Разработка методов выполнения подготовки производства судовых корпусных конструкций с использованием зарубежных CAD/CAM систем в условиях параллельного проектирования

Судостроение является одной из наиболее важных отраслей большинства развитых стран. Аккумулируя в своей продукции достижения большого числа смежных отраслей промышленности (металлургии, машиностроения, электроники и т. п.), судостроение одновременно стимулирует развитие этих отраслей на достижение ими высокого научно-технического уровня. Как производство в целом, судостроение относится к единичному или, в лучшем случае, к мелкосерийному производству. Вместе с тем, судно любого назначения является чрезвычайно сложным изделием. Процессы его проектирования и строительства сложны по своему содержанию и значительны во времени. Подготовка производства, в обеспечение строительства судов нового проекта на судостроительных предприятиях, представляет собой совокупность сложных взаимосвязанных процессов, требующих высокого уровня организации и согласования действия большого числа коллективов-участников создания судна, при решении широкого комплекса вопросов.

В советские времена в российском судостроении был накоплен значительный опыт проектирования и строительства судов самого разного назначения. Судостроительная отрасль представляла собой развитую систему, функционирование которой было достаточно жестко регламентировано комплексом нормативных документов государственного и отраслевого уровней. В тоже время традиционная для отечественного судостроения организация выполнения проектирования и подготовки строительства судов имела ряд особенностей, которые в определенной степени мешали внедрению методов автоматизированного проектирования и подготовки производства [5]. В результате создаваемые в советском судостроении системы САПР/АСТПП отличались от аналогичных зарубежных систем по принципам информационной интеграции, хотя большинство инженерных решений были почти идентичны [64], [8]. Причиной этому являлось стремление сохранить узаконенную организацию работ между проектными организациями и заводами строителями и использование видов документов, регламентированных отраслевыми и государственными стандартами [22]. На зарубежных верфях подобные ограничения отсутствовали. Работа в условиях рыночных отношений не накладывала каких-либо ограничений на использование не стандартных принципов организации выполнения работ и форму применяемой документации. Поэтому, с развитием интегрированных программных средств автоматизации проектирования и подготовки строительства судов, получивших название CAD/CAM систем (от англ. Computer Aided Design/ Computer Aided Manufactoring), стали развиваться и новые принципы организации проектирования и подготовки производства, основанные на возможностях такого программного обеспечения (ПО) [34]. В результате, западные верфи смогли достаточно быстро оценить эффект, который давала автоматизация инженерных работ с использованием компьютерных технологий. Мировой опыт показал, что применение CAD/CAM систем позволяет уменьшить количество этапов проектирования, упорядочить и упростить отношения Заказчик — Проектант — Строитель, сократить число взаимодействующих организаций и в целом изменить процессы проектирования и подготовки производства в лучшую сторону. Начиная с конца 90-х годов, в отечественном судостроении также появились предприятия, использующие в практике организации своего бизнеса принципы рыночных отношений. Это позволило им опираться не только на отечественные разработки в области САПР/АСТПП и жестко следовать требованиям нормативных документов, определяющих состав и виды документации, а использовать весь положительный опыт, накопленный за рубежом, тем более в случаях, когда заказчиком судна является иностранная фирма. В качестве технического оснащения для выполнения этапов проектирования судов и подготовки производства эти предприятия сразу же сориентировались на зарубежные CAD/CAM системы, основными среди которых стали AUTOKON, FORAN и TRIBON. Эти программные продукты широко применялись и уже имели хорошую репутацию на мировом судостроительном рынке. Разработчики этих системы постоянно развивали новые, усовершенствованные версии программного обеспечения под новые компьютерные возможности и новые технологии, которые развивались вместе с всеобщей автоматизацией. Все указанные выше CAD/CAM системы сопровождались хорошей, подробной документацией пользователей. В большинстве случаев, при внедрении этих систем, проводились курсы обучения будущих пользователей. Однако оказалось, что не всегда зарубежный опыт работы с CAD/CAM системами полностью применим в условиях отечественного судостроения. Основными причинами стали как определенные, пока не отмененные, нормативные положения, так и отсутствие опыта организации выполнения работ, включая недостаточную квалификацию специалистов. В условиях рыночных отношений, применение CAD/CAM систем позволяет изменить традиционную для отечественного судостроения схему заказа проекта, включая распределение работ ' между проектной организацией и заводом строителем. Заказчик (особенно иностранный) заказывает судно заводу. При заключении контракта на строительство, Заказчик определяет какое ему необходимо судно, какими качествами оно должно обладать и какую сумму он заплатит за него. При этом, его не всегда интересует кто будет судно проектировать. Заказчиком проекта в этом случае выступает сам завод. Он заключает договор с конструкторским бюро, с которым оговаривает требования к проекту, к технологичности конструкций, в каком виде должна быть передана проектная документация, в какие сроки и за какие деньги. Кроме того, высокий уровень автоматизации части задач дает возможность заказывать в КБ, параллельно с разработкой рабочего проекта, и выполнение определенных объемов технологической подготовки. Первый же опыт параллельного проектирования показал значительные преимущества данного варианта организации работ. Однако, он же поставил сразу же и целый ряд вопросов.

Одним из первых, возникающих уже на этапе заключения договора на проектирование, встал вопрос о стадиях разработки проекта и форме передачи результатов проектирования заказчику — заводу строителю (Верфи). Традиционная номенклатура документов и графики ее разработки уже не могли удовлетворять Верфь, так как перед самой Верфью стояли Новые, более жесткие требования к срокам строительства, к видам документов и информации, которые она должна была согласовывать с заказчиком судна. Так как проектные работы оплачивались Верфью, в целях экономии средств, необходимо было также определить минимально необходимый, но достаточный для строительства объем проектных работ.

В поисках этого оптимального сочетания, договора на разработку проектной документации согласовывались значительный период времени. Во избежание повторения этих процедур на последующих проектах, и Проектанты и Верфи стали разрабатывать определенные технические требования и инструкции на разработку проектной документации, которые оказались и эффективными и действенными во многих аспектах. Сложности подготовки и согласования договорных документов выявили необходимость наведения и определенного терминологического порядка, в частности, однозначного понимания понятия «электронная модель судна» (ЭМС). Ранее это понятие определяло основной результат автоматизированного проектирования судна Проектантом в варианте, когда дальнейшую подготовку производства выполняла Верфь. Однако, однозначного описания своего содержания «электронная модель судна» не имела. В большинстве случаев ее наполнение определялось договоренностями между Верфью и Проектантом. Данное положение не только. не позволяет определять стоимость ее разработки на этапе проектирования, но и затрудняет вариант взаимодействия проектанта и строителя в случае, если они используют разные CAD/CAM системы. С началом использования CAD/CAM систем появилась необходимость поиска нового подхода и к решению вопросов согласования проектных решений с Верфью. В соответствии с нормативными определениями этот этап называется отработкой судна на технологичность. Существующая организация его выполнения не соответствует новым возможностям, которые дает использование CAD/CAM систем. По-новому требуется решать вопросы определения формы и графика передачи результатов проектирования на Верфь [7]. Ряд вопросов возникает и в варианте подготовки документации при реализации в цехах Верфи новых технологий, закупаемых за рубежом. Сегодня, для части технологий, применяемых в корпусозаготовительном производстве, отсутствуют не только формы передачи инженерных решений, но иногда и методы их получения. Так, ОАО «Балтийский завод» установил в новом корпусообрабатывающем цехе оборудование, способное вырезать листовые детали с одновременной разделкой кромок под сварку и наносить на них разметку линий установки деталей набора. Необходимые средства информационного обеспечения данного оборудования имеются в CAD/CAM системах. Однако практика показала, что для их использования необходима определенная настройка, которая не реализуется на этапе поставки оборудования. Аналогичная ситуация возникла и в варианте внедрения технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката с использованием, для задания и контроля их формы, инверсных линий. Поставляемая с CAD/CAD системами методическая документация не позволяет рассчитывать необходимую для реализации данной технологии информацию без выполнения дополнительного исследования и настройки программного обеспечения.

В настоящее время работ по решению данных вопросов на отраслевом уровне не выполняется. Попытки отдельных предприятий закрывать частные вопросы не могут приводить к эффективным решениям, так как практика показала, что их получение возможно только на основе комплексного подхода. Поэтому, в данной диссертации ставилась цель разработать комплекс необходимых научно-обоснованных решений по реализации выполнения технологической подготовки корпусного производства в условиях параллельной разработки проекта средствами CAD/CAM систем для предприятий, оснащенных современными технологиями изготовления корпусных конструкций. В качестве базы для выполнения исследований были выбраны ООО ПКБ «Петробалт» и ОАО «Балтийский завод». Причиной выбора данных предприятий явилось то, что они имеют реальный опыт параллельного проектирования. Завод применяет самые прогрессивные технологии в области изготовления корпусных конструкций. Оба эти предприятия используют в своей деятельности разные CAD/CAM системы, что позволяет исследовать максимальный круг вопросов. Кроме этого реальное применение новых технологий и зарубежного оборудования позволяло сориентировать методы поиска научно обоснованных решений на выполнение натурных экспериментальных работ и их проверку в условиях реального производства. Это обеспечивало уровень достоверности полученных ¦ решений, необходимый для возможности их применения другими судостроительными предприятиями.

Результаты исследования особенностей автоматического нанесения линий разметки мест установки деталей набора на листы обшивки корпуса при их вырезке на МТР позволили впервые реально отказаться от ручной разметки полотнищ в цехе при сборке секций. Предложенная технология выполнения сборки листов обшивки принята заводом для практической реализации.

Выполненное исследование технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката с использованием для контроля формы инверсных кривых и разработка методов исключения брака за счет совершенствования подготовки производства с помощью зарубежных CAD/CAM систем позволило отказаться от использования гибочных шаблонов и исключить необходимость их изготовления на плазе. В «качестве научно-обоснованных положений реализации данной технологии в работе получены значения высоты рабочего поля для проектирования инверсных кривых, аналитически обоснованные значения шага расчета точек задания их формы и величины перекроя. Предложен принципиально новый метод нанесения на профильную заготовку линий разметки обрезов концов деталей.

Полученные в работе результаты анализа особенностей освоения зарубежных технологий и их информационного обеспечения с помощью CAD/CAM систем позволили сформулировать требования к комплексной оценке возможности их использования в отечественном судостроении при формировании контрактов на закупку оборудования.

Заключение

.

Выполненное в диссертации исследования и разработки позволили впервые обосновать эффективные методы выполнения подготовки производства корпусных конструкций на основе использования зарубежных CAD/CAM систем с возможностью подключения проектантов в качестве контрагентов и предложить нучно-обоснованную организационную схему выполнения работ в рамках которой проектант может выполнять работы и по выпуску управляющих программ резки, чего ранее не делалось.

Разработанные в работе теоретические обоснования причин возникновения погрешностей в работе машин термической резки при изготовлении деталей с разделкой кромок под сварку не только обеспечили снижение процента брака при строительстве судов на ОАО «Балтийский завод», но и позволили создать систему технического контроля МТР, полностью исключающего возможность появления брака при вырезке деталей на любом судостроительном предприятии. Полученные аналитические зависимости формирования погрешности используются для выполнения настройки системы управления МТР.