Розділ 1. Основи технологічного проектування в суднобудуванні та його особливості

Тема 1.1. Сутність та задачі автоматизованого технологічного проектування в суднобудуванні.

Технологічне проектування та його задачі. Уніфікація виробів і типізація технологічних процесів.

 

Технологічний процес у суднобудуванні розглядають як частину виробничого процесу, що містить цілеспрямовані дії по зміні й (або) визначенню стану предмета праці.

Технологічний процес – це сукупність технологічних операцій, що виконуються у певній послідовності при використанні необхідного технологічного обладнання і оснащення з метою одержання готового виробу.

Технологічний процес може бути переривчастим, якщо він переривається й повторюється з кожною одиницею продукції, і безперервним, якщо технологічний процес припиняється тільки в тому випадку, коли припиняється подача сировини, матеріалу.

Технологічний процес складається, як правило, з ряду операцій, які виконуються на різних робочих місцях і є об'єктом технічного нормування.

Технологічною операцією називається частина технологічного процесу, яка виконується на одному робочому місці та включає всі послідовні дії робітника, бригади над предметом праці з метою зміни розмірів, форми, зовнішнього вигляду, стану або взаємного розташування виробів (наприклад, свердлення отворів, різання кромок листа, розмічування ліній різання і т.д.).

Проектування ТП займає центральне місце в підготовці суднобудівного виробництва. ТП містять інформацію про трудові й матеріальні витрати, без яких неможливе планування й керування виробничими ресурсами. У середині ХХ сторіччя були створені концепції проектування типових і групових технологічних процесів, сформоване поняття конструкторсько-технологічних елементів деталі (які згодом одержали на заході найменування features), розроблена безліч різних САПР ТП.

Для проектування ТП виготовлення будь-якого об'єкта виробництва необхідно мати дані про сам об'єкт виробництва, а також про засоби технологічного оснащення, що є в наявності на суднобудівному підприємстві. Тобто можна сказати, що проектування технологічного процесу є процесом визначення переліку технологічних операцій, їх тривалості, послідовності, необхідних засобів технологічного оснащення та їх кількості, а також нормування технологічних операцій для виготовлення предмета виробництва з заданими характеристиками й у необхідній кількості.

Проектування технологічних процесів — одна з найважливіших функцій ТПВ. Результатом проектування ТП є комплект технологічної документації, створеної на традиційних або машинних носіях (технологічні карти, інструкції, відомості оснащення, управляючі програми для обробного або складального устаткування з ЧПК й ін.).

Основною метою проектування ТП є досягнення необхідної якості об'єкта, що виготовляється, з мінімальними виробничими витратами.

Сутність проектування ТП полягає у визначенні оптимального за обраними критеріями складу й послідовності виконання технологічних операцій. В автоматизованому виробництві до цього додаються операції контролю, транспортування й комплектації об'єктів виробництва.

Для оцінки ефективності прийнятих рішень при проектуванні ТП (за складом ТП, взаємозв'язків між ними, режимами виконання операцій та ін.) використовують локальні й глобальні критерії оптимальності. Під час локальної оптимізації можуть використовуватися критерії підвищення надійності ТП, зменшення витрат матеріалу на виготовлення однієї деталі або вузла, забезпечення синхронності операцій, мінімізації транспортних переміщень деталі в процесі виготовлення і т.д. Глобальний критерій оптимізації полягає в мінімізації собівартості або тривалості загального циклу виготовлення виробу.

На підставі оптимізації структури ТП і значень параметрів його технологічних елементів (операцій, переходів і т.д.) виконується проектування засобів технологічного оснащення (ЗТО), що застосовуються для виготовлення виробів. Цей етап технологічного проектування включає два можливі напрямки: 1) вибір типів і основних параметрів ЗТО з існуючого стандартного типоряда; 2) розробку нових типів ЗТО, їх основних параметрів і конструктивних рішень.

Для стандартних типів ЗТО певного виду виробництва зазвичай характерні велика номенклатура й конструктивна різноманітність. Тому для вибору необхідних ЗТО в цьому випадку розробляються спеціальні автоматизовані інформаційно-пошукові системи.

Викладені загальнометодологічні положення використовуються в суднобудуванні з урахуванням специфіки технології й організації виробництва цієї підгалузі машинобудування.

Серед завдань технологічного проектування виділяють наступні:

- досягнення технологічності виробу на етапі проектування [3];

- використання сучасних передових технологій у виробничому процесі;

- використання сучасних методологій технологічного проектування;

- оптимізація технологічних процесів;

- вибір устаткування, оснащення й пристосувань для забезпечення необхідної якості продукції, що виготовляється;

- визначення рівномірного завантаження робочих місць та устаткування.

На етапі ескізного проектування судна виконуються деякі роботи з забезпечення технологічності суднової поверхні. До таких робіт належать:

- максимально можливе формування поверхні корпусу судна з циліндричних та конічних поверхонь;

- побудова зламів на поверхні з метою спрощення форми корпусу для збільшення плоских поверхонь;

- максимально можливе збільшення циліндричної вставки;

- забезпечення технологічності основних вузлів;

- корегування довжини відсіків для найбільш раціонального розміщення стиків;

- участь у розробці загального розташування на етапі робочого проекту.

Основним завданням цього періоду проектування є максимальне збільшення кількості плоских і площинних конструкцій для повного завантаження поточно-механізованих ліній, що дозволяє автоматизувати й механізувати виробничий процес і тим самим зменшити трудомісткість побудови судна.

На етапі виконання технічного проекту розробляється принципова технологія побудови судна, згідно якої на етапі робочого проекту виконується розбивка корпуса на блоки й секції з урахуванням технологічних особливостей корпусообробного та складально-зварювального виробництв суднобудівного підприємства, де буде виготовлено судно.

На цьому етапі також розробляються заходи щодо прокладання електричних систем, систем трубопроводів та інших систем постачання. Під час автоматизації робіт з технологічного проектування виникає питання створення деякої бази технологічних процесів, яку можна застосувати для конкретних конструкцій або деталей. Це питання вирішується за допомогою:

1) уніфікації;

2) типізації;

3) застосування групової технології.

Методологічною основою технологічного проектування є уніфікація й типізація технологічних процесів.

Під уніфікацією об'єктів виробництва розуміється розробка ряду обмежень на застосовані конструктивні рішення, матеріали, розміри, точність обробки поверхонь і т.п. Аналогічно, уніфікація технологічних процесів передбачає вибір і обмеження різноманітності технологічних процесів, що використовуються для виготовлення об'єктів виробництва.

Для уніфікації спочатку необхідно проаналізувати властивості об'єкта виробництва з метою обмеження типорозмірів, поверхонь, які обробляються та, як наслідок, обмежити технологічні операції. До таких властивостей об'єкта належать:

- габаритні розміри, які впливають на вибір устаткування для виготовлення;

- кількість виробів (серійність), що впливає на організацію виробництва;

- комбінація елементів, що впливає на послідовність технологічних операцій.

Під час вибору параметрів виробу важливо визначити ступінь узагальнення. При занадто ретельному відборі властивостей на виході процесу проектування вийде занадто багато варіантів, при недостатньому – мало. Необхідно знайти оптимальну кількість варіантів, які б враховували всі конструктивно-технологічні особливості. У такий спосіб формування уніфікованих груп на основі узагальнення властивостей виробу призводить до розробки технологічних процесів, що різняться за конструктивними ознаками виробів.

Типізацією об'єктів виробництва називають групування виробів за будь-якими конструктивними ознаками, що мають у даних виробничих умовах загальний технологічний процес, також названий типовим. В основі типізації лежить система класифікації об'єктів виробництва, яка розробляється для кожного виду виробництва.

У суднобудуванні в корпусообробному виробництві існує система класифікації деталей корпусних конструкцій, на основі якої розроблені типові технологічні процеси. Проте, у процесі технологічного проектування необхідно внести корегування в залежності від існуючого технологічного устаткування конкретного виробництва, його стану і завантаженості.

При типізації використовується три напрямки:

- типізація, що не прив'язана до об'єктів виробництва;

- типізація на основі конструктивних особливостей об'єкта;

- типізація на основі комбінації типових техпроцесів і класифікації виробів.

Для розробки типового технологічного процесу виділяють елементарні технологічні операції, які можуть бути використані, потім на їх основі розробляють ТП та оптимізують його шляхом зміни послідовності технологічних операцій і добору засобів технологічного оснащення. Типовий ТП характерний для групи деталей згідно їх класифікації, що використовується в суднобудуванні.

Для деталей, які включаються в групу, повинні бути загальними технологічне устаткування й оснащення, яке застосовується, послідовність технологічних операцій, послідовність переналагодження устаткування.

Групування деталей виконується на основі:

- конструктивних характеристик;

- поверхонь обробки та їх комбінації;

- типу обладнання, необхідного для виконання технологічної операції.

Сутність процесу групування полягає у використанні різних методів класифікації виробів, які дозволяють виявити їх загальні ознаки й об'єднати вихідну сукупність виробів у певні конструктивно-технологічні групи. В загальному випадку однорідною групою виробів називається їх об'єднання, що характеризується під час обробки або складання спільністю технологічного процесу, устаткування й оснащення, режимів його налагодження. При створенні груп виробів враховуються їх типи та габарити, оскільки вони визначають види устаткування, а також типи й розміри оснащення, що використовується. Крім того, враховують геометричну форму виробів, спільність оброблювальних поверхонь або елементів для складання, точність, однорідність заготовок, серійність випуску та інші ознаки виробничої однорідності групи виробів, як предметного потоку для даного виду виробництва.

 

Накопичення інформації про судно в процесі проектування. Автоматизація процесу технологічного проектування.

 

Уся інформація, яка генерується на кожному етапі проектування, повинна накопичуватися й використовуватися для подальших робіт. Засобом зберігання інформації є база даних. Накопичення інформації про судно в процесі проектування можна представити у вигляді діаграми потокових даних (рис. 1).

Рис. 1. Діаграма потокових даних

1 – головні розміри, теоретичне креслення; 2 – прототипи суден; 3 – поверхня, уточнені головні розміри; 4 – вимоги класифікаційних товариств; 5 – загальне розташування, мідель-шпангоут, окремі конструктивні вузли; 6 – модель конструкції; 7 – модель виробництва; 8 – технологічні процеси, технічна документація; 9 – звіти по виконанню технологічних процесів.

 

З діаграми видно яка інформація генерується на кожному етапі проектування судна і зберігається в базі даних для подальшого її використання. Але такий інформаційний обмін доцільний тільки за умови автоматизації виконання проектних робіт. Причому для виключення повторного введення вхідних даних на кожному етапі проектування необхідно забезпечити наскрізну автоматизацію виконання робіт з проектування судна.

Головною перевагою наскрізної автоматизованої системи є пов'язаність конструкторської та технологічної моделей. Внаслідок цього зберігається формат даних моделей і відпадає необхідність у використанні конверторів, що запобігає втраті даних, які зберігаються усередині елементів моделей. Наступна перевага – швидке внесення змін, причому зміни, зроблені в конструкторській моделі, автоматично внесуться в технологічну.

Основна мета створення САПР ТП полягає в економії праці технологів. Для досягнення цієї мети необхідно мати у своєму розпорядженні засоби автоматизації оформлення технічної документації, засоби інформаційної підтримки проектування й автоматизації прийняття рішень.

Фірми Західної Європи, США, Японії й інших країн вже давно працюють в умовах ринку, де свої вимоги диктує споживач. Ринок – це конкуренція, де попитом користується тільки конкурентоспроможна продукція. Виробники продукції повинні постійно її обновляти. Тобто кількість модифікацій виробів, виготовлених виробником, постійно збільшується.

Головними цілями й завданнями автоматизації технологічної підготовки виробництва є:

1) скорочення трудомісткості технологічної підготовки виробництва (ТПВ) й, як наслідок, скорочення кількості технологів. Автоматизація ТПВ зменшує витрати праці на виконання проектних робіт і, як наслідок, вимагає меншої кількості виконавців цих робіт. В свою чергу скорочення числа технологів приводить до зменшення собівартості виробу;

2) скорочення строків технологічної підготовки виробництва. Необхідність скорочення строків технологічної підготовки виробництва обумовлюється тим, що в конкурентній боротьбі вистоїть та фірма, яка не тільки випускає конкурентоспроможну продукцію, але й укладається в мінімальний термін підготовки цієї продукції до випуску. Якщо представити, що дві конкуруючі фірми одночасно вирішили випускати однаковий виріб, але перша з них витратила півроку на проектування й виробництво першого зразка, а у другої фірми на це пішов рік, то звичайно ж перша фірма буде перебувати в більш вигідному становищі на ринку;

3) підвищення якості технологічних процесів. Ця необхідність пояснюється наступними причинами. Технічне переозброєння сучасного суднобудівного виробництва здійснюється в основному по двом напрямкам:

а) заміна універсального устаткування з ручним керуванням, що обслуговується робітником високої кваліфікації, устаткуванням з автоматичним циклом обробки, переналагодження якого здійснюється наладчиками;

б) впровадження верстатів з ЧПК, що мають набагато більший ступень універсальності. Їх переналагодження займає в десятки раз менший час, ніж у випадку а). Але й тут необхідно ретельно аналізувати технологічні процеси й потім розробляти управляючі програми.

Необхідність ретельного опрацювання технологічних рішень у наведених вище випадках пояснюється тим, що зазначене устаткування є коштовним і використовувати його потрібно раціонально.

Не менш важливе значення серед цілей впровадження САПР має підвищення якості проектних рішень. Необхідно, щоб накопичений позитивний досвід знаходив висвітлення в базі знань системи й був доступний для всіх, у тому числі й для нових співробітників. Для досягнення цієї мети потрібно надати можливість зберігати технологічний досвід в автоматизованій системі. Таку можливість забезпечують методи штучного інтелекту.

Проводячи аналогію з матеріальним виробництвом, можна сказати, що в області автоматизації інженерної праці є основне виробництво, пов'язане з розробкою конструкторських і технологічних проектів, а також планів керування, і допоміжне виробництво, пов'язане зі створенням і супроводом виключно програмних засобів.

Отже до допоміжних цілей автоматизації проектування належать: зменшення трудомісткості розробки програмних засобів, адаптації їх до умов експлуатації під час впровадження, а також їх супроводу, тобто модифікації, обумовленою необхідністю усунення виявлених помилок і (або) зміни функціональних можливостей.

Засобом для скорочення трудомісткості адаптації систем до умов експлуатації на конкретному підприємстві є системи керування базами даних і знань, орієнтовані на кінцевого користувача. Це означає, що згадані системи повинні бути оснащені мовами опису й маніпулювання даних, доступними не програмуючому користувачу.

У теперешній час кожна проектна організація, кожне промислове підприємство, одержуючи більш-менш серйозне замовлення, усвідомлюють, що без засобів автоматизації не досягти високої якості й швидкості виконання робіт. Те ж відбувається й у суднобудівній галузі. Замовник, розміщуючи замовлення на проектування або будівництво судна, оцінює високу якість виконаної роботи й відповідність світовим стандартам, але й методи виконання даної роботи. Одними з визначальних є не тільки якість і строки виконання проектно-конструкторської, робочої й технологічної документації з застосуванням систем автоматизованого проектування. Впровадження на суднобудівному підприємстві САПР є складним, але необхідним кроком. У світі вже давно є ринок САПР, починаючи від частково придатних для використання в суднобудуванні й закінчуючи гігантськими спеціалізованими суднобудівними системами.

Гранично стислі строки розробки побудовної документації можна забезпечити тільки за допомогою автоматизованої системи, що дозволяє вести корпоративну розробку в локальній мережі з більшою кількістю робочих місць та використовуючи бази даних на сервері мережі.

Використання автоматизованих систем проектування дозволяє відмовитися від такого традиційного для проектно-конструкторських організацій підрозділу, як архів, за рахунок машинного ведення архіву. Для цього розробляється спеціальна структура зберігання інформації в рамках файлів операційної системи Windows (сукупність вкладених одна в одну папок, що задають ім'я країни, міста, заводу і т.д.). Документи виводяться на паперовий носій тільки для внутрішнього користування найчастіше в одному екземплярі й у зменшеному масштабі (наприклад, формат А3 замість формату А1).

Принцип нагромадження технологічних знань, реалізований у багатьох сучасних САПР ТП, дозволяє розробляти якісні технологічні процеси. Знання досвідчених технологів, що накопичуються в САПР ТП, самі технологічні процеси, розроблені ними, які можуть бути взяті за основу під час розробки нових технологічних процесів, дозволяють підвищити загальний рівень технологічної підготовки виробництва.

Під час ручного проектування технолог подумки порівнює ряд варіантів технологічного процесу, що розробляється (склад і зміст операцій, варіанти обладнання, інструментів і т.ін.) та інтуїтивно вибирає кращі на його погляд рішення. Докладного економічного обґрунтування не проводиться за браком часу. Застосування ЕОМ на базі відповідних математичних моделей дозволяє знаходити оптимальні технологічні рішення і обґрунтовано обирати найкращий технологічний процес.

Протягом усього часу експлуатації САПР основна увага акцентувалася на наданні максимальної зручності для кінцевого користувача у використанні результатів роботи. Крім цього при застосуванні САПР практично виключаються «людські» помилки. Якщо комп'ютер працює на основі якісного програмного забезпечення, технічно справний, то при введенні однакових вхідних даних будь-скільки разів видаються правильні результати.