573 PLANOWANIE ZAPOTRZEBOWANIA MATERIAŁOWEGO PROCESÓW MONTAŻU WIELKOWYMIAROWYCH KONSTRUKCJI OCEANOTECHNICZNYCH Remigiusz IWAŃKOWICZ Streszczenie: W artykule opisano procesy projektowania i budowy wielkowymiarowych konstrukcji oceanotechnicznych. Zwrócono uwagę na rolę projektowania technologicznego w kształtowaniu kosztów produkcji. Zaproponowano model pozwalający wyznaczyć harmonogram zapotrzebowania materiałowego dla zadanego podziału prefabrykacyjnego. Przeprowadzono analizę przykładowych danych wejściowych i rozważono kryteria związane z równomiernością produkcji detali konstrukcyjnych. W podsumowaniu zaproponowano kolejne kryteria, które można rozwinąć wykorzystując model w optymalizacji podziału prefabrykacyjnego konstrukcji. Słowa kluczowe: konstrukcje oceanotechniczne, podział prefabrykacyjny, montaż wielostopniowy, zapotrzebowanie materiałowe. 1. Wstęp Wielkowymiarowe konstrukcje oceanotechniczne (konstrukcje WO) wykorzystywane są w przemyśle offshore oraz jako kadłuby statków handlowych. Są to struktury o dużej komplikacji geometrycznej, podczas eksploatacji poddawane złożonym obciążeniom ze strony elementów otoczenia (woda, wiatr, nasłonecznienie), napędów, ładunku, innych urządzeń i konstrukcji (operacje cumowania, przeładunku). Projektowanie konstrukcji WO wiąże się z koniecznością przewidywania odpowiedzi konstrukcji na te odciążenia, przy równoczesnym uwzględnianiu specyficznych wymagań funkcjonalnych dotyczących między innymi parametrów hydrodynamicznych, pojemnościowych (ładunek, zapasy, balast), a często nawet estetycznych [13]. Dodatkowo projektanci muszą pamiętać, że ich nawet najdrobniejsze decyzje mogą mieć silny wpływ na koszty produkcji, eksploatacji i recyklingu. W projektowaniu konstrukcji WO wyróżnimy trzy obszary, które realizowane są cyklicznie na zasadzie sprzężeń zwrotnych (rys. 1): projektowanie funkcjonalne – ustalane są wymiary kluczowe z punktu widzenia realizowanych funkcji, np. rozmieszczenie przegród, poszyć, przejść, dobór kształtów wpływających na estetykę oraz aero- i hydrodynamikę, Projektowanie funkcjonalne Obliczenia wytrzymałościowe Projektowanie technologiczne Produkcja Rys. 1. Sprzężenie projektowania konstrukcji WO z produkcją
14
Embed
PLANOWANIE ZAPOTRZEBOWANIA MATERIAŁOWEGO … · odkształcenia spawalnicze, wady materiału, nieterminowość dostaw zabezpieczających proces. Najczęściej informacje o sile oddziaływania
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
573
PLANOWANIE ZAPOTRZEBOWANIA MATERIAŁOWEGO
PROCESÓW MONTAŻU WIELKOWYMIAROWYCH
KONSTRUKCJI OCEANOTECHNICZNYCH
Remigiusz IWAŃKOWICZ
Streszczenie: W artykule opisano procesy projektowania i budowy wielkowymiarowych konstrukcji oceanotechnicznych. Zwrócono uwagę na rolę projektowania technologicznego w kształtowaniu kosztów produkcji. Zaproponowano model pozwalający wyznaczyć harmonogram zapotrzebowania materiałowego dla zadanego podziału prefabrykacyjnego. Przeprowadzono analizę przykładowych danych wejściowych i rozważono kryteria związane z równomiernością produkcji detali konstrukcyjnych. W podsumowaniu zaproponowano kolejne kryteria, które można rozwinąć wykorzystując model w optymalizacji podziału prefabrykacyjnego konstrukcji. Słowa kluczowe: konstrukcje oceanotechniczne, podział prefabrykacyjny, montaż wielostopniowy, zapotrzebowanie materiałowe. 1. Wstęp
Wielkowymiarowe konstrukcje oceanotechniczne (konstrukcje WO) wykorzystywane
są w przemyśle offshore oraz jako kadłuby statków handlowych. Są to struktury o dużej
komplikacji geometrycznej, podczas eksploatacji poddawane złożonym obciążeniom ze
strony elementów otoczenia (woda, wiatr, nasłonecznienie), napędów, ładunku, innych
urządzeń i konstrukcji (operacje cumowania, przeładunku). Projektowanie konstrukcji WO
wiąże się z koniecznością przewidywania odpowiedzi konstrukcji na te odciążenia, przy
równoczesnym uwzględnianiu specyficznych wymagań funkcjonalnych dotyczących
między innymi parametrów hydrodynamicznych, pojemnościowych (ładunek, zapasy,
balast), a często nawet estetycznych [13]. Dodatkowo projektanci muszą pamiętać, że ich
nawet najdrobniejsze decyzje mogą mieć silny wpływ na koszty produkcji, eksploatacji
i recyklingu.
W projektowaniu konstrukcji WO
wyróżnimy trzy obszary, które realizowane
są cyklicznie na zasadzie sprzężeń
zwrotnych (rys. 1):
projektowanie funkcjonalne –
ustalane są wymiary kluczowe z
punktu widzenia realizowanych
funkcji, np. rozmieszczenie
przegród, poszyć, przejść, dobór
kształtów wpływających na estetykę
oraz aero- i hydrodynamikę,
Projektowanie funkcjonalne
Obliczenia wytrzymałościowe
Projektowanie technologiczne
Produkcja
Rys. 1. Sprzężenie projektowania
konstrukcji WO z produkcją
574
wskazanie miejsc montażu wyposażenia,
obliczenia wytrzymałościowe – ustalane są wymiary pozwalające konstrukcji
przenosić obciążenia związane z pełnionymi funkcjami. Na tym etapie najczęściej
dobierane są grubości poszyć oraz rozmieszczenie i wielkości usztywnień.
Wszelkie decyzje dotyczące geometrii muszą być utrzymane w przedziałach
ustalonych na etapie projektowania funkcjonalnego. W przypadkach
konfliktowych projekt przechodzi ponowną weryfikację funkcjonalną,
projektowanie technologiczne – dobierane są elementy i sposoby ich łączenia.
Wymiary ustalone na etapie wytrzymałościowym stanowią tu najczęściej dolne
ograniczenia, tzn. dobrane elementy mogą tworzyć konstrukcję przewymiarowaną,
jednak przy uwzględnieniu kryterium minimalizacji masy.
Zależność parametrów funkcjonalnych, wytrzymałościowych i technologicznych
konstrukcji od zmiennych projektowych jest przedmiotem badań od dziesięcioleci.
W efekcie rozwinęły się liczne obszary wiedzy, które jednak nie tworzą modelu
zintegrowanego. Wątpliwe jest aby kiedykolwiek taki kompleksowy model matematyczny
powstał [2]. Musiałby on uwzględniać zmienne geometrii konstrukcji (setki tysięcy
powierzchni, krawędzi, krzywizn), dane materiałowe, potencjał technologiczny producenta
i setek (czasem tysięcy) kooperantów, a także warunki eksploatacji (prognozowane na 20,
30 lat wprzód).
Produkcja konstrukcji WO jest najczęściej jednostkowa lub niskoseryjna a ich
projektowanie ma charakter prototypowy. Ponieważ równocześnie brak jest
zintegrowanego modelu optymalizacji geometrii konstrukcji, więc projektanci zmuszeni są
do stosowania tak zwanej spirali projektowej [12, 16]. Prowadzi to do wydłużenia czasu
projektowania oraz zmian w projekcie wprowadzanych jeszcze na etapie realizacji budowy.
Koszty takich zmian są olbrzymie i często trudne do identyfikacji.
Konstrukcje WO należą do grupy konstrukcji powłokowych usztywnionych, powstają
w wyniku połączenia zbioru elementów, które wcześniej zostają wyprodukowane
z materiałów hutniczych. W efekcie wyróżnimy dwa główne etapy produkcji konstrukcji
wielkowymiarowych: obróbkę i montaż (rys. 2). Obróbce poddawane są materiały
w postaci arkuszy blach oraz kształtowników walcowanych na gorąco. Elementy są
wycinane z materiałów, po czym poddawane są
znakowaniu, obróbce krawędzi (przygotowanie do
spawania) i obróbce plastycznej [18, 19]. Obrobione
elementy stanowią materiał wejściowy procesów
montażu konstrukcji. Najpierw montowane są proste
prefabrykaty, a następnie bardziej złożone.
Istotnym elementem projektowania
technologicznego konstrukcji jest wybór jej
optymalnego podziału prefabrykacyjnego (PP).
Efektem każdego PP jest ustalenie płaszczyzn
podziału konstrukcji na części, tak zwane
prefabrykaty, które mają podlegać montażowi. W
odróżnieniu od zagadnień montażu mechanizmów,
konstrukcje WO nie mają ustalonego PP. To znaczy,
że ustaloną konstrukcję można podzielić na wiele
różnych sposobów. W praktyce przemysłowej
zadanie to realizowane jest przez technologów-
ekspertów.
Obróbka elementów
konstrukcyjnych
Wielostopniowy montaż
konstrukcji
Materiały wejściowe montażu:
elementy poszyć, usztywnień,
węzłówek
Materiały wejściowe obróbki:
arkusze blach, kształtowniki
walcowane na gorąco
Rys. 2. Etapy budowy
konstrukcji WO
575
Należy zaznaczyć, że montaż konstrukcji WO przebiega najczęściej wielostopniowo.
Oznacza to, że również PP konstrukcji można rozważać jako jednostopniowy (wyróżnienie
prefabrykatów, z których konstrukcja jest montowana bez rozróżnienia kolejności) oraz
wielostopniowy (podział z zaznaczeniem sekwencji montażu).
Celem artykułu jest przedstawienie metody generowania harmonogramu
zapotrzebowania materiałowego (HZM) na podstawie znanego PP konstrukcji.
Opracowana metoda należy do grupy narzędzi typu CIM (ang.: Computer Integrated
Manufacturing) [17]. Potrafiąc w sposób automatyczny generować HMZ możemy
rozważać różne warianty PP pod kątem wartości wybranych cech HZM, np. regularności
zapotrzebowania. Proponowana metoda może stanowić moduł większego modelu
optymalizacyjnego PP dowolnej konstrukcji, w którym zaimplementowane będą również
inne kryteria, na przykład:
maksymalizacja powtarzalności operacji montażowych (technologie grupowe),