АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ И РОБОТИЗИРОВАННЫЕ ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ ЦЕНТРЫ ВЕРФЕЙ XXI ВЕКА
В. Д. Горбач, канд. техн. наук; О. Г. Соколов, докт. техн. наук В. М. Левшаков, А. А. Васильев, канд. техн. наук (ФГУП ЦНИИТС)
^Д
Создание в 90-х годах научных основ новейших групповых роботизированных и автоматизированных технологий на базе высококонцентрированных источников энергии (технологических лазеров, источников плазменной энергии, генераторов токов высокой частоты) создало предпосылки для научно-технической революции на верфях, позволяющей снизить в 4—5 раз трудоемкость постройки корпусов судов, уменьшить затраты на расходные материалы и электроэнергию, сократить производственные площади, сроки постройки судов и обеспечить требования экологической безопасности.
Трудоемкость судокорпусного производства составляет более 50% общей трудоемкости работ верфи. Корпусные виды производства играют ключевую роль в процессе постройки судна, уровень их оснащения прогрессивными технологиями и оборудованием определяет возможности верфи в достижении коммерческого успеха.
До конца 80-х годов в отечественном судостроении активно внедрялись новые технологии, средства механизации и автоматизации корпусных работ, компьютерные технологии подготовки производства. В судокорпусном производстве действовало более 200 механизированных и 6 автоматизированных линий. На ряде ведущих верфей применялись современные CAD/CAM системы. В опытной эксплуатации испыты-вались робототехнические комплексы. Активно разрабатывались и внедрялись на ведущих предприятиях поточные линии тепловой резки листового металлопроката, автоматизировались вспомогательные операции (перегружатели на поточных линиях, роботы—сортировщики мелких деталей и т. п.). Механизировались целые производства конструкций, включая комплексно механизированные цехи Выборгского судостроительного завода и Северной верфи. Технология и оборудование по многим параметрам не уступали, а иногда и превосходили лучшие зарубежные образцы.
В 90-е годы научные исследования и разработки, техническое перевооружение судокорпусного производства осуществлялись недостаточно активно, наметилось определенное отставание в оснащении отечественных производств прогрессивными технологиями и средствами технологического
оснащения. По ряду ключевых позиций, таких как информационные и лазерные технологии, робототехника, это отставание стало весьма значительным. В эти годы обновление активной части основных производственных фондов практически не проводилось. Такое положение привело к росту трудоемкости и продолжительности производственных процессов, высоким накладным расходам, составляющим на российских предприятиях 25—30% всей себестоимости постройки судов (в Германии — 14—18%).
Подавляющее большинство применяемого технологического оборудования имело большой срок эксплуатации и морально устарело. Например, средние показатели возраста оборудования на российских предприятиях: от 10 до 20 лет — 30%; от 20 до 30 лет — 17%; от 30 до 40 лет — 15%; свыше 40 лет — 18%.
В то же время ведущие верфи мира в последние годы развивались весьма динамично, что позволило им почти в три раза сократить трудоемкость постройки судов. В 80-х годах в Европе сформировалась концепция компакт-верфи, и в 90-х годах на ее основе модернизирован и построен ряд ультрасовременных высокопроизводительных предприятий [1—3].
В основе реконструкции ведущих верфей мира в начале XXI века лежит принцип перехода от автоматизации отдельных технологических операций (предварительной обработки, тепловой резки листов на машинах с ЧПУ и профилей на роботизированных комплексах, роботизированной сварки узлов и т. п.) к полной автоматизации и роботизации судокорпусного производства с внедрением новейших технологий, обеспечивающих переход на качественно новый уровень производства по экономичности, производительности постройки корпусов судов.
Основными принципами организации судокорпусного производства отечественных верфей XXI века, призванными обеспечить их конкурентоспособность на мировом рынке за счет резкого, в 2—3 раза, сокращения трудоемкости и сроков постройки судов, являются:
формирование корпусообрабатываю-щего и сборочно-сварочного производств на основе групповой технологии в виде со-
Рис. 1. Схема корпоративной информационной системы верфи
вокупности роботизированных и автоматизированных обрабатывающих центров, управляемых в рамках корпоративной информационной системы (КИС) верфи с использованием современных САй/САМ-систем (рис. 1);
широкое применение новейших высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологий на базе высококонцентрированных источников энергии, включая технологии лазерной резки и сварки, тонкоструйной плазменной резки, электроннолучевой сварки, сварки ТВЧ, дуговой сварки по плазменной подварке, ми-нисилового ротационно-локального формообразования [4];
кардинальное повышение точности и качества изготовления деталей и конструкций в единой системе допусков с соответствующей минимизацией и полным исключением пригоночных работ на базе внедрения прецизионных технологий и лазерно-акустических средств контроля.
Основные технико-экономические показатели судокорпусного производства, работающего по групповой технологии, приведены в табл. 1, а его основные центры и структура показаны на рис. 2, 3 и 4.
Внедрение групповой технологии на отечественных судостроительных предприятиях позволит обеспечить высокие технико-экономические показатели производства, на уровне ведущих верфей мира, что видно из данных, приведенных в табл. 2 и на рис. 5.
Рассмотрим более подробно автоматизированные и роботизированные обрабатывающие центры, базирующиеся на применении высококонцентрированных источников энергии и принципиально новых технологий.
Создание регионального центра изготовления стальных сотовых панелей обеспечит: кардинальное, не менее чем в 2—3 раза снижение трудоемкости постройки корпусов судов за счет сокращения протяженности сварных швов и исключения операций правки конструкций после сварки; уменьшение массы корпусов судов в среднем на 20— 30%; относительно низкую стоимость сотовых конструкций благодаря применению высокопроизводительной технологии лазерной сварки, минимизации расхода присадочных материалов и защитных
газов, полной автоматизации производства.
Применение сварных алюминиевых панелей до настоящего времени сдерживалось отсутствием оптимальной технологии их сборки и сварки, обеспечивающей минимальные сварочные деформации, а следовательно, и высокую точность и качество панелей. Разработанная ЦНИИТС совместно с Институтом электросварки им. И. Е. Патона технология изготовления точных экономичных сварных алюминиевых панелей с использованием предварительного растяжения и поперечного выгиба позволяет уже в ближайшее время начать их производство.
В отличие от традиционного технологического процесса изготовления сварных алюминиевых панелей
в разрабатываемом технологическом процессе выбран метод комплексного силового воздействия на панель, заключающийся в сочетании независимого предварительного продольного упругого растяжения листа и привариваемых ребер жесткости с поперечным упругим выгибом этого листа [5].
Предварительные растягивающие напряжения в листе и ребрах жесткости, составляющие от 0,7 до 0,9 предела текучести, являются обратными по знаку остаточным сварочным напряжениям и компенсируют их при разгрузке панели после сварки. Упругое растяжение органично вписывается в технологический цикл изготовления панели и выполняется одновременно с операцией сборки конструкции под сварку. Это позволя-
6 Судостроение № 5, 2001 г.
ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ И МАШИНОСТРОЕНИЯ
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2001
Таблица 1
Характеристика судокорпусного производства, работающего по принципу групповой технологии
Наименование Вид операции Существующие технологии Удельная трудоемкость выпол-
центра на верфях РФ на ведущих верфях мира нения операций*, чел.-ч/т
Стоимость центра, млн руб. (окупаемость, лет)
КОРПУСООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ПРОИЗВОДСТВО
Автоматизированный центр складирования и правки проката
Центр предварительной обработки металлопроката
Центр изготовления и комплектации листовых деталей
Центр изготовления и комплектации мелких деталей
Автоматизированный лазерный центр изготовления плоских и полуобъемных секций
Роботизированный центр изготовления плоских узлов Центр гибки листовых деталей
Центр изготовления и комплектации профильных деталей
Роботизированный центр изготовления объемных секций Региональный центр изготовления тавровых балок с использованием сварки ТВЧ
Региональный центр изготовления стальных сотовых панелей Региональный центр изготовления алюминиевых панелей
Складирование проката на крытом складе, оснащенном кранами с радиоуправлением и листоправильными машинами с ЧПУ
Очистка и грунтование проката на автоматизированных поточных линиях дробеметной очистки (листов и профилей) и ЭДВО (профилей)
Резка, подготовка кромок, маркирование, разметка деталей на многофункциональных МТР с ЧПУ, комплектация деталей на сортировщиках с ЧПУ
Изготовление деталей на автоматизированном станочном оборудовании, автоматизированная комплектация
Складирование на механизированном открытом складе, оснащенном листоправильными машинами
Очистка и грунтование проката на механизированных поточных линиях дробеметной очистки
Резка деталей на МТР с ЧПУ. Механизированная подготовка кромок и комплектация деталей, маркирование и разметка вручную
Изготовление деталей на станочном оборудовании, механизированная комплектация
Складирование проката на открытом складе, оснащенном кранами с радиоуправлением и листоправильными машинами
Очистка и грунтование проката на автоматизированных поточных линиях дробеметной очистки
Резка, подготовка кромок, маркирование, разметка деталей на многофункциональных МТР с ЧПУ, механизированная комплектация деталей
Изготовление деталей на станочном оборудовании(включая автоматизированное), механизированная комплектация
СБОРОЧНО-СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Автоматизированная сборка, лазерно-дуговая сварка полотнищ и набора главного направления, р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.