В современной индустрии строительства (проектирование, изготовление и монтаж металлоконструкций) заметно развилось и активно действует основное направление по снижению затрат строительных металлоконструкций — это снижение общего их веса за счет конструктивных решений при сохранении прочностных и других плановых технических показателях.
Возросшие требования по точности металлоконструкций в нефтегазохимической индустрии предопределены применением дорогостоящего современного оборудования (сосуды под давлением, сепараторы, емкости, теплообменники) с жесткими функциональными допусками по посадочным отметкам, отметкам сопряжения с технологическими трубопроводами, другим вспомогательным оборудованием. Так как современные заводы нефтегазохимической переработки целесообразно и экономически выгодно строить компактными и, как следствие, с применением многоярусных совмещенных эстакад (технологических трубопроводов и кабельной продукции) и этажерок с технологической обвязкой, то результирующая погрешность на таких многоуровневых сооружениях может быть значительно выше требуемой точности по функциональным допускам. Соответственно, собираемость конструкции, в последующем технологического оборудования и трубопроводов ниже приемлемого уровня или вообще недопустима, что ведет к большим издержкам по подгонке и исправлению «на месте» (на монтаже), со значительной потерей времени.
В большинстве случаях на серьезных проектах, класс точности задается и указывается в общих данных чертежей марки КМ и должен соответствовать 2 классу точности, что дает собираемость на уровне 99%, но все же не абсолютную собираемость. Так как в конечном счете целью назначения требований точности геометрических параметров металлоконструкций является повышение качества продукции и получение прибыли за счет уменьшения подгоночных работ и сокращения сроков монтажа, изготовление высокоточных конструкций, выше второго класса точности по ГОСТ 23118-2019 является крайне актуальным и востребованным. Для любого Заказчика (EPC-подрядчика) очень важна гарантированная 100%-ая собираемость конструкций, что можно достичь при изготовлении металлоконструкций только в технологических допусках геометрических параметров не ниже 1 класса точности при заданной функциональной точности.
Современные заводы выпускают металлоконструкции в виде сборочных единиц (сборочных марок), которые по своему функциональному назначению классифицируются на следующие группы:
- колонны (двутавровые, трубные, двувитиевые, составные, из сварной балки т.д.);
- балки (на фланцевом соединении, консольные, двутавровые, из квадратной);
- фермы (трубные, балочные);
- прогоны;
- связи;
- лестницы, площадки, стремянки, ограждения;
- монтажные элементы и другие.
При этом позиции 1-5 являются основными конструкциями и для них и назначается класс точности геометрических параметров. В свою очередь сборочная единица (марка) — это изделие, собранное из отдельных деталей различного металлопроката и соединенных между собой сварочными материалами. Соответственно, упрощенно, но при этом достаточно точно, можно принять, что суммарная технологическая точность сборочной марки для основных конструкций (суммарные технологические допуски) достигаются высокой точностью геометрических размеров деталей и точностью линейных размеров взаимного расположения этих деталей в сборочной единице. И если же высокая точность геометрических параметров деталей сборки в виду использования современного обрабатывающего ЧПУ оборудования на заготовительном участке заводов достигается повсеместно, то взаимное расположение деталей в сборочной марке осуществляется с помощью ручного труда и не может в силу технологических ограничений быть достаточной высоким, чтобы обеспечить в конечном итоге 100% собираемость. Таким образом, качество сборки (взаимного расположения деталей в сборочной единице) определяется высоким уровнем квалификации слесарей-сборщиков, выполняющих работы по сборке металлоконструкций, и контролирующих сотрудников ОТК, а также отлаженной общей технологической цепочкой на данных этапах (технологическая подготовка). При этом все равно даже при высокой квалификации рабочих и уровнем производства точность сборки не может являться достаточно высокой, какой могла бы быть для удовлетворения требований по абсолютной собираемости конструкций на монтаже.
Если самый высокий класс точности согласно таблице 1 ГОСТ Р 58942-2020 регламентирует допуск линейных размеров сборочной единицы общим габаритом до 8000 мм — 2 мм, то предлагаемая продукция ООО «ЗМК Евросталь» будет находиться в допуске по длине не более 0,85 мм. Такое же значение будет и по взаимному расположению деталей: самая удалённая деталь (без отверстия) от базы конструкции будет в допуске 0,85 мм против 2 мм по 1 классу точности согласно ГОСТ Р 58942-2020. Для деталей с отверстиями допуск по длине от базы до проекции отверстия по ГОСТ Р 58942-2020 составляет от 1,5 до 3 мм, инновационная продукция для всех длин будет в допуске не более 0,85 мм. Данные показатели безусловно обеспечат стопроцентную собираемость основных несущих конструкций, сокращая затраты Заказчика по подгонке конструкций и потери времени монтажа. Данная технология позволяет не только повысить точность до крайних значений, но и снизить влияние человеческого фактора практически до 0, не снижая при этом производительность, а напротив ее увеличить при сохранении приемлемой себестоимости выпускаемой продукции.
В целом проект имеет следующие направления новизны, которые представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 — Направления новизны проекта
1. Усовершенствованный технологический процесс.
Для создания модернизированной технологической линии для производства усовершенствованной продукции — металлоконструкции повышенной точности и, соответственно, абсолютной собираемости, для всех групп основных конструкций (колонны, балки, фермы, прогоны, связи) необходимо закупить Линию с ЧПУ для сверления профилей VALIANT 1203 VL (FICEP).
2. Собственное разработанное инновационное программное обеспечение.
Представим роль разработанного инновационного программного обеспечения в усовершенствованном технологическом процессе ООО «ЗМК Евросталь» (рисунок 2).
Рисунок 2 — Место разработанного инновационного программного обеспечения в технологическом процессе ООО «ЗМК Евросталь»
Собственное разработанное инновационное программное обеспечение позволяет модернизировать файлы ЧПУ, которые сгенерированы программным обеспечением Tekla Structures таким образом, чтобы файлы могли быть использованы программным обеспечением ЧПУ FICEP для высокоточной гравировки отсечки (скрайбинг), что позволит изготавливать усовершенствованный продукт — металлоконструкции повышенной точности и абсолютной собираемости. После использования производственного задания станком ЧПУ FICEP в режиме реального времени направляется информация о проделанной работе (какая деталь изготовлена, затраченное время на производство, дата и время начала и окончания операции и т.д.) через собственное разработанное инновационное программное обеспечение в MPI.
Для того, чтобы в полной мере работать с технологией скрайбинга необходимо программное обеспечение.
Скрайбинг — это процесс сбора информации с компьютерной 3D модели и ее автоматической передачи в систему ЧПУ станка с целью нанесения линий разметки и меток на основной детали сборочной единицы для последующего совмещения с ней других деталей (с соответствующими линиями разметки и метками) и в конечном итоге сборки и сварки металлической конструкции. Этот автоматический процесс сокращает трудоемкие процессы ручной разметки и уменьшает количество человеческих ошибок за счет автоматизации, изменяя традиционный способ изготовления металлоконструкций.
Линии разметки и метки наносятся на детали специальным инструментом и позволяют сборщику видеть, где и какой стороной необходимо размещать все детали на основном элементе (рисунок 3).
Рисунок 3 — Ручная разметка
Инструмент для нанесения разметки может использоваться на оборудовании FICEP, оснащенном узлом сверления. Цикл нанесения разметки является автоматическим и полностью контролируется системой ЧПУ (рисунок 4).
Рисунок 4 — Инструмент для нанесения разметки, внешний вид
Инструмент для выполнения операций разметки представляет собой цилиндрическую оправку с механизмом регулировки усилия воздействия рабочего органа оправки на материал. Чем больше усилие на рабочий орган, тем глубже наносится линия разметки. Скорость нанесения разметки составляет 3-5 м/мин.
Рисунок 5 — Инструмент для нанесения разметки
Рабочим органом инструмента для нанесения разметки является твердосплавная пластинка (рисунок 6).
Рисунок 6 — Твердосплавная пластинка
Рисунок 7-Нанесенная разметка, пример
Для серийного производства инновационной продукции — металлоконструкции повышенной точности и абсолютной собираемости, для всех групп основных конструкций (колонны, балки, фермы, прогоны, связи) необходимо закупить следующее новое высокотехнологическое оборудование Линия с ЧПУ для сверления профилей VALIANT 1203 VL (FICEP).
После запуска Линии с ЧПУ для сверления профилей VALIANT 1203 VL (FICEP) произойдут следующие изменения:
- Повышение производительности до 1000 тонн в месяц
- Оптимизация производственного персонала с 20-ти сверловщиков до 2 операторов.
- Улучшение качества продукции.
- Сведение к нулю рисков человеческого фактора.