型鋼設(shè)計(jì)自動(dòng)化研究

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(dòng)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(dòng)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(dòng)出圖研究；型鋼的自動(dòng)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(dòng)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(gè)設(shè)計(jì)流程中各個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)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(dòng)套料與材料管理

型鋼的自動(dòng)套料與材料管理分兩個(gè)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(dòng)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(dòng)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(cuò)，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(dòng)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(dòng)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(cuò)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.