư mục –jxvf .tar.bz2 cho gói tin có arch/arm/configs/. Do đó chúng ta chỉ cần lấy phần mở rộng là tar.bz2. các thông số cho board này ra để sử dụng bằng lệnh make ARCH=arm at91sam9261ek_defconfig. Sau đo, ta tiến hành biên dịch nhân bằng lệnh make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm- linux- uImage. Trong đó biến môi trường CROSS_COMPILE chứa tiền tố của tên trình biên dịch chéo. Hình 6: giải nén gói nhân Nếu gói nhân có gói tin vá lỗi ta tiến hành chép gói tin vá lỗi vào thư mục vừa giải nén và tiến hành vá lỗi bằng lệnh xz –dc / .xz | patch –p1 cho gói tin có phần mở rộng là xz và zcat Hình 7: tiến trình biên dịch nhân / .gz | patch –p1 cho gói tin có phần mở Biên dịch modules: Để biên dịch modules ta cần code của rộng là gz. modul và tập tin makefile để đơn giản hóa Tiếp theo ta chuyển đường dẫn hiện tại quá trình biên dịch. Kết quả của phần biên dịch này ta sẽ được một vào thư mục vừa giải nén và vá lỗi. Từ tập tin *.ko. thư mục này, ta cài đặt các thông số cần thiết cho nhân.
Biên dịch chương trình ứng III. Kết luận dụng(application) Phần này ta viết và biên dịch như các Đề tài đã thực hiện được các ứng dụng chương trình ứng dụng ở trên console, ứng dụng GUI dủng GTK và Chép tập tin *.ko và tập tin binary của device driver cho kit nhúng linux KM9261. ứng dụng vào kit để thực thi dùng putty Thông qua việc thực hiện đề tài tác giả đã theo bước 5 ở trên. biên soạn được bộ tài liệu hướng dẫn sử dụng kit nhúng linux cũng như các bài tập mẫu cho sinh viên ngành kỹ thuật máy tính và các ngành liên quan. Dựa trên các bài tập mẫu trên Kit KM9260 sinh viên có thể phát triển các ứng dụng trên các thiết bị nhúng khác. Tài liệu tham khảo [1] SBC6000X Hardware Manual [2] SBC6000X Linux Application Development Guide [3] Đậu Trọng Hiển, Hướng dẫn thực hành kit KM9261, ĐHSPKT 2013.
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG BÀI TẬP ỨNG DỤNG CHO MODUL THÍ NGHIỆM PLC CƠ BẢN RESEARCH AND BUILDING APPLICATION EXERCISES FOR MODUL OF PLC S7 - 200 Trần Thanh Lam Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT PLC ngày càng có vai trò quan trọng trong hệ thống công nghiệp, do đó việc dạy và học các kiến thức cơ bản về PLC là việc làm cần thiết trong quá trình đào tạo. Hiện nay, việc học PLC trong môn học Trang bị điện – điện tử trong máy công nghiệp còn thiếu thực tế, do vậy cần có nhiều dạng bài tập. Từ khóa : PLC S7-200, bài tập thí nghiệm, ABSTRACT PLC (Program Logic Controls) is very populated in industrial system so training it is very important for mechanical engineer. But, teaching them is very difficult for student and teacher, because of different between theories and pratices. So, design and bulding laboratory module are necessary to teaching and traning PLC for student. Student can implement the basic experiments and teacher can teach control and operate the PLC in the theoritical courses. Keywords: PLC S7 – 200, basic experiment excersises, 1. TỔNG QUAN vấn đề cấp thiết để giải quyết bài toán nâng Trong nước : cao khả năng vận hành PLC cho sinh viên Hiện nay, quá trình thí nghiệm môn Trang Bị ngành Chế tạo máy. Điện – Điện tử tại Bộ môn Công nghệ chế 2. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM PLC S7 – 200 tạo máy, Khoa CKM, trường Đại học SPKT Tp.HCM còn có một số hạn chế như sau : . Sinh viên vẫn chưa được thực hành và nắm cách sử dụng PLC cơ bản trong truyền động điện . Tham gia đấu dây các mạch điện cơ bản kết hợp PLC với Khí cụ điện. . Hiệu quả giảng dạy chưa cao : lý thuyết – thực tế. Hình 1 Chính vì thế nghiên cứu và phát triển đề tài “Nghiên cứu và xây dựng bài tập ứng dụng cho modul thí nghiệm plc cơ bản” là một
Hình 2 Hình 6 Hình 3 Hình 7 3. BÀI TẬP THÍ NGHIỆM Bài 1 Mô tả hoạt động của hệ thống điều khiển tuần tự 3 động cơ : Hình 4 Kết quả thực tế :
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động : - Khi nhấn nút On thì ĐC1 chạy trước, sau Khi ta lập trình hệ thống đèn giao thông thời gian 3 phút thì ĐC2 chạy, sau 5 phút thì sẽ lần lượt chạy đèn xanh 60 giây, đèn ĐC3 chạy. vàng 10 giây, đèn đỏ 70 giây. - Khi nhấn nút Off thì ĐC3 dừng ngay lập tức, sau thời gian 5 phút thì ĐC2 dừng, 3 4. KẾT LUẬN phút sau thì ĐC1 dừng. Hệ thống bài thí nghiệm trên Modul PLC Bài 2 : S7-200 đã giúp sinh viên có cái nhìn trực Mô tả hoạt động của hệ thống điều khiển đèn quan sinh động hơn các vấn đề liên quan đến giao thông : lập trình PLC cơ bản - Sơ đồ nguyên lý được mô tả trên hình vẽ Các bài thí nghiệm giúp nâng cao trình độ và - Hệ thống điều khiển đèn giao thông ngã tư khả năng tiếp cận với các mạch điện đang đơn giản với 6 đèn cho 2 hướng. được sử dụng trong máy công nghiệp, khả năng xử lý tình huống trong quá trình lắp các - Xanh sáng 60 giây, đèn vàng sáng 10 giây, mạch điện thật. đèn đỏ sáng 70 giây. Hướng phát triển : Bên cạnh những kết quả đạt được, đề tài có thể phát triển thêm ở một số khía cạnh sau :  Hoàn thiện hơn hệ thống kết nối đấu dây cho an toàn.  Thay đổi nhanh modul mở rộng.  Kết hợp PLC – Inverter - Khí cụ điện – Tải 1 pha, 3 pha
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đồng Sĩ Linh (2015), tài liệu thực hành tự động hoá với PLC, nhà xuất bản Đại học Sư phạm kỹ thuật, TP.HCM. 2. PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương (2012), hệ thống điều khiển tự động khí nén, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, TP.HCM. 3. ThS Hoàng Trí (2013), giáo trình an toàn lao động và môi trường công nghiệp, nhà xuất bản Đại học Quốc gia, TP.HCM. 4. PGS.TS Quyền Huy Ánh (2011), giáo trình an toàn điện, nhà xuất bản Đại học Quốc gia, TP.HCM. 5. TS Bùi Văn Hồng (2013), giáo trình thực hành máy điện, nhà xuất bản Đại học Quốc gia, TP.HCM. 6. TS Hồ Xuân Thanh (2014), giáo trình khí cụ điện, nhà xuất bản Đại học Quốc gia, TP.HCM. 7. TS Bùi Văn Hồng (2014), giáo trình thực hành điện cơ bản, nhà xuất bản Đại học Quốc gia, TP.HCM. 8. ThS Lưu Văn Quang (2006), giáo trình thực tập truyền động điện, nhà xuất bản Đại học Sư phạm kỹ thuật, TP.HCM. 9. PGS.TS Đặng Thiện Ngôn (2013), giáo trình trang bị điện – điện tử trong máy công nghiệp, nhà xuất bản Đại học Quốc gia, TP.HCM. 10. ThS Ngô Quang Hà (2014), thực tập truyền động điện tự động, nhà xuất bản Đại học Sư phạm kỹ thuật, TP.HCM. Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): Họ tên: Trần Thanh Lam Đơn vị: KHOA CƠ KHÍ MÁY Điện thoại: 0918.444626 Email: lamtt@hcmute.edu.vn
NÂNG CAO NĂNG LỰC CẠNH TRANH CỦA CÁC DOANH NGHIỆP VIỆT NAM TRONG THỜI KỲ HỘI NHẬP Strengthening competitive capacity of the VietNam’s corporation in the international Integration ThS. Nguyễn Thị Huyền Trâm Việc gia nhập tổ chức thương mại thế giới WTO và Khu vực mậu dịch tự do AFTA đem đến cho các DN Việt Nam nhiều cơ hội nhưng cũng khiến các DNVN gặp nhiều thách thức. Sản phẩm của các DNVN có thể vươn ra thế giới, DNVN có thể tìm kiếm thị phần cho sản phẩm của mình, nhưng bên cạnh đó, sản phẩm của VN cũng phải cạnh tranh với sản phẩm của các nước khác. Để việc gia nhập có lợi nhiều hơn có hại thì các DNVN cần phải nâng cao NLCT. Để góp phần làm rõ thêm vấn đề này, tác giả chọn đề tài “Nâng cao NLCT của các DN Việt Nam trong thời kỳ hội nhập” để nghiên cứu. Substract The joining in The World Trade Organization (WTO) and (AFTA) brought ViêtNam’s corporation many chances but ViêtNam’s corporations are facing a big challenge to compete with foreign corporations. VietNam’s products can adhere to the world markets, ViêtNam’s corporation can have more many markets to consume their products. However, VietNam’s products have to compete against other countries in trade. To this joining have effect, ViêtNam’s corporation must raise the competent ability. To make clearly this problem, the author chooses the theme: “Strengthening competitive capacity of the VietNam’s corporation in the international Integration” to research. 1
1. Cơ sở lý luận về NLCT của DN mình mà chính là phải mang lại cho 1.1.Khái niệm về cạnh tranh, NLCT khách hàng những giá trị gia tăng cao và lợi thế cạnh tranh. hoặc/và mới lạ hơn để khách hàng lựa 1.1.1. Khái niệm cạnh tranh. chọn mình chứ không lựa chọn đối thủ Theo K. Marx: "Cạnh tranh là sự cạnh tranh của mình”. ganh đua, đấu tranh gay gắt giữa các - Trong báo cáo về cạnh tranh toàn nhà Tư bản nhằm dành giật những điều cầu năm 2003 tại diễn đàn Liên hợp kiện thuận lợi trong sản xuất và tiêu quốc thì cho rằng cạnh tranh đối với dùng hàng hóa để thu được lợi nhuận một quốc gia là "Khả năng của nước đó siêu ngạch". đạt được những thành quả nhanh và bền - Hai nhà kinh tế học Mỹ P.A vững về mức sống, nghĩa là đạt đựơc Samuelson và W.D.Nordhaus trong các tỷ lệ tăng trưởng kinh tế cao được cuốn Kinh tế học (xuất bản lần thứ 12) xác định bằng các thay đổi của tổng sản cho rằng “Cạnh tranh (Competition) là phẩm quốc nội (GDP) tính trên đầu sự kình địch giữa các DN cạnh tranh người theo thời gian”. với nhau để dành khách hàng hoặc thị Từ những định nghĩa trên, có thể trường”. Họ còn đồng nhất cạnh tranh thấy về cơ bản, cạnh tranh là quá trình với cạnh tranh hoàn hảo (Perfect một chủ thể nỗ lực vượt qua đối thủ của Competition). mình để đạt được một hay một số mục - Hai tác giả R.S. Pindyck và D.L tiêu nhất định. Rubinfeld trong cuốn kinh tế học vi mô 1.1.2. Khái niệm lợi thế cạnh tranh cho rằng: “Thị trường cạnh tranh hoàn Theo Michael Porter, LTCT được hảo là thị trường có nhiều người mua hiểu là những nguồn lực, lợi thế của và người bán và không một cá nhân ngành, quốc gia mà nhờ có chúng, các người mua hoặc người bán nào có ảnh DN KD trên thương trường quốc tế tạo hưởng đáng kể tới giá cả”. ra một số ưu thế vượt trội hơn, ưu việt - Theo Tôn Thất Nguyễn Thiêm hơn so với các đối thủ cạnh tranh trực (“Thị trường, chiến lược, cơ cấu: cạnh tiếp. tranh về giá trị gia tang, định vị và phát Bốn yếu tố tạo nên LTCT là: hiệu triển DN”) thì cạnh tranh trong thương quả, chất lượng, sự cải tiến và sự đáp trường không phải là diệt trừ đối thủ của ứng khách hàng. Chúng tạo thành một 1
khối thống nhất của LTCT mà bất kỳ “DN có khả năng cạnh tranh là DN có một DN hoạt động trong lĩnh vực nào thể sản xuất sản phẩm và dịch vụ với cũng phải tuân theo. Có thể nghiên cứu chất lượng vượt trội và giá cả thấp hơn từng yếu tố tách biệt nhau như ở những các đối thủ khác trong nước và quốc tế. phần dưới đây, song cần lưu ý rằng, Khả năng cạnh tranh đồng nghĩa với giữa chúng có sự tương tác lẫn nhau rất việc đạt được lợi ích lâu dài của DN và mạnh. khả năng bảo đảm thu nhập cho người lao động và chủ DN”. Năm 1994, định nghĩa này được nhắc lại trong “Sách trắng về NLCT của Vương quốc Anh” (1994). Năm 1998, Bộ thương mại và Công nghiệp Anh đưa ra định nghĩa “Đối với DN, NLCT là khả năng sản xuất đúng sản phẩm, xác định đúng giá cả và vào đúng thời điểm. Điều đó có Hình 1: Các khối cơ bản tạo lợi nghĩa là đáp ứng nhu cầu khách hàng thế cạnh tranh với hiệu suất và hiệu quả hơn các DN Theo Michael Porter, LTCT được khác”. hiểu là những nguồn lực, lợi thế của Theo Buckley (1988), NLCT của ngành, quốc gia mà nhờ có chúng, các DN cần được gắn kết với việc thực hiện DN KD trên thương trường quốc tế tạo mục tiêu của DN với 3 yếu tố: các giá ra một số ưu thế vượt trội hơn, ưu việt trị chủ yếu của DN, mục đích chính của hơn so với các đối thủ cạnh tranh trực DN và các mục tiêu giúp các DN thực tiếp. LTCT giúp cho DN có được hiện chức năng của mình. “Quyền lực thị trường” để thành công Theo tác giả Lê Đăng Doanh trong trong KD và trong cạnh tranh. tác phẩm Nâng cao NLCT của DN thời 1.1.3. Khái niệm NLCT hội nhập: “NLCT của DN được đo Khái niệm NLCT (NLCT) được đề bằng khả năng duy trì và mở rộng thị cập đầu tiên ở Mỹ vào đầu những năm phần, thu lợi nhuận cho DN trong môi 1980. Theo Aldington Report (1985): 2
trường cạnh tranh trong nước và ngoài trong DN và (2) các yếu tố bên ngoài nước”. DN. Theo Tôn Thất Nguyễn Thiêm 1.2.1. Các yếu tố bên trong DN trong tác phẩm “Thị trường, chiến lược, 1.2.1.1. Trình độ và năng lực tổ cơ cấu” thì NLCT là việc gia tăng giá chức quản lý của DN. trị nội sinh và ngoại sinh của DN. Trình độ và năng lực tổ chức quản Tóm lại, một khái niệm NLCT của lý của DN thể hiện ở: (1) áp dụng phù DN phù hợp nhất trong bối cảnh hiện hợp phương pháp quản lý hiện đại; (2) tại có thể là khả năng duy trì và nâng trình độ chuyên môn cũng như những cao LTCT trong việc tiêu thụ sản phẩm, kiến thức của đội ngũ cán bộ quản lý mở rộng mạng lưới tiêu thụ, thu hút và của DN; (3) trình độ tổ chức quản lý sử dụng có hiệu quả các yếu tố sản xuất DN, thể hiện ở việc phân công nhiệm nhằm đạt lợi ích kinh tế cao và bền vụ, sắp xếp bố trí nhân sự cho phù hợp vững. Quan trọng là, NLCT không phải với công việc. là chỉ tiêu đơn nhất mà mang tính tổng 1.2.1.2. Trình độ thiết bị, công hợp, gồm nhiều chỉ tiêu cấu thành và có nghệ thể xác định được cho nhóm DN Nếu DN ứng dụng thiết bị, công nghệ (ngành) và từng DN. phù hợp sẽ cho phép rút ngắn thời gian sản 1.2.Những yếu tố tác động đến NLCT xuất, tăng năng suất lao động, hạ giá thành của DN. nhưng vẫn nâng cao chất lượng sản phẩm. Mô hình Kim cương của M. Porter Ngoài ra, công nghệ mới và phù hợp còn chỉ ra rằng có ít nhất 6 nhóm yếu tố tác giúp DN nâng cao trình độ cơ khí hóa, tự động tới NLCT của DN: (1) “ngữ cảnh” động hóa của DN. của DN, (2) điều kiện cầu (thị trường), 1.2.1.3. Trình độ lao động trong (3) điều kiện yếu tố (nguồn lực đầu DN vào), (4) các ngành cung ứng và liên Lao động là lực lượng sử dụng quan (cạnh tranh ngành), (5) các yếu tố công nghệ, điều khiển các thiết bị để ngẫu nhiên và (6) yếu tố nhà nước. Tuy sản xuất ra sản phẩm hàng hóa. Thêm nhiên, các yếu tố trên cũng có thể được vào đó, lao động còn là lực lượng tham chia thành hai nhóm: (1) các yếu tố bên gia vào việc cải tiến kỹ thuật, hợp lý 3
hóa quá trình sản xuất và đôi khi còn là năng thực hiện năng lực 4P (Product, lực lượng tạo ra cái mới Place, Prize, Promotion) trong hoạt động 1.2.1.4. Năng lực tài chính của marketing, năng lực của nguồn nhân lực DN marketing. Nó giúp khách hàng tiếp cận Năng lực tài chính của DN thể hiện ở sản phẩm của DN, tác động tới khả năng quy mô vốn, khả năng huy động và sử tiêu thụ sản phẩm nhằm thỏa mãn nhu dụng hiệu quả nguồn vốn huy động cầu khách hàng, từ đó góp phần làm tăng Việc sử dụng hiệu quả nguồn vốn sẽ giúp doanh thu, tăng thị phần của DN và tăng DN tiết kiệm chi phí sử dụng vốn. Ngoài vị thế của DN trên thị trường trong nước ra, năng lực tài chính thể hiện ở “vốn” của và quốc tế. DN còn thể hiện sức mạnh kinh tế của DN, 1.2.1.6. Trình độ nghiên cứu phát thể hiện chỗ đứng của DN trên thương triển của DN. trường. Đây là yếu tố đóng vai trò quan 1.2.1.5. Khả năng liên kết và hợp trọng trong việc cải tiến kỹ thuật, cải tác với DN khác và hội nhập kinh tế quốc tiến mẫu mã và chất lượng sản phẩm, tế. nâng cao năng suất và hợp lý hóa sản Khả năng liên kết và hợp tác của xuất. Trong điều kiện hiện nay, khi mà DN thể hiện ở việc nhận biết các cơ hội khoa học công nghệ phát triển nhanh KD mới, chọn đúng đối tác để liên như vũ bão thì yếu tố này lại càng tác minh và vận hành hoạt động của liên động mạnh mẽ đến NLCT của DN, bởi minh một cách hiệu quả, đạt được mục vì nếu không chịu đổi mới thì sản phẩm tiêu đặt ra. Nếu DN không thể hoặc ít của DN chắc chắn sẽ trở nên lỗi thời, có khả năng liên minh hợp tác với các không thể cạnh tranh cùng các sản đối tác khác thì không những bỏ lỡ phẩm cùng loại trên thị trường. nhiều cơ hội KD mà còn có mối đe dọa 1.2.2. Các yếu tố bên ngoài DN nếu đối thủ cạnh tranh nắm bắt cơ hội Theo mô hình kim cương của ấy. M.Porter thì có tổng cộng 56 chỉ tiêu cụ 1.2.1.6. Trình độ năng lực thể được phân thành 4 nhóm sau: Một marketing là, các điều kiện yếu tố đầu vào, gồm: Năng lực marketing thể hiện ở khả kết cấu hạ tầng vật chất – kỹ thuật; hạ năng nắm bắt nhu cầu thị trường, khả tầng hành chính, nguồn nhân lực, hạ 4
tầng công nghệ, thị trường tài chính. 1.2.2.1. Thị trường Hai là, các điều kiện về cầu: sở thích Đây chính là môi trường KD của của người mua, tình hình pháp luật về DN. Thị trường chính là nơi tiêu thụ sản tiêu dùng, về công nghệ thông tin Ba phẩm, đồng thời cũng là nơi để DN tìm là, các ngành cung ứng và ngành liên kiếm các yếu tố đầu vào. Ngoài ra, thị quan: chất lượng và số lượng các nhà trường còn là công cụ định hướng giúp cung cấp địa phương, khả năng tại chỗ DN đưa ra các chiến lược KD. về nghiên cứu chuyên biệt và dịch vụ 1.2.2.2. Thể chế- chính sách đào tạo, mức độ hợp tác giữa các khu Thể chế- chính sách là nền tảng vực kinh tế, khả năng cung cấp tại chỗ cho sự chấp hành chính sách pháp luật các chi tiết và phụ kiện máy móc. Bốn của DN. Nội dung của thể chế- chính là, bối cảnh đối với chiến lược và cạnh sách bao gồm từ các quy định về pháp tranh của DN, gồm hai phân nhóm là luật, chính sách về đầu tư, tài chính, đất động lực và cạnh tranh (các rào cản vô đai, công nghệ, thị trường , đến các hình, sự cạnh tranh của các nhà sản hàng hóa, dịch vụ, địa bàn được xuất địa phương, hiệu quả của việc khuyến khích hay bị hạn chế đầu tư chống độc quyền). KD. Tóm lại, đó là tất cả các biện pháp Tuy nhiên, theo logic truyền thống, điều tiết cả đầu vào lẫn đầu ra cũng như các yếu tố bên ngoài DN được chia thành toàn bộ quá trình hoạt động của DN. 5 nhóm: (1) thị trường, (2) thể chế-chính 1.2.2.3. Kết cấu hạ tầng sách, (3) kết cấu hạ tầng, (4) các ngành hỗ Kết cấu hạ tầng bao gồm cả hạ trợ và (5) trình độ nguồn nhân lực. tầng vật chất – kỹ thuật lẫn hạ tầng xã hội như hệ thống giao thông, mạng lưới điện, hệ thống thông tin, hệ thống giáo dục đào tạo Đây là tiền đề quan trọng, tác động mạnh tới hoạt động của DN, ảnh hưởng đến giá cả của sản phẩm dịch vụ. 5
1.2.2.3. Các ngành công nghiệp, các yếu tố cơ bản như: (1) chất lượng cao: là dịch vụ hỗ trợ. một chỉ tiêu tổng hợp gồm các nhóm Khi trình độ sản xuất càng hiện đại chỉ tiêu thành phần: các chỉ tiêu kinh tế, thì sự phụ thuộc lẫn nhau càng nhiều. các chỉ tiêu kỹ thuật, các chỉ tiêu về Chẳng hạn, các chi tiết và các bộ phận thẩm mỹ, tiện dụng (2) giá cả hợp lý: của một chiếc máy bay Boing được sản Chỉ tiêu này thường được xác định trên xuất ở nhiều nước khác nhau. Các cơ sở so sánh giá của các hàng hóa cùng ngành công nghiệp hỗ trợ không những loại hoặc tương đương. Nếu có sự khác tác động đến thời gian, năng suất mà biệt về chất lượng thì giá cả được đặt còn tác động đến giá cả của sản phẩm. trong sự so sánh với lợi ích do hàng hóa 1.2.2.4. Trình độ nguồn nhân lực mang lại, độ bền, thẫm mỹ ,(3) mẫu mã Trình độ và các điều kiện về hợp thời, (4) đáp ứng nhu cầu khách hàng: nguồn nhân lực thể hiện ở kỹ năng làm chỉ tiêu thể hiện việc cung cấp cho việc, mức lương, điều kiện làm việc, an khách hàng đúng hàng hóa, đúng thời toàn lao động, đầu tư cho đào tạo và cả điểm với mức giá hợp lý. Nó là một chỉ vai trò của Công đoàn. tiêu định tính phản ánh khả năng KD, 1.3. Các tiêu chí để đánh giá NLCT uy tín của DN; (5) Dịch vụ đi kèm: bao DN. gồm việc hướng dẫn sử dụng, các dịch 1.3.1. Khả năng duy trì và mở rộng thị vụ hậu mãi (bảo trì, bảo hành ). phần của DN: 1.3.3. Năng lực duy trì và nâng cao Tiêu chí này gồm 2 thành phần là hiệu quả KD của DN (1) thị phần: DN nào có thị phần lớn Tiêu chí này thể hiện qua một số hơn thì NLCT của DN đó cũng lớn hơn. chỉ tiêu như: (1) tỷ suất lợi nhuận: là Tiêu chí này thường được đo bằng tỷ lệ một chỉ tiêu tổng hợp, được tính bằng doanh thu hay số lượng sản phẩm tiêu trị số tuyệt đối (ví dụ, bao nhiêu đồng thụ trên thị trường và (2) tốc độ tăng thị lợi nhuận trên một đơn vị đầu vào) hoặc phần của DN: Chỉ tiêu này phản ánh sự số tương đối (tỷ suất lợi nhuận của DN thay đổi đầu ra của DN theo thời gian. so với tỷ suất lợi nhuận bình quân 1.3.2. NLCT của sản phẩm: ngành); (2) chi phí trên một đơn vị sản Đây là chỉ tiêu phản ánh kết quả hoạt phẩm động của DN. NLCT của sản phẩm dựa trên 6
1.3.4. Năng suất các yếu tố sản xuất: đầu vào của DN. Đây là điều kiện để Các chỉ tiêu liên quan đến năng đảm bảo NLCT trong dài hạn. suất gồm có: năng suất lao động, hiệu 1.3.7. Khả năng liên kết và hợp tác suất sử dụng vốn, năng suất yếu tố tổng của DN hợp Năng suất phản ánh lượng sản Cạnh tranh trong điều kiện hiện phẩm đầu ra so với đơn vị yếu tố đầu nay không phải là tiêu diệt lẫn nhau mà vào, là chỉ tiêu phản ánh năng lực khai phải là hợp tác lẫn nhau để cạnh tranh thác, sử dụng các yếu tố sản xuất của tốt hơn. Do vậy, khả năng liên kết hợp DN. Đồng thời, chỉ tiêu này còn phản tác là tiền đề cho hoạt động KD hiệu ánh năng lực đáp ứng yêu cầu của quả, đồng thời đây cũng là một tiêu chí khách hàng, chi phí trên đơn vị sản định tính của NLCT của DN. Tiêu chí phẩm và đơn vị thời gian. này thể hiện qua chất lượng và số lượng 1.3.5. Khả năng thích ứng và đổi mới các mối quan hệ với đối tác, các liên của DN doanh, hệ thống mạng lưới KD theo Đây là chỉ tiêu đánh giá NLCT lãnh thổ. “động” của DN. DN phải thích ứng với sự thay đổi của thị trường trong nước và 2. Thực trạng DN và NLCT của DN quốc tế (sở thích, nhu cầu, chất lượng, Việt Nam mẫu mã ) và môi trường KD như chính 2.1. Thực trạng DN Việt Nam sách của Nhà nước, sự thay đổi của đối 2.1.1 Số lượng, quy mô và ngành nghề tác KD, đối thủ cạnh tranh. Chỉ tiêu này KD của DN. được xác định bởi một số chỉ tiêu thành 2.1.1.1. Số lượng, quy mô DN phần như: số lượng cải tiến, sáng tạo sản Trong năm 2013, cả nước có phẩm, cải tiến quy trình sản xuất, cải tiến 76.955 DN đăng ký thành lập mới với kỹ thuật số vốn đăng ký 398.681 tỷ đồng, tăng 1.3.6. Khả năng thu hút nguồn lực 10,1% về số DN và giảm 14,7% về số Khả năng thu hút nguồn lực không vốn đăng ký so với cùng kỳ năm trước. chỉ nhằm đảm bảo cho điều kiện để hoạt Ta thấy tình hình DN có dấu hiệu tốt động sản xuất KD được tiến hành bình lên khi số DN thành lập mới trong năm thường mà còn thể hiện NLCT thu hút 2013 tăng trở lại so với năm 2012. 7
Về số DN dừng hoạt động trong 25,02% với Công ty cổ phần. Các DN năm 2013, cả nước có 60.737 DN giải 100% vốn nước ngoài chỉ chiểm tỷ thể và ngừng hoạt động (trong đó, số trọng 2,17% trong tổng số các loại hình DN hoàn thành thủ tục giải thể là 9.818 DN nhưng thu hút một lực lượng lao DN, số DN gặp khó khăn và rơi vào động khá lớn với 22,34%; DNNN vẫn trạng thái tạm ngừng hoạt động là là loại hình DN chiếm tỷ trọng lớn nhất 50.919 DN) tăng 11,9 % so với cùng kỳ về vốn KD với 32,31% và vốn cố định năm trước. với 40,95%. Về số DN gặp khó khăn rơi vào Về quy mô DN: Năm 2012, cả tình trạng ngừng hoạt động nay quay nước có 341664 DN nhỏ và vừa theo trở lại hoạt động trong năm 2013 là tiêu chí quy mô lao động, chiếm 98,5% 14.402 DN. trên tổng số DN trong cả nước và có Số DN khó khăn rơi vào tình trạng 323844 DN có quy mô vốn dưới 50 tỷ ngừng hoạt động nay quay trở lại hoạt đồng, chiếm 93,4% trên tổng số DN động tăng dần theo các tháng. Về số DN trong cả nước. giải thể và gặp khó khăn phải ngừng hoạt Nhìn chung, các DN VN có quy động trong năm 2013 vẫn tăng so với mô về lao động lẫn về vốn đều rất hạn năm 2012, tuy nhiên qua theo dõi số liệu chế. Điều này cũng là một bất lợi và các tháng trong năm 2013, số DN gặp làm giảm NLCT của các DN VN khi khó khăn phải ngừng hoạt động đã có hội nhập với khu vực và quốc tế. chiều hướng giảm dần đi qua từng 2.1.1.2. Về ngành nghề của DN tháng. Đây là dấu hiệu tích cực và là cơ Xét theo số lượng DN, các DN sở cho việc phục hồi phát triển nền kinh VN chủ yếu tập trung vào 5 ngành sau: tế trong thời gian tới. Thương mại (38,9%); Công nghiệp chế Số liệu về tỷ trọng DN, lao động biến (16,24%); Xây dựng (14,07%); và vốn của DN: loại hình Công ty Hoạt động chuyên môn, khoa học và TNHH chiếm tỷ trọng khá lớn với công nghệ (8,53%) và Vận tải, kho bãi 60,87%. Tỷ trọng của Công ty cổ phần (5,57%). Xét theo số lao động, các DN tương đối cao với 21,64%. Đây cũng là tập trung vào 3 ngành: Công nghiệp chế loại hình DN thu hút nhiều lao động biến, chế tạo (45,02%); Xây dựng nhất vơi 31,03% với Công ty TNHH và (15,96%); Thương mại (13,15%). 8
Xét theo Vốn KD, các DN tập 2.1.2. Vốn, lao động của DN trung vào 5 ngành: Hoạt động tài chính, - Về tài sản của DN. Nhìn chung ngân hàng và bảo hiểm (31,87%); Công tổng tài sản tăng lên trong mấy năm nghiệp chế biến, chế tạo (18,82%); qua. Tỷ trọng TSCĐ trong DN tương Thương mại (14,33%); Xây dựng đối cao (trên 40%), chứng tỏ các DN có (18,2%) và Hoạt động KD bất động sản quan tâm đến việc đầu tư lâu dài, tuy (7,39%). nhiên tỷ trọng này lại giảm đều qua các Xét theo Vốn cố định, các DN tập năm, chứng tỏ các DN đang gặp khó trung vào 5 ngành: Công nghiệp chế khăn trong hoạt động KD của mình. biến, chế tạo (22,21%); Hoạt động tài TSCĐ bình quân 1 lao động năm 2010 chính, ngân hàng và bảo hiểm là 239,2 triệu đồng; năm 2011 là 238,2 (18,57%); Sản xuất và phân phối điện, triệu đồng và năm 2012 là 224,2 triệu khí đốt, nước nóng, hơi nước và điều đồng. Điều này là không tốt và làm hoà không khí (11,19%); Hoạt động giảm NLCT của DN. KD bất động sản (9,87%) và Thương - Về lao động: Số lượng lao động mại (9,38%). tăng nhanh, đây là một tín hiệu tốt . Nhìn chung, các DN VN chủ yếu Tuy nhiên, so với lực lượng lao động vẫn tập trung ở các ngành nghề “truyền hiện có tại thời điểm 2012 thì số lượng thống”. Tuy nhiên, tỷ lệ các DN hoạt lao động hiện đang làm việc là chưa động trong các ngành nghề hiện đại như cao (khoảng 52580 nghìn người). Thu tài chính, tín dụng hoặc khoa hoc, công nhập bình quân tháng của người lao nghệ đã có sự thay đổi lớn so với trước động tăng qua các năm, đây là một tín đây, điều này chứng tỏ tư duy KD của hiệu tích cực. Tuy nhiên, việc tăng thu chủ DN VN cũng đã thay đổi. Nhưng nhập của người lao động phải đi kèm suy cho cùng, tỷ lệ các DN hoạt động với cuộc sống tốt đẹp hơn thì việc tăng trong các ngành nghề hiện đại vẫn còn này mới thực sự có ý nghĩa. thấp, ví dụ Hoạt động chuyên môn, - Về thu nhập bình quân của người khoa học và công nghệ (8,53%). Cơ cấu lao động trong DN tăng qua các năm, này phản ánh cơ cấu ngành còn lạc hậu năm 2012, thu nhập bình quân tháng của DN VN. của người lao động khoảng 5,3 triệu đồng. Với mức thu nhập như vậy thì 9
người lao động có thể có một cuộc sống đảo như sữa chua, sữa đặc có đường, tương đối ổn định. Tuy nhiên, đây là số nhưng ở một số phân khúc như sữa tươi liệu về thu nhập của những người lao và sữa bột cũng còn hạn chế. Cụ thể, động làm việc tại các DN. Với số liệu Vinamilk chiếm 75% thị phần sữa đặc của Tổng cục Thống kê 2012 về thu có đường, 90% thị phần sữa chua, 50% nhập bình quân đầu người khoảng 2 thị phần sữa tươi và khoảng 25 - 30% triệu đồng tháng thì tổng thu nhập bình thị phần sữa bột của Việt Nam. Với quân đầu người của Việt Nam năm công suất thiết kế khá lớn của 2 nhà 2013 khoảng hơn 2,2 triệu đồng máy mới này, Vinamilk đặt kế hoạch sẽ tháng. Đó là mức thu nhập khiêm tốn, chiếm lĩnh 50% thị 60% thị phần sữa rất khó khăn cho người dân, đặc biệt là nước trong những năm tới. khu vực nông thôn tổng thu nhập bình Trên thị trường quốc tế: Hoạt động quân đầu người trên tháng năm 2012 xuất khẩu của Việt Nam năm 2013 đạt chỉ là 1,541 triệu đồng còn thấp hơn 132,13 tỷ USD, tăng so với năm 2012. mức bình quân, trong khi 68% dân số là Trong đó, tổng trị giá xuất khẩu với ở nông thôn. Đó là chưa kể đến tình châu Á đạt 68,57 tỷ USD, tăng 11,5% trạng phân hóa giầu nghèo, làm cho so với năm 2012. Tiếp theo là với châu khoảng cách thu nhập giữa 20% người Mỹ đạt 28,85 tỷ USD, tăng 22,4%; kế nghèo nhất và 20% người giầu nhất lên đến là châu Âu: 28,11 tỷ USD, tăng tới 10 lần và đang tăng lên. 19,2%; châu Phi: 2,87 tỷ USD, tăng 2.2. Thực trạng NLCT của DN Việt 16%; châu Đại Dương: 3,73 tỷ USD, Nam tăng 9,9% so với năm 2012. Vậy trong 2.2.1. Tình hình thực hiện các chỉ tiêu năm qua, kim ngạch xuất khẩu sang NLCT của DN Việt Nam châu Á chiếm tỷ trọng lớn nhất (52%) 2.2.1.1. Thị phần và năng lực trong tổng kim ngạch xuất khẩu của cả chiếm lĩnh thị trường nước. Trong số các thị trường trên 1 tỷ Trên thị trường nội địa: các Công USD, có 3 thị trường xuất khẩu trên 10 ty bánh kẹo như: Kinh Đô, Bibica và tỷ USD (chiếm tỷ trọng 38% trong tổng Hải Hà chiếm hơn 42% thị phần. Công kim ngạch xuất khẩu) là Hoa Kỳ, Nhật ty sữa Vinamilk hiện nắm thị phần Bản, Trung Quốc. tương đối, một số mặt hàng ở thế áp 10
Việt Nam có trao đổi hàng hóa với phẩm của các DN được cải thiện rất gần 230 quốc gia và vùng lãnh thổ. Số nhiêu, tuy nhiên các sản phẩm có thể thị trường đạt kim ngạch trên 1 tỷ USD cạnh tranh được của Việt Nam thường của xuất khẩu tăng từ 25 thị trường năm nhờ vào lợi thế của tài nguyên hoặc lợi 2012 lên 27 thị trường năm 2013. Tổng thế của giá cả. Chẳng hạn, năm 2013 kim ngạch xuất khẩu hàng hóa của các Việt Nam xuất khẩu sang thị trường Nhật thị trường trên 1 tỷ USD chiếm gần Bản các nhóm hàng chính là: hàng dệt 90% kim ngạch xuất khẩu cả nước. may đạt 2,38 tỷ USD; dầu thô: 2,09 tỷ Hoa kỳ tiếp tục là thị trường mà USD; linh kiện ô tô đạt 1,77 tỷ USD; Việt Nam đạt thặng dư thương mại lớn máy móc thiết bị dụng cụ & phụ tùng đạt nhất với 18,64 tỷ USD. Thị trường các 1,21 tỷ USD. Từ các vụ kiện bán phá giá Tiểu vương quốc Ảrập thống nhất đạt của các nước đối với hàng hóa của Việt được thặng dư thương mại lớn thứ 2 với Nam cho thấy giá cả hàng hóa của Việt 3,81 tỷ USD (do thị trường này là đầu Nam thấp hơn nhiều so với giá cả hàng mối xuất khẩu điện thoại các loại & linh hóa của các nước. kiện tăng cao tới 1,92 tỷ USD so với năm Về chất lượng sản phẩm: hàng hóa 2012). Và lần lượt là Anh: 3,13 tỷ USD, của Việt nam trong những năm gần đây Hồng Kông: 3,06 tỷ USD, Campuchia: cải thiện đáng kể, chủng loại hàng hóa đa 2,42 tỷ USD, Hà Lan: 2,26 tỷ USD, Nhật dạng, mẫu mã nhiều và đẹp. Nhiều sản Bản: 2,07 USD và Tây Ban Nha: 1,8 phẩm dành được chỗ đứng không chỉ USD. trên thị trường nội địa mà ngay cả thị 2.2.1.2. NLCT của sản phẩm trường quốc tế cũng được đánh giá cao NLCT của sản phẩm là một trong như chè shan tuyết Mộc Châu, chè Tân những chỉ tiêu cơ bản phản ánh NLCT Cương, hoa Đà Lạt Sản phẩm của của DN. Sản xuất ra sản phẩm có khả Công ty Chè Mộc Châu khi tham gia năng cạnh tranh cao là cách thức để DN xuất khẩu cũng như lưu thông trong nước chiếm lĩnh thị trường. NLCT của sản chưa bao giờ bị khách hàng trả lại hoặc phẩm thể hiện qua giá cả, chất lượng, có ý kiến về dư lượng thuốc bảo vệ thực thương hiệu vật, giá bán cao hơn 1,7 - 2 lần các sản Thực tế về NLCT của sản phẩm của phẩm cùng loại. Gạo nếp cái hoa vàng các DN Việt Nam cho thấy giá thành sản Kinh Môn - Hải Dương đóng bao bì 11
mang nhãn hiệu tập thể có giá 27.000 được cải thiện đáng kể, tuy nhiên các đồng/kg, cao hơn gạo cùng loại không DN vẫn cần phải nỗ lực hơn nữa để mang nhãn hiệu 5.000 đồng/kg. Nhãn nâng cao chất lượng. hiệu chứng nhận "Hoa Đà Lạt" đã được 2.2.2. Thực trạng các yếu tố tác động sử dụng cho sản phẩm hoa địa lan, cấp đến NLCT cho 16 đơn vị Trong giai đoạn 2009- 2.2.2.1. Trình độ tổ chức quản 2011, số lượng đơn đăng ký tăng từ 15- lý 20%, còn trong hai năm gần đây, do ảnh Tổ chức quản lý DN bao gồm các hưởng kinh tế khó khăn nhưng lượng yếu tố: mô hình tổ chức DN, cơ cấu tổ đơn đăng ký vẫn tăng nhẹ. Điều đó chức bộ máy quản lý, năng lực cán bộ chứng tỏ các DN đã bắt đầu quan tâm quản lý DN. đến việc nâng cao NLCT của sản phẩm. - Về mô hình tổ chức DN: hiện Tuy nhiên, những sản phẩm như vậy nay nền kinh tế VN có nhiều loại hình chưa nhiều. Trên thị trường thế giới, DN. Trong đó, các loại hình DN chủ những sản phẩm được đánh giá có chất yếu gồm: DNNN, DN tư nhân, Công ty lượng cao thì hầu hết là sản phẩm thô có TNHH (2-50 thành viên), Công ty lợi thế về tự nhiên hay giá lao động rẻ TNHH 1 thành viên, Công ty Hợp như dệt may, da giày. Tính độc đáo của danh, Công ty Cổ phần, DN có vốn đầu sản phẩm nói chung không cao, trừ một tư nước ngoài. Các loại hình này rất số sản phẩm mang đậm bản sắc văn hóa phổ biến và phù hợp với điều kiện kinh như các sản phẩm thủ công mỹ nghệ, còn tế thị trường. Tuy nhiên, mô hình tổ lại thì các sản phẩm khác hầu như đi sau chức ở DN Việt Nam có những đặc thù các nước về kiểu dáng, tính năng, thậm sau: chí còn lạc hậu so với thế giới. Một là, loại hình DNNN hiện đang Dịch vụ chăm sóc khách hàng và có số lượng khá lớn so với các nước hậu mãi đã được các DN chú trọng, tuy kinh tế thị trường. nhiên, số lượng DN quan tâm đến điều Hai là, các DN ngoài quốc doanh này hiện vẫn chưa cao và qui trình bảo gồm nhiều mô hình tổ chức: từ các hành sản phẩm vẫn còn nhiều phức tạp. HTX đến DN tư nhân và công ty tư Tóm lại, chất lượng hàng hóa của nhân. Tuy nhiên, số lượng DN ngoài Việt Nam trong những năm gần đây đã nhà nước chiếm tỷ trọng lớn. Qui mô 12
của loại hình DN này chủ yếu là các 2.2.2.2. Về vốn của DN VN DN siêu nhỏ, nhỏ và vừa. Qui mô vốn của DN VN chủ yếu Ba là, các mô hình DN ở VN có là nhỏ và vừa, những năm gần đây thì những “biến thể” do đang trong quá quy mô vốn đăng ký bình quân của mỗi trình hình thành, phát triển và tiếp tục DN lại có xu hướng đi xuống. Năm điều chỉnh. 2012, bình quân một DN đăng ký với - Về cơ cấu tổ chức bộ máy quản số vốn 6,6 tỷ đồng, nhưng giảm xuống lý: Các loại hình DN khác nhau có cơ 5,1 tỷ đồng năm 2013 cấu tổ chức bộ máy quản lý khác nhau. Bình quân vốn của một DN là 43,8 Hiện tại khi thực hiện chức năng của bộ tỷ đồng năm 2012, trong đó vốn bình máy quản lý DN, nhiều công ty Cổ quân 1 DNNN là 1515,4 tỷ. Trong khu phần ở VN không phân biệt rõ ranh giới vực ngoài quốc doanh, vốn bình quân giữa quản lý và điều hành theo thông lệ của 1 DN ngoài quốc doanh là 23 tỷ, quốc tế. Chẳng hạn, Khi quy mô các trong đó vốn bình quân của 1 DN tư Công ty cổ phần nhỏ, số lượng cổ đông nhân là 6,2 tỷ; công ty hợp danh là ít, có công ty cổ phần chỉ có 3 cổ đông 0,011 tỷ; công ty TNHH là 12,57 tỷ; thì thường không có sự tách bạch giữa công ty cổ phần là 63,46 tỷ. Trong khi chủ sở hữu và người điều hành trực đó, vốn bình quân của 1 DN có vốn đầu tiếp, mà các cổ đông thường đồng thời tư nước ngoài là 286,3 tỷ. là người điều hành công ty, tức là Đại Với quy mô vốn nhỏ bé như vậy, hội cổ đông sẽ đồng thời là thành viên các DN Việt Nam khó có thể mở rộng của Hội đồng quản trị. quy mô sản xuất, điều này sẽ dẫn đến - Về năng lực quản lý: Năng lực chi phí cao vì vậy NLCT sẽ thấp, giá quản lý của DN tập trung ở năng lực bán sản phẩm sẽ cao do không có được của người đứng đầu DN. Năng lực của lợi thế kinh tế về quy mô. Nguồn vốn người đứng đầu DN, đặc biệt là DNNN hạn hẹn còn gây khó khăn cho DN còn nhiều hạn chế, thiếu kinh nghiệm trong việc đổi mới trang thiết bị cũng và trình độ chuyên môn trong lĩnh vực như đầu tư cho nghiên cứu để phát triển KD nên chất lượng quản lý chưa cao. sản phẩm và tạo ra sản phẩm mới. 13
2.2.2.3. Năng lực công nghệ 2.2.3. Thực trạng về môi trường KD trong DN VN của DN Việt Nam Trình độ công nghệ của DN quyết 2.2.3.1. Về Thể chế - chính sách định đến tăng trưởng và phát triển nền Từ 1986 và đặc biệt là từ khi kinh tế mỗi quốc gia. Hiện trạng công chuyển đổi sang nền kinh tế thị trường nghệ của ngành và lĩnh vực sản xuất, (1989) đến nay, thể chế chung về KD, năng lực thích ứng và khả năng đổi mới tài chính, đất đai, đầu tư được hình công nghệ trong các DN có thể được thành và hoàn thiện dần. Cụ thể là, kiểm định bằng khả năng cạnh tranh, khuôn khổ pháp luật về KD: được hình mức độ tiêu thụ các sản phẩm sản xuất thành với nhiều luật quan trọng như trong nước trên thị trường trong và Luật đầu tư nước ngoài tại VN (ban ngoài nước và do đó liên quan đến khả hành năm 1987); Luật DN tư nhân và năng tồn tại và phát triển của DN. Luật Công ty (1990); Luật DNNN Theo kết quả điều tra đối với toàn (1995); Luật Hợp tác xã (1996) và Luật bộ DN năm 2011, chỉ có khoảng 8% DN (1999) Các văn bản này được DN chỉ tiến hành hoạt động nghiên cứu sửa đổi nhiều lần và hiện nay là Luật và triển khai (R&D), trong khi khoảng DN (2005), Luật Hợp tác xã (2003), 5% chỉ cải tiến công nghệ có sẵn, có Luật Đầu tư (2005) Pháp luật KD 84% DN được điều tra cho biết họ quy định rõ về thành lập DN, đăng ký không có bất cứ chương trình cải tiến KD, hoạt động của DN và phá sản DN. hoặc phát triển công nghệ nào. Luật KD tạo “sân chơi” bình đẳng giữa Với trình độ công nghệ thấp như các chủ thể KD, tạo môi trường thông hiện nay, NLCT của các DNVN bị thoáng cho hoạt động KD, tạo bước đột giảm không những do sử dụng công phá về cải cách hành chính . Những nghệ lạc hậu dẫn đến năng suất thấp mà đổi mới trong pháp luật KD tạo điều trong tương lai, nó cũng là yếu tố ảnh kiện thuận lợi cho các DN gia nhập thị hưởng đến khả năng tăng trưởng trong trường, thực hiện việc KD hiệu quả và dài hạn khi các lợi thế về lao động rẻ dễ dàng hơn. Hoặc như những đổi mới đang mất dần và NLCT tăng trưởng bị trong Luật đất đai không chỉ tạo điều giảm một cách tương đối. kiện thuận lợi cho các DN về mặt bằng 14