На стадии эскизного проекта могут быть использованы следующие показатели технологичности.

Общие положения технологичности конструкций корпуса судна

1.1. Введение.

В судостроении, как и в других отраслях промышленности, важнейшим фактором является сокращение трудоемкости, сроков постройки и стоимости судов (при сохранении или даже повышении их надежности и качества), что достигается совершенствованием технологии постройки судов в целом и технологичности конструкций корпуса в частности. Следует отметить, что стоимость постройки сказывается и на стоимости эксплуатации: чем выше стоимость судна, тем выше амортизационные отчисления. Технологичность оказывает влияние и на надежность судов, так как чем она выше, тем меньше вероятность появление различных дефектов.

В судостроении, в отличии от машиностроения, нет контролируемых количественных характеристик технологичности, требования к технологичности не узаконены, отсутствует даже единая трактовка этого термина.

Обеспечение высокого уровня технологичности необходимо вследствие таких особенностей судостроения:

сложности судна как инженерного сооружения, требующего при его проектировании и постройке больших затрат материальных и трудовых ресурсов;

большой продолжительности (от нескольких месяцев до нескольких лет) процессов проектирования и постройки судна;

внедрения новых технологических процессов и конструкционных материалов, расширяющих возможности проектантов и требующих быстрого освоения их производством;

1.2. Определение понятия "технологичность"

Как отмечалось выше, в настоящее время нет единой трактовки этого термина применительно к судостроению. Однако, если обобщить существующие определения технологичности, можно выделить следующие требования к понятию "технологичность":

· использование передовых технологических процессов;

· минимальность затрат труда, времени, средств и материалов;

· учет условий эксплуатации и ремонта.

С учетом этих требований применительно к судостроению этот термин можно сформулировать так: технологичность это совокупность свойств конструкции, удовлетворяющих заданным условиям эксплуатации при оптимальных затратах материалов и сроке изготовления, учитывающих особенности заводов-строителей, возможности использования прогрессивных технологий, ремонтопригодность и простоту обслуживания. То есть, эффективность производства должна быть обеспечена без ущерба для потребительских качеств продукции (судна): надежности, рентабельности и долговечности эксплуатации.

Учет требований технологичности является одним из элементов проектирования, то есть конструкторская документация должна включать информацию по технологичности.

Можно выделить две составляющие технологичности конструкций: производственную и эксплуатационную.

Первая проявляется в снижении затрат материалов, средств и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства и собственно изготовление. Вторая – в уменьшении затрат времени и средств на техническое обслуживание и ремонт. В чем конкретно проявляются производственная и эксплуатационная составляющие можно видеть из следующей схемы:

"Уровень технологичности" – понятие относительное, т.к. на него влияют серийность продукции, конкретные особенности заводов-строителей, цикл постройки, действующая принципиальная технология, опыт персонала и так далее.

"Уровень" или "степень" технологичности изменяется во времени.

Те конструкции, что еще вчера были вполне технологичными, с появлением новых технологий, материалов, повышением точности изготовления перестают быть таковыми, например: изготовление конструкций на поточно-механизированных линиях (ПМЛ), изготовление секций на плоской базе, замена полособульбового профиля полосами и т. д.

Суда разных классов и типов различаются по материалам конструкций, способу производства, технологии и т. п., поэтому одна и та же конструкция, входящая в различные суда, может иметь разные уровни технологичности.

Конструкции, входящие в одинаковые, но построенные на разных заводах суда, могут обладать разной степенью технологичности, т. к. заводы имеют различные технологические и производственные возможности (например: наличие или отсутствие ПМЛ, наличие возможности постройки поточно-позиционным методом и др.).

Деталь может быть технологична с точки зрения технологии ее изготовления, но нетехнологична с точки зрения дальнейшей сборки и сварки, технологичный по изготовлению узел может оказаться нетехнологичным при изготовлении секции и т. д.

Однако можно выделить общие требования, определяющие технологичность корпусных конструкций:

· конструкцию следует выполнять из материала не только необходимой прочности, надежности и долговечности, но и обладающего достаточной технологичностью (обрабатываемостью, свариваемостью и др.), материал должен быть как можно более дешев;

· геометрические формы конструкции должны быть максимально простыми – с целью обеспечения легкости и удобства работы и снижения количества необходимых техпроцессов для ее изготовления;

· в конструкции не должно быть труднодоступных мест для сборки и сварки, контроля, очистки и окраски, как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации;

• конструкция должна допускать использование механизации и автоматизации технологических процессов ее изготовления для сведения к минимуму ручного труда и снижения трудоемкости изготовления;

• в конструкции следует применять, по возможности, меньшее количество типоразмеров листов и профильного проката (ограничительные нормали);

• конструкция корпуса должна допускать целесообразное расчленение на отдельные секции и блоки, удобные как для предварительной, так и для стапельной сборки и сварки и учитывающее условия конкретного завода-изготовителя;

• следует применять листовой прокат больших размеров, но с учетом места его расположения в конструкции и технологических возможностей завода-изготовителя;

• следует осуществлять преемственность конструкций с ранее изготовлявшимися, если они технологичны и освоены производством; отступления должны быть экономически оправданы;

• необходимо учитывать условия постройки на конкретном заводе, имеющем свои особенности, традиции, оснастку, оборудование и кадры соответствующей квалификации.

Отсутствие принципов, методик, показателей ведет к тому, что учет технологичности зависит от компетентности тех, кто ее рассматривает. При проектировании судов должна быть "обратная связь", т. е. учет замечаний и предложений завода-строителя; однако, вследствие отсутствия показателей технологичности, эти предложения субъективны, т. е. зависят от опыта и квалификации специалистов. И учитывают их, опять же, исходя не из объективных показателей, а в зависимости от твердости характера и авторитета заводского специалиста. Хотя следовало бы пользоваться определенными принципами, определяющими технологичность конструкций.

1.3. Первый принцип технологичности

Технологичность конструкций следует определять исходя из экономической целесообразности (стоимости) при принятых условиях эксплуатации, постройки, проектирования.

Степень технологичности влияет на трудоемкость, а следовательно, и на строительную стоимость судна:

С_стр = С_затрат + С_отчисл.

Затраты складываются из стоимости материалов и оборудования, заработной платы основных рабочих, цеховых и общезаводских расходов, затрат на подготовку производства, специальных расходов и потери от брака.

При снижении трудоемкости уменьшается не только сумма затрат на зарплату основных рабочих, но и цеховые и заводские расходы, т. к. они исчисляются в функции от заработной платы основных рабочих. При этом сумма цеховых и общезаводских затрат в три и более раз превышает расходы на заработную плату. В результате стоимость одного часа рабочего с учетом цеховых и заводских затрат многократно превышает стоимость одного часа конструктора. Отсюда следует, что целесообразно больше заплатить за проект, но дать конструктору возможность выбрать наиболее технологичную конструкцию – это многократно окупится при постройке судна.

Часть затрат на эксплуатацию (амортизационные отчисления и некоторые другие) зависят от стоимости судна; их доля может достигать половины всей суммы эксплуатационных затрат. Следовательно, чем ниже стоимость судна, тем меньше эксплуатационные затраты.

Факторов, влияющих на выбор конкретных материалов, узлов, конструкций (при соблюдении всех эксплуатационных требований и обеспечения высокого качества) – множество. Но основной – это технология постройки и, в первую очередь, пригодность конструкций к автоматизированному и механизированному изготовлению и к модульно-агрегатным (зонально-модульным) методам постройки. Например, комплексная механизация сборки и сварки секций увеличивает производительность труда и съем продукции с единицы производственной площади в 2 – 2,5 раза.

Применение САПР также увеличивает требования к технологичности, что облегчает создание математической модели корпуса со всеми его деталями, узлами, секциями. При этом снижается не только трудоемкость проектирования, но и постройки, т. к. САПР предусматривает широкое применение унификации и стандартизации деталей, узлов и т. д.

1.4. Второй принцип технологичности

Решение вопросов технологичности корпусных конструкций, как одного из показателей качества, должно основываться на комплексно-системном подходе.

Корпус судна – сложная система, которая является объектом эксплуатации, объектом производства и объектом проектирования, т. е. конструкции корпуса судна должны не только выполнять свои конструктивные функции и быть надежными, но также должны быть эффективными в производстве и в эксплуатации.

Особенностью проектирования судов является то, что наиболее важные конструктивные решения, принятые на ранних стадиях проектирования (выбор материала, формы корпуса, системы набора, размера шпации), на стадии рабочего проектирования, а тем более постройки, изменить невозможно. Поэтому совершенствовать технологичность необходимо на стадиях эскизного и технического проектов.

На стадии эскизного проекта следует решать общие, принципиальные вопросы технологичности:

• выбор формы корпуса – упрощение обводов, максимальное увеличение цилиндрической вставки, отказ от подъема линии днища, прямостенные борта в средней части, спрямление палуб (отказ от погиби и седловатости), уменьшение количества переборок на танкерах (по возможности), что обеспечит использование универсальной оснастки, механизацию и автоматизацию технологических процессов;

• выбор марок материалов для корпуса – в зависимости от минимально допускаемых толщин, весовых характеристик, стоимости, возможности унификации;

• определение общего объема безнаборных конструкций (гофрированных переборок, выгородок, панелей).

На стадии технического проекта следует решать следующие вопросы ТКК:

• выбор схемы разбивки корпуса на блоки и секции с целью получения законченных конструктивных единиц для обеспечения наилучшего использования оборудования и оснастки завода-изготовителя;

• обеспечение жесткости и транспортабельности секций с учетом системы набора;

• выбор типоразмеров материалов, максимальная внутри- и межпроектная унификация по типам и размерам материалов, обеспечение максимального использования материалов;

• выбор наиболее совершенных и простых конструкций деталей и узлов, обеспечивающих минимальную трудоемкость изготовления и минимальные деформации при выполнении заданных технических требований;

• обоснованный выбор системы набора и шпации – с точки зрения обеспечения минимальной трудоемкости и минимальных весовых характеристик;

• определение и обеспечение пригодности конструкций к механизированному и автоматизированному изготовлению;

• обоснованный выбор конструктивных допусков – с целью уменьшения сварочных деформаций, снижения трудоемкости изготовления;

• выбор принципиальной схемы формирования корпуса в целом, метода организации постройки с учетом особенностей завода-строителя и влияния этих особенностей на принятие основных конструктивных решений;

• учет серийности при выборе конструктивных решений;

• выбор максимально возможного количества унифицированных конструкций – тавров, книц, узлов, фундаментов, выгородок и пр.;

• сохранение преемственности конструкций и возможность использования типовых техпроцессов.

На стадии рабочего проектирования:

• определение экономически целесообразных технологических допусков и припусков на базе уже определенных на стадии технического проектирования конструктивных допусков, если они необходимы при принятой технологии;

• обеспечение удобных подходов к собираемым деталям, узлам и рядом стоящему оборудованию, удобства монтажа;

• наиболее рациональное отнесение соединительных деталей к секциям;

• учет опыта и квалификации персонала;

• определение возможности сборки и сварки секций с минимальным числом кантовок;

• выбор наиболее рациональных (технологичных) углов срезов в деталях с учетом технологии их выполнения;

• выбор специальных креплений (обухов, рымов) и мест их установки с учетом и дальнейшего использования этих креплений при последующей эксплуатации и ремонте (выгрузка механизмов, очистка танков, окраска корпуса).

Если экономические расчеты показывают, что новые, более технологические, конструкции выгодны, необходимо менять рабочие чертежи, даже если по ним уже были построены суда.

1.5. Третий принцип технологичности корпусных конструкций

ТКК следует определять по показателям качества и трудоемкости.

Эти показатели можно разделить на две категории:

1 – показатели, отражающие степень пригодности изделия к использованию по назначению;

2 – показатели, характеризующие экономическую сторону т.е. определяющие уровень финансовых, материальных и других затрат на удовлетворение показателей 1-й категории.

Показатель технологичности относится и к первой и ко второй категории. В 1975 году принят ГОСТ 14.2002-73, который установил правила выбора показателей технологичности изделий машиностроения и приборостроения. Однако, он не учитывает особенностей судостроения. Поэтому трудоемкость – основной показатель технологичности в машино- и приборостроении – в судостроении может быть использован только на стадии рабочего проектирования и не может быть использован на стадии технического, а тем более, эскизного проектирования.

Ниже рассмотрим показатели технологичности, которые могут быть использованы на этих стадиях проектирования.

1.6. Показатели технологичности корпусных конструкций

Наиболее общим показателем технологичности на стадии постройки является стоимость изготовления корпуса (хотя, как уже отмечалось, надо учитывать и эксплуатационные расходы). Но она зависит не только от трудоемкости постройки корпуса и стоимости материалов, но и от расходов на специальные и вспомогательные материалы, цеховых, общезаводских расходов и др. Анализ затрат по этим статьям – с целью дальнейшего использования при проектировании судов – сложен и громоздок.

Поэтому на стадии проектирования часто используют среднестатистический показатель – стоимость изготовления одной тонны конструкций. Но этот показатель весьма приближенный, поэтому его дифференцируют: определяют стоимость изготовления какой-либо группы близких по коструктивно-технологическим характеристикам конструкций (например: стоимость изготовления одной тонны конструкций днищевых, палубных, бортовых секций цилиндрической вставки, секций оконечностей, надстройки и т. д.). Но и в этом случае этот показатель сложно использовать для разных предприятий, для судов сильно отличающихся размерениями; его нельзя использовать при проектировании новых типов судов или судов с новыми конструкциями или материалами. все же его достаточно широко используют для ориентировочного определения построечной стоимости судов.

Показатели технологичности могут быть:

• качественные и количественные;

• абсолютные и относительные;

• по области проявления: производственные и эксплуатационные;

• по характеризуемым свойствам: частные и комплексные (первые характеризуют какое-либо одно свойство, вторые – группу свойств или технологичность конструкции в целом; и те и другие могут быть количественными или качественными, абсолютными или относительными);

• по условиям и системе оценки: базовые и достигнутые;

• по значимости: основные и вспомогательные.

На стадии эскизного проекта могут быть использованы следующие показатели технологичности.

Ø показатели технологичности формы корпуса:

· длины цилиндрической вставки

к_цв = L_цв / L_пп,

где L_цв – длина цилиндрической вставки, L_пп – длина между перпендикулярами (к_цв следует назначать в зависимости от коэффициента общей полноты и числа Фруда);

· формы палубы

к_фп = n_псп / n_сп,

где n_псп – количество плоских секций палуб; n_сп – общее количество секций палуб;

· количества плоских секций в составе корпуса

к_пл.с = n_пл.с / n_с,

где n_пл.с – количество плоских секций в корпусе; n_с – общее количество секций корпуса.

Ø показатели применения безнаборных конструкций (применение безнаборных конструкций обеспечивает не только снижение массы, но и позволяет уменьшить объем работ по правке):

· применения безнаборных конструкций

к_бк = Р_бк / Р.

Ø показатели преемственности конструкций:

· межпроектной унификации конструкций

К_му = Р_му / Р,

· внутрипроектной унификации конструкций

К_ву = Р_ву / Р,

в последних трех формулах Р, Р_бк, Р_му, и Р_ву,– масса, соответственно: корпуса судна без легких конструкций; безнаборных конструкций в составе корпуса судна, унифицированных конструкций по межпроектной и внутрипроектной унификации. Естественно, на стадиях предэскизного и эскизного проектирования невозможно точно установить, где и какие унифицированные конструкции будут использоваться, но вполне возможно ориентировочно задать их массу;

Ø Показатель оптимальной шпации:

К_ш = a /a_б,

где а – размер принятой для проектируемого судна шпации, a_б – базовая шпация; методика расчета размера базовой шпации будет изложена далее.