Глава 3. Общие особенности организации САС

Организация технологического процесса на САС зависит от выбора

а) способа функционирования САС;

б) среды функционирования САС;

в) источников энергии;

г) сырьевой базы.

Работа САС может быть организована в принципе 2 способами: а) стационарно или б) мобильно. Первый - широко применяется в производственной практике и заключается в сооружении нового предприятия на месте его будущей работы из элементов и узлов, последовательно доставляемых с других стационарных функциональных предприятий-изготовителей. Второй предполагает полностью изготовление новой производственной единицы (предприятия и т.д.) на предприятии-изготовителе с последующим передвижением его на место своей будущей работы. Этот способ в производственной практике используется ограниченно, в основном для плавучих предприятий (рыбозаводы, плавучие доки, плавучие мастерские, нефтебуровые платформы и др.) и мелких производственных единиц (автомастерские, передвижные электростанции, автохлебопекарни и т.д.).

Однако в живой природе воспроизводство себе подобных осуществляется, как правило, вторым способом. Первый способ организации производственного процесса сложнее автоматизировать, труднее обеспечить его бесперебойную работу (из-за растянутости производственных связей и т.д.), он удлиняет производственный цикл (на время транспортирования деталей и узлов), и с увеличением числа САС затруднит дальнейший рост их числа из-за усложнения и удлинения сети коммуникаций между дочерними и материнскими САС. Кроме того, мобильный вариант позволяет осуществить перемещение САС к новым источникам сырья и энергии или потребителю.

В водной среде, космосе, на малых планетах нет технических ограничений для создания крупных мобильных объектов, но в наземных условиях - такие ограничения очень серьезны. Хотя самые крупные передвигающиеся производственные машины - шагающие и роторные экскаваторы - имеют вес до 12-13 тыс. т. (роторный гусеничный в Гамбахе, Германия и шагающий Биг маски Бьюсайрус-Эри -4250 W с ковшом емк. 168 м³)[4], но это очень сложные сооружения с дорогостоящей ходовой частью (на нее приходится до 1/5 веса и стоимости машины) и относительно малой производственной площадью (площадь поворотной платформы до 1-1,5 тыс. м²). Создание мобильных наземных САС подобных размеров технически сложно и экономически не выгодно (большая стоимость и масса ходовой части, низкая надежность работы). Говорить о технико-экономической целесообразности разработки мобильных САС можно лишь при габаритах в десятки раз меньше. Но вписать необходимый набор современного производственного оборудования в такие размеры невозможно, а создание принципиально новой компактной техники - дело непростое и длительное. Кроме того малогабаритное оборудование имеет ограниченные возможности по изготовлению народнохозяйственных изделий (в первую очередь крупногабаритных). Поэтому более вероятен стационарный вариант наземных САС, которому и будет в дальнейшем уделено основное внимание. Сооружать стационарные САС предпочтительно из готовых блоков, сборно-модульным методом широко практикуемого в районах Крайнего Севера и других удаленных территориях. Блоки со вмонтированным оборудованием дочерней САС перемещаются специальным транспортным средством в место ее функционирования и соединяются в готовую САС. Это максимально упростит операции на стройплощадке и облегчит их автоматизацию. Размер блоков будет лимитироваться грузоподъемностью транспортного средства, которое целесообразно сделать многоцелевым (универсальным), способным выполнять операции сбора сырья и т.д.

К настоящему времени созданы машины для перевозки очень крупных объектов.

Появился новый тип транспортных средств - многоопорные автомобили с числом опор более 20 и грузоподъемностью до 5000 т. Они способны перевозить к месту назначения модули цехов, заводов, морских доков и других сооружений огромных размеров. Например, многоопорное транспортное средство фирмы «Кометто» (Италия) может перевозить конструкции общей массой 3000 т и более. Оно имеет систему автоматического обеспечения преодоления макронеровностей пути без изменения положения груза на платформе. Платформа поддерживается в строго горизонтальном положении. Опоры имеют гидравлические подвески и балансирные гидравлические связи друг с другом для равномерного распределения вертикальных нагрузок по опорам.[5] Испанская фирма Трасоба производит модули многоопорных транспортных средств, из которых собираются грузовые платформы, грузоподъемностью до 5000 т. Они состоят из одноопорных модулей (размером 1,85х2,3 м, рабочей высотой 1,65 м, массой 3 т, грузоподъемностью 25 т) и трехопорных модулей (размером 5,81х2,3 м, массой 8,1-9,9 т, грузоподъемностью 75 т). Кроме того имеются модули силовой установки (с дизелем мощностью 335 кВт) и модуль управления с кабиной водителя. При движении ЭВМ управляет горизонтированием платформы с точностью до 0,1° и может управлять поворотом до 243 опор.[6]

В земных условиях создание САС принципиально возможно в обеих географических средах: а) на суше - в виде мобильно передвигающегося автономного комплекса и б) на водной поверхности океанов, морей, крупных озер - в виде плавучего сооружения. Каждый из вариантов размещения САС имеет свои плюсы и минусы.

Достоинства наземного варианта:

1) устойчивость комплекса в рабочем положении (без движения);

2) меньшая подверженность воздействию стихийных бедствий (ураганов и т.д.) и агрессивной внешней среды (вода, соль и т.д.).

Недостатки:

1) техническая сложность создания крупных передвижных комплексов и автоматизации строительства стационарных САС (из блоков);

2) сложность перемещения по неоднородной и неровной поверхности затрудняет автоматизацию управления движением (САС, транспортного средства) и ограничивает потенциальную область функционирования САС только наиболее равнинными районами без оврагов, рек, болот и т.д.;

3) необходимость отчуждения для САС более ценных в хозяйственном отношении территорий.

В отличии от наземного варианта плавучая САС:

1) практически не ограничена размерами и массой;[7]

2) легко может перемещаться и менять место дислокации;

3) ориентирована на более обширную среду (водная поверхность Земли в 3 раза больше суши) и менее ценную в хозяйственном отношении;

4) может использовать более разнообразные источники энергии (энергию волн, течений, перепада температур воды и т.д.) и сырья (соли, растворенные в морской воде, глубоководные железомарганцевые конкреции и т.д.).

В тоже время к недостаткам ее относятся:

1) трудность стабилизации положения (при качке и т.д.), что затрудняет производственный процесс (особенно для высокоточных операций);

2) необходимость специальных мер по укреплению элементов САС на случай воздействия сил стихии (шторма и т.д.);

3) более жесткие требования, предъявляемые к корпусу САС (герметичность, устойчивость, стойкость к агрессивной среде (морской воде), большая прочность).

Однако эти недостатки преодолены, о чем свидетельствует большой опыт эксплуатации судоремонтных плавучих мастерских, плавучих доков, морских буровых установок и других плавучих предприятий.

Накоплен более чем вековой опыт сооружения и эксплуатации плавучих мастерских для ремонта морских судов, в т.ч. и в открытом море. Еще в начале века (в 1907 году) в России было построено ремонтное судно «Кронштадт» водоизмещением 16400 т, не уступавшее по технической оснащенности обычному машиностроительному заводу (на нем были механообрабатывающий, литейный и др. цеха). О масштабах развития машиностроительной деятельности «на плаву» можно судить по тому, что в конце второй мировой войны в составе военно-морских флотов капиталистических стран было 125 судоремонтных судна и 35 плавучих ремонтных предприятий. Наиболее высокооснащенные суда имели до 20-25 и более цехов.[8] Например, судоремонтные суда специальной постройки типа Vulcan (США, 1941-42 г.г., полное водоизмещение 16200 т, численность экипажа и рабочих - 1297 человек) имели на борту механический, слесарно-монтажный, электроремонтный, литейный, корпусный, мотороремонтный, инструментальный цех, специализированные цехи для ремонта вооружения, оптики, артиллерийских и других приборов, средств связи, радио- и гидролокации, электропланировочный и другие.5 Оборудование было рассчитано на выпуск машиностроительной продукции на 2 млн. руб. в год5 в ценах тех лет и позволяло провести капитальный ремонт корпуса (при наличии дока), механизмов, вооружения и приборов боевых судов по всему технологическому циклу - от литья до шлифовки и контроля (в литейном цехе можно было получить отливку весом до 1360 кг). За последующий полувековой период появились еще более совершенные суда-мастерские, однако из-за преобладающей принадлежности их военно-морским ведомствам, в печать просачивается очень скудная информация. Например, построенное в 1962 году американское ремонтное судно «Ханли» (полное водоизмещение 20.000 т, численность экипажа и производственного персонала - 1131 человек) предназначалось для обслуживания атомных ракетных подводных лодок. На его борту размещалось 52 производственных помещения, в т.ч. литейные, механические, корпусные, сварочные, электроремонтные и другие цеха, участок ремонта электронных приборов, краны грузоподъемностью до 32,5 т, специальное оборудование для обслуживания атомных реакторов и обработки радиоактивных элементов, опреснительные установки, управляющие ЭВМ. Стоимость производственного оборудования судна составляет 1 млн. дол. (в ценах того времени). Позже были введены в строй еще более мощные базо-ремонтные суда типа «Симон Лейк», «Лодренс», «Томперс».

Обычно суда-мастерские сооружаются с металлическим корпусом. Но есть и исключения. Например, в 70-е годы в Болгарии для СССР была построена большая серия плавучих мастерских из железобетона водоизмещением по 1350 двт (длиной 67,5 м и шириной 13,4 м). [9]

Другим распространенным типом предприятий «на воде» являются плавучие доки. Сейчас в мире насчитывается примерно 500 плавучих доков различных конструкций и габаритов.[10] Среди них двух- и однобашенные, монолитные и разборно-секционные, сделанные из металла, железобетонные и комбинированные. Многие из них оснащаются металлообрабатывающим оборудованием, размещенным в башнях плавучести, и по существу, превращаются в плавучие мастерские. Примером этому служит один из крупнейших в мире плавучий железобетонный блок водоизмещением 350 тыс. двт, подъемной силой 100 тыс. т и стоимостью 35 млрд. лир, построенный итальянской фирмой Canteri Havali Riuniti. Он состоит из 8 секций (по 78х43 м) с размещенными в них мастерскими общей длиной 350 м, шириной 80 м, (в свету - 65 м), высотой понтона - 8,5 м и предназначен для работы в закрытых акваториях.7

При всем многообразии возможных вариантов создания плавучей САС, общим, видимо, для всех их будет: 1) размещение основной части системы в одном монолитном корпусе; 2) конструктивное оформление корпуса и монтажного оборудования, позволяющее осуществлять сооружение и спуск на воду дочерней САС методами плавучего докования.

Создание полностью автономных и безлюдных САС - дело отдаленного будущего. Первые проекты САС, а возможно и последующие, должны исходить из неизбежности: во-первых, снабжения САС небольшим количеством сложных комплектующих и дефицитных материалов из вне, а во-вторых, использования минимального количества людей для обслуживания оборудования, монтажа и сборки. По мере совершенствования конструкции САС и накопления опыта их эксплуатации внешние поставки и персонал должны сократиться. Будет осуществляться постепенный перевод на вахтовые формы обслуживания чередующиеся с безлюдной работой всей САС.

Непременное условие создания САС - наличие высоконадежного и долговечного оборудования, имеющего длительную наработку на отказ. Многолетний опыт эксплуатации техники и систематическое внесение усовершенствований в ее конструкцию и технологию изготовления позволили уже к настоящему времени создать исключительно долговечные образцы машин и оборудования. Так, современные турбогенераторы мощностью 1200 мВт и 1500 мВт имеют наработку на отказ 12000-18000 часов и срок службы - 25-30 лет.[11] Для турбогенераторной установки (паровой котел - турбина - генератор) рекордом безостановочной работы является период в 600 дней или 14000 час. (один из агрегатов мощностью 1300мВт на электростанции «Маунтенир» в шт. Западная Виргиния (США), изготовленный швейцарской фирмой «Броун, Бовери»).[12] Высокая надежность достигнута в настоящее время и у сравнительно новых видов техники. Так, американские роботы типа Motoman имеют среднюю наработку на отказ - 15000 час.[13] Исключительно высоконадежный робот создала шведская фирма ASEA - модели JRB-2000 (грузоподъемностью 10 кг, точностью позиционирования ±0,1 мм, с 6 степенями свободы и массой 350 кг), который, согласно данным каталога, имеет наработку на отказ - 70 тыс. час.[14] Он скомпонован по модульному принципу, имеет минимальное число подвижных узлов. Для повышения надежности использован привод переменного тока с датчиками контроля температуры обмотки. Для него создана система управления третьего поколения модели S3, учитывающая момент инерции и гравитационные силы по каждой степени подвижности. Т.к. более 90% отказов в электронной системе приходится на места контактов, то управляющая система собрана из минимального числа компонентов и контактов. Все цепи аварийного останова продублированы. Система управления обладает обширной диагностической аппаратурой. Многие из микросхем изготовлены фирмой ASEA специально для этого робота. Для предотвращения повреждения плоских наружных кабелей вся проводка помещена внутри звеньев робота.[15]

Отечественные управляющие ЭВМ имеют наработку на отказ до 15000 час (микро-ЭВМ «Электроника МС 1201.02»), а встраиваемая микро-ЭВМ СМ 1300.01 - даже 30000 час.[16] За рубежом достигнут уровень - 40 тыс. часов, т.е. 5 лет безотказной непрерывной работы ЭВМ.

Основная часть зарубежных устройств ЧПУ для станков имеет наработку на отказ не менее 20 тыс. часов.[17] Однако для такой сложной системы как САС даже наработка на отказ до 20-40 тыс. часов будет недостаточна. Поэтому каждая технологическая линия на САС должна быть продублирована аналогичной. Наиболее полно этому требованию повышения надежности работы удовлетворяет применение сдвоенных двухсекционных систем, состоящих из двух идентичных САС (секций), размещенных в одном корпусе и соединенных одной транспортной сетью. В случае выхода из строя какого-то оборудования при невозможности его починки средствами самой секции, вторая секция переключается на изготовление такого же оборудования и передает его для замены на первую секцию. Применение двухсекционных САС является обязательным условием при конструировании любых вариантов наземных и плавучих САС.