Методика и некоторые результаты исследования механизма пооперационного накопления погрешностей сборочно-сварочных работ при изготовлении секций корпусов судов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Известно, что важным направлением уменьшения пригоночных работ является научно обоснованное повышение точности изготовления конструкций, которое базируется на размерном анализе, включающем составление, решение и анализ размерных цепей. Несмотря на достаточно высокую эффективность размерного анализа, он, как оказалось, малопригоден для прогнозирования объемов пригоночных работ на секционной сборке. Это объясняется, главным образом, тем, что при размерном моделировании технологических процессов изготовления секций со сложными наружными обводами, например днищевых или секций оконечностей судна, должны решаться сложные пространственные размерные цепи с большим числом составляющих звеньев, имеющие передаточные отношения, непрерывно меняющиеся в зависимости от изменений формы обводов. Поэтому в ранее выполненных исследованиях точности формы наружных и внутренних обводов секций оценивались отклонения этих обводов от заданных в лекальных сечениях дискретно, на условно выбранных участках поперечных и продольных сечений секций [1,2]. Такой подход вполне оправдан при решении задач исследования формы рабочих обводов сборочно-сварочной оснастки, базовых и замыкающих полотнищ секций. Вместе с тем, как показано в [3], он позволяет дать только приближенную оценку влияния на содержание и объемы пригоночных работ таких конструктивно-технологических факторов, как вариант технологии установки набора на базовое полотнище, форма этого полотнища, размеры деталей набора, форма замыкающего полотнища секции. Таким образом, размерный анализ не позволяет достаточно полно исследовать механизм пооперационного накопления погрешностей сборочных работ при изготовлении секций с различными конструктивными характеристиками по разным технологическим схемам и выполнении сборочно-сварочных работ по различным вариантам.

Анализ возможных направлений решения задачи исследования механизма накопления погрешностей сборочных работ показал, что одним из них является графическое моделирование процесса изготовления секций с использованием специализированного инженерного программного обеспечения. Этот подход был положен в основу разработанной методики исследований по уменьшению объемов пригоночных работ на секционной сборке, согласно которой для максимального приближения к реальным условиям необходимо смоделировать погрешности таким образом, чтобы они не превышали допустимые значения и имели случайный характер. В этом случае выбор значения отклонения осуществляется случайным образом с использованием программы генерации случайных чисел, написанной на языке программирования Visual Basic, программный код которой выглядит следующим образом:

MsgBox (Int(X+ (Rnd() * Y))) ,

где X и Y - начало и конец рассматриваемого интервала соответственно.

Моделирование должно производиться с соблюдением последовательности сборки секции согласно выбранной технологии работ и требованиям к точности рабочих обводов сборочно-сварочной оснастки, изготовления деталей, узлов и секций корпусов судов.

При разработке методики было установлено, что эффективное ее использование для исследования сборочно-сварочных работ обеспечивается реализацией следующих этапов:

- изучения и детального описания технологических операций, подлежащих моделированию;

- подготовки массива исходных данных, необходимых для реализации процессов моделирования;

- графического моделирования формы и геометрических размеров деталей секции и оснастки, регламентируемых соответствующими руководящими документами;

- пооперационного графического моделирования технологических процессов и их элементов, внесения изменений, направленных на уменьшение объемов пригоночных работ;

- оценки адекватности результатов моделирования в сравнении с фактическими данными;

- разработки комплекса предложений и мероприятий по регулированию и уменьшению пригоночных работ на секционной сборке.

Подготовка массива исходных данных включает в себя определение конструктивных параметров связей сборочно-сварочной оснастки и деталей секций, а также параметров точности выполнения элементов технологических операций. Моделирование деталей оснастки и секций с использованием значений допускаемых отклонений имеет целью получение фактической формы сборочных единиц. Пооперационное графическое моделирование процессов изготовления оснастки и секций должно осуществляться согласно принятой технологической схеме ведения сборочных работ на уровне технологических комплексов приемов (установка и ориентация деталей, разметка и пригонка сопряжений, выполнение последних), а также включать в себя результаты расчета ожидаемых сварочных деформаций.

Для графического компьютерного моделирования, в принципе, может быть использовано любое программное обеспечение, позволяющее производить построения в трехмерном пространстве (3D - построения) с наименьшей трудоемкостью и заданной точностью. В качестве возможного программного обеспечения были рассмотрены: AutoCAD 2009, Autodesk Inventor, Unigraphics NX. В результате анализа представленных программ выявлены недостатки, затрудняющие выполнение предполагаемых построений в процессе моделирования.

Основными недостатками программы AutoCAD явились:

- высокая трудоемкость выполнения чертежей с заданной точностью;

- отсутствие возможности изменения формы смоделированных деталей;

- отсутствие команд, упрощающих работу с твердотельными элементами.

Свободны от вышеуказанных недостатков Autodesk Inventor и Unigraphics NX. Эти программы позволяют создавать и изучать поведение точных цифровых прототипов деталей и конструкций, проводить анализ напряжений и частотного отклика механических конструкций прямо в среде разработки. Кроме того, они включают весь набор функций для объемного твердотельного моделирования, которые могут потребоваться в процессе работы над моделями сложных деталей, узлов, секций. Наряду с очевидной схожестью, представленные программы имеют различия. Например, программа Autodesk Inventor не позволяет создавать поверхности на основе точек, кривых, сечений, а также проводить анализ напряжений собранной конструкции. Отсутствие возможности создания поверхностей многократно усложняет поставленную задачу, так как с точки зрения компьютерного моделирования даже конструктивно плоская секция не является таковой, поскольку необходимо моделировать имеющуюся волнистость листов полотнища. Очевидно, что это исключает хотя бы частичную автоматизацию процесса моделирования. Отсутствие возможности проведения пооперационного анализа напряжений изготавливаемой конструкции исключает, например, оценку напряженного состояния листов полотнища во время их обжатия к оснастке. С учетом отмеченных недостатков пришлось отказаться от использования Autodesk Inventor в качестве программного обеспечения для проведения исследования.

Тщательный анализ системы Unigraphics NX показал, что в настоящем своем виде она наиболее пригодна для решения поставленной задачи, так как позволяет: сборочный размерный сварочный оснастка

- проводить построения с заданной точностью (наименьший линейный размер 0,00001 мм);

- создавать детали на основе эскизов, которые могут быть изменены в процессе моделирования;

- упростить процесс ориентации сборочных единиц, определения расстояния между ними и их пересечений;

- производить оценку напряженного состояния элементов сборки;

- рассчитывать различные сценарии напряженного состояния.

Для оценки эффективности разработанной методики в качестве объекта исследования была выбрана плоская палубная секция. Выбор этого типа секции объясняется тем, что ее конструктивная простота упрощает процесс моделирования, позволяя, тем не менее, перенести отдельные полученные результаты и выводы на гораздо более сложные секции, например бортовые. Поставленной целью графического компьютерного моделирования технологического процесса изготовления секций явилась оценка влияния неплоскостности стенда, волнистости листов полотнища секции, неплоскостности балок набора, погрешностей установки балок набора относительно линий разметки, точности выполнения вырезов в поперечных балках набора на трудоемкость выполнения сопряжений продольных и поперечных балок набора.

Данные, полученные в результате графического компьютерного моделирования, сравнивались с фактическими погрешностями сборочных работ при выполнении двух технологических операций - сборки базового полотнища и установки на него судового набора. Фактические погрешности были получены в ходе контрольных замеров при изготовлении плоских секций в условиях судостроительного предприятия. Измеряемыми параметрами явились: конечные зазоры между листами по пазам и стыкам; начальные и конечные несходимости листов в одной плоскости; начальные и конечные зазоры между нижними кромками продольных ребер жесткости и базовым полотнищем, между нижними кромками рамного бимса и базовым полотнищем; начальные и конечные несходимости ребер жесткости с вырезами в перекрестном наборе.

Графическое компьютерное моделирование позволяет полностью раскрыть механизм непрерывного накопления погрешностей на всех этапах выполнения работ, выявить и количественно оценить взаимозависимости этих погрешностей.

Графическое моделирование расширяет возможности исследования влияния основных конструктивно-технологических факторов на объемы и содержание пригоночных работ моделированием процессов изготовления такого количества типоразмеров секций корпусов различных судов, которое будет достаточным для получения достоверных результатов и выработки обобщенных рекомендаций и мероприятий по снижению объемов и трудоемкости пригоночных работ.

Литература

1. Иванов А.П. Результаты исследования точности выполнения операций и их элементов при изготовлении судовых корпусных конструкций / А.П. Иванов, С.В. Козлов, О.В. Жарикова //Вопросы повышения эффективности судовых и стационарных энергетических установок (при их проектировании и эксплуатации): международный сборник научных трудов.- Калининград, 2001.- С. 72.

2. Иванов А.П. Состояние и перспективы повышения точности рабочих обводов сборочно-сварочной оснастки/А.П. Иванов //Морской вестник: труды НТО судостроителей им. акад. А.Н. Крылова.- Вып. №13. - СПб., 2005.-С. 80.

3. Иванов А.П. Влияние конструктивных и технологических факторов на объемы пригоночных работ при сборке секций корпусов судов/А.П. Иванов, С.В. Козлов // Повышение эффективности тепловых и энергетических установок, машин и оборудования: сборник научных трудов. - Калининград, 1989. - С.195-201.

Размещено на Allbest.ru