CC BY
89
УДК 629.12.002.2:681.32
К. М. Сурков
Астраханский государственный технический университет
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ КОРПУСА СУДНА
Подготовка судостроительного производства к постройке судов представляет собой совокупность сложных взаимосвязанных процессов, требующих согласованного действия большого количества коллективов при решении широкого комплекса разнообразных вопросов. В современных условиях рыночных отношений, роста цен на материалы и готовую продукцию особую ценность для судостроительной промышленности представляет анализ современных достижений технологической науки и их реализация на практике.
Первостепенную роль в подготовке производства приобрело к настоящему времени само предприятие. Если ранее предприятие получало государственный заказ, то сегодня оно само должно набирать портфель заказов судов, устанавливать хозяйственные связи с предприятиями-поставщиками, обеспечивать предусмотренные контрактами техникоэкономические показатели постройки судов. В этих условиях судостроительному предприятию необходимы способность быстро и с минимальными затратами переходить с одного проекта судов на другой, максимальное использование производственных мощностей, в том числе построечных мест. Выход судов на мировой рынок с его конкуренцией предполагает жесткую временную дисциплину выполнения контрактов, высокое качество и надежность судов на уровне мировых стандартов, рентабельность производства с учетом цен, складывающихся на рынке. Все сказанное предопределяет необходимость совершенствования и создания существенно новых методов технологической подготовки производства, новых технологических процессов постройки судов.
Одним из выходов из существующего положения является использование автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП). Реализацию функции АСТПП - разработку технологических процессов с помощью ЭВМ - можно рассматривать одновременно и как решение задачи автоматизации выпуска технологической документации верфи.
Разработка технологических процессов с помощью ЭВМ требует создания соответствующей САПР технологических процессов (САПР ТП), которая в автоматическом или в интерактивном режиме должна определять весь набор технологических операций и требований для их выполнения.
В настоящее время в судостроительной промышленности используются различные САПР, имеющие также название СЛБ/СЛЫ-системы. Но практически все они предназначены для выполнения проектноконструкторской части, а в плане технологической подготовки производ-
ства существуют лишь САПР по раскрою листового проката, проектированию постелей и составлению генеральных графиков постройки судна. Совершенно не уделяется внимание разбивке корпуса судна на блоки и секции и разработке технологических процессов сборки и сварки секций судна, блоков судна и корпуса в целом.
В связи с этим предлагается разработать программный продукт, который, во-первых, на современном уровне и, во-вторых, на современной программной платформе судостроительного завода позволял бы автоматически выполнять задачи, стоящие перед инженером-технологом:
- разбивку судна на блоки и секции;
- выбор способа формирования корпуса на стапельном месте;
- разработку принципиальных технологических процессов.
Используя математическую модель корпуса судна, разработанную
в САПР Sea Solution фирмы Sea Tech LTD (г. Н. Новгород), по нижеследующим алгоритмам возможно решение задач оптимизированной разбивки судна на блоки и секции и разработки технологических процессов сборки и сварки секций, блоков секций и корпуса в целом.
Оптимизированная разбивка корпуса судна на блоки и секции. С помощью описания корпуса судна уравнениями кривых и поверхностей возможно определить оптимальный вариант схемы разбивки корпуса судна на блоки и секции, учитывая критерий оптимизации, зависящий от массы, габаритов, длины монтажных стыков, прочности и жесткости секции при транспортировке. Масса и габариты блока или секции должны быть максимальными, но не более грузоподъемности трансбордера или крана. Длины монтажных стыков должны быть наименьшими, а прочность и жесткость секции при транспортировке должны быть не менее допустимых пределов.
Оптимизация выбора схемы разбивки происходит по алгоритму, приведенному на рис. 1. Первоначально анализируется математическая модель объекта (судно целиком при разбивке на блоки или блок при разбивке его на секции), полученная в САПР Sea Solution, с указанием толщин элементов, и вводятся допустимые значения критериев оптимизации: грузоподъемности кранов или трансбордеров, высоты и ширины ворот и пролетов цехов, пределов прочности и жесткости. Затем автоматически рассчитывается единичная матрица комбинаций блоков в судне или секций в блоке размером N по принципу: для блоков учитывается каждый кольцевой монтажный стык, для секции - каждый паз и стык листов, входящих в состав блока; затем начинается просчет всех возможных вариантов разбивки на секции или блоки. Последовательность:
1. Рассчитывается масса i-й комбинации.
2. Полученный результат сравнивается с допустимым значением масс; в случае отрицательного результата выполняется переход к следующему варианту.
Рис. 1. Алгоритм разбивки корпуса судна на блоки и секции
3. Рассчитываются габариты блока или секции данной комбинации.
4. Полученные результаты сравниваются с допустимыми значениями габаритов; в случае отрицательного результата выполняется переход к следующему варианту.
5. Выполняется проверка прочности и жесткости при транспортировке комбинации. Полученные результаты сравниваются с допустимыми значениями прочности и жесткости; в случае отрицательного результата выполняется переход к следующему варианту.
6. Рассчитываются длины монтажных стыков.
7. Сравнение /-й комбинации с лучшей по массе и длине монтажных стыков (последнее предпочтительней, так как уменьшаются трудоемкости на стапельном месте) и запоминание лучшей комбинации.
8. Если матрица комбинаций просчитана не вся, то выполняется переход к следующему варианту.
9. Вывод наилучшей комбинации и создание матрицы использованных элементов.
10. Если матрица содержит все элементы, то оптимизация закончена, в обратном случае из матрицы комбинаций исключаются использованные элементы и начинается расчет полученной матрицы комбинаций оставшихся элементов по пп.1-10.
Расчет масс производится на основании вычисления площадей наружной обшивки, описанных уравнениями Безье. Расчет прочности и жесткости секций и блоков производится методами строительной механики корабля. По приведенному выше алгоритму в первом приближении была составлена и апробирована программа «ККВ8». Расчеты, выполненные с ее помощью для уставного (типового) судна, позволили оптимизировать схему разбивки судна на блоки и секции, которые имеют наиболее возможные массы и габариты и наименьшие длины монтажных стыков. Время расчета занимает 3-4 минуты, но если бы он производился вручную, он занимал бы несколько месяцев без гарантии получения хотя бы приблизительно оптимального варианта.
Разработка технологических процессов сборки корпуса судна. С помощью той же математической модели корпуса судна, руководствуясь ОСТ 5.9912-83 и ОСТ 5.9914-83 и вышеприведенной оптимизационной разбивкой на блоки и секции корпуса судна, возможно реализовать автоматизированную разработку технологических процессов сборки секций, блоков секций и корпуса судна в целом по алгоритму, приведенному на рис. 2. На основании ОСТ 5.9912-83 и ОСТ 5.9914-83 созданы базы данных № 1, 2, где для любой типовой секции или типового блока существует как минимум один типовой технологический процесс. В базе № 1 перечислены все типы и группы секций, в базе № 2 - типовые технологические процессы. Используя эти базы данных, пользователь определяет тип каждой секции или блока и выбирает типовой процесс.
Рис. 2. Алгоритм разработки технологических процессов сборки корпуса судна
Последовательность выполнения алгоритма рис. 2:
1. Считывается математическая модель судна, представленная в виде текстового файла формата ASF. В данном формате перечислены все координаты математической модели, необходимые для ее воссоздания. После этого математическая модель выводится на экран монитора ЭВМ с использованием трехмерной графики.
2. Вводятся параметры завода-строителя:
- рабочая площадь цеха сборки и сварки секций и блоков;
- грузоподъемность и количество кранов и трансбордеров;
- габариты пролетов и ворот цеха;
- наличие механизированных поточных линий.
3. Производится оптимизационная разбивка на блоки и секции по приведенному выше алгоритму.
4. С использованием баз данных № 1 и 2 определяется тип каждой секции или блока и выбирается типовой процесс.
5. Пользователь корректирует полученный технологический процесс с целью уточнения его для конкретной секции или блока.
6. После того как для каждой секции и для каждого блока будут получены технологические процессы, с их помощью и на основе математическая модели судна рассчитывается трудоемкость изготовления секций, блоков секций корпуса судна в целом.
7. Завершающей частью является вывод технологических процессов и таблицы трудоемкостей на печать.
По данному алгоритму в настоящее время производится разработка программы, которая ориентировочно будет завершена и апробирована в течение ближайшего года. С помощью данной программы технологическая подготовка производства должна будет заметно сократиться за счет уменьшения трудоемкости, затрачиваемой при разработке схем разбивки корпуса судна на блоки и секции и разработке технологических процессов сборки корпуса судна. Появляется также возможность находить оптимальные решения без громоздких вычислений.
Получено 17.02.05
AUTOMATIC DESIGN OF TECHNOLOGICAL PROCESSES FOR ASSEMBLING OF VESSEL HULL
K. M. Surkov
There was considered the possibility of mathematical model adaptation for vessel hull. The model is solved by Bezye’ s equations for optimization of vessel hull division into blocks and sections and automatic design of technological processing for assembling of vessel hull. The creation for optimization includes such parameters as; mass, overall dimensions, strength and rigidity of section or a block, length of structural joints. Programme algorithms are presented for realization of optimal division of vessel hull into blocks and sections as well as for development of technological processes for vessel hull assembling.
