Экстренное кораблестроение на 3D сканерах

Представьте себе составление головоломки-паззла из более, чем 30 миллионов деталей. Согласно инструкции, эти детали следует группировать приблизительно в 80 отдельных блоков, которые вместе будут весить до 800 тонн. Эти блоки должны быть точно составлены для обеспечения безопасного и приятного путешествия пассажиров на борту огромного круизного лайнера. После планировки у вас в запасе меньше года для завершения строительства при условии соблюдения ограничений по бюджету и соответствия ожиданиям клиентов по качеству. Добро пожаловать в мир строительства круизных судов.

В MEYER WERFT  ежедневно сталкиваются с этими проблемами. Занимаясь строительством судов с 1795 г. в г. Папенбург, Германия, компания была свидетельницей эволюции водного транспорта от деревянных кораблей до последнего спуска «Гимна морей» («Anthem of the Seas») для Royal Caribbean International в апреле 2015 года. 350 метров в длину и весом 168,666 тонн, этот последний экземпляр в нашей длинной очереди роскошных круизных судов произвел впечатление в отрасли благодаря своему обтекаемому дизайну.

Ошибкам места нет

Принятие «изначально правильных решений» является целью всех сотрудников на верфи MEYER WERFT в Германии. Незначительные ошибки в одной сфере могут сильно повлиять на персонал и материальные расходы и могут даже задержать весь процесс строительства, что приведет к дополнительным затратам. В частности, недолгий период строительства судоремонтного завода с сухим доком длиной 500 метров показал существующие проблемы. Используя его на полную мощность, чтобы построить два судна в год с интервалами в шесть месяцев, технологические процессы используются для обслуживания двух различных типов судов, находящихся на различных этапах. В то время как корпус одного судна завершается окончательной накладкой стальных блоков, строительные работы в машинном отделении последующей подводной части уже идут полным ходом. Высокое качество и передовые процедуры планирования в области проектирования и производства гарантируют минимизацию ошибок или их обнаружение в кратчайшие сроки. 

Корни такого сложного и многопланового процесса лежат в риск-ориентированном подходе, с помощью которого отдельные части судна и последовательность рабочих операций анализируются и оцениваются на наличие ошибок. Действия, следующие из этого анализа, сосредотачиваются не только на так называемых «5Н» (нужная деталь, нужное время, нужное место, нужное количество и нужное качество). Соответствующая информация является ключевым фактором в современном ускоренном судостроении. Элементы чертежей и главы многих нормативных документов структурируются, предоставляя отраслям только нужные им данные, что снижает опасность не увидеть леса за деревьями.

Информация, отобранная для специалистов, содержит технические детали, а также передовые процедуры и знания о том, как избежать дорогостоящих дефектов. Что касается независимых от местоположения этапов процесса внутри огромного судна, то для повышения эффективности неизбежно понадобятся сведения, предоставленные о каждом прогрессе в работе над ошибками с использованием новых инструментов, последовательности и доступных данных в реальном времени.

Вторым элементом эффективного управления качеством является проведение короткоцикловых испытаний и проверок. Контроль качества должен проводиться на определенных этапах, где высок риск ошибки. Быстрое обнаружение помогает избежать необходимости демонтировать, исправлять и восстанавливать завершенные зоны гостиничных номеров и технические площади круизного судна. Более 60,000 разовых проверок в рамках производственного процесса, а также дополнительные проверки на этапе ввода в эксплуатацию и поставки, обеспечивает устранение проблем на дальнейших этапах.

Эти испытания проводятся опытным и квалифицированным персоналом, поступающим из сферы возведения металлоконструкций, сварочных работ, испытания материалов, прокладки трубопроводов, проектирования заводов, пуско-наладочных работ, внутренней отделки и, в частности, контроля соответствия размеров. Необходимость короткоциклового контроля качества хорошо подготовленными инспекторами показана на приведенном выше графике экспоненциального роста затрат. Поскольку стоимость строительства влечет за собой 10-кратные, или больше, затраты в течение каждого последующего этапа процесса, ошибки, не выявленные ранее, могут привести к перерасходу бюджета на миллионы и поставить под угрозу производственные графики.

Чтобы подвести итоги на специальных этапах процесса, для обзора хода и результатов испытаний устанавливаются границы качества. В связи с тем, что владелец, руководящий судном в дальнейшем, и классификационная группа принимают участие в некоторых инспекциях, последующая обработка замечаний и удовлетворенность клиентов способствуют успешному завершению проекта по строительству корабля.

Отдел управления качеством использует системный подход, как и Замерная группа, которая проводит геометрическую съемку и позиционирование. Наша группа состоит из девяти инженеров различной специализации, пяти техников, шести стажеров и студентов-практикантов. Все измерительные работы мы проводим на протяжении всего процесса строительства. Выравнивание режущих пластин плазменного резака является одной из первых задач, и абсолютная точность является обязательным условием при укладке килей и сооружении блоков. Вдобавок к этому идет множество других специальных заданий, таких как определение общей длины судна и содействие в научно-исследовательских проектах. Поскольку все больше и больше частей корабля изготавливаются заводским способом и являются блочными, мы должны доверять данным наших измерений без тени сомнения. Независимо от того, измеряете ли вы сложную светозащитную бленду, состоящую из нескольких вогнутых форм или 260-метровую водную горку с изгибами и петлями, точное соединение деталей имеет решающее значение.

Если мы не сможем определить возможные ошибки или обеспечить правильность измерений, весь корабль можно пустить в утиль. Не удивительно, что мы так серьезно относимся к нашим обязанностям.

Универсальный набор инструментов

Для того, чтобы гарантировать, что мы не пропустили ни одной дефектной детали, которая могла бы увеличить дополнительные затраты, мы опираемся на разнообразный набор измерительных приборов. В частности, лазерное 3D-сканирование помогает нам обеспечить качество строительства на эффективной заводской линии по строительству круизных судов. Наш резерв инструментов, состоящий из лазерных сканеров, электронных тахеометров, фотограмметрических систем и камер, которые используются каждый день в суровых условиях как внутри, так и вне помещений.

В 2009 году мы добавили лазерные сканеры Leica Geosystems в наше оборудование для ведения документации, с оглядкой на их высокую точность, скорость работы и прочность конструкции. В сочетании с ПО Leica TruView системы визуализации панорамной развертки, мы были в состоянии преодолеть ежедневные проблемы с позиционированием и мониторингом специальных компонентов и обеспечить точные, сдаточные проверки сложных конструкций. Предоставляя около 8,000 панорамных фотографий дефектных элементов судна в год для наших внутренних клиентов, мы можем ясно показать результаты анализа поверхности, геометрические элементы управления и проверку готовности в попытке выявить отклонения на стадии их возникновения перед установкой заводских сборок. Мы также знакомы с более сложными требованиями по стандартизации с помощью лазерного 3D-сканирования, такие как анализ структуры, обратный инжиниринг и определение объема на протяжении всего процесса строительства судов. В добавок к геометрической съемке для мониторинга строительства, данные предоставляют документацию для гарантийных нужд.

В последнее время за счет автоматизации лазерного 3D-сканирования, мы смогли улучшить как эффективность нашей работы, так и качество наших измерений, круглосуточно запечатлевая и контролируя сборку секций. Круглосуточно используя несколько сканеров одновременно, мы собираем точки сканирования для регистрации, выделения и встраивания их в модели САПР. С помощью автоматизированного анализа данных сканирования секций осматривается каждая часть здания, а наши ключевые показатели эффективности подлежат строгой проверке. Мы реализовали концепцию значительной экономии средств и времени с момента автоматизации наших процессов, и наше качество улучшилось еще больше.

Усовершенствование лазерного 3D-сканирования

Благодаря нашей последней покупке новейшего, ультра-высокоскоростного лазерного 3D-сканера Leica ScanStation P40, мы хотели исследовать, насколько продвинулась вперед эта технология, и может ли он обеспечить еще более высокое качество нашей продукции. Мы сравнили его в реальных рабочих условиях с нашим теперешним сканером HDS7000 путем сканирования стальных балок на этапе секционной сборки.

Для того, чтобы обеспечить прямое сравнение между сканерами, настройки уравнивались плотностью сканирования в 6,3-миллиметровое расположение точек на расстоянии 10 метров от сканера и устанавливались на 3,5-минутное сканирование. Мы просканировали и проанализировали край обшивки палубы.

Основная слабость лазерного сканирования в целом состоит в шуме по краям, известном как «смешанные пиксели». Смешанный пиксельный шум был значительно снижен в ScanStation P40 по сравнению с HDS7000.
Благодаря новому ScanStation P40 улучшилось также представление геометрических данных и контрастность палубного бимса, стенки составной балки и развернутых объектов съемки в высоком разрешении.

В MEYER WERFT, где качество измерений и эффективность очень важны для строительства круизных судов, лазерное 3D-сканирование оказалось очень полезным в нашей повседневной деятельности. Результаты наших испытаний ScanStation P40 говорят об успешности этой технологии в будущем.

Автор: Торстен Штёриг и Ральф Циммерман, июнь 2016 г.