CC BY
90
Turichin Gleb Andreevich, Gogolukhina Maria Evgenevna, Mamedova Leyla Eldar gyzy INNOVATIONAL LASER TECHNOLOGIES IN SHIPBUILDING ...
economic sceinces
УДК 330:65.011.56
ИННОВАЦИОННЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА СУДОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ: ЭКОНОМИЧЕСКИЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ
© 2018
Туричин Глеб Андреевич, доктор технических наук, профессор, ректор
Гоголюхина Мария Евгеньевна, кандидат экономических наук, доцент кафедры
«Управление судостроительным производством» Мамедова Лейла Эльдар гызы, кандидат экономических наук, доцент кафедры «Управление судостроительным производством» Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (190121, Россия, Санкт-Петербург, улица Лоцманская, 3, е-mail: maleyla@yandex.ru)
Аннотация. Современное судостроение характеризуется высоким уровнем мировой конкуренции. Судостроительная верфь, как и любое другое предприятие, развивающееся в рыночной среде, должно постоянно работать над повышением эффективности своей деятельности, что выражается в сокращении сроков строительства судна, снижении трудоемкости и повышении качества готовой продукции. Развитие современного судостроительного предприятия не возможно без освоения инновационных цифровых технологий. В том числе крайне интересны перспективы освоения промышленных лазерных технологий на судостроительном производстве. Их внедрение существенно повышает уровень производительности и качество производственного процесса. Тем не менее, лазерные технологии не внедряются повсеместно в первую очередь в связи с высокой стоимостью оборудования. Принятие решения о замене традиционных технологий на лазерные требует рассмотрения всех аспектов внедрения лазерных технологий на судостроительном предприятии: технологических, экономических, организационных. В рамках данной работы проведена оценка экономической привлекательности внедрения инновационного цифрового лазерного оборудования, основанная на изучении технологических и организационных особенностей. Примером послужило оборудование для гибридной лазерно-дуговой сварки плоскостных секций, составляющих основу корпуса судна. Результаты исследования свидетельствует о целесообразности его внедрения на судостроительном производстве.
Ключевые слова. Судостроительное предприятие, лазерные технологии, экономическая эффективность, гибридная лазерно-дуговая сварка, цифровые технологии, инновации, инновационные технологии, сокращение производственного цикла, повышение качества.
INNOVATIONAL LASER TECHNOLOGIES IN SHIPBUILDING: ECONOMIC, TECHNOLOGICAL AND ORGANISATIONAL ASPECTS OF INTRODUCTION
© 2018
Turichin Gleb Andreevich, doctor of technical sciences, professor, rector
Gogolukhina Maria Evgenevna, candidate of economic sciences, associate professor at the department "Management of Shipbuilding Production" Mamedova Leyla Eldar gyzy, candidate of economic sciences, associate professor at the department "Management of Shipbuilding Production" Saint-Petersburg State Marine Technical University (190121, Russia, Saint-Petersburg, Lotsmanskaya street, 3, е-mail: maleyla@yandex.ru)
Abstract. The competition rate in modern shipbuilding is very high. A shipbuilding yard, as any other enterprise, which operates in market conditions, has constantly to improve its efficiency. It results in decreasing production cycle duration, labor intensity and quality improvement. Development of a modern shipbuilding yard is impossible without introducing innovational digital technologies. Perspectives of industrial laser technologies application in shipbuilding are rather interesting, as the level of productivity and the quality of the manufacturing process improve extremely. Anyhow, laser technologies are not widely spread in shipbuilding, mainly because of the high cost of the equipment. To replace traditional technologies by laser technologies it is necessary to work out all the aspects of introducing laser technologies at a shipbuilding yard: economic, technological, organizational. It was held feasibility study of innovational laser equipment introduction based on its technological and organizational features. Hybrid laser-arc welding equipment for hull flat sections manufacturing was chosen as an example for research. The results prove attractiveness of digital laser technologies application in shipbuilding.
Keywords: Shipbuilding yard, laser technologies, economic efficiency, hybrid laser-arc welding, digital technologies, innovations, innovational technologies, production cycle reduction, quality improvement.
Введение. Современная экономическая среда, в которой работает большинство промышленных предприятий, характеризуется высоким уровнем конкуренции и постоянно изменяющимися запросами рынка. Предприятия должны быть гибкими и быстро перестраиваться под требования потребителей, обеспечивая при этом высокое качество своей продукции. К одной из важных тенденций последнего десятилетия можно отнести цифровизацию всех промышленных процессов: от проектирования до производства. К числу наиболее надежных и эффективных технологий можно отнести инновационное автоматизированное оборудование для лазерной резки и сварки. Автоматизированные лазерные комплексы могут эффективно применяться в судостроении. Судовые конструкции требуют изготовления точных и прочных сварных соединений, обеспечивающих безопасность и долговечность судна. Такие сварочные комплексы соответствуют всем требованиям, применяемым к судостроительной продукции, и способны обеспе-
чить гибкость и высокий уровень производительности предприятия. Гибридное лазерно-дуговое оборудование гораздо дороже традиционных автоматических дуговых аналогов, однако его внедрение существенно снижает операционные издержки. В связи с этим необходимо тщательно проработать технические, организационные, и экономические аспекты внедрения инновационного оборудования.
Технологические и организационные преимущества применения инновационных лазерных технологий в судостроении. Одним из примеров применения инновационных лазерных технологий в судостроении является использование лазерно-дугового сварочного оборудования на судостроительном производстве [4]. Особенности гибридной лазерно-дуговой сварки (ГЛДС) заключаются в использовании преимуществ двух отдельных видов сварки (лазерной и дуговой). Одновременно на соединение воздействует и сфокусированный лазерный пучок, и электрическая дуга, что вызывает синергетический
экономические науки
Туричин Глеб Андреевич, Гоголюхина Мария Евгеньевна, Мамедова Лейла Эльдар гызы ИННОВАЦИОННЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА СУДОСТРОИТЕЛЬНОМ ...
эффект, так как компенсируются недостатки каждого из методов сварки. К основным технологическим преимуществам можно отнести следующие [5]:
- снижение рабочей температуры сварки, что приводит в первую очередь к отсутствию деформации свариваемых листов;
- сокращение угла разделки кромок, что приводит к сокращению расхода сварочной проволоки;
- точность разделки кромок, что повышает качество сварного соединения;
- сокращение количества рабочих дуг до одной, что приводит к сокращению расхода рабочего газа;
- сокращение времени обработки, что приводит к сокращению расхода электроэнергии.
Технологические изменения метода сварки приводят и к организационным изменениям. Так ручной труд заменяется на автоматический. Теперь нам необходимы не высококвалифицированные сварщики, а операторы и наладчики, так как основной производственный процесс осуществляется автоматически. Таким образом, к основным организационным преимуществам можно отнести:
- существенное сокращение трудоемкости, что приводит к сокращению вовлеченного персонала;
- изменение квалификации персонала в сторону специалистов более широкого профиля, что приводит к сокращению стоимости нормо-часа, а также упрощает процесс подбора и обучения персонала.
Все указанные преимущества как технологические, так и организационные, крайне интересны с точки зрения их применения в судостроении. Конечный продукт судостроительного производства - речное или морское судно, которое постоянно находится в агрессивной среде (пресная или соленая вода), постоянно подвержено деформациям, вынуждено испытывать большие нагрузки под воздействием перевозимого оборудования и грузов. При этом от прочности сварных соединений завит надежность, грузоподъемность судна, и что самое главное - безопасность его пассажиров и грузов [6]. Основные причины, которые делают привлекательным применение гибридной лазерно-дуговой сварки в судостроении являются следующие:
1. Существенно повышается производительность сварочного участка;
2. Сокращается расход всех производственных ресурсов по сравнению с традиционными технологиями;
3. Технология гибридной лазерно-дуговой сварки обеспечивает высокое качество сварного шва при низком уровне деформации;
4. Существенно снижается себестоимость метра сварного шва, что позволяет получить судостроительному предприятию дополнительные конкурентные преимущества на рынке.
Примеры применения гибридной лазерно-дуговой сварки на судостроительном производстве. В судостроении гибридная лазерно-дуговая сварка может применяться для изготовления различных конструкций. Использование данного метода является инновационным в судостроении, так как традиционной для данной сферы технологией является автоматическая дуговая сварка. Одним из интересных решений является сварочный портал для изготовления плоскостных секций. Плоскостные секции составляют основу корпуса судна. От скорости и качества их изготовления в значительной мере зависит стоимость и сроки постройки судна. Комплекс оборудования для гибридной лазерно-дуговой сварки способен выпускать плоскостные секции размером до 12м в длину и до 12м в ширину; глубина сварного шва - до 20мм; максимальная высота привариваемого набора - до 300мм.
Комплекс включает в себя четыре позиции:
1. Прижимной портал для фиксации металлических листов;
2. Позиция лазерной резки и гибридной лазерно-ду-говой сварки металлического полотнища из нескольких
листов;
3. Портал, перемещающий полотнище на позицию приварки набора;
4. Позиция установки и приварки набора.
Комплекс использует 16-киловатный лазер российского производства с четырехканальным оптическим переключателем, который управляет лазерным лучом на рабочей позиции. Порталы оборудованы лазерными каретками с оптическими головками HIGHYAG BIMO HP и сварочной горелкой MAG производства компании CLOOS. Комплекс полностью автоматизирован.
Рассмотрим более детально портал фиксации и гибридной лазерно-дуговой приварки набора. Он состоит из лазерного, сварочного и электромеханического оборудования и представляет собой балку с рядом гидроцилиндров для фиксации установленного профиля на полотнище перед его приваркой. На портале установлены две сварочные каретки с головками, осуществляющие двухстороннюю гибридную лазерно-дуговую приварку набора главного направления к полотнищу без предварительных прихваток. Под порталом установлено устройство обратного выгиба для компенсации остаточных сварочных деформаций после сварки.
Профиль (полособульб) устанавливается на полотнище и выравнивается по линии установки. Далее установленный профиль прижимается гидроцилиндрами, осуществляется, при необходимости, предварительный выгиб. На пульте управления в программе задаются технологические параметры сварочного процесса, выполняется двухсторонняя гибридная лазерно-дуговая приварка набора главного направления к полотнищу за один проход.
Сварка гибридным лазерно-дуговым методом осуществляется на существенно более высокой скорости, чем при традиционном для судостроения автоматическом дуговом методе. Скорость ГЛДС на различных фазах изготовления плоскостной секции разная:
• 1,5 м/мин при резке кромок;
• 2м/мин при изготовлении полотнища плоскостной секции;
• 2,4 м/мин при приварке набора к полотнищу плоскостной секции.
Экономическая оценка внедрения гибридного лазер-но-дугового комплекса на судостроительном предприятии. Для того, чтобы оценить экономическую привлекательность проекта внедрения гибридного лазерно-дуго-вого оборудования, необходимо первоначально оценить скорость выполнения работ на линии.
Стандартная плоскостная секция предполагает приварку шестнадцати 12-метровых профилей к основному полотнищу. Сварка осуществляется одновременно с двух сторон профиля при скорости 2,4 м/мин. Таким образом, 1 м сварного соединения будет изготовлен за 0,42 мин. Подготовительное время на приварку 12-метрового полособульба составляет 15 мин, или 1,25 мин на 1 м сварного соединения. Общее время, приходящееся на 1 м сварного соединения составит 1,67 мин, что соответствует 20 мин на один 12-метровый полособульб.
Автоматическая дуговая сварка (АДС) традиционно применяется в судостроении при изготовлении плоскостных секций. Скорость сварки существенно ниже - всего 0,63 м/мин. Изготовление 1 м сварного соединения потребует 1,58 мин, что в 3 раза дольше, чем при использовании ГЛДС. Подготовительное время на установку профиля также выше при автоматической дуговой сварке, чем при ГЛДС и составляет 20 мин на один профиль или 1,65 мин на 1 м сварного соединения. Общее время на приварку 1 м 12-метрового профиля достигает 3,32 мин, что в 2 раза медленнее той же операции, выполняемой методом ГЛДС.
Сварка гибридным лазерно-дуговым методом выполняется с использованием следующих материалов: сварочная проволока и защитный газ (Ar+CO2). Изготовление 1 м сварного шва потребует 0,148 кг сва-
Азимут научных исследований: экономика и управление. 2018. Т. 7. № 4(25)
317
Turichin Gleb Andreevich, Gogolukhina Maria Evgenevna, Mamedova Leyla Eldar gyzy INNOVATIONAL LASER TECHNOLOGIES IN SHIPBUILDING ...
economic sceinces
рочной проволоки и 21 л защитного газа.
Расход материалов и электроэнергии при автоматической дуговой сварке существенно выше. В том числе в 3 раза выше расход сварочной проволоки, так как разделка кромок менее точная и делается под большим углом, чем при ГЛДС. Он составляет 0,437 кг на 1 м сварного соединения. Сварка методом АДС осуществляется дольше, поэтому повышается расход защитного газа и составляет примерно 80 л на 1 м сварного соединения. Энергетические потребности при ГЛДС сокращаются по сравнению с АДС в 3 раза. Расчеты показывают, что изготовление 1 м таврового соединения требует 0,52 кВт электроэнергии по сравнению с 1,55 кВт потребления электроэнергии при АДС.
В связи с вышесказанным, стоимость использования материалов и энергетических ресурсов при использовании ГЛДС сокращается в 6 раз по сравнению с традиционной АДС. Сравнительные данные по стоимости представлены в таблице 1.
Таблица 1. Расходы на изготовление 1м таврового соединения
Статья расхода Расходы на изготовление 1м таврового соединения, руб.
ГЛДС АДС
Сварочная проволока 44,40 131,1
Защитный газ 3,13 11,8
Электроэнергия 2,96 151,78
Итого: 50,49 294,72
Эксплуатация гибридного лазерно-дугового комплекса - это менее трудоемкий процесс по сравнению с АДС. На линии требуется работа двух операторов, задействованных, на полную смену, и обслуживающий персонал (электрик, механик, наладчик), привлекаемый в среднем на 1 час за смену. С учетом того, что время изготовления сварного таврового соединения методов ГЛДС сокращается в 2 раза по сравнению с традиционным методом АДС, на 1 м таврового соединения придется в 2 раза меньше заработной платы рабочих, а также общецеховых и общезаводских расходов. Таким образом, мы наблюдаем существенное сокращение всех операционных издержек.
Самый серьезный вопрос в оценке экономической эффективности внедрения лазерного оборудования на судостроительном производстве - это влияние амортизации на достигаемый экономический [7]. Расчеты показывают, что с учетом всех факторов (расходов на материалы, электроэнергию, заработную плату, амортизацию, общецеховых и общезаводских расходов) точка безубыточности существенно ниже планового объема производства, при достижении которого обеспечивается запас прочности в 40%.
Заключение. Анализ современных тенденций промышленного развития свидетельствует о высоком интересе предприятий к переходу на использование инновационных цифровых технологий. Судостроительные предприятия остро нуждаются в новых решениях, позволяющих повысить производительность, гибкость и качество готовой продукции. Это требования современного международного рынка судостроения. Без внедрения мероприятий, сокращающих производственный цикл, совершенствующих качество изготавливаемой продукции и повышающих ее экономическую эффективность предприятие не может обеспечивать свою конкурентоспособность. Одним из удачных примеров внедрения инновационных лазерных технологий в судостроительном производстве является оборудование для изготовления плоскостных секций методом гибридной лазерно-дуговой сварки. Оценка внедрения этой технологии в судостроительном производстве доказывает существенное сокращение сроков изготовления, снижение операционных издержек, повышение параметров прочности, сокращение уровня деформации готовых изделий, что
делает применение рассматриваемой технологии крайне привлекательной для судостроительной верфи. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Государственная программа Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013-2020 годы», Распоряжение от 24 декабря 2012 года №2514-р, http://government.ru/docs/3349/
2. Программа инновационного развития ОАО «ОСК» на период 2011-2015 гг. и перспективу до 2020 года», http://www.aoosk.ru/ innovation/
3. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов, утв. Минэкономики РФ, Минфином РФ, Госстроем РФ 21.06.1999NВК477, http://www.consultant.ru/document/ cons_doc_LAW_28224/
4. P. Kah. Current trends in welding processes and materials: improve in effectiveness //AdvancedMaterials Science 30 (2012) P. 189-200.
5. П.Ках, А.Салминен, ДжМартикайнен, Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки (обзор), Автоматическая сварка 6 (2010) с.38-47
6. Цибульский И.А., Кузнецов М.В., Сомонов В.В. Технология ла-зерно-дуговой сварки металлов больших толщин // Сборник 6-й международной конференции «Лучевые технологии и применение лазеров», Россия, Санкт-Петербург, 2010. - С. 344-348.
7. Лопота А., Афанасьева А., Величко О., Технико-экономические аспекты внедрения технологии гибридной лазерно-дуговой сварки в отечественной промышленности // Сборник 6-й международной конференции «Лучевые технологии и применение лазеров», Россия, Санкт-Петербург — 2010. — С. 423-429
8. Государственная программа Российской Федерации «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений на 2013 - 2030 годы», http://minpromtorg.gov.ru/activities/ state_programs/list/gp5/
Статья поступила в редакцию 28.10.2018 Статья принята к публикации 27.11.2018
