Referat

STOCZNIA SZCZECIŃSKA NOWA
IDENTYFIKACJA METOD TRASOWANIA ELEMENTÓW
W PROCESIE BUDOWY KADŁUBA
1. Wstęp
Stocznia Szczecińska Nowa dąży do obniżania kosztów budowy statków.
Znaczne koszty ponosi podczas dopasowywania sekcji między sobą na pochylni.
Podczas prefabrykacji sekcje doznają odkształceń, które pochodzą od procesów
cieplnych, transportu i podparcia w trakcie prefabrykacji. Na jakość prefabrykacji ma
także wpływ sposób trasowania elementów.
Podstawą do zwiększenia wymiernych korzyści ekonomicznych stoczni jest
obecnie zmniejszenie ilości prac montażowych oraz naprawczych w procesie
prefabrykacji podzespołów, sekcji płaskich, półprzestrzennych i przestrzennych oraz
montażu kadłuba na pochylni. Wprowadzenie trasowania numerycznego elementów
polepszy jakość trasowania na wczesnych etapach prefabrykacji. Wyeliminuje proces
trasowania elementów poszycia pod rozmieszczenie elementów dochodzących.
Trasowanie numeryczne wyeliminuje błąd ludzki, polepszy wygląd wytrasowanej linii.
Dobra jakość wykonania prefabrykowanych konstrukcji wpływa na przydatność
montażową sekcji w procesie montażu bloków i kadłuba na pochylni.
Ze względu na zmniejszającą się wykwalifikowaną załogę z zakresu produkcji
należy dążyć do:
• eliminacji możliwych do uniknięcia operacji,
• ulepszania organizacji procesów produkcyjnych.
2. Stan istniejący
W Stoczni jest wykonywana dokumentacja konstrukcyjna, traserskomateriałowa i technologiczna. Dokumentacja konstrukcyjna stanowiskowa kadłuba
wykonywana jest w podziale na poszczególne stanowiska produkcyjne
(prefabrykacja podzespołów i podsekcji, prefabrykacja płatów na CSP, prefabrykacja
płatów na SDH oraz rysunek prefabrykacja i montaż sekcji). Dokumentacja ta
zawiera także sporo informacji technologicznych, jak zapasy, naddatki
technologiczne, oznaczenie technologii spawania, standard oczyszczania konstrukcji
oraz stopnie prefabrykacyjne. W zakresie dokumentacji trasersko-materiałowej
wykonuje się między innymi karty wykroju. Dokumentacja z zakresu kadłuba
wykonywana jest w systemie TRIBON - M3.
Obróbka wstępna i właściwa
W procesie produkcji są stosowane proste metody znakowania elementów i
trasowania. Już na etapie obróbki wstępnej blachy są opisywane ręcznie – pędzlem i
farbą.
Elementy wycięte z blachy także są opisywane ręcznie. Pracownik nanosi
następujące informacje [1]:
• numer statku i symbol sekcji,
• numer pozycji rysunkowej,
• informacje o położeniu elementu na statku,
• informacje o ukosowaniu krawędzi,
• informacje o kierunku i rodzaju zapasu lub wielkości naddatku
technologicznego,
• opis gięcia i zwymiarowanie położenia szablonów,
• numer płyty poszycia (dla blach poszycia zewnętrznego),
• linie teoretyczne, bazowe i pomocnicze - np. PS statku, linie
teoretyczne wręgów.
Elementy z profili hutniczych są trasowane i opisywane ręcznie. Trasowanie
odbywa się z użyciem sznurka, kredy, szablonów i legalizowanej miary. Opisywanie
elementu wykonywane jest farbą. W przypadku profili są nanoszone następujące
informacje:
• numer statku i symbol sekcji,
• numer pozycji,
• opis krawędzi niekonserwowanej,
• ślad linii gięcia,
• informacje o kierunku i rodzaju zapasu i wielkości naddatku
technologicznego.
Informacje nanoszone są według dokumentacji traserskiej – karta wykroju
oraz szkic obróbki profili.
Prefabrykacja podzespołów
W etapie prefabrykacji podzespołów pracownik trasuje elementy blachy
ręcznie przy użyciu sznurka, kredy i legalizowanej miary. Informacje do trasowania
pracownik czerpie z dokumentacji konstrukcyjnej.
Prefabrykacja sekcji płatowych płaskich
W etapie prefabrykacji płatów pracownik trasuje płat pod wszystkie
usztywnienia i pod konstrukcję dochodzącą. Trasowanie odbywa się za pomocą
sznurka, kredy, legalizowanej taśmy i punktaka. Dodatkowo na końcach
wytrasowanych śladów są wybijane trwałe punkty, w celu umożliwienia odnowy
przebiegu linii w dalszym etapie prefabrykacji. Informacje do trasowania pracownik
czerpie z dokumentacji konstrukcyjnej.
Prefabrykacja sekcji
W etapie prefabrykacji sekcji pracownik trasuje poszycia podgięte pod
wszystkie usztywnienia i pod konstrukcję dochodzącą. Trasowanie odbywa się przy
użyciu sznurka, kredy, legalizowanej miarki lub taśmy. Na płatach płaskich są
odnawiane linie wg wcześniej wybitych punktów.
Po zakończeniu prefabrykacji sekcji są nanoszone linie kontrolne potrzebne
do montażu kadłuba w całość. Na dnie wewnętrznym jest nanoszona PS statku,
wręgi skrajne pełne lub wręgi grodziowe oraz wzdłużniki pod gródź wzdłużną
poszycia burtowego. Dodatkowo są trasowane linie kontrolne do wyżej wymienionych
śladów. Linie te są na końcach punktowane. Do trasowania używa się także sznurka,
kredy, legalizowanej miarki lub taśmy.
Informacje do trasowania pracownik czerpie z dokumentacji konstrukcyjnej.
Montaż kadłuba na pochylni
Przy ustawianiu sekcji na pochylni pracownicy korzystają ze śladów
wytrasowanych po prefabrykacji. W przypadku konieczności wykonania trasowania
(np. uśredniona PS) korzysta się z kredy, sznurka, punktaka oraz legalizowanej
miarki lub taśmy.
Podsumowanie
Wytrasowane ślady traserskie się zacierają w trakcie produkcji. Grubość linii
nie zawsze jest zadawalająca. W kolejnych etapach naniesione linie trzeba odnawiać
ponownie, przyjmując jako bazę punkty wytrasowane trwale. Do prac traserskich
zatrudniana jest wykwalifikowana załoga.
Okres przejściowy
Stocznia Szczecińska Nowa posiada dwa urządzenia plazmowe do cięcia
elementów przystosowane do automatycznego trasowania – rys. 1.
Urządzenie typu TELEREX TXB10500 uruchomione w 2005 roku posiada
następujące funkcje: cięcie, fazowanie, trasowanie. Urządzenie posiada 2 zespoły
głowic do cięcia plazmą oraz 2 zespoły głowic plazmowych do trasowania. Możliwość
operowania na sucho i pod wodą. Technologia wycinania krzywoliniowego z
fazowaniem jest w stoczni nowa. Palniki plazmowe mają możliwość pochylenia o kąt
45° z góry bądź z dołu.
Transmisja danych odbywa się on-line - z Biura Projektowego za pomocą sieci
światłowodowej na komputer do sterowni na hali obróbki (w postaci kart wykroju).
Stąd drogą radiową przekazywany jest sygnał na maszynę.
Automatyczne markowanie wszystkich linii jest zawsze na początku programu
karty wykroju, wykonywane jest na wynurzonej blasze „na sucho”. Przykład karty
wykroju z liniami traserskimi przedstawia –rys. 2. Na elemencie poszycia widać ślady
przyłożenia szablonów sprawdzających gięcie.
Rys. 1 Urządzenie typu TELEREX TXB10500 do cięcia plazmowego w SSN
Rys. 2 Przykładowa karta wykroju z automatycznym trasowaniem dla pasa poszycia
zewnętrznego
Element z rys. 3 ma zaprogramowane ślady przyłożenia usztywnień i
elementów dochodzących:
• usztywnienia są montowane w etapie prefabrykacji wstępnej,
• węzłówki dochodzące są montowane w etapie prefabrykacji sekcji.
Przedstawiony element należy do prostego podzespołu, który składa się z jednego
elementu poszycia i 6 usztywnień.
Rys. 3 Widok na element trasowany numerycznie – fragment karty wykroju ze
śladami usztywnień i elementów dochodzących
Rys. 4 Podzespół 183
Rys. 5 Przekroje z konstrukcją dochodzącą
do podzespołu 183
Rys. 4 przedstawia fragment rysunku dokumentacji stanowiskowej:
Prefabrykacja wstępna. Jeśli element 183 jest wycinany na urządzeniu do cięcia
plazmowego z trasowaniem, to na etapie obróbki są już wytrasowane ślady
przyłożenia usztywnień. Monter przy pomocy rysunku montuje na elemencie
poszczególne usztywnienia.
Rys. 5 przedstawia fragment dokumentacji stanowiskowej: Prefabrykacja i
montaż. Na poz. 183 zostały także wytrasowane ślady położenia węzłówek (poz. 500
i 501), które są montowane w etapie prefabrykacji sekcji.
W obu przypadkach zostaje wyeliminowana operacja mierzenia i trasowania
ręcznego. Wytrasowane linie wskazują także odłożenie grubości materiału.
3. Znakowanie i trasowanie elementów w stoczniach polskich
W stoczniach polskich do projektowania konstrukcji i trasowania konturów
elementów wykorzystuje się techniki komputerowe. Maszyny do cięcia są sterowane
numerycznie. Trasowanie numeryczne nie jest jeszcze rozpowszechnione.
W małych firmach produkujących konstrukcje stalowe dla europejskich stoczni
wykorzystywane są oznaczenia traserskie przy prefabrykacji. Do tych firm jest
dostarczany materiał wycięty i wytrasowany przez zleceniodawcę.
4. Znakowanie i trasowanie elementów w stoczniach zachodnich
W stoczniach zachodniej Europy i na Dalekim Wschodzie trasowanie
elementów na etapie obróbki jest szeroko stosowane [2], [6], [7], [9], [11].
Programy numeryczne do projektowania konstrukcji
W projektowaniu konstrukcji stalowych powszechnie stosuje się techniki
komputerowe. Do bardziej znanych systemów projektowych należą: TRIBON,
NUPASS, CATIA, MASTERSHIP, FORAN itp. [2], [3], [4], [5], [6], [8].
Systemy te mają opcje projektowe, materiałowe i technologiczne. Można
wykonać projekt konstrukcyjny, materiałowo-traserski, technologiczny.
Opcja trasowania numerycznego
Wyżej wymienione systemy CAD zawierają opcje trasowania numerycznego
elementów. Do celów obróbki elementów, w systemie, jest opisany kontur, ślad jego
połączeń pachwinowych i czołowych z sąsiednimi elementami.
Maszyny do cięcia
Nowoczesne maszyny do cięcia są wyposażone dodatkowo w głowice
markujące. Obok znaków traserskich mogą nanosić różne opisy. Linie i oznaczenia
są wykonywane np.: mikro-plazmą, laserem, proszkiem lub markerem.
Stocznia HDW w Kiel
W stoczni HDW zrezygnowano z rysunków technicznych dla etapu obróbki i
prefabrykacji podzespołów, przenosząc całą informację na wycinany element. Na
każdym elemencie znajdują się także informacje przydatne w procesie prefabrykacji.
W stoczni przyjęto metodę połączeń na trójkąty – rys. 5 [2], [7].
Zastosowane oznaczenia spełniają bez pomiarów następujące warunki [7]:
• umożliwiają regulację poprzeczną i wzdłużną,
• umożliwiają regulację po wysokości,
• umożliwiają kontrolę po spawaniu oraz kontrolę wymiarów elementów,
• są trwałe i czytelne.
Jako narzędzie wygodne do łączenia dwóch elementów między sobą wybrano
trójkąt prostokątny o długości ramion 50mm. Na rys. 6 przedstawiono zasadę
łączenia elementów czołowo i pachwinowo. Trójkąty znajdują się dokładnie w linii
wręgu na obu elementach. Zadaniem montera jest wyłącznie pozycjonowanie
wierzchołków trójkątów. Linia ułatwia pozycjonowanie na prostej od trójkąta do
trójkąta. Przy montażu połączeń czołowych, system opiera się na zasadzie, że
przeciwprostokątne równoległe do styku są oddalone od siebie o 100mm.
Wierzchołki trójkątów stykają się w środku styku, czyli w szczelinie spawalniczej.
Trójkąty pomiarowe umożliwiają szybką kontrolę wizualną – dokładność ustawienia i
pozycjonowania elementów [2], [7].
a) dla złącza czołowego
b) dla złącza pachwinowego
Rys. 6 Przykład zastosowania montażu elementów przy pomocy wytrasowanych
trójkątów.
Podczas prefabrykacji sekcji płatowej są także stosowane trójkąty. Na długości
16000 mm wystarczą 2 pary trójkątów zlokalizowanych na obu końcach styku. Dla
uniknięcia niedokładności w wykonaniu płata stosuje się zgrubną obróbkę krawędzi
zewnętrznych. Po wykonaniu spawania płaski panel o wymiarach 16000 x 16000 ma
obcinane krawędzie na wymiar. Obcinanie krawędzi odbywa się na portalu.
W systemie tym jest uwzględniona wartość skurczu spawalniczego.
Uwzględnia się go w naddatku technologicznym.
Już w latach 90-tych poprzedniego wieku system był stosowany z
powodzeniem w stoczni i przynosił wymierne korzyści.
System trasowania numerycznego w stoczni HDW zintegrowany jest z
pomiarami w 3-D. Pomiary są rejestrowane przez urządzenia pomiarowe i
przekazywane do systemu komputerowego i porównywane z wymiarami
teoretycznymi.
Przedsiębiorstwo OSTSEESTAAL
Przedsiębiorstwo OSTSEESTAAL zajmuje się cięciem i gięciem elementów
płytowych. Wyposażone jest między innymi w maszyny portalowe do cięcia
termicznego. Urządzenia te mają głowice plazmowe do cięcia pod wodą oraz mikropalniki plazmowe do trasowania [9], [10], [12]. Rys. 7 przedstawia maszynę do
trasowania blach.
Rys. 7 Urządzenie do znakowania blach [12].
Trasowanie proszkowe firmy ESAB
Firma ESAB oferuje urządzenia do znakowania proszkowego, przeznaczone
do instalowania na urządzeniach do cięcia. Głowice umożliwiają nanoszenie na
metalowych powierzchniach wszelkiego rodzaju oznaczeń, takich jak krzyżyki, linie,
okręgi i litery. Proces znakowana i trasowania jest sterowany numerycznie. Stosując
specjalny proszek znakujący i operację wtapiania, uzyskuje się bardzo czytelne i
trwałe oznakowania. Głowicę znakującą przedstawia rys. 8 [11].
Rys. 8 Urządzenie do znakowania i trasowania proszkowego firmy ESAB [11]
4. Plany Stoczni Szczecińskiej Nowa
Aktualnie Stocznia Szczecińska Nowa podjęła prace zmierzające do
wprowadzenia trasowania numerycznego elementów na etapie obróbki. Jednym z
pierwszych kroków jest uzyskanie środków na przeprowadzenie badań w ramach
projektu celowego. Temat roboczy projektu: „Badanie procesów technologicznych w
celu wprowadzenia kompleksowego numerycznego trasowania elementów na
urządzeniach do cięcia”.
Stocznia aktualnie planuje zakup nowoczesnego ciągu do obróbki profili. Na
ciągu, obok wycinania automatycznego elementów byłoby stanowisko do trasowania
numerycznego.
Również modernizacji wymagają maszyny do cięcia gazowego, które nie są
wyposażone w głowice markujące.
W planach trasowanie numeryczne elementów ma uprościć i usprawnić
prefabrykację podzespołów i sekcji. Badania przeprowadzane w stoczni mają dać
odpowiedź, czy obok wytrasowanych linii usztywnień, linii konstrukcji dochodzącej
oraz linii teoretycznych i kontrolnych powinien się znaleźć numer pozycji rysunkowej
usztywnienia lub podzespołu.
Podsumowanie
Wprowadzenie trasowania numerycznego w SSN wpłynie na uproszczenie
dokumentacji konstrukcyjnej, ale wydłuży nieznacznie czas wykonania dokumentacji
traserskiej – kart wykroju. Trasowanie numeryczne przeniesie informacje z
dokumentacji konstrukcyjnej na wycięty element. Przy dobrze zorganizowanej
kompletacji materiału po obróbce i przy przejrzystej wytrasowanej informacji na
elementach można w znacznym stopniu uprościć prefabrykację podzespołów.
Dodatkowo uzyska się efekty ekonomiczne.
Wprowadzenie trasowania numerycznego na maszynach do cięcia wymusi
konieczność utrzymania ich w dobrym stanie technicznym. Wymagana będzie
rygorystyczna kontrola poprawności trasowania i cięcia oraz wzajemna koordynacja.
Nie można dopuścić do przesunięcia punktu 0,0 rozpoczynania trasowania
względem początku cięcia.
5. Wnioski
Wprowadzenie trasowania numerycznego już na etapie wycinania elementów z
blach i profili wpłynie na:
• Podniesienie jakości wykonania podzespołów, płatów i sekcji,
• Skróci cykl prefabrykacji,
• Obniży koszty prefabrykacji podzespołów, płatów i sekcji,
• Podniesie efektywność procesu gięcia elementów,
• Wyeliminuje błąd ludzki.
Ujemną stroną trasowania numerycznego jest:
• wydłużenie cyklu obróbki właściwej blach,
• ze względu na wykorzystanie materiału, część pozycji będzie wytrasowanych
z drugiej strony, co wymusi, w etapie prefabrykacji, przetrasowanie oznaczeń
na drugą stronę.
Literatura
[1] Instrukcja ogólna SSN – TT011-01 – Opracowania traserskie
[2] Boshidar G. Metschkow, Współczesne techniki utrzymania wysokiej jakości
konstrukcji okrętowych”, X Konferencja: Laboratoria technologiczne – aspekty
utrzymania wysokiej jakości wyrobu, Szczecin 1999
[3] TRIBON Genauigkeit was introduced by HDW as part of HDW`s Year 2000
project – materiały reklamowe
[4] MasterShip Software, information guide - materiały reklamowe
[5] www.Mastership.nl
[6] www.TRIBON.com
[7] M. Beyer, A. Istel, H. Kunze, Das HDW – System der Genaufertigung, Hansa
nummer 9, 1998, page 218-228
[8] www.FORAN.es
[9] Boshidar G. Metschkow, Nowoczesne technologie obróbki detali kadłubowych, 20
Sesja Naukowa Okrętowców Przemysłu Okrętowego 2002, Gdańsk 10-11 maja
2002, materiały konferencyjne
[10] Materiały reklamowe firmy OSTSEESTAAL
[11] www.esab.com
[12] www.OSTSEESTAAL.com