Введение к работе
Актуальность исследования. Стратегия развития судостроительной промышленности в настоящее время связана с повышением производительности труда, обеспечением конкурентоспособности на внутреннем и внешнем рынках. Этим объясняется необходимость совершенствования технологических процессов изготовления и монтажа трубопроводов, механизации и автоматизации трубообрабатывающего производства, направленных на снижение трудоёмкости и сокращение сроков строительства современных морских заказов как сложных технологических комплексов. Усиление внимания к снижению трудоёмкости трубопроводных работ объясняется значительным их объёмом, который составляет 10-12% от общей трудоёмкости постройки судна, а на некоторых проектах – до 14-17%.
Одной из главных проблем при создании сложных технологических комплексов, насыщенных системами трубопроводов, является обеспечение достоверности проектной информации для изготовления и монтажа труб.
При современном уровне вычислительной техники сделать трассировку трубопровода без касаний с соседними конструкциями не сложная и решённая задача. Проблема заключается в том, что трубы, изготавливаемые по чертежам, как любая деталь и изделие машиностроения имеют стандартизованные допуски размеров, однако в процессе прокладки трубопроводов в программах трассировки эти допуски должным образом не учитываются. В результате, необходимые проектные зазоры между трассами и с соседними конструкциями не контролируются. Контролируются только минусовые зазоры (касание, пересечение конструкций). Это приводит к невозможности провести монтаж трассы. Трубы, изготовленные по проектным размерам, из-за неучтённых допускаемых стандартами отклонений натыкаются на соседние трубопроводы или конструкции. Такое проектирование привело к тому, что проблема изготовления труб в задел остаётся не решённой.
Степень разработанности темы. Вопросам исследования трассировки судовых систем посвящены работы таких авторов, как Т. М Алиев, А. Н. Батенчук, П. П. Бородавкин, С. И. Бронштейн, Э. В. Ганов, Т. Е. Глухенький, Б. А. Горелик, Б. С. Дмитриев, А. Л. Зильберберг, В. С. Зуев, А. А. Кузнецов, В. И. Кучмель, Б. А. Наумов, В. А. Никитин, И. И. Овчини-ков, Р. И. Тавастшерна, и других ученых, а также в исследованиях зарубежных ученых, среди которых следует отметить работы G. A. Antaki, P. Ellenberger, R. A. King, A. C. Palmer, Van Der Tak и др. Однако, несмотря на большой объём выполненных исследований, сохраняется необходимость снятия размеров по месту для изготовления труб (в насыщенных помещениях – до 70% от общего количества труб), и вопрос обоснования проектной трассировки трубопроводов с позиций учёта точности изготовления труб остаётся весьма актуальным. Дальнейшее решение проблемы сдержи-
вается отсутствием соответствующей расчётно-методической базы при выполнении судостроительных заказов и её научного обоснования.
Целью диссертационной работы является обоснование проектной трассировки трубопроводов судовых систем на основе исследований точности изготовления труб с соединениями, направленное на сокращение сроков строительства и снижение трудоёмкости трубопроводных работ.
Объект исследования – трубы, трассы трубопроводов.
Предмет исследования – методы учёта точности изготовления труб при трассировке трубопроводов на стадии проектирования, алгоритм и математическая основа для вычисления отклонения труб при установке соединений и отклонения трасс трубопроводов судовых систем.
Задачи исследования
-
Изучить процесс изготовления труб с соединениями; сформировать математическую базу для определения и снижения отклонений трасс трубопроводов, возникающих в процессе изготовления труб; предложить алгоритм обоснования проектной трассировки трубопроводов судовых систем.
-
Провести экспериментальные подтверждения взаимосвязи допускаемых отклонений координатных размеров труб и трасс трубопроводов.
-
Разработать расчётную и методическую базу для практических рекомендаций при проектировании трасс трубопроводов с учётом точности изготовления труб с соединениями.
Методология и методы исследования:
Методика исследований носит теоретико-экспериментальный
характер. Решение научной задачи ищется в рамках гипотезы о взаимосвязи проектной конфигурации трассы и её отклонений в процессе монтажа. Используя возможности компенсации (исключения) отклонений труб в процессе их изготовления по проектной информации, исследуется возможность уменьшения (исключения) их влияния на отклонения трасс трубопроводов. Используется математический аппарат, аналитической геометрии, векторной алгебрыи теории вероятностей, размерных цепей. В ходе теоретических исследований получил развитие концептуальный подход, изложенный в работе К.Н. Сахно. В работе использованы методики, регламентированные ОСТ 3-3781-85, ОСТ 5.95057-90, РД 5Р.0005-93. Экспериментальные исследования проводились в АО «Астраханское судостроительное производственное объединение» и в ООО «Судостроительный и судоремонтный завод Хайлонг» (Вьетнам).
Научная новизна
1. Выполнено обоснование проектной трассировки трубопроводов судовых систем на основе исследований точности изготовления труб с соединениями.
-
Создано интегрированное программное обеспечение для вычисления отклонений трасс трубопроводов под влиянием погрешностей изготовления труб и алгоритм его применения.
-
Разработана методика определения допускаемых отклонений трасс трубопроводов с учётом точности изготовления труб с соединениями.
Практическая значимость работы заключается в возможности проектирования трасс трубопроводов, состоящих из труб, которые можно изготавливать по проектной информации без уточнения размеров по месту, что приведёт не только к повышению производительности, но и к сокращению сроков строительства путём запараллеливания трубопроводных работ при выполнении судостроительных заказов.
Реализация результатов работы.
Результаты работы были использованы при трассировке заказов проекта KN-3600 предприятия ООО «Судостроительный и судоремонт завод Хайлонг» (Вьетнам), что позволило изготовить 60% труб противопожарной и осушительной систем по проектной информации без применения шаблонов.
Результаты научно-исследовательской работы приняты к использованию в АО «Астраханское судостроительное производственное объединение».
Данные диссертационных исследований используются в учебном процессе АГТУ и Вьетнамского морского университета при проведении лекционных, практических занятий, при разработке курсовых проектов (работ) по дисциплинам «Технология судоремонта», «Технология судостроения и судоремонта», «Основы САПР», «САПР морской техники», при разработке выпускных квалификационных работ бакалавров и магистров направлений 26.03.02 и 26.04.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры».
Достоверность полученных результатов обеспечена применением известных методов теоретических и экспериментальных исследований, сопоставимостью полученных аналитических и опытных результатов. Основные математические зависимости получены с использованием методов аналитической геометрии, векторной алгебры, теории вероятностей и размерных цепей.
Положения, выносимые на защиту:
1. Математическая база и алгоритм обоснования проектной трасси
ровки трубопроводов, основанные на взаимосвязи проектной
конфигурации трассы и её отклонений в процессе монтажа.
2. Интегрированное программное обеспечение для вычисления откло
нений трасс трубопроводов под влиянием погрешностей изготовления труб
и алгоритм его применения.
3 Основные положения методики определения допускаемых отклонений трасс трубопроводов, с учётом точности изготовления труб с соединениями.
Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с профессором К.Н. Сахно. При этом автору принадлежат: предлагаемая диссертационная работа, направленная на устранение причин, ограничивших способ изготовления труб по проектной информации без уточнения размеров «по месту». Разработка методики по проверке трассировки трубопроводов, учитывающей допуски конструктивных размеров труб, проведение натурных и расчётных экспериментов взаимосвязи допускаемых отклонений координатных размеров труб и трасс трубопроводов. Создание и реализация программы расчёта отклонений трасс трубопроводов судовых систем для назначения минимальных зазоров между трассами и конструкциями.
Апробация научных результатов. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на международных научных конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (2014, 2015, 2016, 2017, 2018 гг.); на международных конференциях «Инновационные технологии в морском транспорте» Азербайджанской Государственной Морской Академии (г. Баку – 2016, 2017 гг.); на международной научно-практической конференции «Наука сегодня: реальность и перспективы» (Вологда, 2016 г.); на национальной заочной научно-технической конференции (Владивосток: Дальрыбвтуз, 2017 г.); на региональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы проектирования, постройки и эксплуатации морских судов и сооружений» (Севастополь: Севастопольский государственный университет, 2018 г.); на международной научной конференции «Технические науки: традиции и инновации» (Самара, 2018 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации докладывались на 11 научных конференциях, опубликованы в 26 работах, в том числе 8 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 статьи в изданиях, включенных в реферативную базу данных Web of Science, и получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017611926. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат:
[23, 24] – 100%; [7, 8, 9, 10, 12] – 85%; [1, 5, 6, 14, 15, 17, 25, 26] –75%; [4, 11, 18, 19, 21] – 60%; [2, 3, 13, 16, 20, 22] – 50%.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х разделов, заключения, 5 приложений. Общий объем работы составляет 199 страниц текста. Основное содержание работы изложено и включает 46 рисунков и 11 таблиц. Список использованных источников включает 114 наименований.
Содержание диссертации соответствует пункту 1.11 Паспорта научной специальности 05.08.04 – «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства».