«3Dпечатная революция значительно повлияет на судостроение и материально-техническую базу», – рассказывают два младших офицера ВМФ в Proceedings, популярном журнале Военно-морского института в США. Лейтенанты ВМФ Скотт Чини-Питерс и Метью Хипл считают, что 3D печать повлияет на способы и технологии, используемые ВМФ для моделирования и конструирования абсолютно во всех сферах: начиная с кораблей, подводных лодок, авианосцев и заканчивая всем прочим, что находится на борту.
Дальнейшее развитие 3D принтеров могло бы изменить технологии, применяемые ВМФ в судостроении. «Линии производства и верфи будущего поколения могут заменить, фактически, гигантские 3D принтеры, способные максимизировать эффект экономии, который предполагает аддитивный производственный процесс». – Пишут они.
Исчезнет необходимость складирования огромных запасных запчастей. Вместо того чтобы заниматься транспортировкой необходимых или редко используемых запчастей, инженеры смогут просто отсканировать неисправную запчасть и отправить данные на ближайший принтер. Таким образом, на борту корабля нужно будет просто иметь необходимее материалы для 3D печати, что позволит сэкономить площадь и уменьшить вес.
Разумеется, необходимо следить за количеством оставшегося материала и восполнять его запасы, однако ВМФ может провести испытания, чтобы определить оптимальное количество материала, которое нужно иметь на борту, чтобы минимизировать вес. Более того, поскольку материалы имеют жидкую или гранулированную форму, то их можно хранить в компактном виде, что позволит освободить дополнительное пространство, в отличие от громоздких готовых запчастей и защитных упаковок для них.
Помимо прочего, все данные можно хранить на компьютере и обновлять по мере необходимости. Авторы статьи предполагают, что в будущем аддитивные технологии судостроения будут использоваться не только для печати запасных запчастей. 3D печать приблизит фабрики к морякам: «3D принтеры могут использовать для печати материал переработанных старых судов, а ВМФ даже может разработать «концепцию биоразминирования – для обнаружения и обезвреживания боеприпасов, найденных на дне окружающих морей и в районах береговой линии – возможно, при помощи специально разработанных 3D печатных транспортных средств». Также модель судов можно адаптировать для монтажа встроенных принтеров при помощи специальных поддерживающих устройств. И, конечно же, можно применять медицинский 3D принтер для печати медицинских инструментов.
“Основная часть этих идей является лишь предположением будущего, в некоторых случаях настолько смелыми, что вряд ли они когда-нибудь станут реальностью. В то же время перед промышленностью и ВМФ возникла масса препятствий, которые им необходимо преодолеть, чтобы в полной мере ощутить преимущества аддитивного производства», –сообщают авторы.
Профессиональные 3D принтеры и материалы для них все еще стоят дорого, к тому же принтеры могут работать только с отдельными видами материалов. Вдобавок: «ВМФ необходимо определить, кто будет отвечать за качество печатных аналогов армейского предназначение и каким образом».
«Поскольку 3D печать предоставляет противникам США те же возможности, что и для ВМФ, то перед ним встает вопрос обеспечения безопасности, и ВМФ необходимо позаботиться о мерах защиты от кибер-атак в том числе». – Добавили авторы.
По их мнению, пройдут годы, а, возможно, и десятилетия, чтобы решить все возникшие проблемы. Однако процесс разработки и применения возможностей, которые заложены в 3D принтерах, не будет остановлен. Одно из основных заданий для ВМФ – правильно оценивать всю степень экономии, которая будет достигнута с помощью перехода на инновационный способ производства по необходимости, а не складирования ранее произведенных запчастей. Лучшее понимание взаимосвязи новых технологий печати и возможностей производства позволит ВМФ правильно определить их важность и сосредоточиться на конкретных задах, что обеспечит качественный результат. Потенциальные преимущества в стоимости и мощности – просто огромные.
Сегодня технологии 3D-печати уже оказывают сильное влияние на целый ряд производственных отраслей, включая строительную, медицинскую, аэрокосмическую и автомобильную. Теперь же одна знаменитая компания готова вывести аддитивные технологии в море: немецкий производитель яхт и моторных лодок HanseYachts AG интегрирует аддитивные технологии в дизайн и производство судов.
Компания HanseYachts AG, один из крупнейших производителей морских парусных яхт в мире c 1990 года, решила использовать 3D-печать для производства 10-метрового корпуса своей новейшей яхты – Hanse 3D15. Разработка 3D-печатного варианта яхты идет уже третий год, а первым результатом стал специальный 20-метровый 3D-принтер, с помощью которого компания намеревается напечатать корпус судна.
Опытно-конструкторские работы ведутся в сотрудничестве с инженерами компании VBS-Print. Для производства будет использован полимерный композит с древесным наполнителем. Доля переработанных древесных волокон составит порядка 60%.
Карл Делер, главный инженер отдела перспективных разработок HanseYachts AG, поясняет: «Hanse 3D15 будет деревянным судном. За счет новой технологии строительства корпусов мы надеемся не только создавать более прочные суда, но и значительно сокращать время производства для своевременного обеспечения высокого спроса. Благодаря 3D-печати мы сможем удовлетворить индивидуальные требования заказчиков, какими бы они не были».
Текущий проект бесспорно станет важным шагом для HanseYachts AG, но что еще более важно, внедрение аддитивных технологий может иметь революционный эффект на судостроение в целом. Само собой, опытные специалисты могут отнестись к идее с сомнением в силу устоявшихся традиций. Поясняет генеральный директор Hanse Yachts AG, Йенс Герхардт: «Когда наши отраслевые партнеры заявляют, что 3D-печать не может быть успешной, я напоминаю им о внедрении стекловолокна в 60-х, тогда считавшегося не менее спорным материалом для постройки лодок».
HanseYachts AG, ставшая одной из первых компаний, принявших стеклопластик на вооружение в качестве одного из основных кораблестроительных материалов, имеет репутацию новаторского производителя, не боящегося смотреть в будущее. Теперь компания доказывает свою приверженность инновационным методам вновь с помощью проекта Hanse 3D15. «Мы рассматриваем открытость к инновациям в качестве главного конкурентного достоинства нашей верфи, и мы рады сделать новый шаг в развитии международной кораблестроительной отрасли», – заявил Йенс Герхардт.
Британская компания CJR Propulsion, специализирующаяся на производстве кастомизированных гребных винтов и рулевого оборудования, полагается на технологии 3D-печати для прототипирования готовых изделий и испытаний опытных образцов.
CJR Propulsion считается одним из наиболее высокотехнологичных производителей гребных винтов в Европе. В круг клиентов компании входят строители скоростных катеров, рыболовных и транспортных кораблей и даже люксовых яхт.
Политика компании проста: каждое уникальное судно заслуживает идеально подогнанного под конструкцию корабля винта. Но гидродинамика наука сложная – одними лишь расчетами и виртуальным моделированием не обойтись. Для полной уверенности в способности винтов выполнять работу так, как задумано, необходимы зачастую многократные испытания опытных образцов.
С другой стороны, производство винтов – дело сложное и затратное. CJR Propulsion нашла выход из ситуации, закупив 3D-принтеры производства немецкой компании BigRep. Эти устройства аналогичны по конструкции и внешнему виду обычным настольным FDM-принтерам, если не принимать во внимание их огромные габариты.
Однако главное достоинство BigRep заключается именно в размерах. Различные модификации фирменного принтера отличаются по объему области построения, но незначительно. В среднем, эти установки позволяют печатать полимерные модели размером 1х1х1 метр.
«В CJR мы производим рулевое оборудование для люксовых яхт и рабочих лодок. Мы уделяем особое внимание качеству наших продуктов, поэтому каждый винт должен идеально соответствовать целевому судну. Обычно для каждого отдельного корабля мы проектируем свои винты, чтобы они идеально подходили друг другу, а для этого каждый раз требуется изготовление винтов новый формы. 3D-принтеры облегчают задачу, помогая быстро и эффективно производить шаблоны. Аддитивное производство шаблонов очень простое и дешевое, что позволяет нам экспериментировать с самыми разными дизайнами», – рассказывает Саймон Льюис, руководитель отдела вычислительной гидродинамики.
«После покупки 3D-принтеров BigRep мы получили возможность контролировать весь процесс аддитивного изготовления производственных шаблонов, а это делает нас гораздо более конкурентоспособными на рынке», – поясняет Алекс Стивен, глава отдела технических продаж.
Технология судостроения изучает сущность производственных процессов постройки судна, взаимосвязь этих процессов и закономерности их развития. Она базируется на таких фундаментальных науках, как математика, механика, физика, химия и взаимодействует с широким кругом прикладных наук, связанных с созданием судна: проектированием судов, теорией корабля, прочностью корпуса судна, экономикой судостроительной промышленности и другими.
Под технологией судостроения длительные годы понимали совокупность производственных процессов постройки судов: получение и обработку материалов, сборку и сварку корпусных конструкций и корпуса в целом, монтаж механизмов и электрооборудования, изготовление и монтаж систем и устройств, оборудование и отделку судовых помещений, испытания и сдачу готового судна заказчику. Затем понятие технологии существенно расширилось и помимо производственных процессов вобрало в себя изучение и создание технических средств, изучение технических, сырьевых, информационных, финансовых и кадровых ресурсов, систем управления, социальной и природной среды, в рамках которых реализуют производственный процесс, включая его экологические последствия.
Судостроительное производство
В последние десятилетия XX века сложились следующие направления развития технологии судостроения:
- Совершенствование существующих и разработка новых методов постройки судов, в том числе основанных на модульном принципе, при котором возможна сборка судов из ограниченного количества унифицированных первичных элементов-модулей;
- Применение математических методов и вычислительной техники при технологической подготовке производства и управлении технологическими процессами;
- Механизация и автоматизация производственных процессов, в том числе с применением промышленных роботов, роботизированных технологических комплексов и т. п.;
- Разработка принципиально новых технологических процессов, использующих действие лазеров и плазмы, более технологичных материалов, высокопроизводительного оборудования, в том числе с числовым программным управлением, высокоточных средств измерения;
- Экономия материальных, энергетических, трудовых, финансовых и других ресурсов при создании судов;
- Создание безопасных условий труда и экологически чистых процессов постройки судов.
Производственный и технологический процессы в судостроении
Под производственным процессом понимают совокупность действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта продукции. В ходе производственного процесса сырье, материалы, полуфабрикаты превращаются в продукцию, предназначенную для потребления. Производственный процесс образуется при наличии трех элементов: труда, т. е. целесообразной деятельности человека, предмета труда (на него направлены действия работника) и средств труда, с помощью которых осуществляют воздействие на предмет труда. Взаимодействие названных элементов, приводящее к созданию новой или улучшенной продукции, образует производство.
В судостроении производственный процесс представляет собой направленные действия работников, которые с помощью имеющихся в их распоряжении средств труда (производственных зданий, сооружений, орудий труда) изготавливают корабли, суда, морские технические установки или восстанавливают их способность к эксплуатации.
Составными частями производственного процесса являются основной и вспомогательный процессы. К основному относят процесс, непосредственно связанный с превращением предмета труда в готовую продукцию. Вспомогательный процесс способствует осуществлению основного процесса без прямого участия в нем. Элементами и основного, и вспомогательного процессов остаются труд, предмет и средства труда. Отличие состоит в том, что продукцию основного производственного процесса используют сторонние потребители, а продукция вспомогательного процесса его обслуживает. В судостроении все работы, связанные с изготовлением продукции, реализуемой покупателю, относят к основному производственному процессу. Вспомогательными процессами являются изготовление инструмента, ремонт производственных сооружений, транспортно-погрузочные услуги и т. п.
Основной производственный процесс называют технологическим процессом, под которым понимают часть производственного процесса, содержащую действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Под определением состояния предмета труда понимают контроль производства (контрольные действия, осуществляемые рабочим). В ходе технологического процесса в результате действий человека или машин происходит изменение внутренних свойств, формы, внешнего вида предмета труда. Например, в ходе резки и гибки изменяют размеры и форму деталей, а в результате сборки образуется задуманная конструкция.
Технологические процессы различают по назначению и универсальности применения. Назначение определяет вид конкретного технологического процесса, как части процесса строительства судна (технологические процессы сварки металла, окраски конструкций).
Постройка атомного ледокола «Сибирь»
По универсальности применения технологические процессы разделяют на единичные, групповые и типовые. Единичным называют технологический процесс изготовления изделия одного наименования, типоразмера и исполнения. К групповым относят технологические процессы изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Технологический процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками называют типовым.
Каждый технологический процесс разделяют на операции. Операция — законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте неизменными исполнителями. Примерами технологических операций могут служить резка заготовки на детали, установка и закрепление на полотнище балок набора; гибка труб на трубогибочном станке. Операция — основная единица при планировании и учете производственных процессов, при разработке технологических процессов, а также при их изучении.
Технологическая операция, в свою очередь, включает технологические и вспомогательные переходы. Технологическим переходом называют часть операции, выполняемую одним и тем же инструментом при постоянном режиме работы человека или оборудования. Под вспомогательным переходом понимают часть операции, состоящую из действий, не изменяющих предметов труда, но необходимых для выполнения технологического перехода. Примерами вспомогательного перехода могут быть закрепление заготовки или смена инструмента. Кроме переходов в состав технологической операции могут входить установы - части операции, выполняемые при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной единицы.
Количество операций в технологическом процессе зависит от конструктивного и количественного разнообразия предметов труда (их повторяемости и унификации), которое характеризует тип производства. Различают три типа производства: единичное, серийное и массовое.
Единичное производство характеризует малый объем выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление которых, как правило, не предусматривают. При серийном производстве изделия изготавливают периодически и повторяющимися партиями. В зависимости от количества изделий в партии или серии различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства. Для массового производства характерен большой объем выпуска одинаковых изделий, непрерывно изготавливаемых продолжительное время.
Строительство атомного ледокола «Арктика»
Тип производства оценивают коэффициентом закрепления операций К 3,0 (коэффициентом серийности), под которым понимают количество операций, выполняемых в среднем на одном рабочем месте за определенный период времени (месяц, год). При массовом производстве K 3,0 = 1. Для крупносерийного производства К 3,0 < 10, для среднесерийного 10<К 3,0 <20, для мелкосерийного 20< К 3,0 <40 Для единичного производства К 3,0 не регламентируют.
Серийное и массовое производства характеризуют показателем такта выпуска (тактом производственного процесса) τ , под которым понимают период времени между изготовлением единицы изделия:
τ = T/N
- T — календарный отрезок времени;
- N — количество изделий, выпускаемых за это время.
Величину, обратную такту выпуска, т. е. количество изделий (продукции), выпускаемых в единицу времени, называют ритмом выпуска. Показатели такта и ритма выпуска используют при планировании и организации производства для расчета численности рабочих, количества необходимых механизмов и машин, сменности работы, количества потребных технологических операций.
Для серийного и массового выпуска изделий свойственно поточное производство, определяемое расположением технологического оборудования и оснастки в последовательности выполнения операций технологического процесса.
В судостроении точных границ между типами производства не существует, так как его продукцией являются разнообразные суда от малых катеров и промысловых судов до крупнотоннажных морских судов и военных кораблей. В большей степени распространены единичное производство по строительству единичных экземпляров судов и кораблей или серийное производство. При этом отнесение производства к серийному зависит от величины строящихся судов. Массовое производство в судостроении встречается крайне редко.
Кораблестроение
Для осуществления любого технологического процесса необходима та или иная совокупность орудий производства, которые называют средствами технологического оснащения (СТО). К ним относят технологическое оборудование, оснастку, приспособления и инструмент. Технологическое оборудование — средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, а также средства воздействия на них. Примерами технологического оборудования служат гибочные прессы, машины для тепловой резки, агрегаты для сборки и сварки корпусных конструкций, станки для гибки труб, расточные станки и др. К технологической оснастке относят СТО для изготовления корпусных конструкций (стенды, постели и т. п.), оснастку к трубогибочным станкам, оснастку для проведения испытаний механизмов, устройств.
Приспособления главным образом обеспечивают фиксацию или перемещение предметов труда или инструмента при выполнении технологической операции. Приспособлениями являются направляющие для перемещения по заданной траектории полуавтоматов для тепловой резки и сварочных автоматов, зажимы и фиксаторы для закрепления деталей, узлов и секций корпуса судна при их изготовлении и сборке, устройства, применяемые при монтаже валопроводов, механизмов, трубопроводов.
Инструмент предназначен для воздействия на предмет труда с целью изменения его состояния. Номенклатура инструмента, применяемого в судостроительном производстве, весьма широка. Здесь и разметочный, проверочный, сборочный инструмент, инструмент для механической и тепловой резки металла, инструмент для обработки поверхностей.
Разработка технологических процессов, выбор существующих или создание новых средств технологического оснащения осуществляют на стадии технологической подготовки производства к постройке судов.
О судовых механиках (видео)
Тысячу лет назад в современных Сиракузах в ванне сидел изобретатель пытавшийся узнать, сделана ли королевская корона из чистого золота. В конце концов, он нашел ответ, выскочил из ванны, и голышом побежал по улице, оглашая окрестности знаменитым теперь возгласом «Эврика». Так из истории Архимед открыл основополагающий закон физики - на тело частично или полностью погруженное в воду действует сила, равная массе воды вытесненной этим телом. Вес тела выступает в роли давления, направленного вниз и может противодействовать давлению воды направленному вверх; если две эти силы равны тело плывет. Благодаря закону Архимеда человек получил возможность строить корабли любого размера из любого материала, а закон остается основной формулой при расчетах этих показателей.
Современная технология судостроения разделяется на несколько этапов.
КОНСТРУКТОРСКАЯ ПОДГОТОВКА
В период конструкторской подготовки производства разрабатывают проект судна. Разработку проекта корабля, как правило, проводят в четыре этапа:
1. Техническое предложение
Техническое предложение содержит: схемы общего расположения судна, мидель-шпангоута, расположения механизмов в машинном отделении, расположения специальных устройств и эксплуатационно-экономический расчет.
2. Эскизный проект
Эскизный проект содержит чертежи общего расположения судна, теоретический чертеж, конструктивный мидель-шпангоут, расчеты весовой нагрузки.
3. Технический проект
Технический проект содержит: договорную документацию (чертежи общего расположения судна, спецификации по общесудовой, корпусной и механической части, системам и электрооборудованию), проектную документацию (чертежи по общесудовой и корпусной части), чертежи по механической части (установка главных двигателей и валопровода и схемы трубопроводов), чертежи общесудовых систем, чертежи электрооборудования, расчеты прочности по теории корабля, весовой нагрузки.
4. Рабочий проект
Рабочий проект содержит: рабочие чертежи и всю технологическую документацию, объем которой устанавливает предприятие-судостроитель в зависимости от степени подготовленности производства, от типа и размерений судна, размера серии и прочих данных. В состав рабочего проекта входят разрабатываемые вновь, а также типовые, обезличенные и нормализованные чертежи.
При конструкторской подготовке производства осуществляется унификация оборудования и материалов, решаются вопросы о технологичности конструкций и ремонтопригодности судна, обосновывается метод его постройки и производится разбивка корпуса на секции. Существует несколько способов сборки корпуса судна на стапеле: подетальный, секционный и блочный.
При подетальном способе предусматривается сборка корпуса на стапеле из отдельных деталей. Производственный цикл стапельной сборки корпуса судна в этом случае очень длительный. Сокращают его применением секционного и особенно блочного способов, обеспечивающих: расчленение процесса сборки на предварительную и стапельную; перенос значительной части корпусосборочных работ в цех; применение автоматической и полуавтоматической сварки; установку оборудования в секции и блоки.
При секционном способе формируют корпус на стапеле преимущественно из предварительно собранных плоскостных, полуобъемных или объемных секций. Плоскостные секции состоят из полотнища плоского или с прогибью не больше меньшего размера секции в плане с приваренным к нему с одной стороны набором одного или двух направлений. Полуобъемными называют такие секции, у которых стрелка прогиба полотнища меньше размера секции в плане. Объемными считают такие секции, высота балок набора которых превышает меньший размер секции в плане.
При блочном способе корпус судна на стапеле собирают из блоков судна или блоков секций. Блок представляет собой часть корпуса судна, по возможности ограниченную конструкциями, образующими замкнутые отсеки, с установленными механизмами, трубопроводами, изоляцией. Его собирают из плоскостных секций днища, бортов, палубы и переборок, полуобъемных и объемных секций. При разбивке корпуса на секции учитывают производственные, конструктивные и технологические факторы.
РАЗБИВКА КОРПУСА СУДНА НА ПЛАЗЕ
Конструкторские бюро обычно выполняют чертежи корпусов судов в масштабе 1:25, 1:50 или 1:100. При изготовлении деталей и конструкций корпуса по таким чертежам неизбежны масштабные ошибки. Кроме того, эти чертежи не всегда содержат все данные, необходимые для определения точной формы и размеров деталей и конструкций, так как, например, теоретические чертежи выполняют лишь по части сечения шпангоутов, ватерлиний и батоксов. Поэтому на плазе предприятия вычерчивают теоретический чертеж корпуса судна в натуральную величину в трех проекциях. Используя такой чертеж, снимают плазовые данные, заносят их в таблицы, вычерчивают эскизы или изготовляют необходимую оснастку для выполнения корпуснозаготовительных, корпусносборочных и других работ. Плазовые работы - ответственная операция. Недостаточная точность их выполнения может привести к браку.
Плаз представляет собой помещение со специально подготовленным ровным полом, обычно набранным из деревянных квадратных брусков или уложенных на ребро досок, которые чисто строгают, выверяют по шергеню во всех направлениях, грунтуют, шпаклюют и окрашивают масляной краской серого цвета. Плаз должен иметь хорошее естественное и искусственное освещение, и в нем должны поддерживаться постоянные температура и влажность. При разбивке корпуса судна на плазе используют теоретический чертеж корпуса, таблицу плановых ординат, чертеж растяжки наружной обшивки, схему разбивки корпуса на секции и рабочие чертежи секций.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Все корпусные детали разбиты на группы по принципу однородности операций. За основу классификации принимают обычно следующие признаки:
толщину исходного материала;
конфигурацию контура деталей;
наличие и вид погиби;
наличие вырезов и отверстий;
наличие разделки кромок под сварку;
Существуют различные классификаторы корпусных деталей, согласно которых все корпусные детали разбиты на типовые классы и группы. В зависимости от конкретных условий некоторые группы могут быть объединены. На основе принятой разбивки определяют маршрутную технологию обработки деталей и выбирают необходимое оборудование. Весь листовой и профильный металл, применяемый при постройке судов, должен иметь ровную поверхность, так как неровности затрудняют выполнение разметки и резки деталей, а также сборки и сварки корпусных конструкций. Стрелки прогиба листов толщиной 1,5-5 мм не должны превышать 3 мм на метр длины, а у листов толщиной 6-18 мм допускаются до 2,5 мм на метр длины. Профили не должны иметь отклонений от прямолинейности более 2 мм на один метр и более 8 мм на всю длину полосы.
Однако, поступающий на заводы листовой и профильный металл, из-за наличия внутренних напряжений, вызванных неравномерностью охлаждения при прокатке, а также вследствие механических воздействий при транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах, как правило, бывает неровным, листы имеют волнистость по длине, местные выпуклости и серповидную кривизну, а профили - винтообразную кривизну и волнистость. Листы и профили, волнистость которых превышает допустимую, правят. У деформированных листов и профилей одна часть волокон вытянута, а другая укорочена, и правка их сводится к выравниванию волокон по длине за счет сжатия вытянутых или растяжения укороченных. Так как растянуть волокна проще, чем сжать, правка листов и профилей основана на принципе растяжения волокон.
Правку выполняют вручную на плите ударами кувалд главным образом профильного металла или механизированными методами, самым распространенным из которых является правка на многовалковых листоправильных вальцах.
Сильно деформированные листы из тонколистовой стали правят на более толстом подкладном листе. Иногда ИСПОЛЬЗУЮТ одновременно подкладной лист и полосовые прокладки. Технология правки листов в листоправильных вальцах регулярно совершенствуется.
ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ КОРПУСНОГО МЕТАЛЛА
Для сохранности корпусов судов в надлежащем техническом состоянии в течение установленного срока службы все поверхности корпусных конструкций должны быть защищены от коррозии. Это достигается их грунтовкой и окраской. Однако поступающий на заводы листовой и профильный металл покрыт прокатной окалиной и образующейся при транспортировке и хранении ржавчиной. Поэтому весь корпусный металл должен быть очищен.
Наиболее производительна очистка корпусного металла химическим и дробеметным способами.
При химическом способе очистки с поверхности металла при травлении в соответствующих растворах удаляются окислы.
Оборудование участка химической очистки металла состоит из последовательно расположенных ванн, заполненных соответствующими растворами, кассет для загрузки металла в ванны и устройства для сушки очищенных листов. Большого распространения химический способ очистки не получил из-за трудности нейтрализации сточных вод. Дробеметный способ очистки заключается в очистке поверхности выбрасываемой металлической дробью под действием высокой центробежной силы. Ударяясь, она удаляет с поверхности металла имеющиеся на ней загрязнения, ржавчину и окалину. После дробеметной обработки поверхность металла приобретает чистый равномерно-шероховатый вид.
ТЕХНОЛОГИЯ РЕЗКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
гильотинные ножницы
После нанесения разметки корпусных деталей с помощью шаблонов и фотопроекционным способом осуществляется резка деталей. Существует два способа резки корпусных деталей: механический и тепловой. Механическую резку выполняют на ножницах - гильотинных, дисковых, вибрационных и пресс-ножницах.
резка металла лазерной установкой
Тепловая резка основана на сгорании металла, нагретого до температуры воспламенения в струе чистого кислорода и удалении этой струей образующихся окислов. Для нагрева металла используют пламя горючих газов.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СБОРКА И СВАРКА КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Сборочно-сварочные процессы состоят из нескольких основных операций: разметки мест установки деталей; первичного наведения деталей и проверки их положения; причерчивания для удаления припусков; совмещения кромок и закрепления деталей на прихватки или механическим способом; сварки швов и контроля их качества, а также некоторых дополнительных операций: тепловой резки или пневматической рубки при подгонке для удаления припусков; проверки положения и контроля установки деталей и узлов; правки конструкций после сварки.
Целью сборки корпусных конструкций является закрепление собираемых частей конструкции. Сварку соединений в конструкции выполняют в основном механизированными способами (автоматическая сварка под слоем флюса, полуавтоматическая сварка в среде С02 и порошковой проволокой, электрошлаковая, односторонняя сварка с формированием обратного шва). На всех этапах сборки и сварки выполняют проверку положения (контроль) деталей и узлов.
УЗЛОВАЯ СБОРКА И СВАРКА
Наиболее простыми элементами предварительной сборки корпуса являются узлы - технологически законченные части конструкции, из которых в последующем собирают и сваривают секции или корпус судна. Узлы состоят из двух и более деталей, составляющих балочные, фундаментные, рамные и бракетные конструкции, а также листовые полотнища. Изготовление их сравнительно легко поддается механизации и автоматизации, в особенности для корпусов плоскодонных судов с большой цилиндрической частью. Для изготовления узлов, в зависимости от степени механизации, существуют следующие способы: свободная сборка и сварка; кондукторная сборка и сварка; станочная сборка и сварка; сборка на поточных линиях.
Свободную сборку узлов можно выполнять на универсальных сборочных плитах или просто на ровных площадках цеха. Целесообразность такой сборки может быть оправдана только экономическими соображениями - при очень малой серии строительства судов. В большинстве же случаев свободную сборку следует заменять на кондукторную или станочную, при которых экономия труда составляет более 40 процентов. При свободной сборке все операции выполняют вручную. При свободной сборке для качества изготовления применимы временные переносные приспособления (упоры, фиксаторы, струбцины).
Кондукторную сборку узлов , как правило, выполняют без разметки и прихватки элементов; при этом устраняется необходимость удерживать детали при наведении и проверке положения. Кондуктор - это приспособление или устройство, позволяющее закреплять детали узла относительно друг друга в нужном положении, стягивать и удерживать их от свободного перемещения во время сварки; строго контролировать геометрические параметры узла. При сборке в кондукторе уменьшаются сварочные деформации на 30 процентов по сравнению со свободной сборкой и сваркой узлов. При больших сериях строительства судов используют специализированные кондукторы, при малых - универсальные и быстро переналаживаемые.
Станочная сборка и сварка узлов является наиболее прогрессивной. Однако для ее осуществления требуются определенные условия и, прежде всего, достаточно большая серийность изделий. Станочное изготовление узлов отличается высокой производительностью, достигаемой за счет механизации операций, а также за счет совмещения сборки и сварки в единый процесс. Удельное значение механизируемых операций достигает 80 процентов, что позволяет повысить по сравнению с кондукторной сборкой производительность более чем в 2 раза.
СБОРКА И СВАРКА СЕКЦИЙ
Сборка и сварка секций корпуса и надстроек - основные процессы постройки судна. Трудоемкость изготовления секций составляет более половины от общей трудоемкости сборки и сварки корпуса.
Расчленение корпуса на секции и установка их в удобное для сборки положение определили потребность в такой технологической оснастке, которая бы создавала базовую опору и фиксировала сложные обводы судового корпуса, обеспечивала взаимозаменяемость всех изготовляемых на ней секций. Основными видами оснастки для изготовления секций являются стенды и кондукторы, снабженные различными приспособлениями и переносными средствами механизации.
Изготовление блоков секций. Для сокращения стапельных работ, увеличения объема насыщения деталями, узлами и агрегатами механического оборудования судна отдельные плоскостные или полуобъемные секции и узлы собирают (формируют) в блоки секции. К этому типу также относятся и блоки надстроек, формируемые из плоскостных секций и палуб. Сборку и сварку блоков секции выполняют на опорных устройствах типа кильблоков или «клеток» на стапельных тележках и в стапель-кондукторах. Сварочных швов при изготовлении блоков сравнительно мало, поэтому сварочные деформации незначительны.
СПОСОБЫ СБОРКИ КОРПУСА СУДНА
При постройке судна существует несколько способов сборки корпуса судна.
секционная сборка корпуса судна
Технология судостроения на стапеле из плоскостных и объемных секций включает комплекс установочно-проверочных работ. Установочные работы состоят из операций по раскреплению и перемещению секций, проверочные - по проверке положения конструкции. Значительная трудоемкость этих работ объясняется наличием технологических припусков, которые на стапеле необходимо размечать и обрезать. Наличие припусков по монтажным кромкам заставляет при сборке корпуса на стапеле дважды устанавливать и проверять положение каждой секции (для стыкования после обрезки припуска).
блочная сборка корпуса судна
При блочном способе формирование корпуса в судостроении начинают с установки закладного блока, в состав которого входит машинное отделение судна, где необходимо произвести большой объем механомонтажных работ. В нос и корму от закладного блока последовательно пристыковывают остальные блоки. Формирование корпуса из плоскостных секций по отсекам является разновидностью блочного метода постройки. В качестве закладного также принимают наиболее насыщенный механизмами и системами отсек судна. Последующие блоки-отсеки формируют в нос и корму, присоединяя секции к закладному.
кольцевой кантователь
Наиболее рационален поточно-позиционный способ блочной постройки судов, который позволяет организовать ритмичное производство.
При строительстве судов в современной технологии судостроения применяют также смешанные секционно-блочный, секционно-подетальный и новые способы. Например, корпусы буксиров длиной до 53 м изготовляют из двух половин, разделенных по диаметральной плоскости. При сборке блоков состоящих из двух-трех секций сборка производится «бортом вверх». На стапеле обе половины с помощью кранов устанавливают в требуемое положение и сваривают по линии монтажного стыка. Суда небольшого водоизмещения собирают из максимально укрупненных элементов корпуса или моноблочным методом с помощью кольцевого кантователя.
Технология судостроения - это наука о методах и средствах постройки судов, их взаимосвязи и развитии. Она базируется на таких фундаментальных науках, как математика, механика, физика, химия, и взаимодействует с широким кругом прикладных наук, непосредственно связанных с созданием судна: проектирование судов, теория корабля, прочность судна, экономика судостроительной промышленности и другие.
Длительное время под технологией судостроения понимали совокупность производственных процессов постройки судов, а именно: получение и обработка материалов, сборка и сварка корпусных конструкций, формирование корпуса в целом, монтаж главных и вспомогательных механизмов, электрооборудования, изготовление и монтаж систем и устройств, оборудование и отделка судовых помещений, испытание и сдача готового судна заказчику. В настоящее время понятие технологии существенно расширилось и включает в себя, кроме производственных процессов, технические средства, технические, сырьевые, информационные, финансовые и кадровые ресурсы, систему управления, социальную и природную среды, в которых реализуется производственный процесс, включая экологические последствия.
Судостроительное производство в своем развитии претерпело целый ряд революционных изменений, в соответствии с которыми изменялась и технология судостроения. К главным из них следует отнести замену дерева металлом в качестве конструкционного материала. Первая железная баржа была построена в 1789 г. В России одно из первых судов с металлическим корпусом было построено в 1821 г. В дальнейшем сталь становится основным конструкционным материалом в судостроении, деревянное судостроение постепенно сокращается. В наше время деревянными строят только отдельные небольшие суда, например, спортивные. Не менее важные изменения произошли в судостроении в XIX в., когда в качестве источника энергии стали применять пар, а в дальнейшем и электричество. Поистине революцией в стальном судостроении был переход от клепки к сварке, начавшийся в отечественном судостроении в 30-х годах ХХ столетия. Но полностью сварными стальные корпуса судов стали строиться только после второй мировой войны.
Тогда же в качестве конструкционных материалов все шире начали применяться легкие сплавы и железобетон. Наконец, во второй половине ХХ столетия начали использоваться для корпусов судов и полимерные материалы (стеклопластики, углепластики и др.). Таким образом, в настоящее время корпуса судов могут строиться из стали, дерева, легких сплавов, железобетона или пластмасс. Статистика свидетельствует, что свыше 90% судов (по тоннажу) строится из стали. Предполагается, что это положение сохранится и в ближайшие десятилетия. Поэтому курс технологии судостроения построен применительно к стальным судам.
Технология судостроения продолжает совершенствоваться и в наше время. В последние десятилетия сложились следующие основные направления развития технологии судостроения:
Совершенствование существующих и разработка новых методов постройки судов, в том числе основанных на модульном принципе, при котором возможна сборка судов разного архитектурно-конструктивного типа и размеров из ограниченного количества унифицированных первичных элементов - модулей;
Механизация и автоматизация производственных процессов с применением промышленных роботов и роботизированных технологических комплексов;
Применение математических методов и вычислительной техники (новых информационных технологий) при технологической подготовке производства и управлении технологическими процессами;
Разработка принципиально новых технологических процессов, основанных на недавно открытых физических явлениях (лазерная и плазменная технологии, технологии высоких энергий и др.);
Экономия материальных, энергетических, трудовых, финансовых и других ресурсов при создании судов;
Создание безопасных условий труда и экологически чистых технологий при постройке судов.
С переходом к рыночной экономике появился целый ряд обстоятельств, которые, безусловно, будут существенно влиять на дальнейшее развитие технологии судостроения. К ним следует отнести:
Повышение мобильности судостроительного производства, т.е. его готовности к постройке судов различных типов исходя из потребности рынка и возможности оперативного реагирования на различные требования заказчика;
Создание условий для расширения номенклатуры заказов на судостроительном предприятии, включая несудовые, что будет способствовать устранению диспропорций в использовании существующих производственных мощностей и, что особенно важно, повышению их загрузки в периоды спада заказов на постройку судов;
Переход к контрактной системе отношений с заказчиками судов вместо госзаказа, что ужесточает требования в отношении качества и конкурентоспособности судов, сроков их постройки и др.