Технология судостроения лекции. Аддитивные технологии в судостроении: настоящее и будущее. блочная сборка корпуса судна

«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.

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

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).

Технология судостроения

ПОСТРОЙКА И РЕМОНТ СУДОВ

Строительство судов осуществляется на специализированных судостроительных предприятиях, которые подразделяются на судостроительные заводы, выполняющие весь объём работ по корпусу, а также некоторые работы по изготовлению судовых механизмов и др.; судостроительные верфи, которые строят только корпус, а механизмы и оборудование получают с других заводов; судосборочные верфи, которые собирают корпус судна из частей (блоков, секций), изготовленных на других заводах.

Строительству судна предшествует проектирование, процесс которого будет рассмотрен позже. Проект судна поступает на завод, после чего начинается подготовка производства. Судно – чрезвычайно сложное сооружение, в его постройке участвуют предприятия различного профиля, и завод-строитель должен заключить договоры с ними на поставку материалов, оборудования, различных изделий. Так, сталь дает металлургический завод, главные двигатели – дизельный, электро- и радиотехническое оборудование – соответствующие специализированные предприятия. В отдельных случаях требуется постройка новых или модернизация старых цехов, построечных мест, коммуникаций и т.п.

После получения заводом теоретического чертежа в специальном помещении – на плазе – в натуральную величину на специально подготовленном полу прежде вычерчивался корпус по практическим шпангоутам. По этой разбивке делались шаблоны отдельных деталей (к примеру, книц), растяжки листов наружной обшивки и др.
Размещено на реф.рф
Позже перешли к масштабной разбивке корпуса (М 1: 5 или 1: 10) на специальных щитах, а работы стали выполнять с помощью фотопроекционной установки. На современных судостроительных предприятиях от плазовой разбивки перешли к компьютерному представлению корпуса судна. Теперь ЭВМ производит аналитическое согласование обводов, строит теоретические и практические шпангоуты, выпускает карты раскроя листов, где указываются точные размеры, форма, расположение каждой отдельной детали на стальном листе, обеспечивает управление работой газорезательных автоматов по вырезке этих деталей и др.

Параллельно разрабатывается рабочая технология постройки судна и готовится специальная оснастка.

Ко времени окончания подготовки производства на завод начинают поступать материалы и оборудование. Стальные листы и профильный прокат попадают на склад стали, где хранятся в отведенных для них местах (по материалам, толщинам листов, размерам и типам профилей). Современные склады стали имеют специальное крановое оборудование с программным управлением, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ позволяет быстро отыскать нужную деталь. Металл может проходить определенную обработку, к примеру, очистку от прокатной окалины, предварительную окраску.

На заводе имеется несколько корпусных цехов. В одних (корпусообрабатывающих) изготавливают отдельные детали, в других (сборочно-сварочных) из них делают секции (плоские или объёмные), к примеру, в виде нескольких сваренных листов с установленным на них набором, или блоки – участки корпуса, к примеру, в виде целого отсека. Изготовленные секции и блоки поступают на стапель (в стапельный цех), где непосредственно собирается корпус судна. Кстати, во времена клепаного судостроения на стапель подавались отдельные детали - ϶ᴛᴏ намного удлиняло процесс постройки судна и уменьшало производительность завода, поскольку дорогие стапельные места оказывались нужнолго занятыми и не давали возможность закладывать новое судно.

В состав оборудования корпусообрабатывающих и сборочно-сварочных цехов входят гильотинные ножницы и газорезательное оборудование для резки деталей, правúльные (для правки – устранения неровностей) и гибочные вальцы для листов и профилей, прессы для изготовления листовых деталей сложной формы и др.
Размещено на реф.рф
Имеются сварочные автоматы и полуавтоматы для сварки листов между собой, изготовления сварных профилей (тавров), приварки набора. Секции сложной формы делаются на специальных постелях различного вида. Важно заметить, что для сокращения стапельного периода стремятся к укрупнению секций и блоков, подаваемых на стапель, их насыщению (ᴛ.ᴇ. установке фундаментов механизмов, трубопроводов, деталей крепления оборудования и др.). Перенос части корпусных работ в цеха повышает производительность и качество работ, улучшает условия труда. Максимальные масса и габариты секций, подаваемых на стапель, определяются размерами цеха (его ворот) и возможностями кранового оборудования на построечном месте.

На старых заводах суда чаще всего строились на наклонных стапелях, продольных или поперечных, исходя из того, располагалось ли судно перпендикулярно или параллельно берегу; в последнем случае оно располагается горизонтально, а перед спуском передвигается на наклонные спусковые дорожки. Спускалось на воду оно под действием собственной тяжести, что можно считать достоинством. Недостаток такого способа состоит по сути в том, что спуск неуправляемый; иногда во время спуска судно повреждалось или даже останавливалось, после чего спустить его было очень трудно.

На современных судостроительных заводах построечные места расположены, как правило, горизонтально. Это бывают эллинги (крытые цехи, где на специальных тележках, оборудованных гидродомкратами и передвигающихся с помощью лебедок, формируется корпус судна, который затем выкатывается к берегу и спускается на воду), сухие судостроительные доки (бетонированные котлованы, часто разгораживаемые на две или даже три камеры, в одной из которых располагается судно, постройка которого близится к концу, а в другой закладывается новое судно).

Существует несколько способов формирования корпуса судна на стапеле – подетальный, пирамидальный, островной, блочный. Как указано выше, подетальный способ в настоящее время не применяется. Пирамидальный состоит по сути в том, что сборка корпуса начинается с днищевой секции, которая располагается в средней по длине части судна (предпочтительно в машинном отделении, где трудоемкость работ велика), а наращивание идет в стороны и вверх – образуется своеобразная пирамида. Островной способ предполагает закладку первоначально нескольких (двух или трех) секций по длине, которые по мере наращивания превращаются в ʼʼостроваʼʼ, впоследствии соединяемые ʼʼзабойнымиʼʼ секциями. При блочном способе отсеки основного корпуса последовательно присоединяются друг к другу, на них устанавливается блок надстройки.

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). Вместе с тем, проверяется качество сварных швов (путем гаммаграфирования), непроницаемость отсеков (испытаниями наливом воды или сжатым воздухом).

Обычно на стапеле стремятся выполнить максимальный объём 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.

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. Важно заметить, что 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.

В случае 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), благодаря чему судно оказывается на воде. На современных судостроительных заводах предпочитают управляемый плавный спуск на воду.

Спуском постройка судна не заканчивается. Судно спускают на воду в определенной, большей или меньшей степени готовности, исходя из 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, исходя из назначения и размеров. При серийной постройке есть несколько методов организации труда, которые мы не рассматриваем.

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 должна быть более или менее обширной, исходя из того, является ли судно головным или серийным, насколько оно необычно. 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.
Размещено на реф.рф
Испытания проводит государственная комиссия, их условия и результаты отражаются в подробном акте, составленном по определенной форме. После испытаний производят ревизию механизмов, ᴛ.ᴇ. проверку их состояния.

В случае если суда строятся серией, стоимость постройки головного судна всегда оказывается заметно больше, чем серийного, из-за затрат на проектирование, изготовление оснастки и т.д.

Технология судостроения - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Технология судостроения" 2017, 2018.

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)

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.