ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ РЕВЕРС-ИНЖИНИРИНГА И 3D-ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОЦЕСС КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ И СТРОИТЕЛЬСТВА ЗАКАЗОВ НА АО «ПО «СЕВМАШ» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.5.081 EDN: AOPXKC

Д.Д. Долженков1, А.Г. Баранов2

1 АО «ПО «Северное машиностроительное предприятие», Северодвинск, Россия

2 ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет», Севастополь, Россия

ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ

РЕВЕРС-ИНЖИНИРИНГА И 3D-ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОЦЕСС КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ И СТРОИТЕЛЬСТВА ЗАКАЗОВ НА АО «ПО «СЕВМАШ»

Объект и цель научной работы. Проведено исследование текущих проблем конструкторско-технологи-ческой подготовки производства и строительства заказов в АО «ПО «Севмаш», исследован опыт использования технологий реверс-инжиниринга и 3D-технологий для решения выявленных проблем.

Материалы и методы. Получение с помощью комплексного использования технологий 3D-сканирования и 3D-моделирования чертежной документации, в точности отображающей существующие конструкции. Основные результаты. Сокращение продолжительности стапельного периода на 10-15 %. Повышение эффективности технологических операций проектно-конструкторского бюро АО «ПО «Севмаш» на 35-50 %. Заключение. Подтверждена эффективность внедрения современных технологий реверс-инжиниринга с применением 3D-технологий в конструкторско-технологическую подготовку производства и строительства заказов с целью сокращения стапельного периода постройки и затрат на строительство заказов.

Ключевые слова: конструкторско-технологическая подготовка производства, реверс-инжиниринг, строительство

заказов, рабочая конструкторская документация, 3D.

Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

UDC 629.5.081 EDN: AOPXKC

D.D. Dolzhenkov1, A.G. Baranov2

1 JSC Sevmash, Severodvinsk, Russia

2 Sevastopol State University, Sevastopol, Russia

EXPERIENCE WITH INTRODUCTION OF REVERSE ENGINEERING AND 3D TECHNOLOGIES IN THE PRE-PRODUCTION DESIGN/ENGINEERING AND CONSTRUCTION OF SHIPS AT SEVMASH

Object and purpose of research. The paper focuses on current issues of pre-production design/engineering and construction of ships at Sevmash and examines application of reverse engineering and 3D technologies to solve the identified problems. Materials and methods. Combination of 3D scanning technologies and 3D modeling is used to produce drawings with precise representation of actual structures.

Main results. Reduced time on the building berth by 10-15 %. Increased efficiency of Sevmash design process by 35-50 %. Conclusion. The study results confirm that introduction of modern reverse engineering technologies combined with the 3D technologies increases the efficiency of pre-production design/engineering and construction of ships by reducing the time on building berths and construction costs.

Keywords: pre-production design/engineering, reverse engineering, ship construction, workshop design documentation, 3D. The authors declare no conflicts of interest.

Для цитирования: Долженков Д.Д., Баранов А.Г. Опыт внедрения технологий реверс-инжиниринга и 3D-TexHO-логий в процесс конструкторско-технологической подготовки и строительства заказов на АО «ПО «Севмаш». Труды Крыловского государственного научного центра. 2024; 4(410): 105-110.

For citations: Dolzhenkov D.D., Baranov A.G. Experience with introduction of reverse engineering and 3D technologies in the pre-production design/engineering and construction of ships at Sevmash. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2024; 4(410): 105-110 (in Russian).

Введение

Introduction

Высокая наукоемкость, технологичность и оборонная направленность судостроения, а также общемировой фокус на развитии инновационных технологий для создания гибких производственных систем во всех отраслях экономики и промышленности определяют необходимость поиска и использования новейших методов проектирования и постройки судов.

Качество конструкторско-технологической подготовки производства и строительства заказов (далее - КТППСЗ) является определяющим фактором конкурентоспособности продукции судостроения и оказывает колоссальное влияние на длительность стапельного периода и стоимость строительства заказа. Вопросы совершенствования КТППСЗ особенно актуальны для крупных судостроительных верфей, таких как акционерное общество «Производственное объединение «Севмаш» (далее - АО «ПО «Севмаш»). Подобные предприятия ежедневно сталкиваются с проблемами синхронизации собственных производственных мощностей и неравномерной загрузки производственных подразделений, цехов и участков в процессе параллельного строительства заказов разных проектов.

АО «ПО «Севмаш» - лидер отечественного судостроения, уникальный производственно-технический комплекс, осуществляющий полный цикл строительства и испытаний подводных лодок с ядерными энергетическими установками для Министерства обороны РФ. Предприятие постоянно модернизирует собственные мощности и технологии с целью производства качественной и высокотехнологичной продукции, призванной обеспечивать национальную безопасность страны.

Текущие проблемы конструкторско-технологической подготовки производства и строительства заказов на судостроительных предприятиях Current problems in production engineering and construction at shipbuilding yards

КТППСЗ представляет собой процесс проектирования изделия на всех этапах его жизненного цикла. К числу основных системных проблем, возникающих перед конструкторскими отделами верфей

в процессе проектирования и строительства заказов, следует отнести следующие.

1. Сложность и уникальность продукции судостроения, а также сжатые сроки подготовки рабочей конструкторской документации (далее - РКД) определяют низкое качество проектной документации, получаемой конструкторскими отделами судостроительных предприятий от предприятий -проектантов судна.

Данная проблема является результатом того, что при разработке чертежей верфи-проектанты руководствуются принципом «уточнить по месту», использование которого допускается в действующих стандартах на выпуск РКД (ГОСТ 23888-79, ГОСТ 23897-79). Наглядным примером проявления данной проблемы можно назвать сборочные чертежи, в частности на системы трубопроводов, которые представляют собой принципиальные схемы без указания информации об исполнительных размерах.

Отсутствие четко установленных исходных данных в разработанной проектными организациями документации имеет следующие результаты:

■ высокие трудовые, стоимостные затраты на переделку и перевыпуск РКД конструкторами предприятия, на изменения плана материального обеспечения строительства в ходе последовательной отработки отдельных систем и общего расположения помещений корабля на стапеле;

■ высокие риски срыва сроков исполнения государственных контрактов на строительство корабля и, как следствие, применение государственным заказчиком штрафных санкций к головным исполнителям;

■ невозможность четко фиксировать в РКД все принятые в период постройки головного заказа совместные решения государственного заказчика, проектанта и головного исполнителя по изменению технологии и оснащения корабля;

■ неэффективное (непроизводительное) или недостаточно эффективное использование технологических комплексов и вероятность массового брака ввиду отсутствия электронных моделей труб (например, использование технологического комплекса «Проток», предназначенного для изготовления труб на станках с числовым программным управлением - ЧПУ) [1, 2].

2. Отдельные наработки центральных конструкторских бюро по созданию электронных 3Б-моделей не дают положительного эффекта на стадии строительства, т.к. не повышают качество РКД.

3. Санкции со стороны основных игроков мировой арены и внешнеполитическая обстановка определяют дороговизну поставок оборудования и программного обеспечения, необходимых для современного цифрового проектирования, а также низкую производительность труда специалистов конструкторских отделов [2].

Конструкторско-технологическая

подготовка производства

и строительства заказов

на основе технологий реверс-

инжиниринга и 3D-технологий:

опыт АО «ПО «Севмаш»

Pre-production design/engineering and construction of ships based on reverse engineering and 3D technology: Sevmash experience

Для решения изложенных проблем и совершенствования КТППСЗ на АО «ПО «Севмаш» исследуют и внедряют технологии разработки РКД на основании полноценной чертежной документации с минимальным использованием принципа «уточнить по месту». При этом новые технологии в обязательном порядке предусматривают возможность полного доступа к РКД в электронном виде в формате онлайн на всех этапах жизненного цикла изделия.

Для АО «ПО «Севмаш» целесообразным направлением совершенствования КТППСЗ в рамках цифрового развития является применение технологий реверс-инжиниринга и 3D-технологий (далее - реверс-инжиниринг). АО «ПО «Севмаш» является первым среди предприятий, входящих в контур управления АО «Объединенная судостроительная корпорация», внедрившим технологии реверс-инжиниринга и 3D-технологии в производственную деятельность.

Реверс-инжиниринг состоит в получении с помощью комплексного использования технологий 3D-сканирования и 3D-моделирования чертежной документации, в точности отображающей существующие конструкции. В судостроении под реверс-инжинирингом следует понимать создание электронной модели корабля в виде цифровых копий его составных частей, которая в т.ч. моделирует размещение оборудования на корабле.

На основании созданной электронной модели корабля специалисты конструкторского подраз-

деления предприятия осуществляют выпуск конструкторской документации, которая детализирует и дополняет РКД проектантов. Использование технологий реверс-инжиниринга при КТППСЗ серийных заказов позволяет основываться на комплекте качественно проработанной документации и создает предпосылки для совершенствования самого процесса строительства. Эффективность и необходимость использования реверс-инжиниринга как главного направления комплексной модернизации КТППСЗ определяется тем, что в рамках развития ОПК новый подход позволит сократить затраты на строительство кораблей (судов).

В настоящее время в АО «ПО «Севмаш» на проектах «Борей-А» и «Ясень-М» сложились все условия для широкого внедрения реверс-инжиниринга:

■ проведены успешные опытные работы по сканированию и обработке полученных сканов на строящихся заказах;

■ внедрена система автоматизированного проектирования CATIA V5, использование которой позволяет осуществлять автоматизированную разработку электронных 3Б-моделей, автоматизированный выпуск РКД для данных моделей и ассоциативных чертежей деталей и сборочных единиц с помощью инструментов 3Б-моде-лирования поверхностей [3, 5].

■ отработана технология изготовления труб на станках с ЧПУ по данным системы CATIA У5;

■ отработана технология моделирования процессов погрузки крупногабаритного оборудования в 5 помещение 204 заказа с использованием системы DELM[A, которая позволяет осуществлять моделирование идентичной реальному производству цифровой среды, а также планировать, отрабатывать и мониторить производственные процессы в режиме онлайн на всех этапах строительства заказа [5].

Учитывая перспективность применения технологии реверс-инжиниринга на проектах «Борей А» и «Ясень М», на основе опыта проектно-конструкторского бюро АО «ПО «Севмаш» в проектировании и строительстве гражданских заказов в период с 2005 по 2013 гг. разработана программа «Модернизация конструкторско-технологической подготовки процессов строительства заказов в АО «ПО «Севмаш», основу которой составили технологии реверс-инжиниринга. Модель процесса реверс-инжиниринга, реализуемого на предприятии, представлена на рис. 1.

Сканирование объекта

Скан

Принять решение о годности скана д ля серии

Задание на выпуск ПТД по сканам

Выпустить производственную КД для выполнения работ

Рис. 1. Модель реверс-инжиниринга АО «ПО «Севмаш» Fig. 1. Sevmash reverse engineering model

Производственная КД . ПКБ «Севмаш»

Выпустить технологическую документацию

Готовые конструкции

Изготовить конструкции на заказе

Таблица. Расчет эффекта по снижению себестоимости и цены заказа Table. Estimated effect in terms of reduced first cost and price of ship

Фактор, обеспечивающий снижение себестоимости строительства АПЛ

Описание

Количественная оценка

Снижение себестоимости, млн руб.

Основание для оценки снижения себестоимости

Снижение трудоемкости разработки плазово-технологической документации по 3Б-модели CATIA

20 % от 41 020 н-час (трудоемкость цеха 5 на плазовую подготовку) = 8204 н-час по цеху 5

Трудоемкость 11,3 на плазовые работы

по зак. 202

Снижение трудоемкости изготовления трубопроводов за счет исключения отработки размещения на заказе

29 565 н-час по цеху 9

27,7

Трудоемкость на отработку трубопроводов на зак. 202

Отказ от закупки вспомогательных материалов для макетирования трубопроводов

Трубы стальные водогазопроводные - 2,5 т; проволока стальная - 7,5 т; фланцы стальные - 6,5 т

0,1 0,3 0,6

Ведомость вспомогательных материалов

Снижение трудоемкости изготовления труб за счет использования данных 3Б-модели САТ1А для станков с ЧПУ в цехе 9

15 % от 365 453 н-час = 54 818 н-час по цеху 9

По экспертной оценке АО «ЦТСС» 51,3 снижение

трудоемкости 30-40 %

Снижение затрат за счет уменьшения переделок фундаментов из-за неопределенностей в общем расположении

Трудоемкость на переделки составляет 31 500 н-час по цеху 55

Анализ

40,5 извещений-нарядов

по зак. 202

Снижение затрат за счет уменьшения переделок трубопроводов из-за неопределенностей в общем расположении

Трудоемкость на переделки составляет 1645 н-час по цеху 9

Анализ

1,5 извещений-нарядов

по зак. 202

Итого:

133,3 млн руб. на одном серийном заказе

Реализация проекта реверс-инжиниринга в АО «ПО «Севмаш» при КТППСЗ включает в себя следующие этапы:

■ создание электронной модели корабля в виде цифровых копий его составных частей, включая трубопроводы, кабельные трассы и размещение оборудования;

■ сканирование сложного оборудования до погрузки на заказ;

■ контроль геометрических отклонений конструкций на серийных заказах, что сводит количество переделок к минимуму;

■ 3Б-печать как альтернатива макетированию на заказе;

■ моделирование производственных процессов в системе DELMIA.

Основным эффектом от реализации данной программы является сокращение продолжительности стапельного периода минимум на 10-15 %. Кроме того, реализация данного проекта привела к повышению эффективности технологических операций проектно-конструкторского бюро АО «ПО «Сев-маш» в среднесрочной перспективе на 35-50 %.

КТППСЗ, являясь основой организации и управления материальным обеспечением строительства, планирования основных этапов постройки судна и, соответственно, планирования технологической трудоемкости, определяет конечную стоимость строительства заказа. В таблице представлен расчет эффекта по снижению себестоимости строительства АПЛ и, как следствие, общей цены строительства заказа после внедрения программы.

На основании данных таблицы становится очевидным вывод об экономической эффективности применения реверс-инжиниринга в КТППСЗ. Данный метод особенно актуален для АО «ПО «Севмаш» ввиду значительных производственных мощностей и загруженности производственной программы предприятия.

Заключение

Conclusion

Очевидно, что от качества конструкторско-техноло-гической подготовки производства и строительства заказов зависит качество выпускаемой в судостроении продукции. На примере АО «ПО «Севмаш» наглядно представлена эффективность применения реверс-инжиниринга в процессе КТППСЗ, которая проявляется в возможности эффективно использовать оборудование с ЧПУ, сократить стапельный период постройки судна и затраты на строительство заказа.

Список использованной литературы

1. Будниченко М.А., Спиридонов А.Ю. Модернизация конструкторско-технологической подготовки производства и процессов строительства кораблей // Труды Крыловского государственного научного центра. 2015. Вып. 90(374). С. 187-194.

2. Карышев П.В., Лисицкая И.В., Суслов И.Н. Опыт внедрения полнофункциональной автоматизированной системы конструкторско-технологической подготовки производства изделий судовой арматуры и средств технологического оснащения // Производственные технологии в судостроении - вопросы информатизации (ПТС ВИ-2021) : труды научно-практической конференции. Санкт-Петербург : Центр технологии судостроения и судоремонта, 2021. С. 97-106.

3. Поляков Н.А., Чулкин С.Г. Информационные технологии в подготовке судостроительного производства // Труды Крыловского государственного научного центра. 2021. Спец. вып. 1. С. 317-318.

4. Производство и операции // Dassault Systèmes : [сайт]. [S. l.], 2024. URL: https://www.3ds.com/ru/ products/delmia/manufacturing-operations (дата обращения: 14.04.2024).

5. Ходосов В.В. Основы создания деталей в САПР CATIA V5 : учебное пособие. Санкт-Петербург : БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, 2019. 65 с.

References

1. BudnichenkoM.A., SpiridonovA.Yu. Modernization of pre-production engineering and ship construction process // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2015. Vol. 90(374). P. 187-194 (in Russian).

2. Karyshev P.V., Lisitskaya I.V., Suslov I.N. Experience with introduction of fully functional CAE system for production of ship valves and fittings // Production technology in shipbuilding - IT support (PTS VI-2021): Proceedings of Research-to-Practice Conference. St. Petersburg : Shipbuilding & Shiprepair Technology Center, 2021. P. 97-106 (in Russian).

3. Polyakov N.A., Chulkin S.G. Information technology in pre-production engineering // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021. Special issue 1. P. 317-318 (in Russian).

4. Production and operations // Dassault Systèmes : [site]. [S. l.], 2024. URL: https://www.3ds.com/ru/products/ delmia/manufacturing-operations (Accessed: 14.04.2024) (in Russian).

5. Khodosov V.V. Basic principles of details generation in CATIA V5 software: teaching guide. St. Petersburg : BSTU Voenmeh, 2019. 65 p. (in Russian).

Сведения об авторах

Долженков Денис Дмитриевич, начальник управления подводного кораблестроения АО «ПО «Севмаш». Адрес: 164500, Россия, Северодвинск, Архангельское шоссе, д. 58. Тел.: +7 (8184) 50-46-04. E-mail: [email protected]. Баранов Алексей Геннадьевич, к.э.н., заведующий кафедрой «Экономика предприятия» ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет». Адрес: 299011, Россия, Севастополь, ул. Гоголя, д. 14. Тел.: +7 (8692) 54-70-49. E-mail: [email protected].

About the authors

Denis D. Dolzhenkov, Head of Submarine Building Department, JSC Sevmash. Address: 58, Arkhangelskoye sh., Severodvinsk, Russia, post code 164500. Tel.: +7 (8184) 50-46-04. E-mail: [email protected].

Aleksey G. Baranov, Candidate of Economic Sciences, Head of Company Economics Department, Sevastopol State University. Address: 14, Gogolya st., Sevastopol, Russia, post code 299011. Tel.: +7 (8692) 54-70-49. E-mail: [email protected].

Поступила / Received: 30.07.24 Принята в печать / Accepted: 18.11.24 © Долженков Д.Д., Баранов А.Г., 2024