Электронная почта: mail@sudno1.ru
Основы судовождения
I. Навигация
II. Мореходные приборы и инструменты
III. Морские навигационные карты
IV. Морская лоция
V. Мореходная астрономия
VI. Электронавигационные и радиотехнические средства судовождения
VII. Метеорология
VIII. Океанография
Судостроения XXI века
Статьи

Суда из кубиков
Не в совокупности ищи единства, но более - в единстве разделения.
Козьма Прутков. Мысли и афоризмы.

Модульные, модульно-агрегатные методы постройки судов - эти словосочетания весьма популярны у судостроителей в последние годы. Многочисленные публикации утверждают, что в переходе к модульному судостроению заключается его будущее. А значит, и судостроительные заводы будущего - это заводы модульного судостроения. В чем же будет заключаться их основное отличие от современных судостроительных предприятий?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо разобраться в принципах модульного судостроения. Здесь, к сожалению, есть еще очень много неясного. В сборнике "Модульная постройка судов" в качестве примера использования модульных принципов в судостроении приводятся данные о разбивке цилиндрической вставки (53,3 % общей длины) одного из серийно строящихся нефте-рудовозов на семь одинаковых корпусных блоков, что позволило "унифицировать сборочно-сварочную и стапельную оснастку, увеличить объем изготовления конструкций на механизированных поточных линиях; сократить продолжительность стапельного периода; снизить трудоемкость постройки судна" '. Как говорится, очень хорошо, что главный конструктор применил одинаковые блоки и секции грузового трюма в цилиндрической его части, но причем тут модульный метод постройки судов?

В публикациях об уже упомянутой американской верфи в Паскагуле также речь идет о модульной постройке судов. Эта верфь в 70-80-х годах осуществила строительство большой серии эскадренных миноносцев типа "Спрюенс", построила пять универсальных десантных кораблей типа "Тарава", несколько контейнеровозов, плавучих полупогружных и самоподъемных буровых установок. Все корабли и суда строились поточно-позиционным методом из крупных корпусных блоков, насыщение которых механизмами и оборудованием достигло 65-90 %. Это все тоже очень интересно, но модульный метод и здесь вроде бы ни при чем. Ведь еще в годы второй мировой войны в Германии осуществлялось крупносерийное строительство подводных лодок из полностью насыщенных корпусных блоков, к тому же изготовленных на разных предприятиях.

Термин "модульно-агрегатный" используется также применительно к методу монтажа механизмов и оборудования судов. Отличие его от обычного агрегатирования (т. е. достапельного монтажа россыпью поставленных механизмов в укрупненные агрегаты) заключается в том, что предметом монтажа являются агрегаты, которые могут применяться на судах различных типов, например, унифицированные водоопреснительные установки . Но и в данном случае правомерность и целесообразность применения термина "модульный" вызывают сомнение, поскольку агрегатирование как таковое уже прочно завоевало себе "место под солнцем", а идея унификации судовых механизмов и оборудования так же стара, как мир.

Наконец, термин "модульный метод" широко применяется сегодня при проектировании и изготовлении судовых надстроек3. Здесь его использование оправдано, поскольку сама идея предусматривает в данном случае унификацию судовых помещений (например, кают, санузлов и т. п.) с целью их блочного изготовления для судов различных типов. Однако трудоемкость работ по обустройству судовых помещений сравнительно невелика, и считать, что в этом случае реализуется модульный метод постройки судов в целом, нет никаких оснований.

Так что же такое модульный метод постройки судов? По-видимому, придется начать с определений. "Сущность модульного принципа,- разъясняют нам его идеологи,- комплектование разнообразных сложных нестандартных изделий с большим различием характеристик из небольшого экономически обоснованного количества типов и типоразмеров одинаковых первичных общих элементов - модулей. Модуль в таком понимании - это самостоятельное изделие, имеющее автономную документацию на изготовление, полностью собранное, прошедшее функциональную проверку и готовое к монтажу. Модули могут легко соединяться, образуя сложные системы (в судостроении- суда и другие плавучие сооружения), разъединяться и заменяться с целью получения систем с другими компонентами и характеристиками при ремонте или модернизации".

Вот, оказывается, в чем дело! Необходимо иметь серийно изготовленные стандартные секции и блоки с соответствующим насыщением, из которых должны собираться суда различных

С использованием  модулей кормовой и  носовой  оконечностей могут   собираться   транспортные   суда   различного   назначения.

Рис 21. С использованием модулей кормовой и носовой оконечностей могут собираться транспортные суда различного назначения.

типов и назначений. Значит, корпусные блоки цилиндрической части нефтерудовоза не имеют к модульному методу постройки судов никакого отношения. И верфь в Паскагуле не реализовала модульного принципа постройки судов. Ведь не собирают же американцы десантные корабли, эсминцы и буровые установки из стандартных корпусных блоков.

Сложнее обстоит вопрос с унифицированными агрегатами водоопреснительных установок. С одной стороны, это вроде бы модули, поскольку они находят применение на судах различных типов. Однако, с другой стороны, дизели, например, или паровые турбины тоже агрегаты. Их давно уже поставляют на суда, причем различных типов, в сборке, а не россыпью. Но никто и никогда не называл их модулями.

Значит, модульный принцип в соответствии с приведенным выше определением реализуется сегодня только при изготовлении помещений надстроек, а модульное судостроение еще впереди? Пройдут годы, и появятся суда различных типов, собранные из стандартных модулей. Соответственно произойдет специализация заводов на изготовление таких модулей. Один завод будет серийно выпускать модули кормовой оконечности судов с энергетической установкой, другой - модули носовой оконечности, третий - модули надстройки. Завершится процесс постройки судов на сборочных верфях, где произойдет "стыковка" доставленных сюда стандартных модулей и индивидуально изготовленных блоков средней части корпуса, в которых будет "заключено" назначение каждого конкретного судна. Таким образом удастся примирить требования дальнейшего углубления и технологической специализации судостроительного производства и функциональной специализации судов...

Удастся ли? Рассматривая проблему стандартизации в судостроении (а модульный подход, безусловно, есть стандартизация), следует отдавать себе отчет в том, что любая стандартизация дает не только определенные преимущества, но и практически всегда имеет недостатки. Построенное из стандартных сборочных единиц - модулей - судно будет в большинстве случаев уступать по основным своим характеристикам судну "индивидуального" проекта. При выполнении одних и тех же функций оно всегда будет иметь большее водоизмещение, большую мощность механизмов, более высокие затраты на эксплуатацию. Что касается стоимости постройки, то соотношение этих стоимостей у стандартного и индивидуально спроектированного судна будет зависеть от взаимного действия двух факторов: выигрыша от увеличения серийности изготовления стандартных сборочных единиц и проигрыша от упомянутой выше.

функциональной избыточности характеристик стандартного судна, что связано с его большей материалоемкостью по сравнению с объективно необходимой для решения поставленных перед судном задач.

Количественная оценка суммарного действия обоих факторов является весьма сложной задачей, требующей разработки специальных методик оценки проигрыша от функциональной избыточности характеристик судов, собранных из стандартных секций и блоков. Априорно можно утверждать, что этот проигрыш будет тем больше, чем более высокие и жесткие требования предъявляются к судну в целом. Выигрыш же будет возрастать с увеличением числа типов судов, при постройке которых используются стандартные сборочные единицы (секции, блоки), и с уменьшением количества строящихся судов каждого типа.

В принципе при создании судов из стандартных сборочных единиц может иметь место и функциональная недостаточность характеристик, если принятые решения не обеспечивают выполнение требований к судну в полной мере. В этом случае проигрыш от стандартизации будет заключаться в недополучении полезного эффекта от использования судна.

Уже в настоящее время накоплен определенный опыт использования при проектировании и постройке разнотипных судов стандартных секций и блоков, т. е. модулей. В конце 40-х годов в СССР был разработан типоразмерный ряд речных наливных барж грузоподъемностью от 100 до 12 000 т, которые должны были собираться из стандартных плоскостных секций размерами 9600X2560 мм. Количество секций на каждую баржу составляло от 22 до 512 штук.

Выполненные расчеты показывали, что трудоемкость серийной постройки барж различной грузоподъемности в случае использования секций-модулей должна была снизиться в 2,2- 2,5 раза. Резко сокращался производственный цикл, пропускная способность верфей возрастала в 2 раза и более. Однако практического воплощения это предложение в то время не получило1.

Хрестоматийный пример модульного метода постройки судов - проект "Пионер" западно-германской фирмы "Блом унд Фосс". На базе стандартных секций и блоков-модулей эта фирма предлагала создать пять вариантов судна: четырех сухогрузов, различающихся дедвейтом, и одного контейнеровоза. Широкая реклама проекта и, казалось бы, очевидные его выгоды обещали фирме лавину заказов, однако в 60-е годы было построено всего лишь 18 судов типа "Пионер" (3 в ФРГ и 15 в других странах по лицензии)2.

Широко известна также модульная постройка в США на Великих озерах судов для перевозки массовых грузов, различающихся длиной и грузоподъемностью. Эти суда собирались из блоков-модулей кормовой и носовой оконечностей и цилиндрической части. На постройку судна длиной 259 м уходило 15 модулей цилиндрической части, а длиной 305 м- 18 таких модулей (модули имели длину 14,64 м при ширине 32 м). Модули цилиндрической части и оконечностей изготовляли на разных верфях, причем модули оконечностей после спуска на воду и стыковки на плаву своим ходом перегоняли на верфь, где изготовляли модули средней части и завершали постройку судов в целом.

В нашей стране при постройке лесовозов, контейнеровозов и универсальных сухогрузных судов на одном заводе использовались либо единый корпус, а значит, и корпусные блоки-модули (лесовоз и контейнеровоз), либо только блок-модуль кормовой оконечности (лесовоз и сухогруз) '. Во Франции в 1964- 1967 годах с использованием одинаковых корпусных блоков была построена серия вспомогательных судов ВМФ типа "Рейн" различного назначения.

Вот, пожалуй, и все. И еще проекты, достаточно много проектов модульной постройки судов, проектов интересных, но нереализованных. Не правда ли, не так уж и много за 40 последних лет истории судостроения?

Почему же не реализуется вполне ясный принцип использования при постройке разнотипных судов унифицированных сборочных единиц? Кто или что этому мешает? Может быть амбиции главных конструкторов, их желание сделать что-то, пусть дороже, но свое?

Вероятно, нет. Не оригинальность конструкторских решений препятствовала до сих пор унификации на уровне сборочных единиц в судостроении. Таким препятствием была, есть и будет уже рассмотренная неоднозначность конечного эффекта подоб

Переход  модулей  кормовой  и  носовой  оконечностей  судна  в  состыкованном виде с верфи, где они были изготовлены, на судосборочную верфь.

Рис 22. Переход модулей кормовой и носовой оконечностей судна в состыкованном виде с верфи, где они были изготовлены, на судосборочную верфь.

ного мероприятия. По этой причине использование корпусных блоков-модулей (или, как их еще называют, конструктивных модулей) и в XXI веке будет ограничено судами отдельных типов и назначений. В их число не войдут суда, строящиеся достаточно крупными сериями (для которых эффект от стандартизации сборочных единиц будет минимальным), а также предназначенные для решения сложных и ответственных задач (поскольку для них велик проигрыш от функциональной избыточности характеристик). И уж, во всяком случае, модульная постройка судов (в этом понимании) не будет определять облик судостроения XXI века в целом.

Значительно в большей степени привлекает использование на судах так называемых функциональных модулей - сборочных единиц межпроектного применения, основу которых составляет судовое оборудование (механическое, теплотехническое, электронное и др.), смонтированное на корпусных конструкциях, прошедшее соответствующую проверку и готовое к выполнению своих функций после установки модуля на судно. В отличие от агрегатов (например, дизелей или паровых турбин) функциональные модули являются частью судна, его корпуса или надстройки, а не насыщением судна. Отличаются функциональные модули и от зональных блоков, применяемых в настоящее время в судостроении. Зональные блоки (юниты) - секции корпуса судна со штатно размещенными на них оборудованием, трубопроводами, кабельными проводками и т. п. Эти блоки, как и модули, являются частью судна, но используются лишь на судах одного проекта и большей частью не обладают "функциональной" автономностью.

Применение функциональных модулей будет обусловлено не столько требованием совершенствования технологии судостроения, сколько эксплуатационными соображениями. С их помощью, возможно, удастся разрешить еще одно, четвертое противоречие развития судостроения - противоречие между все увеличивающимся сроком службы ("потенциальным долголетием") судов как плавучих платформ (вследствие совершенствования конструкционных материалов, защитных покрытий, повышения надежности и ресурса судовых механизмов и т. п.) и уменьшающимся временем эффективной службы судна из-за ускорения морального старения техники (особенно приборной) в условиях стремительного научно-технического прогресса. Смонтированные в виде функциональных модулей технологическое оборудование, радиолокационные, радиосвязные и навигационные комплексы смогут заменяться в процессе эксплуатации судов с минимальными затратами труда и времени на новые, более совершенные образцы, обеспечивая тем самым поддержание на должном уровне эффективность судна как системы.

Безусловно, модульная замена оборудования станет возможной только в том случае, если разработчики оборудования при создании новых его образцов будут соблюдать преемственность технических решений, обеспечивать сохранение массогабаритных характеристик оборудования, его базовых и присоедини- тельных размеров, мест подсоединения трубопроводов, электрических кабелей и иных коммуникаций. Для этого необходима система типизации функциональных модулей, которая координировала бы действия проектантов судов и разработчиков оборудования, определяла типы судового оборудования, для которых целесообразна разработка функциональных модулей, предусматривала разработку технических условий на проектирование таких модулей, согласовывала действия всех сторон, участвующих в проектировании.

А как скажется внедрение функциональных модулей на облике будущего судостроительного производства? Во-первых, часть монтажных работ верфи при этом неизбежно будет передана заводам - изготовителям судового оборудования, где, благодаря значительно большей повторяемости работ, удастся существенно повысить их технический уровень, перейти на механизированную и автоматизированную сборку модулей. Во-вторых, процесс установки функциональных модулей на судно будет неоднократно повторяться в течение эксплуатации, что обусловит целесообразность интеграции судостроительного (в части монтажа модулей) и судоремонтного производства и создания специальных средств для погрузки-выгрузки модулей. Эти последствия, однако, также существенно не изменят облика судостроения XXI века.

Что же еще можно ожидать в части модульного судостроения? Если - принципиально, то стандартизации размеров сборочных единиц, т. е. секций и блоков судна. Подобная система стандартизации, устанавливающая ограничения на технологическое членение корпусов строящихся судов, должна относительно слабо влиять на проектные решения (проектант при этом не ограничен в выборе главных размерений, компоновке общего расположения и т. п.1), а значит, приводить к минимальной функциональной избыточности характеристик судов.

Вместе с тем стандартные размеры секций и блоков будут "дисциплинировать" проектантов и технологов, обеспечат использование типовых технологий при сборке корпусов разнотипных судов. Станет возможным взаимосогласование работ по созданию новых судов, технологических процессов и специализированного оборудования для механизации и автоматизации корпусосборочных и монтажных работ при постройке судов. Ориентируясь на стандартные размеры сборочных единиц, будут созданы стенды для автоматической сборки и соединения корпусных конструкций, кантователи, автоматизированные монтажные стенды для загрузки в блоки механизмов и оборудования, агрегаты для стыковки блоков на стапеле и другие образцы судосборочного оборудования, рассчитанные и экономически оправданные для использования при постройке судов различных типов и назначений.

Безусловно, стандартные размеры сборочных единиц при этом должны быть заданы не однозначно, а в виде параметрического ряда, устанавливающего габариты секций и блоков для судов нескольких типоразмерных групп. Число таких групп определится в будущем, однако и сегодня ясно, что:
— число таких групп не должно быть большим, иначе теряется смысл стандартизации сборочных единиц, так как для каждого типоразмера секции и блока придется иметь свое сборочное оборудование;
— при разбивке на секции число типоразмерных групп будет меньшим, чем при разбивке на блоки, поскольку размеры блоков не зависят непосредственно от размеров секций;
— габариты стандартных секций и блоков будут ограничены в определенных допусках, размеры которых составят, вероятно, десятки сантиметров, а может быть и метры;
— установленные допуски на габариты стандартных сборочных единиц, а также различия в их конструкции у судов разных типов будут "выбираться" самим сборочным оборудованием, которое с этой целью должно быть быстро переналаживаемым.

Подобные стандартные размеры сборочных единиц в судостроении отдаленно напоминают модули в архитектуре и строительстве, т. е. условно выбранные размеры, принимаемые для выражения кратных- соотношений между размерениями отдельных частей зданий и сооружений1. По этой причине они могут быть названы размерными модулями2 в отличие от ранее рассмотренных физических модулей (конструктивных и функциональных). Размерные модули в судостроении также будут служить целям координации размерений судов с размерами блоков и секций, а через них - с размерами листового проката (или иного материала), из которого эти конструкции изготовляются, и размерами оборудования, производственных помещений и сооружений.

Размерные модули - неизбежный шаг в развитии судостроения. Только на основе их использования станет возможной технологическая специализация корпусосборочного производства. В сочетании с агрегатированием механизмов и оборудования это производство должно превратиться в специализированные блочно-монтажное и судосборочное (стапельное) производства. При этом практически все оборудование (кроме функциональных модулей) будет монтироваться в виде агрегатов при сборке блоков. Соответственно в блоках должны быть выполнены полностью трубопроводные и электромонтажные работы с выводом на стыковочные плоскости соединительных фланцев транзитных трубопроводов и кабельных разъемов. В свою очередь блочный монтаж оборудования потребует создания на позициях сборки блоков специальных проверочных стендов, с помощью которых можно было бы убедиться в работоспособности смонтированного оборудования, для чего эти стенды должны имитировать отсутствующие элементы судовых систем и устройств, находящихся в других уже собранных или только еще намечаемых к сборке корпусных блоках, а также функциональные модули.

Последние будут устанавливаться на заключительных стадиях постройки судна: при стапельной сборке или даже на плаву. Монтаж функциональных модулей при блочной сборке противоречит основной идее, во имя которой эти модули создаются. Ведь они должны заменяться в процессе эксплуатации судов с минимальными затратами труда и времени (о какой минимизации может идти речь, если для выемки функциональных модулей придется разрезать судно на блоки).

Таким образом, модульное судостроение будущего - это комплексный подход к проектированию, постройке и эксплуатации судов, предусматривающий:
— максимально возможное насыщение корпусных блоков строящихся судов механизмами и оборудованием с предварительным их агрегатированием в цеховых условиях;
— широкое использование размерных модулей как основы дальнейшего углубления технологической специализации судостроительного производства и повышения уровня механизации и автоматизации корпусосборочных и монтажных работ;
— применение функциональных модулей с целью улучшения ремонтопригодности судов и повышения их устойчивости к моральному старению;
— использование конструктивных модулей при постройке судов отдельных типов для повышения серийности производимой продукции.

При этом сохраняется ранее достигнутый уровень технологической специализации в корпусообрабатывающем, секционно-сборочном (то же, что и сборочно-сварочное производство, если в будущем сварку заменят иные способы соединения деталей корпуса), трубозаготовительном производствах и при агрегатировании судового оборудования. Появляется ряд новых специализированных производств: блочно-монтажное (возможно также промежуточное секционно-монтажное производство, особенно при постройке крупнотоннажных судов), судосборочное, изготовления надстроек и достроечно-монтажное. Последнее будет располагать специальным механизированным оборудованием для погрузки на суда и установки на штатные места блоков надстроек и функциональных модулей оборудования.

Таким образом, переход к модульному судостроению обеспечит дальнейшее углубление технологической специализации судостроительного производства, несмотря на сохранение многотипности его продукции, т. е. позволит в максимально возможной степени сгладить первое противоречие развития судостроения. Другими словами, одновременно с повышением уровня механизации и автоматизации производства будет происходить повышение его гибкости. А о том, что такое производственная гибкость, речь пойдет в следующей главе.
Все права защищены © 2007
sudno1.ru