.

Вы здесь

ЧТО ТАКОЕ ГИБКОСТЬ

ЧТО ТАКОЕ ГИБКОСТЬ

28.06.2015 Автор: 55

ЧТО ТАКОЕ ГИБКОСТЬ

В старые времена вооруженный топором, пилой, рубанком, долотом или молотком судостроитель мог построить на стапеле любое необходимое заказчику судно: большое или маленькое, военное или торговое, парусное или гребное. Эту универсальность сохранило на первых порах и металлическое судостроение. Однако со временем, по мере механизации производственных процессов и использования все более сложного технологического оборудования универсальность производства стала отступать перед его специализацией.

Новые высокопроизводительные средства производства были нацелены на выполнение конкретных технологических операций и не могли осуществлять операции, отличающиеся от расчетных. Газорезательные машины обрабатывали металл с конкретными свойствами и в определенном диапазоне толщин. Сварочное оборудование могло „иметь дело" только со своими типами соединений (горизонтальный шов, вертикальный шов и т. п.). Первые механизированные сборочно-сварочные линии оперировали лишь с плоскостными секциями заданной конфигурации. Применяемые сегодня агрегаты для сборки и сварки корпусных блоков (например, системы „Ротас") пригодны для изготовления конструкций только определенного типа судов.

В середине 50-х годов в Ульяновске был построен и вступил в эксплуатацию завод-автомат для производства поршней двигателей грузовых автомобилей. Казалось, была решена проблема создания „безлюдного" производства. Однако четверть века спустя завод пришлось демонтировать: в связи с изменением конструкции двигателей потребовались поршни нового типа, а высокоавтоматизированное специализированное оборудование не могло их выпускать. Выполненные экономические расчеты показали, что переоборудование производства этого завода стоило бы дороже, чем строительство нового предприятия. Заводу-автомату явно не хватило универсальности.

Утрата универсальности в судостроении не достигла такой степени, как в автомобильной промышленности, где появились замкнутые механизированные конвейерные производства, нацеленные на выпуск одной модели автомобиля в сотнях тысяч и миллионах экземпляров. Но сохранение универсальности в судостроении обернулось значительно более низким уровнем механизации производственных процессов. Образовался порочный круг. Дальнейшее повышение уровня механизации в судостроении требует углубления его технологической специализации. Углубление специализации в свою очередь невозможно из-за многономенклатурности судостроительного производства. Но без углубления специализации нет повышения уровня механизации.

Как было показано в предыдущей главе, этот круг будет разорван при переходе к модульному судостроению. Обобщая сделанные в ней выводы, можно утверждать, что будущее судостроительное производство должно быть обязательно гибким производством.

Понятие гибкости производства — новое понятие. Его нет ни в последнем издании „Большой советской энциклопедии", ни в „Политехническом словаре". Определить производственную гибкость в нашей книге можно как универсальность в условиях высокомеханизированного и автоматизированного производства.

Проблема повышения гибкости производства напоминает известную проблему сохранения поголовья овечьего стада при обязательном утолении аппетита серых хищников. Решить ее проще всего, оснастив соответствующие производства разнообразным автоматизированным оборудованием на все случаи жизни. Вместе с тем такое готовое ко всяким неожиданностям производства будет, безусловно, гибким, но слишком расточительным. Его дорогостоящее автоматизированное оборудование станет использоваться с низким коэффициентом загрузки. По этой причине создание гибких производственных систем должно базироваться на иной основе — групповой обработке изделий производственной программы.

Групповая обработка — метод обработки изделий, в основу которого положены конструктивно-технологические признаки типичного изделия — представителя данной группы. По этому изделию проектируется технологический процесс обработки, являющийся общим для всех изделий, входящих в данную конструктивно-технологическую группу. Соответствующее этому процессу оборудование является, таким образом, минимально необходимым, и под заданную производственную программу будет использоваться с максимально возможной загрузкой. Приспособления, оснастка и инструмент могут при этом меняться при переходе от изделия к изделию или от операции к операции. Смена их должна осуществляться в кратчайшие сроки, а значит, при автоматизации основных технологических операций также выполняться автоматически. В этих условиях становится целесообразной автоматизация и всех вспомогательных оперший: транспортировки заготовок, установки их для обработки, передачи со станка на станок, съема и складирования готовых изделий.

Управление всеми этими процессами может эффективно осуществляться только с помощью ЭВМ, для чего необходимо специальное математическое обеспечение. Входная информация дня реализации машинных программ управления производственными операциями может и должна быть получена при этом от соответствующих автоматизированных систем: проектирования обрабатываемых изделий, технологической подготовки производства, планирования и управления производством. В свою очередь, наличие ЭВМ позволяет получать в результате производственной деятельности не только продукцию (предметы обработки), но и новую информацию, которая необходима для автоматизированной системы планирования и управления, информационной системы делопроизводства и т. п.

Таким образом, происходит интеграция всех перечисленных автоматизированных систем и на этой основе создается гибкая автоматизированная производственная система (ГАПС). Как видно из рисунка, область применения ГАПС — многономенклатурное производство при сравнительно большой серийности каждого из изделий. Поэтому появления ГАПС в судостроении в первую очередь следует ожидать в производствах, имеющих дело с заготовкой деталей корпусов судов и судовых систем и устройств.

Практически полностью „созрела" для перехода к ГАПС современная корпусообработка. Машины тепловой или лучевой резки способны вырезать из листового материала детали любой конфигурации. Дифференциация машин по толщинам разрезаемого материала в принципе может быть устранена путем применения сменных режущих устройств (в том числе тех, в которых используются различные способы резки: лазерная, плазменная, газовая и др.). Механизация подачи на рабочие столы машин листов материала и съема с них готовых деталей также не вызывает принципиальных затруднений, хотя и связана с необходимостью разрешения некоторых технических проблем и внедрением робототехники. Задание размеров и формы деталей корпуса в числовой форме на машинных носителях информации уже сегодня вошло в практику работы конструкторских бюро и судостроительных заводов. С использованием ЭВМ осуществляются также планирование и управление производством. Остается лишь провести комплексную автоматизацию всех этих процессов в целом и корпусообрабатывающая ГАПС готова к действию. Произойти это должно в ближайшие годы, во всяком случае в нашем XX веке.

В следующем веке, безусловно, появятся новые методы изготовления корпусных деталей из первичного материала, возможно, изменится и сам конструкционный материал и уж определенно повысится уровень автоматизации корпусообрабатывающего производства, которое будет осуществлять выпуск продукции— любых необходимых деталей корпуса — без участия человека. А в аббревиатуре ГАПС применительно к этому производству можно будет смело заменить слово „автоматизированная" на „автоматическая". Того же следует ожидать в трубозаготовительном производстве, в механообработке при изготовлении изделий корпусного насыщения (иллюминаторов, переборочных стаканов, вварышей и т. п.) и, вероятно, в модульном изготовлении надстроек.

Могут быть организованы ГАПС и в секционно-сборочном производстве. Успехи в стандартизации корпусных конструкций позволят в будущем сократить число типоразмеров узлов и секций, увеличив тем самым их серийность. Групповая технология сборочных работ должна быть основана на типовой последовательности выставления деталей набора на листах обшивки. Гибкость сборочного оборудования при этом будет обеспечиваться автоматизированным изменением формы постелей для укладки листов обшивки любой кривизны и свободой маневрирования манипуляторов для выставления и присоединения деталей набора. В свою очередь это потребует оснащения манипуляторов органами „зрения" и „интеллектом", чтобы они могли, руководствуясь программой, собирать при необходимости разнотипные узлы и секции.

В блочно-монтажном и достроечно-монтажном производствах, а также при агрегатировании судового оборудования (кроме сборки функциональных модулей на предприятиях-изготовителях оборудования) трудно рассчитывать на серийность продукции (агрегатов, блоков), достаточную для организации на верфи соответствующих ГАПС. По этой причине здесь, вероятно, придется ограничиться гибкопереналаживаемым автоматизированным оборудованием (кантователями, сборочными и монтажными стендами, стендами-погрузчиками и др.), которое будет обеспечивать механизированную сборку и насыщение разнообразных корпусных блоков в пределах размерных модульных групп, а также погрузку при постройке судов и выгрузку при модернизации различных функциональных модулей.

Особо следует остановиться на проблеме гибкости основного производства каждой судостроительной верфи — стапельного. До недавнего времени это производство, базирующееся на использовании мощного кранового оборудования и ручного труда слесарей-судосборщиков, снабженных средствами малой механизации, было, по существу, универсальным. Попытки применить при стапельной сборке механизированное сборочное оборудование и специализированную стапельную оснастку резко ограничивали эту универсальность, поскольку такие средства были пригодны только для постройки судов определенных типов, и при смене типа судов они становились ненужными. Кроме того, в последние годы начали возникать проблемы с размещением на существующих стапелях судов новых архитектурных форм (например, плавучих буровых установок, судов-катамаранов и др.), совмещением постройки разнотипных судов и т. п.

Разные стапельные сооружения имеют различные ограничения, в большей или меньшей степени влияющие на массогабаритные характеристики строящихся на них судов. Любой стапель ограничивает спусковую массу, а значит, и водоизмещение судна допустимой нагрузкой на стапельную плиту, воспринимаемой через опорное устройство: кильблоки, клетки или судовозные тележки. Универсальность наклонного стапеля и сухого дока ограничена также их габаритными размерами (длиной, шириной, глубиной воды на пороге), „перешагнуть" которые практически невозможно. Дополнительные ограничения применительно к этим сооружениям возникают при одновременной постройке на них нескольких судов, что связано с трудностями индивидуального спуска на воду каждого судна. Все это заставляет рассматривать наклонные стапеля и сухие доки как стапельные места для постройки только определенных типов судов и в определенном их сочетании, т. е. как специализированные стапельные места. Еще более „усугубляет" специализацию таких построечно-спусковых сооружений механизация судосборочных процессов и организация технологических потоков. Как пример можно рассмотреть проект высокомеханизированного судостроительного комплекса, предназначенного для постройки транспортных судов и состоящего из сухого дока с двумя „карманами" — короткими доками, расположенными Т-образно по отношению к основному доку.

В правом по ходу технологического потока „кармане", по идее авторов проекта, должны собираться менее трудоемкие блоки цилиндрической части корпусов судов, а в левом — более насыщенные оборудованием, а значит, и более трудоемкие блоки оконечностей. Размеры „карманов" выбирают таким образом, чтобы при разных циклах изготовления блоков обеспечивалось формирование в основном доке судна в целом (две оконечности, четыре-пять блоков цилиндрической части). При изменении производственной программы такого комплекса, например, при постройке в нем научно-исследовательских судов, все блоки которых соизмеримы по насыщению оборудованием трудоемкости, неизбежно возникнут трудности с использованием площадей доков и загрузкой судосборочного оборудования. Следствием этого будет либо неполная загрузка комплекса программой, либо необходимость переоборудования его под новую программу.

Значительно более универсальным, если отвлечься от спуска судов на воду, является горизонтальный стапель. Размеры строящихся на нем судов, как правило, ограничиваются только по ширине расстоянием между подкрановыми путями, по которым перемещаются вдоль стапеля козловые или портальные подъемные краны. Наличие эллинга над горизонтальным стапелем, впрочем, как и над сухим доком, а тем более — над наклонным стапелем, вызывает свои затруднения: лимитирующими становятся и габарит выводных ворот и длина пролета эллинга.

Идеальным с позиций универсальности судосборочного производства представляется горизонтальный стапель больших размеров со сплошной мощной стапельной плитой, на котором из готовых блоков смогут собираться суда любых архитектурных форм и типов. Для перемещения по такому стапелю блоков, а затем и построенных судов к спусковому сооружению необходимо применение либо взаимопересекающихся рельсовых путей и поворотных на 90о судовозных тележек, либо безрельсового о построечно-транспортного оборудования, например, платформ на воздушной подушке, с водяной смазкой и др. Подъемные краны будут при этом перемещаться по стапелю между строящимися судами, для чего подкрановые пути должны перемежаться с путями судовозными.

В будущем, вероятно, удастся вообще отказаться от использования подъемных кранов при стапельной сборке судов. В них попросту исчезнет необходимость, если корпусные блоки будут подаваться на стапель с помощью судовозного оборудования полностью насыщенными, а для установки на суда надстроек удастся создать специальные позиции, оснащенные механизированными стендами-погрузчиками. Это еще больше расширит универсальность горизонтального стапеля, поскольку подъемные краны перестанут, образно говоря, „путаться под ногами".

Подобное построечное сооружение, которое может быть названо „стапельным полем", позволяет сочетать поточность достапельного производства (включая изготовление и насыщение блоков) с индивидуальностью сборки судов на стапеле. В случае же использования для сборки судов из блоков механизированных и автоматизированных сборочных стендов, такое стапельное производство становится не только универсальным, но и гибким. В настоящее время на ряде верфей „стапельные поля" уже находят применение (например, на упомянутой ранее верфи в Паскагуле), хотя сама идея расширения с их помощью гибкости стапельного производства пока еще далеко не осознана.

Не осознана пока до конца и идея гибкости судостроительного производства в целом. Проекты реконструкции, расширения и строительства судостроительных заводов разрабатываются сегодня под расчетную программу, в которую входят конкретные типы судов. Эта программа определяет необходимость и достаточность развития производственных мощностей, а ее изменение после осуществления предусмотренных проектом мероприятий (например, вследствие изменения конъюнктуры) может привести к достаточно тяжелым последствиям. Рассчитанный на выпуск конкретных типов судов завод оказывается не в состоянии оперативно перестроиться на выпуск иной судостроительной продукции, что и было с зарубежными судостроительными заводами в конце 70-х годов после падения спроса на крупнотоннажные танкеры.

Американская судостроительная верфь „будущего" в Паскагуле.

Очевидно, что для исключения или хотя бы смягчения подобных отрицательных последствий изменения конъюнктуры, гибкое судостроительное производство, как и любое гибкое производство, должно базироваться на „групповой" технологии постройки судов. Для этого вся судостроительная продукция должна быть разбита на ограниченное число конструктивно-технологических (типоразмерных) групп, в каждую из которых войдут суда различных типов и назначений, имеющие, однако, достаточно близкое водоизмещение, например, до 1, 1—5, 5—10, 10-20, 20—50, более 50 тыс. т водоизмещением в порожнем состоянии, и состоящие из сборочных единиц (секций, блоков), относящихся к одному размерному модулю. Для каждой такой группы необходимо разработать (не построить, а спроектировать) судно-представитель, которое воплощало бы в себе все индивидуальные особенности судов данной конструктивно-технологической группы, влияющие на технологию судостроительного производства. Разработанные применительно к этому судну-представителю расчетная программа и принципиальная технология постройки и будут определять состав средств производства и характеристики сооружений судостроительного предприятия.

Конструктивно-технологическим группам судостроительной продукции должны соответствовать классы верфей, число которых (классов) будет, вероятно, меньшим, чем число групп продукции. Подобные специализированные верфи с высоким уровнем автоматизации всех производственных процессов должны быть вместе с тем достаточно гибкими, чтобы обеспечивать в случае необходимости возможность постройки судов любых типов, входящих в „закрепленные" за верфью конструктивно-технологические группы.

Повышение гибкости неразрывно связано с увеличением объемов судостроительного производства. Рост производительности оборудования при его автоматизации, сокращение потерь времени на переналадку при изменении производственной программы, возможность использования автоматизированного и, следует заметить, дорогого оборудования в течение длительном) времени без остановок — все это значительно увеличит пропускную способность (мощность) предприятий, причем в разных видах производств увеличение мощности будет неравномерным. Попытки сбалансировать мощности всех производств с мощностью наиболее производительных из них, например, корпусо- или трубообрабатывающих ГАПС, приведут к резкому увеличению пропускной способности судостроительных заводом в целом. Это в общем-то соответствует тенденции дальнейшей концентрации производства, однако неизбежно повлечет за собой рост размеров предприятий из-за необходимости расширения менее автоматизированных производств: сборочных, монтажных, достроечных, которым придется „осваивать" все изготовляемые детали и заготовки.

Даже если отвлечься от сложностей управления крупным предприятием (в будущем, вероятно, принципы и технология управления будут существенно усовершенствованы), рост размеров судостроительных заводов имеет и будет иметь свои теневые стороны.

Во-первых, крупная верфь требует значительных площадей для размещения в первую очередь судосборочных и агрегатно-монтажных производств, а эти площади далеко не всегда могут быть изысканы в прибрежных районах, где имеются подходящие акватории. Во-вторых, судостроительное производство весьма материалоемко, и его концентрация приводит к сосредоточению односторонних (ведь продукция уходит с верфи своим ходом) грузопотоков, что неблагоприятно сказывается на работе транспорта. В-третьих, концентрация судостроения сверх определенного уровня может войти в противоречие с рациональным его районированием. Суда и другие плавучие сооружения при этом будут строиться не там, где они нужны, а там, где сконцентрированы соответствующие мощности. А ведь для многих типов судов океанские переходы (например, из Балтийского моря в Черное или на Дальний Восток) являются весьма сложным мероприятием.

Учитывая неоднозначность последствий роста размеров судостроительных предприятий, представляется, что дальнейшая концентрация судостроения при повышении его гибкости пойдет иным путем. Этот путь — создание судостроительных объединений по принципу технологической специализации входящих в них предприятий.

Судостроительные объединения известны и сегодня. Однако сегодня они представляют собой простую совокупность нескольких самостоятельных заводов, объединенных общим управлением „верхнего уровня". Так, например, японское объединение „Мицубиси Хэви индастриз" включает семь судостроительных верфей и несколько машиностроительных заводов, причем все верфи имеют собственные судостроительные программы и зачастую дублируют друг друга по типам строящихся судов. Финское объединение „Вяртсиля" имеет три судостроительных верфи, каждая из которых также осуществляет производство „по полной схеме" (от обработки металла до сдачи судов).

Аналогичную структуру имеют подавляющее большинство других существующих в мире судостроительных объединений. Безусловно, в рамках этих объединений между предприятиями существуют развитые кооперационные связи, но до технологической специализации отдельных предприятий дело еще не дошло. Однако известны примеры (правда весьма малочисленные) и другого рода. В составе английской фирмы „Суон Хантер груп", объединяющей пять верфей в бассейне реки Тайн, в начале 70-х годов было создано специализированное предприятие по изготовлению корпусных деталей и плоскостных секций. Мощность этого предприятия достигает 75—80 тыс. т секций и деталей россыпью в год, что обеспечивает основные потребности всех верфей фирмы. Предприятие имеет самостоятельное управление, не зависящее от управления верфями, и подчиняется лишь руководству фирмы.

В 1979 году американская фирма „Дженерал Дайнемикс" построила в Куонсет-Пойнте (штат Род-Айленд, Атлантическое побережье) специализированный комплекс по производству обечаек для подводных лодок. Этот производственный комплекс оснащен автоматизированным оборудованием для гибки листов металла, сварки из них обечаек, изготовления и установки тавро-пых кольцевых шпангоутов, проверки качества сварных соединений, окраски изготовленных обечаек и установки в них элементов корпусного насыщения. Как пример высоких требований к точности работы автоматизированного оборудования можно отметить, что местом расположения основных производственных зданий был специально выбран участок со скальным грунтом, исключающим деформацию фундаментов оборудования.

Комплекс в Куонсет-Пойнте — самостоятельное предприятие. Его продукцию — готовые обечайки — предполагалось поставлять не только на верфь „Электрик боут" той же фирмы, но и на верфь конкурирующей фирмы в Ньюпорт-Ньюсе, которая также строит атомные подводные лодки для ВМС США.

Судостроительное объединение XXI века будет объединением подобных предприятий, специализированных по этапам общего технологического процесса постройки судов. Можно ожидать, что в его состав войдут: 

  • заготовительные предприятия, специализированные на выпуске с использованием ГАПС корпусных деталей, изделий корпусного насыщения, деталей и элементов судовых трубопроводов и систем;
  • судостроительные предприятия, специализированные на постройке судов определенных конструктивно-технологических групп с использованием ГАПС в секционно-сборочном производстве и гибкопереналаживаемого автоматизированного оборудования при сборке и монтаже корпусных блоков и судов в целом;
  • достроечно-ремонтное предприятие (вероятно, одно на объединение), осуществляющее монтаж на построенных судах функциональных модулей, испытание и сдачу судов заказчику, а также их модульную модернизацию и ремонт в процессе эксплуатации.

Изготовление функциональных модулей при этом должно быть прерогативой специализированных предприятий судового оборудования, и лишь в случае превышения транспортных габаритов при доставке модулей от мест изготовления на достроечно-ремонтную верфь может понадобиться их досборка и испытания на этой верфи.

Подобное судостроительное объединение будущего обеспечит при необходимости маневрирование производственными мощностями входящих в него предприятий (вплоть до переключения некоторых из них на решение несудостроительных задач), а значит, сгладит до минимума не только первое, но и второе противоречие развития судостроения.

Итак, судостроение XXI века — это гибкое судостроение, которое позволит при высоком уровне механизации и автоматизации всех производственных процессов строить суда различных видов и назначений. При высоком уровне механизации и автоматизации... А каким будет этот уровень к концу следующего века? Ведь впереди еще 100 лет развития техники и технологии при все убыстряющихся темпах научно-технического прогресса. Не возьмут ли на себя сильные, крепкие, работоспособные и умные машины все производственные процессы в судостроении, и не окажется ли судостроение XXI века без судостроителей?

Boatportal.ru

logo