ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ :
- Совокупность приемов и способов изготовления судовых конструкций и по-стройки судна в целом. Включает принципиальную технологию и отдельные производственные процессы (по отдельным видам судостроительного производства). Принципиальная тех-нология регламентирует метод постройки судна, способ формирования корпуса, разбивку судна на сбо-рочные единицы и др. Технология отдельных производственных про-цессов в зависимости от видов судостроительного производства регламентирует способы выполнения работ, производственное оборудование, оснастку, приспособления, инструмент. При выборе производственных процессов исходят из необходимо-сти обеспечения наивысшей производительности труда, требуемого качества продукции, минимальных затрат материальных ресурсов и минимальной себестоимости про-дукции. Исторически начало судостроения можно от-нести к IV-VII тыс. до н. э., то есть к эпохе изготовления примитивных плотов из дерева или камыша и долбле-ных челнов. Для их постройки использовались все орудия, которыми тогда располагало человечество, - каменные и бронзовые топоры, огонь и прочее. По мере развития средств производства росли размеры судов, усложня-лись их конструкции и оборудование. Для постройки судов создавались специальные площадки - стапели, вокруг которых концентрировались необходимые производства: плотничное, такелажно-тросовое, парусное, кузнечное и др. Так возникли судостроительные верфи. Переход в начале XIX в. от деревянного судостроения к металлическому резко из-менил лицо верфи. Появились новые цехи по постройке корпусов судов, изготовлению судовых машин и котлов, развивалась механизация производственных процессов. Это спо-собствовало появлению верфей широкого профиля с машиностроительной частью. Переход от клепки металлических корпусов судов к электросварке в начале XX в. позволил формировать их на стапелях из крупных сборочных единиц (секций, блоков), что обеспечило перенос боль-шого объема работ с построечных мест в цехи. С разви-тием техники и появлением новых конструкционных материалов совершенствовались методы постройки судов; на смену подетальному пришли секционный, а затем и блочный методы. Все большее распространение в судостроении находят модульные принципы: модульно-агрегатный метод проектирования и постройки судов, модульная система формирования, отделки и оборудования судовых помещений. Получили широкое развитие поточные формы производства (поточно-бригадные и поточно-пози-ционные), обеспечивающие большую ритмичность производства, высо-кий уровень специализации, применение высокопроизводительного оборудования. Важнейшим направлением раз-вития технологии судостроения являются механизация и автоматизация производственных процессов, включая комплексную механизацию и автоматизацию процессов изготовления деталей кор-пуса судна на основе широкого применения машин с ЧПУ, создание механизированных поточных линий для изго-товления основных типов узлов и секций корпуса судна. В настоящее время на смену традиционным направлениям совершенствования и механизации производственных процессов в судостроении приходят принципиально новые, осно-ванные на широком применении промышленных роботов, робототехнических комплексов и гибких производственных систем. Существенное влияние на развитие технологии судостроения, в том числе на механиза-цию и автоматизацию судостроительного производства, оказывает применение математических методов и электронной вычислительной техни-ки на различных стадиях подготовки судостроительного производства и управление технологическими процессами.
- Научная дисциплина, разрабатывающая и совер-шенствующая приемы и способы изготовления судовых конструкций и постройки судна в целом.
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.
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)
Сварка сопровождается сварочными деформациями – происходит укорочение сварных швов в продольном и поперечном направлениях, коробление листов. Чтобы обеспечить правильность размеров и формы судна, стыковку отдельных его частей, предусматривают припуски, удаляемые при стыковке. В ходе формирования корпуса ведется систематическая проверка размеров и формы судна (которую проще производить на горизонтальных построечных местах). Кроме того, проверяется качество сварных швов (путем гаммаграфирования), непроницаемость отсеков (испытаниями
наливом воды или сжатым воздухом).
Технология судостроения
Отметим также, что в составе судостроительных заводов, кроме корпусных, имеются монтажные (механомонтажный, электромонтажный, трубомедницкий и др.), достроечные (малярный, мебельный, корпусно-такелажный), заготовительные (литейный, кузнечный, деревообделочный), вспомогательные (инструментальный, ремонтный) цехи. Часть указанных цехов может отсутствовать, а вместо них существовать отдельные специализированные предприятия.
Обычно на стапеле стремятся выполнить максимальный объем работ. С этой целью устанавливают главный двигатель, вспомогательные механизмы, судовые устройства и системы, насыщают оборудованием и отделывают судовые помещения. Корпус судна окрашивают. Спусковая масса судна нередко ограничивается возможностями стапельных мест, что может потребовать переноса некоторых работ на достройку.
Технология судостроения
Спуск судна на воду – очень ответственная операция. Ей придается также большое символическое значение. Обычно на заводах спуск судна, особенно крупного, на воду становится праздником – о борт разбивают бутылку шампанского, судну присваивают имя (снимают покрывало с названия); на торжестве, кроме работников завода, могут присутствовать гости. С этого момента судно оказывается в родной ему стихии - на воде.
Технология судостроения
При продольном спуске судно вначале располагается на строительных опорах, затем оно пересаживается на спусковое устройство, включающее наклонные дорожки, покрытые или слоем насалки (широко применялась парафино-вазелиновая насалка), или специальными пластмассовыми щитами с малым коэффициентом трения. Для спуска удаляют задерживающие устройства, после чего судно само спускается на воду. При поперечном спуске движение происходит в поперечной плоскости. Дорожки уходят в воду на ограниченную глубину, так что в процессе спуска могут возникать повышенные динамические нагрузки.
Технология судостроения
Если судно строится в сухом строительном доке, для спуска на воду док просто заполняют водой. Заметим, что при этом судно всплывает вверх, тем не менее, процесс по традиции называют спуском. При постройке в эллинге (в цехе) судно механизированным способом (на гидравлических тележках) выкатывается к берегу и далее закатывается на специальный спусковой (передаточный) плавучий док. Док с судном отводят на глубокое место и погружают (если у берега глубина достаточная, док погружается на месте), в результате чего судно оказывается на воде. На современных судостроительных заводах предпочитают управляемый плавный спуск на воду.
Технология судостроения
Спуском постройка судна не заканчивается. Судно спускают на воду в определенной, большей или меньшей степени готовности, в зависимости от возможностей спускового устройства и размеров судна. Лишь небольшие суда после спуска бывают полностью готовы к выходу в море. Остальные после спуска отводятся к достроечной набережной, где идет процесс достройки. В ходе достройки могут устанавливаться некоторые механизмы, приборы, оборудование, отдельные механизмы могут проходить испытания. За ходом постройки наблюдают представители Регистра и Центрального конструкторского бюро (ЦКБ) - проектанта.
Большинство судов строится сериями, состоящими из нескольких единиц – от 2 – 3 до сотен, в зависимости от назначения и размеров. При серийной постройке есть несколько методов организации труда, которые мы не рассматриваем.
Технология судостроения
Построенное судно проходит сдаточные испытания, только после них оно передается заказчику. Мы уже указали, что отдельные испытания могут производиться в ходе достроечных работ, что оформляется специальными актами испытаний. Готовое судно проходит швартовные испытания у стенки завода. Во время этих испытаний проверяется работа главных двигателей, вспомогательных механизмов и систем, судовых устройств. При положительных результатах судно направляется на ходовые испытания, программа которых может быть более или менее обширной, в зависимости от того, является ли судно головным или серийным, насколько оно необычно.
Технология судостроения
Судно перед испытаниями должно быть окрашено для уменьшения сопротивления воды, для чего его ставят в док (если с момента спуска прошло более 2 – 4 недель). На ходовых испытаниях определяют скорость судна при различных режимах работы главного двигателя, от самого малого до полного – с этой целью оно делает по 3 пробега на каждом режиме на специально оборудованном участке акватории – мерной миле (мерной линии), во время которых измеряются частота вращения и мощность главного двигателя и скорость судна. Проверяют в действии различные механизмы, судовые устройства и др. Испытания проводит государственная комиссия, их условия и результаты отражаются в подробном акте, составленном по определенной форме. После испытаний производят ревизию механизмов, т.е. проверку их состояния.
Технология судостроения
Программа испытаний у простых серийных судов сравнительно ограниченная, тогда как необычные или особенно крупные суда проходят испытания в течение нескольких месяцев и даже больше года. Особенно сложной бывает программа испытаний у крупных боевых кораблей и атомных подводных лодок новых типов. В ходе испытаний нередко выявляются недостатки и ошибки различного характера: проектные, конструктивные, технологические, связанные с низким качеством выполнения работ. Эти недостатки стараются, по возможности, устранить. В наиболее сложных случаях судно сдают с недоработками, пытаясь устранить их на последующих судах серии, что может потребовать серьезных исследований.
Если суда строятся серией, стоимость постройки головного судна всегда оказывается заметно больше, чем серийного, из-за затрат на проектирование, изготовление оснастки и т.д.
Судостроительное предприятие обычно принимает на себя гарантийные обязательства. В течение гарантийного срока, который обычно равен одному году, завод бесплатно устраняет неполадки, связанные с низким качеством выполнения работ.
Судоремонт
В связи со сложностью судов, наличием на них многочисленных механизмов, приборов и другой техники, тяжелыми условиями эксплуатации, время от времени происходят так называемые отказы (в теории надежности под отказом понимают выход тех или иных параметров техники за допустимые пределы; это не только аварии, поломки, но и чрезмерный износ и т.п.). Чтобы предотвратить или устранить отказы судна в целом и отдельных его элементов, существует система технического обслуживания и ремонта судов. Ремонт может производиться по техническому состоянию (при выявлении отказов) или планово-предупредительный (в определенном объеме и в заранее установленные сроки, с учетом нормативного срока службы тех или иных элементов).