На одной волне

На одной волне

Производительность сварочных работ можно увеличить в пять раз

Ученые из Санкт-Петербургского государственного морского технического университета (СПбГМТУ) разработали несколько инноваций для российского судостроения. Благодаря лазерно-дуговой установке производительность сварочных работ при строительстве судов увеличится в шесть раз, а новая цифровая верфь позволит строить их еще быстрее.

Гибридная лазерно-дуговая сварка (ГЛДС) позволяет сваривать крупногабаритные судовые конструкции

Фото: Евгений Переверзев, Коммерсантъ

Инновационную сварочную лазерно-дуговую установку ученые из Института лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ) при СПбГМТУ разрабатывали начиная с 2006 года, в рамках сотрудничества с Онежским судостроительно-судоремонтным заводом, который скоро модернизируют за счет федерального бюджета по решению правительства России, и он станет первой российской цифровой верфью. Разработка технологии гибридной лазерно-дуговой сварки и оборудования на основе мощных волоконных лазеров отечественного производства подразумевала десятки научных экспериментов, в ходе которых были опробованы разные способы сварки шовных труб большого диаметра и плоских судовых секций.

Сварка особого назначения

Принципиальных технических отличий от иностранных аналогов в отечественном оборудовании нет, но российская инновация разработана с учетом номенклатуры материалов, используемых в отечественном судостроении, и является внутрироссийской разработкой, говорят в ИЛИСТ. Одно из главных преимуществ новой установки по отношению к традиционным видам сварки — ее скорость и качество получаемых сварных соединений. Позволяя сваривать конструкции со скоростью до трех метров в минуту, установка дает возможность оставлять зазор между кромками деталей до двух миллиметров, что в пять раз больше, чем при лазерной сварке.

«Этот факт открывает возможности для сварки крупногабаритных судовых конструкций, в отличие от лазерной сварки,— говорит Вячеслав Осипов, начальник отделения промышленных лазерных и электрофизических технологий ИЛИСТ СПбГМТУ.— Смягчение термического цикла материала в околошовной зоне и возможность легирования металла шва за счет присадочной проволоки позволяет избежать появления закалочных структур в шве и зоне термического влияния, при этом существенно снижается погонная энергия по сравнению с дуговой сваркой, что обеспечивает существенное снижение величины сварочных деформаций. Применение инновации позволяет почти в пять раз повысить производительность сварочных работ при таком же снижении затрат. А учитывая, что при строительстве корпусов трудоемкость и расходы на сварку составляют около 40% от общей стоимости строительства корпуса судна, эффект от внедрения ГЛДС может играть решающую роль для повышения эффективности судостроительного производства».

Инновационная сварка в мировом судостроении

Востребованность применения в машиностроении новой сварочной технологии давно подтвердил мировой опыт. Первыми ее применили европейские верфи, строящие океанские пассажирские лайнеры. Двадцать лет назад немецкая Meyer Werft стала первым предприятием, построившим за счет этой технологии крупные панели судов. Компания Mitsubishi Heavy Industries (Япония) с 2010 года начала применять метод этой сварки при производстве коммерческих судов, а также судов, предназначенных для перевозки сырой нефти, сжиженного газа и контейнерных судов. Китай тоже проявляет повышенный интерес к внедрению инновационного сварочного процесса в судостроении: компания Zhongke Yuchen разработала аналогичную технологию при мощности лазерного излучения 10 кВт, позволяющую сваривать встык листы из высокопрочной стали EH36 толщиной 10–18 мм, которая в основном используется в судостроении. Также этой компанией была создана технология соединения листов из алюминиевого сплава толщиной 5–8 мм для применения этих конструкций при строительстве скоростных катеров, паромов, патрульных катеров, яхт.

Научная работа над новой технологией велась при поддержке ФАУ «Российский морской регистр судоходства», в результате нее в этом году выполнена опытная аттестация технологических процессов лазерной и лазерно-дуговой сварки с применением материалов, используемых в судостроении. Эта аттестация, к слову, позволяет применять ее на российских судостроительных заводах. Однако активный интерес к этой технологии отечественные судостроители начали проявлять только с 2022 года, на новой волне общего повышения внимания российской промышленности к российским инновациям.

Одним из покупателей новой технологии является Балтийский завод. Он уже предоставил образцы судостроительных сталей и свои лабораторные мощности для проведения испытаний сварных соединений, полученных благодаря инновации, и подготовил технико-коммерческое предложение по модернизации линии сварки плоских секций.

Новую технологию сварки в будущем году применят и на Онежском судостроительно-судоремонтном заводе, который уже заключил договор с институтом на поставку сварочной установки.

Цифра нового поколения

Фото: Евгений Переверзев, Коммерсантъ

Онежский судостроительно-судоремонтный завод не только будет применять на своих производственных мощностях новую разработку с будущего года, но и сам станет в каком-то смысле инновацией. На его базе планируется создать первую в России цифровую верфь, чей рабочий цикл будет оцифрован, начиная с проектирования судов и заканчивая их сходом со стапеля. По словам ученых и инженеров, проект представляет собой единую цифровую базу данных, начиная с информации о том, сотрудники каких специальностей, возраста и квалификации работают на предприятии в данный момент, до сведений об исправности и нахождении систем безопасности, контроля центра управления завода за всеми производственными процессами, связанными с цифровой маркировкой, контролем качества будущего судна или его конструкций.

Создание тиражируемого масштабируемого решения для цифровой верфи среднетоннажного коммерческого судостроения очень актуально для российской судостроительной отрасли с учетом динамично меняющейся производственной программы, международной кооперации, импортозамещения и жесткой конкуренции на внутреннем и внешнем рынках. В современном мире цифровые технологии стали одним из основных инструментов обеспечения конкурентоспособности, а иногда и выживания судостроительных компаний. Реализация проектов по внедрению продуктов, сервисов и платформенных решений, созданных на базе «сквозных» цифровых технологий, является одним из ключевых инструментов повышения конкурентоспособности отечественной промышленности в условиях перехода к «Индустрии 4.0».

Цифра в мировом океане

Мировая судостроительная отрасль — весьма консервативная среда, без энтузиазма относящаяся к разного рода инновациям, поэтому оцифровывание верфей в мировой практике проходит небыстрыми темпами. Кроме России, аналогичные процессы идут в США, где не первый год активно оцифровывают производство верфи Newport News Shipyard, внедряя систему Shipbuilding 4.0. Тот же процесс оцифровывания идет сразу на трех крупных судостроительных корейских заводах Samsung Heavy Industries, Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering и Hyundai Heavy Industries. Корейцы и американцы намерены сэкономить несколько миллиардов долларов за счет цифры, а еще продолжить инновационные разработки для создания умных кораблей с повышенным количеством автоматизированных процессов. В Австралии цифровая трансформация верфей началась сравнительно недавно, в 2018 году. Систему Shipbuilding 4.0 внедряют небыстро, но последовательно, первой из верфей стала Adelaide Australian Navy. Сейчас пришел черед России.

Цифровая верфь — это глубоко интегрированное сочетание самых современных информационных и производственных цифровых технологий, говорят в СПбГМТУ. Сочетание и функциональность этих технологий тщательно продуманы и сбалансированы на этапе проектирования. Каждый из элементов должен стать необходимой и достаточной составляющей интегрированного решения, обеспечивающего реализацию инновационной модели процессов гибкого высокоавтоматизированного цифрового производства.

«Новая процессная модель является основой проекта цифровой верфи. Сегодня цифровизация открывает широкие возможности по изменению традиционно сложившихся в отрасли бизнес- и технологических процессов. Однако для успешной цифровой трансформации необходимы условия, наиболее значимыми из которых являются изменение мышления, принятие идей и принципов цифровизации, наличие организационной и технологической возможностей обеспечения цифровой непрерывности всего жизненного цикла изделия, наличие цифрового или цифровизуемого оборудования, гибкость и перенастраиваемость производственных мощностей. Соблюдение этих условий позволяет эффективно использовать цифровые технологии и лучшие практики их применения. Следует отметить, что многие из технологий и практик требуют тщательного анализа эффективности применения. Отсутствие опыта их использования на отечественных судостроительных предприятиях привело к необходимости проведения такого анализа в рамках проекта»,— говорит декан факультета цифровых промышленных технологий СПбГМТУ, кандидат технических наук Алексей Липис.

Система управления в онлайн-режиме будет фиксировать, на каком этапе именно сейчас находится работа каждого сотрудника верфи

Фото: Виталий Аньков / РИА Новости

Разработчики проекта задумывали цифровую верфь как инструмент управления предприятием для его менеджмента. В управленческие процессы вставлены современные информационные системы, для оптимизации производственных цепочек используют искусственный интеллект, а контролируют этот процесс по технологии big data. Разработчики подчеркивают, что цифровая верфь не является цифровым двойником будущего предприятия в общепринятом смысле этого понятия, подразумевающем математическую модель производства. Этот проект, разработанный учеными из петербургской «корабелки»,— настоящая верфь, сделанная в соответствии со всеми требованиями.

Трансформация Онежского судостроительного в цифровую верфь в целом позволит непрерывно и круглосуточно следить за финансовыми, материальными, трудовыми, энергетическими ресурсами на будущей верфи и постоянно контролировать ход подготовки конкретного заказа и выполнения производственной программы предприятия в целом. Проще говоря, вся система управления верфью в онлайн-режиме будет фиксировать, чем именно сейчас занимаются сотрудники предприятия (предполагается, что большей части персонала, занятого конструированием судов и их конструкций, раздадут планшеты), на каком этапе находится работа каждого из них. Центр обработки информации сможет аккумулировать данные не только о кадрах, но и о материалах и стадии их обработки и отслеживать их перемещения.

В технологическом процессе подготовки конструкций будущих судов будет использована система судометрики, действующей отдельно от исполнительных механизмов. После того как будущую деталь судна спроектируют на компьютере, ее снова измерят на соответствие ранее заданным в теории параметрам с помощью тахеометра или лазерного сканера с трекером, что позволит сохранять высокую точность проектирования и конструирования на верфи.

В ближайшее время российскую инновацию освоят инженеры Онежского судостроительного, и петербургская «корабелка» предоставит им все возможности. Например, в передовой инженерной школе СПбГМТУ в научно-образовательной лаборатории «Интеллектуальные передовые лазерные и электрофизические производственные технологии» создан лабораторный стенд, на котором уже сегодня проводятся программы дополнительного профессионального образования для инженеров предприятий по применению инновационной технологии сварки на судостроительных производствах. «Помимо сварки, комплексы могут реализовывать процессы резки, термообработки и наплавки. Диапазон обрабатываемых материалов широк: сплавы на основе железа, титана, алюминия, меди, никеля»,— подытоживает начальник отделения промышленных лазерных и электрофизических технологий ИЛИСТ СПбГМТУ Вячеслав Осипов.

Какой будет первая российская цифровая верфь, можно будет убедиться не раньше, чем она заработает на полную мощность. Ученые утверждают, что их проект может быть тиражирован на другие аналогичные предприятия. К слову, в России насчитывается порядка 20 верфей, имеющих выход к различным морям, и этим предприятиям не помешает автоматизация производства и общая модернизация.