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        型鋼設(shè)計(jì)自動化研究

        2012-10-30 08:12:14費(fèi)玉清陳麗華
        船舶與海洋工程 2012年4期
        關(guān)鍵詞:套料下料坡口

        費(fèi)玉清,陳麗華

        (江南造船集團(tuán)有限公司,上海 201913)

        0 引 言

        目前,型鋼生產(chǎn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化與自動化切割是國內(nèi)外各先進(jìn)船廠的主要發(fā)展方向。目前國內(nèi)的型鋼生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙模式,自動化水平與先進(jìn)國家還存在較大差距。將型鋼的設(shè)計(jì)流程與生產(chǎn)更緊密的結(jié)合,提高設(shè)計(jì)效率與正確率是目前迫切需要解決的主要任務(wù)。本文以球扁鋼,不等邊角鋼及不等邊不等厚角鋼3種船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常用型鋼為對象進(jìn)行型鋼建模的精細(xì)化研究;型鋼下料草圖的自動出圖研究;型鋼的自動套料與材料管理;型鋼切割機(jī)的指令控制研究。

        1 研究情況和成果

        根據(jù)型鋼生產(chǎn)設(shè)計(jì)與切割流水線的生產(chǎn)要素,對各設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行歸納分類,形成型鋼精細(xì)化建模與型鋼下料圖的標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到型鋼設(shè)計(jì)的有效集成,開發(fā)型鋼下料圖的自動出圖程序。項(xiàng)目系統(tǒng)框架見圖1。

        1.1 型鋼建模的精細(xì)化研究

        必須對型鋼的整個設(shè)計(jì)流程中各個環(huán)節(jié)的要素進(jìn)行分析,才能將所有后續(xù)環(huán)節(jié)的要素在建模中完整體現(xiàn)。型鋼建模的精細(xì)化研究包括型鋼生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程分析,型鋼設(shè)計(jì)與生產(chǎn)要素分析,型鋼建模的控制文件要求,型鋼建模特別注意事項(xiàng)等[1]。

        1.1.1 原有型鋼生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程

        原有型鋼設(shè)計(jì)的流程是分散在各個階段,信息的傳遞與后續(xù)設(shè)計(jì)的依托是紙質(zhì)圖紙,各個階段的聯(lián)系通過圖紙建立,見圖2。要將建模細(xì)化,必須將后續(xù)工序紙面信息通過數(shù)據(jù)內(nèi)部流轉(zhuǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián),將分散的工序變?yōu)閺?fù)合工序來完成。

        圖1 項(xiàng)目的系統(tǒng)框架

        圖2 原有型鋼生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程圖

        1.1.2 型鋼生產(chǎn)設(shè)計(jì)要素分析

        型鋼設(shè)計(jì)與生產(chǎn)要素,在設(shè)計(jì)的不同階段,每個環(huán)節(jié)要求都不一樣,但是可以進(jìn)行整合,前道工序的數(shù)據(jù)在后道工序中部分可以重復(fù)利用,見圖3。

        圖3 型鋼生產(chǎn)設(shè)計(jì)要素分析

        1.2 型鋼下料圖的自動出圖

        型鋼下料圖的流程見圖4。

        圖4 型鋼下料流程

        1.3 型鋼的自動套料與材料管理

        型鋼的自動套料與材料管理分兩個階段,前期是進(jìn)行型鋼材料預(yù)估與生成訂貨清單,后階段是根據(jù)訂貨清單進(jìn)行自動套料并生成零件套料并明細(xì)與分段材料領(lǐng)用清單及余料說明[2]。

        在型鋼材料預(yù)估中,按各類型材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求、材料進(jìn)口與國產(chǎn)采購要求、切割機(jī)設(shè)施要求等方面對型鋼母材要素進(jìn)行規(guī)范化,建立了基本型鋼母材數(shù)據(jù)庫。材料預(yù)估母材只能從母材數(shù)據(jù)庫中選取,參照每次套料后的利用率來選取合適的母材規(guī)格,再按照字組進(jìn)行母材規(guī)格合并,盡量壓縮訂貨種類,重新套料后生成訂貨清單,見圖5。

        圖5 型鋼材料清單

        1.4 型鋼切割機(jī)的指令控制研究

        PCL600數(shù)控等離子型材自動切割機(jī)為由電腦控制和可編程的固定式切割機(jī),適合切割有角度剖面的型材。由于PCL600型鋼切割機(jī)的指令實(shí)現(xiàn)在不同的船廠使用不同的方式。通過各類不同方法的研究分析以及與新模式出圖方式的比較,決定由設(shè)計(jì)部門直接生成套料后的型材下料圖與套料后型鋼切割指令文件,這樣圖紙直觀,零件流程與流向清晰,指令有明確的零件圖與料對應(yīng),材料管理不易出錯,且操作人員不用重新調(diào)整切割機(jī)的設(shè)置。

        在切割指令實(shí)現(xiàn)的過程中,經(jīng)歷了多次切割仿真測試與現(xiàn)場切割測試,發(fā)現(xiàn)切割機(jī)的劃線功能存在問題,通過在程序中逐步過濾掉此類指令,切割機(jī)才開始動作。在型鋼坡口試割中,發(fā)現(xiàn)腹板面板坡口按比例切割不能滿足生產(chǎn)要求,腹板與面板坡口實(shí)際切割狀況與設(shè)計(jì)要求偏差較大,誤差在5°左右,于是在指令中增加了面板坡口定義,解決了此類問題。在切割測試過程中,HGG公司通過修正切割核心指令與切割仿真軟件,逐步達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

        PCL600等離子型鋼切割機(jī)現(xiàn)場切割測試如下:

        1) 型鋼坡口切割測試見圖6,坡口在20°±2°以內(nèi),達(dá)到坡口切割標(biāo)準(zhǔn);

        2) 型鋼端頭削斜測試見圖7,型鋼端頭沖勢與長圓切角能正確切割,與設(shè)計(jì)要求相符;

        圖6 型鋼坡口切割測試

        圖7 型鋼端頭削斜測試

        3) 型鋼開口尺寸測試見圖8,過焊孔位置與開孔尺寸偏差在2mm以內(nèi),表面質(zhì)量良好,達(dá)到尺寸切割偏差標(biāo)準(zhǔn)與切割面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);

        4) 型鋼球頭削斜見圖9,原型鋼面板球頭削斜無留根,直接割到底,與結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不符,經(jīng)過HGG公司的機(jī)器控制調(diào)整和切割指令修正約定,對“S”符號端頭的型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn),型鋼球頭留根約定為 2倍腹板厚度,球頭削斜約定為30°,經(jīng)現(xiàn)場切割測試,切割情況良好,能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求與焊接要求。

        圖8 型鋼開口尺寸測試

        圖9 型鋼球頭削斜

        2 結(jié) 語

        通過對型鋼設(shè)計(jì)要素的分析,得到各類信息存入數(shù)據(jù)庫,再由自動出圖程序生成各種型鋼下料圖。型鋼生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一體化使組立圖面表達(dá)信息完整性提高,組立圖紙與型鋼下料草圖,型鋼切割指令相互關(guān)聯(lián),保證了生產(chǎn)設(shè)計(jì)中構(gòu)件信息的一致性,減少了錯誤發(fā)生的幾率,產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高,為精度控制,重量控制和訂貨提供了強(qiáng)有力的支持[3]。

        [1] JNS01-012. 4-2011. 船用物資代碼-船體[S].

        [2] JNS03-502. 1-2009. 鋼材設(shè)計(jì)指南[S].

        [3] 黃正年,錢 華. 造船數(shù)字化的關(guān)鍵應(yīng)用研究[J]. 上海造船,2010, (4): 67-73.

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