Комплексное совершенствование технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката в условиях автоматизированного производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Фомичев, Андрей Борисович

• Фомичев, Андрей Борисович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фомичев, Андрей Борисович

Введение.

1. Анализ существующих вариантов технологий изготовления деталей из профильного проката и определение основных задач по их совершенствованию.

1.1. Номенклатура деталей из профильного проката, входящих в 9 состав корпуса судна.

1.2. Современные требования к оценке технологий изготовления деталей судового набора и определению направлений их совершенствования.

1.3. Анализ технологии изготовления прямолинейных деталей судового набора в условиях автоматизированного ^ производства.

1.4. Анализ существующих технологий изготовления гнутых деталей судового набора и определение задач по их совершенствованию применительно к условиям. •„ автоматизированного производства.

1.5. Выводы и постановка задач для исследования и разработки инженерных решений.

2. Разработка решений направленных на совершенствование существующей автоматизированной технологии изготовления деталей из профильного проката.

2.1. Разработка решений направленных на увеличение объема применения на автоматизированной линии резки профильного проката без предварительной правки.

2.2. Разработка решений направленных на снижение отходов профильного проката при производстве деталей.

2.3. Определение состава организационно-технических мероприятий по совершенствованию подготовки производства деталей из профильного проката.

2.4. Разработка конструкторско-технологических решений по совершенствованию операции скругления острых свободных кромок вырезаемых деталей.

2.5. Определение состава и содержания сопроводительной документации для повышения качества эксплуатации автоматизированной линии изготовления деталей из профильного проката.

2.6. Выводы по результатам выполненных разработок.

3. Исследование методов совершенствования технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката.

3.1. Исследование формы изогнутого участка профильной заготовки в зоне между опорами пресса и определение теоретического значения величины гибочного припуска.

3.1.1. Теоретическая модель деформации профильной полосы в зоне между опорами горизонтального пресса на первом шаге гибки.

3.1.2. Экспериментальное обоснование геометрических параметров формы участка в зоне между опорами пресса и разработка метода определения значений гибочных припусков у профильных заготовок.

3.2. Исследование способов повышения точности задания формы гнутых деталей на прямых заготовках с помощью графической информации.

3.2.1. Исследование методов разметки обрезов концов гнутых деталей на прямых заготовках.

3.2.2. Определение оптимального количества точек для задания формы инверсных линий.

3.2.3. Исследование значений оптимального перекроя инверсных линий.—

3.3. Исследование существующих схем выполнения процесса гибки, применяемых в современном гибочном оборудовании.

3.4. Выводы по результатам выполненных исследований.

4. Работка проекта комплексно-автоматизированной технологии изготовления деталей из профильного проката. AUJ

4.1. Концепция интеграции производственных мощностей в рамках проведения работ по модернизации судостроительных предприятий.

4.2. Принципиальная технология изготовления деталей из профильного проката применительно к условиям комплексной автоматизации. ^

4.3. Разработка предложений по разработке схем автоматического) управления существующим гибочным оборудованием ОАО «Балтийский завод». ^ ^

4.3.1. Схема управления процессом гибки методом контроля за «плавающей» точкой. * ^

4.3.2. Совмещенная схема гибки на станке МГПС-25 и прессе

Pels».

4.4. Разработка содержания автоматизированной подготовки производства деталей судового набора из профильного проката.

4.5. Расчет экономической эффективности от внедрения технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката без припусков. ^^

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексное совершенствование технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката в условиях автоматизированного производства»

Отечественное судостроение за последние 20 лет потеряло свое место на мировом рынке судов. Основными лидерами сегодня являются Япония и Южная Корея [8], [41] (рис. 1).

Япония

Корея

Кятай

Германия

Польша

Тайвань

Дания

Италия

Россия

И другие страны 1

Рис. 1, Распределение объемов строительства судов между основными производителями

В результате, даже при наличии большой внутренней потребности России в судах, в настоящее время суда для российских потребителей часто заказываются на зарубежных верфях.

Среди основных причин, породивших сложившееся состояние, можно отметить следующие [31]:

- на всех предприятиях отрасли основные производственные фонды устарели морально и физически. Производственное оборудование, возраст которого свыше 10 лет, составляет в общем парке оборудования около 65%. Большинство цехов и сооружений не соответствует требованиям современной технологии и организации производства. Все это привело к тому, что трудозатраты при строительстве судов и кораблей на отечественных верфях сегодня в 4-5 раз выше, а сроки строительства в 1,5-2 раза больше, чем на лучших зарубежных верфях; низкая рентабельность производства вследствие высокой доли накладных расходов в себестоимости выпускаемой продукции.

Сегодня достижение мировой цены на суда удается получить только за счет того, что оплата труда на отечественных судостроительных предприятиях в 5-6 раз ниже, чем за рубежом [31]. Однако анализ развития мирового рынка показывает, что все судостроительные предприятия, которые еще выигрывают за счет использования дешевой рабочей силы, постепенно будут терять свое преимущество в связи с неизбежными требованиями повышения уровня жизни.

В условиях рыночной экономики конкурентоспособность судостроения в значительной степени определяют стоимость и качество строящихся судов. Основу формирования стоимости составляют трудоемкость выполнения техпроцессов в рамках строительства судов и стоимость материалов. Поэтому борьба за их снижение является одной из главных задач совершенствования отечественного судостроительного производства. Сегодня руководители многих предприятий решают данную задачу путем внедрения новых организационных и технических решений в рамках реконструкции своих производственных мощностей. Одними из наиболее сложных с точки зрения уровня принимаемых инженерных решений традиционно являются технологии изготовления корпусных конструкций. Именно они во многом определяют сроки, материалоемкость и качество строительства судов. Имеющиеся отечественные научные достижения в данной области не во всех случаях способны дать однозначные ответы на вопросы, возникающие у руководителей заводов при проведении масштабной модернизации своих предприятий. Особенно это касается заводов, строящих как гражданскую, так и военную продукцию.

В настоящее время наибольших успехов отечественной науке удалось достичь в области совершенствования технологии вырезки деталей из листового металлопроката [8]. Еще в 70-е годы прошлого столетия были созданы первые отечественные машины с ЧПУ. Их внедрение позволило не только существенно сократить трудоемкость вырезки деталей, но и значительно снизило объем потребляемого листового металлопроката. Высокая точность резки положительно отразилась на качестве собираемых конструкций. Одновременно, использование МТР с ЧПУ открыло новое направление в совершенствовании подготовки производства, связанное с использованием информационных технологий и доказало целесообразность только комплексной автоматизации. В настоящее время проектирование судов и подготовка производства повсеместно ведется с использованием CAD/CAM систем. Сегодня заводы используют как отечественные, так и зарубежные разработки в области производства деталей из листового проката. Однако успех применения зарубежного оборудования и зарубежных CAD/CAM систем обусловлен прежде всего наличием большого отечественного опыта.

Несколько иная ситуация сложилась в вопросах совершенствования технологии изготовления деталей из профильного проката. Попытки создания оборудования для механизации и автоматизации изготовления таких деталей предпринимались[69], [39], но законченных комплексных решений так и не было получено. В частности, еще в 70-е годы в ЦНИИ ТС была разработана комплексно-механизированная линия изготовления деталей из профильного проката «Профиль» [69]. Для данной линии были созданы средства механизации всех операций по производству прямолинейных деталей судового набора. Одновременно, впервые была реализована технология изготовления гнутых деталей из профильного проката с использованием для задания и контроля формы вместо плазовых гибочных шаблонов так называемых графических шаблонов. Для их нанесения на профильные заготовки в составе линии использовалась специальная разметочная машина с ЧПУ «Стрела» (разработка ЦНИИТС). Данная линия была успешно апробирована на заводе «Северная верфь» (в то время завод им. А. А. Жданова), однако реализованные решения в дальнейшем не поддерживались. В те же годы предпринимались попытки создания и отечественного оборудования для автоматизированной гибки профильного проката [39]. Пресс МГ-400 был спроектирован ЦНИИТС по прототипу английского пресса «Хью Смит» [23]. Единственный экземпляр пресса был изготовлен и поставлен на Балтийский судостроительный завод. Однако из-за целого ряда причин в автоматическом режиме данный пресс так и не заработал. Решения по машине «Стрела» и прессу МГ-400 были заброшены и сегодня ни на одном заводе нет законченной отечественной технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката без использования гибочных шаблонов. Необходимость производства шаблонов в условиях практического отсутствия плаза заставляла заводы самостоятельно придумывать новые способы производства гибочной оснастки. В результате накопились различные решения как в технологии изготовления деталей судового набора, так и в области выполнения подготовки производства.

С переходом на рыночные отношения заводы получили доступ к зарубежным технологиям и оборудованию. Это позволило Балтийскому заводу создать у себя с помощью немецкой фирмы IMG комплексно-автоматизированную линию по изготовлению прямолинейных деталей из профильного проката [23] (рис. 2). Завод «Северная верфь» закупил у немецкой фирмы IMG станок с ЧПУ - UFB 4000 для гибки профильного проката и сварных балок [62] (рис. 3). Однако опыт Балтийского завода и завода Северная верфь показал, что внедрение зарубежных технологий и оборудования не возможно без серьезной их адаптации к специфике российского судостроения. Основной производитель научных решений в области технологии строительства судов — ЦНИИТС в настоящее время практически не занимается технологиями изготовления деталей судового

Рис.2. Комплексно-автоматизированная Рис. 3. Станок с ЧПУ для линия изготовления деталей из автоматической гибки заготовок из профильного проката профильного проката набора. Поэтому, дан н ые вопросы совершенствования производства предприятия вынуждены решать на основе собственных разработок и зарубежных решений. В качестве первоочередного направления для реализации ОАО «Северная верфь» в настоящее время выбрало технологию изготовления гнутых деталей из профильного проката. Причиной стала необходимость сокращения расхода металла, повышения точности изготовления гнутых деталей набора для увеличения объемов сборки корпусных конструкций методом «на каркасе» и снижения трудоемкости гибочных работ. Первые же попытки показали, что главной проблемой совершенствования технологий такого типа является то, что в ее реализации участвует достаточно большое число участников. При этом для каждого отдельного подпроцесса могут использоваться различные способы совершенствования. Однако оптимальное решение требует сбалансированности относительно общего подхода. Погрешности каждого передела не несут явной ошибки, но отрицательно сказываются на технологии в целом.

Идея данного диссертационного исследования состоит в том, что автор позволил себе с единой позиции посмотреть на возможный вариант совершенствования каждой из составляющих технологии изготовления деталей из профильного проката и разработать научно обоснованные предложения по их совершенствованию, исходя из имеющегося научно-практического задела и опыта работы зарубежных верфей и предприятий отечественного судостроения. На основе выполненных исследований и разработок в диссертации обоснован организационно-технологический процесс изготовления всех деталей корпусов судов из профильного проката, ориентированный на использование самых современных решений из области автоматизации производства, и определены направления его дальнейшего совершенствования, исключающие необходимость пересмотра базовой концепции.

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Фомичев, Андрей Борисович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные в рамках выполненных исследований результаты позволили сделать следующие выводы:

1. В качестве основы для создания современной технологии изготовления деталей судового набора из профильного проката может быть принят вариант опробованной на ОАО «Балтийский завод» автоматизированной линии вырезки прямых деталей и заготовок. Дополнительно к имеющимся решениям необходимо реализовать разработанные в диссертации предложения по выполнению на этапе подготовки производства новых вариантов формирования запусков металла в обработку и раскроя профильных полос. При этом, внедрение расчетного метода определения припусков, предложенного в работе, и разработанной технологии изготовления деталей, гнущихся с одной стороны, даст возможность сократить отход профильного проката, а замена наждачных машинок на метод фрезерования острых кромок обеспечит новый уровень качества готовых деталей.

2. Для изготовления гнутых деталей целесообразно совместить в одном процессе технологию раскатки концов и дальнейшей горизонтальной пошаговой или роликовой гибки. Научной основой определения параметров выполнения данной технологии могут стать впервые разработанные в диссертации критерии выполнения гибки без припусков. Это позволит выполнять полную обработку концов гнутых деталей на линии автоматизированной резки, существенно повысить качество обработки концов деталей, значительно снизить расход профильного проката и существенно повысить уровень автоматизации данной технологии.

3.В варианте использования традиционной технологии гибки на оборудовании с ЧПУ (совмещенная технология не исключает полностью таковую) необходимо выполнять разметку обрезов концов на линии автоматизированной резки с учетом метода коррекции их формы разработанного в диссертации.

4. Для деталей с общей стрелкой погиби в пределах 5Н (Н-высота стенки профиля, а количество инверсных линий не более трех) имеет смысл полностью отказаться от использования для контроля формы гибочных шаблонов. Однако на этапе подготовки производства инверсные линии должны рассчитываться с учетом шага формоопределяющих точек и величины перекроя впервые обоснованных в данной работе. Нанесение инверсных линий на заготовки для изготовления таких деталей необходимо выполнять не с помощью маркировочного устройства, а на отдельной технологической позиции с применением разметочной машины

Стрела». Данное решение позволит использовать для изготовления деталей прокат без предварительной правки.

5. Для деталей сложной формы (количество инверсных линий более трех, или имеющих двоякую кривизну) целесообразно сохранить применение для контроля формы гибочных шаблонов. Однако, их производство необходимо организовать с использованием для вычерчивания заготовок шаблонов техники с ЧПУ (аналогично варианту, применяемому на ОАО «Балтийский завод»). Это даст возможность отказаться от использования плаза и перенести данные работы с плаза на деревообрабатывающий участок. Организационно методические решения по обеспечению такой технологии (включая вид документации) разработаны в диссертации.

Предложенная в диссертации технология изготовления деталей из профильного проката является основой для построения любых вариантов ее реализации применительно к различным уровням автоматизации.

Если вместо робота резка будет выполняться вручную, то предложения по совершенствованию подготовки производства все равно имеет смысл сохранить.

В случае невозможности использования автоматизированного оборудования для гибки профильных заготовок разработанные решения по бесшаблонным методам контроля и сокращению гибочных припусков не теряют своей актуальности.

Наиболее обязательными для совершенствования технологии производства деталей из профильного проката являются решения, связанные с разметкой графических шаблонов с помощью машины «Стрела» и технологией изготовления гибочных шаблонов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фомичев, Андрей Борисович, 2010 год

1. 74-0505-19-84. Оценка и планирование технического уровня производства.

2. Автоматизация производства на базе ЭВМ как часть системы «Стирбиа» // Компьютер-верфь-корабль/ Пер. с англ. Л.Я.Попилова, О.С.Потехина. Л.: Судостроение, 1981 г.

3. Адлерштейн Л.Ц., Крестов М.И., Нахамкин Л.А., Панков Е.С.,

4. Соколов В.Ф. В.Ф. Механизация и автоматизация судостроительного производства. // Ленинград, 1988 г.

5. Александров В.Л. «Совершенствование судостроительного производства и повышение его эффективности в новых экономических условиях», диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, 2000 г.

6. Александров В.Л., Матлах А.П., Нечаев Ю.И., Поляков В.И., Ростовцев Д.М., «Интеллектуальные системы в морских исследованиях и технологиях», СП6ГМТУ, 2001 г .

7. Александров В.Л., Адлерштейн Л.Ц., Макаров В.В., Соколов В.Ф., Титов Н.Я. Точность в судовом судостроении. // Судостроение, 1994 г.

8. Александров В.Л., Горбач В.Д., Куклин О.С, Шабаршин В.П. Высокие технологии гибки и правки. Вестник технологии судостроения, 1998, №4.

9. Александров В.Л. Судостроительное предприятие в условиях рынка. Проблемы адаптации и развития / Александров В.Л., Перелыгин A.B., Соколов В.Ф. СПБ.: Судостроение, 2003 г.

10. Арью А.Р. «Комплексная подготовка производства в судостроении», Судостроение, 1988 г.

11. A.C. №603180 «Способ изготовления гнутых профилей проката», опубл. Б.И.№ 18, 1979 г.

12. М.Байер, Д.Гревен, Ю.Деске Создание автоматизированной системы контроля формы при гибке шпангоутов. Сб. докладов на междун. симпозиуме «Проблемы механизации, автоматизации и применения промышленных роботов», 1986 г.

13. Беленький Л.М. Расчет судовых конструкций в пластической стадии. Л., Судостроение, 1983 г.

14. Боброва И.В., Челищев Б.Е., «Автоматизация проектирования технологии в машиностроении», М., Машиностроение, 1987 г.

15. Бреслав Л.Б. «Экономические модели в судостроительном производстве», Л: Судостроение, 1986 г.

16. Брехов, A.M. Организация судостроительного производства в условиях рынка / А.М.Брехов, В.В.Волков. СПб.: Судостроение, 1992 г.

17. Брехов A.M., Волков В.В. Организация судостроительного производства в условиях рынка. С-Пб, Судостроение, 1992 г.

18. Веселков В.В. Использование графической информации для задания размеров и контроля формы лекальной кромки профильных деталей// Технология судостроения, 1978, №1

19. Веселков В.В., Ситников А.Н. Современное направление развития систем конструкторско-технологической подготовки производства в судостроении // Технология и организация судоремонта: Сб. науч. Тр. ГУВК/ГУВК.-СПб., 1994.

20. Веселков В.В., Ситников А.Н., Куклин О.С. Компьютерное моделирование и экспериментальная проверка процесса ротационно-локальной гибки // Судостроение.- 1999,- № 6.

21. Веселков В.В., Игошин Е.В. Совершенствование технологии изготовления гнутых деталей судового набора // Судостроение.- 2002г.

22. Веселков В.В., Вексляр В.Я., Зайнуллин О.Ф. Методика геометрического моделирования поверхностей подводных лодок при проектировании и подготовке производства.

23. Веселков В.В., Ситников А.Н. Современное направление развития систем конструкторско-технологической подготовки производства в судостроении. / Технология и организация судоремонта: Сб. науч.тр. -СПб.: СПбГУВК, 1994 г.

24. Веселков В. В., Фомичев А. Б. Разработка схемы автоматического управления оборудованием для гибки профильного проката, (статья) // Морской вестник. Вып. 4(32), СПб.: 2009 г.

25. Веселков В.В. Расчетный метод определения припусков на гибку и длину заготовок для изготовления деталей судового набора из профильного проката //Вопросы судостроения. Сер. Технология судостроения, 1978, вып.19.

26. Гибочно-правильный станок. Патент РФ №2102170, кл. В21Д7/02, ЦНИИТС. Авторы: Куклин О.С., Брук М.Б., 20.01.98, Бюл. №2.

27. ГКЛИ-0502-182-92. Справочные таблицы по технико-экономическим показателям постройки судов. Часть 1. Танкеры, сухогрузные суда, баржи.

28. Горбач В.Д. Основные направления совершенствования российской технологии строительства судов на пороге XXI века: материалы междунар. конф. «Моринтех-97». СПб., 1997 г.

29. Карпов Г.И. Разработка метода автоматизированного определения трудоемкости работ в судостроении и судоремонте: дисс. кд. техн. наук, 1986 г.

30. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике; Издание 2; М. Наука 1970. Куклин О.С, Быков В.А. Деформируемость и работоспособность корпусных сталей. JL, ЦНИИ «Румб», 1989 г.

31. Куклин О.С, Рыманов В.Ф., Васильева В.И. Особенности технологии гибки листов, профилей и панелей из алюминиевых сплавов. / Вопросы судостроения. Сер. «Судоверфь. Технология и организация производства», вып.2, 1984 г.

32. Куклин О.С. «Теория и расчет процессов холодной гибки высокопрочных сталей и сплавов». ЦНИИ «Румб», 1982 г.

33. Куклин О.С, Шабаршин В.П., Ширшов И.Г. Современные средства технологического оснащения корпусообрабатывающих цехов. СП-б, ЦНИИ «Румб», 1985 г.

34. Кулик Ю.Г., Сумеркин Ю.В. «Технология судостроения и судоремонта», М: Транспорт, 1988 г.

35. Логачев СИ., Чугунов В.В. «Мировое судостроение. Современное состояние и перспективы». Судостроение. 2000 г.

36. Лысов М.И. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки.-М., 1966 г.

37. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. 1-е изд., М., Машиностроение, 1968; 2-е изд., переработано и дополнено, 1975.

38. Способ гибки длинномерных заготовок. Патент Р.Ф. №1664440, кл. В21Д5/06. ЦНИИТС. Авторы: Куклин О.С., Попов В.И., Богданов И.П., Брук М.Б, 30.12.90, Бюл. №48.

39. Многофункциональная гибочно-правильная машина. Патент РФ №2129929, кл. В21Д 3/02, 5/01, 7/02. Авторы: Горбач В.Д., Куклин О.С., Брук М.Б., Попов В.И., Соколов О.В., Шуньгин В.Ю. 10.05.99, Бюл. №13.

40. Нил Б.Г. Расчет конструкций с учетом пластических свойств материалов. М, Госстройиздат, 1961 г.

41. Е.Н.Мошин. Гибка, обтяжка и правка на прессах. М., 1959.

42. ОСТ5.0378-84 Технологические документы судостроительной верфи. Виды документов, правила разработки, согласования и утверждения.

43. ОСТ5Р.0732-2000 Правила компьютерной разработки, оформления и сопровождения ведомостей технологических комплектов и бригадокомплектов судостроительной верфи.

44. ОСТ5Р.0733-2000 Правила компьютерной разработки, оформления и сопровождения комплекта документов технологического графика постройки судна.

45. Отраслевой руководящий материал по созданию автоматизированных систем управления на судостроительных предприятиях. Подсистема. Оперативное управление основным производством. 299054-04-ОРМ-74. ЦНИИ «Румб», 1975 г.

46. Плисов Б.В. Технологический проект корпусообрабатывающего цеха. // Ленинград, 1981 г.

47. Постнов В.А. «Теория пластичности и ползучести». Л., ЛКИ, 1975 г.

48. Разработка научных основ локальной упругопластической деформации металлов. Построение физических моделей сложных поверхностей с постепенно меняющейся геометрией в процессе ротационного формообразования. Отчет о НИР, ГКЛИ-3210-007-98.

49. РД5.03 69-94 Технологическая подготовка производства судостроительной верфи. Термины и определения.

50. РД5.0693-92 Технологические документы судостроительной верфи.58