Пути совершенствования методики сборки корпусных конструкций спецсудов

Введение

Опыт перехода отечественного судостроения к новым принципам хозяйствования доказал, что в условиях постоянно возрастающей сложности строящихся объектов, повышения требований к качеству, и снижению сроков строительства, рост объемов производства без увеличения численности работающих возможен только на основе применения современных средств комплексной автоматизации на всех этапах создания судна (проектирование, подготовка производства и строительство) [1], [2].
В настоящее время в отечественном судостроении внедрен целый ряд практических решений из области автоматизации как инженерной подготовки и управления процессом строительства судов, так и собственно технологических процессов [5], [7], [8].
С начала 80-х годов применение информационных технологий при проектировании и строительстве судов, включая создание на предприятиях собственных систем автоматизированного проектирования (САПР) судов и автоматизированной технологической подготовки производства (АСТПП) стало обычным явлением. В рамках автоматизации технологических процессов наибольшее распространение в судостроении получили машины термической резки с ЧПУ [7], [4], [8].
В качестве основы программного обеспечения для заводских САПР/АСТПП сегодня в отрасли применяются как отечественные разработки, например, система «РИТМ-Судно», так и различные зарубежные лицензионные CAD/CAM системы типа «Трайбон», «Форан», «Автокон» [30], [65]. Использование данных систем позволило строить и осуществлять развитие заводских САПР/АСТПП в соответствии с принятой в мировом судостроении концепцией PMS (Product Model Ship) —Производственной (математической) Модели Судна.
В рамках данной концепции система САПР/АСТПП является средством для формирования полной модели судна в виде единой распределенной базы данных, содержащей всю необходимую информацию для обеспечения строительства судна на всех этапах [6].
Первоначально основной эффект от использования производственной математической модели сводился к повышению точности вырезки листовых деталей на машинах термической резки (МТР) с ЧПУ за счет применения общей геометрической базы данных для методов аналитического определения их формы. Аналитическая деталировка, совместно с автоматизированными МТР, позволили изготавливать листовые детали фактически в рамках общего поля допусков, обусловленного только механической точностью исполнительной системы машины. Современный уровень развития САПР/АСТПП обеспечил, помимо повышения точности вырезки деталей из листа, и существенное сокращение трудоемкости и сроков выполнения подготовки производства в целом за счет:
• уменьшения документооборота на бумажных носителях;
• исключения дублирования информации в чертежах и текстовых документах;
• снижения вероятности появления в документах ошибок, а, следовательно, и трудоемкости работ, связанных с их корректировкой.
Что же касается точности изготовления корпусных конструкций то она в результате внедрения САПР/АСТПП повысилась не адекватно точности вырезки листовых деталей. Одной из причин такого положения является недостаточная эффективность применяемых методов компенсации сварочных деформаций, возникающих в процессе изготовления секций корпуса судна, особенно при изготовлении их из тонколистового металла.
В существующем варианте технологической подготовки производства определение формы детали с начала ведется относительно размеров, заданных в чертеже корпусной конструкции (определяется, так называемая, номинальная геометрия) [7].
При этом в процессе аналитической деталировки в качестве базы для расчета на ЭВМ применяется и номинальная электронная геометрическая модель судна, соответствующая его проектным параметрам (в большинстве работ по данной проблеме такая модель часто называется математической).
Рассчитанные детали полностью соответствуют геометрии, заданной в чертеже, и теоретически могут складываться без сварки в номинальную конструкцию. Однако реально собранные в конструкцию отдельные детали необходимо сварить, после чего в ней появляются сварочные деформации, изменяющие ее результирующую форму.
Для того, чтобы она была как можно ближе по своей геометрии к форме, заданной в чертеже, в процессе технологической подготовки производства применяют различные методы компенсации сварочных деформаций

.
В большинстве случаев, суть проектирования компенсационных мероприятий сводится к разработке технологами на основе оценки объемов общих сварочных деформаций соответствующей конструкции специальной системы допусков на кромки деталей и выполнению отдельного этапа изменения геометрии лекал постели (задания развала постелей).
Как самостоятельная процедура решается и задача внесения необходимых изменений в задание мест установки деталей набора в контуровочных эскизах.
Чаще всего это сводится к увеличению шпации на 1 мм (другой размер не может быть использован при выполнении ручной разметки с помощью рулетки).


Пути совершенствования методики сборки корпусных конструкций спецсудов

В настоящее время отечественное судостроение находится на стадии коренной перестройки. Руководителям многих предприятий приходится заниматься реализацией задач внедрения новых организационных и технических решений на основе реконструкции своих производственных мощностей как применительно к современных условиям, так и в расчете на перспективу.
Одними из наиболее сложных с точки зрения уровня принимаемых инженерных решений в настоящее время являются технологии изготовления корпусных конструкций, так как именно они во многом определяют сроки и качество строительства судов.
Имеющиеся отечественные научные положения в данной области не всегда способны дать однозначные ответы на вопросы, возникающие у руководителей заводов при проведении масштабной модернизации своих предприятий.
Основной разработчик научных решений, связанных с технологией строительства судов, – ОАО «ЦТСС», в вопросах корпусостроения в настоящее время занимается в основном отдельными направлениями развития технологий резки листового проката и гибки вырезанных заготовок из листа и практически не ведет работ, связанных с совершенствованием технологии сборки корпусных конструкций.
В результате данные направления развития производства предприятия вынуждены решать на основе зарубежных и частично собственных разработок.
Сегодня за рубежом широко рекламируются возможности применения робототехники для изготовления корпусных конструкций.
Предлагаются отдельные решения по автоматизации выполнения сборочных и сварочных операций при изготовлении как плоских, так и объемных секций.
Однако данное оборудование достаточно дорогое, поэтому ориентироваться на его применение при проведении модернизации производства можно только в случае правильной оценки всех проблем, связанных с эффективностью его применения, и возможных перспектив дальнейшего долговременного развития созданной технологии сборки на основе применения этого оборудования.
Проанализировав особенности известных вариантов автоматизированных технологий изготовления корпусных конструкций, можно сделать вывод о том, что в основе их эффективного применения должны лежать возможности автоматизации подготовки управляющих программ для сварочных роботов на базе использования постоянно развивающихся CAD/CAM систем.
Следовательно, предприятие должно использовать их у себя в рамках выполнения подготовки производства, а также реализации технологии сборки без припусков, которая предполагает новое отношение к определению понятий «точная деталь» и «точная конструкция».
Практика показала, что для повышения эффективности данных методов необходимо разработать способы компенсации сварочных деформаций без помощи припусков.
При таком подходе в случае разработки автоматизированных технологий сборки в качестве оборудования для автоматизации сборки «каркаса» могут использоваться уже существующие на западном рынке специализированные роботы, для внедрения которых каких-либо новых научно-технических решений не потребуется.
Поэтому уровень их совершенствования и автоматизации процесса сборки может постоянно увеличиваться параллельно с конструктивным совершенствованием сборочно-сварочного оборудования.
В то же время задача повышения точности собираемых деталей каркаса имеет широкие возможности для совершенствования. В частности, реализация такого подхода требует полного пересмотра существующих понятий, связанных с точностью изготовления каркаса судовых конструкций.
Имеющееся сегодня на заводах оборудование с ЧПУ для вырезки плоских деталей из листового проката при определенной доработке системы аналитической деталировки в состоянии обеспечить точность сборки корпусных конструкций, необходимую для автоматизации их изготовления