1 - 2008

Методика подготовки инженеров-механиков в БелГТУ им. В.Г.Шухова с использованием NX

В.С.Богданов, М.Ю.Ельцов

Создание конкурентоспособной продукции сегодня невозможно без применения современных программных средств для проектирования, расчета и изготовления будущих изделий. Очевидно, что инженер должен в полной мере владеть программными продуктами, предназначенными для разработки новых изделий. На наш взгляд, сейчас рынку в первую очередь требуются специалисты, которые уже умеют работать с CAD/CAM/CAE/PDM-системами, созданными крупнейшими производителями программных продуктов в этой области. Задача вуза научить будущих инженеров применять эти программные продукты на практике.

В настоящее время в России потребность рынка труда в инженерах, имеющих подготовку в области современных CAD/CAM/CAE/PDM-систем, на наш взгляд, весьма велика, так как предприятия и конструкторские организации все чаще применяют при разработке своей продукции современные программные продукты известных мировых производителей. Понятно, что нельзя разделять обучение инженеров только CAD/CAM/CAE/PDM-системам и общую профессиональную подготовку — такие специалисты никому не будут нужны. Однако инженер, получивший достаточный объем знаний по своей специальности, для того чтобы стать полноценным специалистом, еще должен владеть современными компьютерными технологиями, нести новые знания на производство и уметь применять их на практике. Такой инженер будет востребован на рынке труда как в России, так и за рубежом. На наш взгляд, сейчас нет необходимости обучать студентов инженерных специальностей программированию — большинство приложений уже разработано, нужно лишь научить будущих специалистов пользоваться ими.

Сегодня требуются инженеры, владеющие информационными технологиями. Что касается производства, то по ряду технологий оно уже обгоняет высшую школу. Работодателям нужны специалисты со знанием систем проектирования, иногда это является обязательным условием при приеме выпускников нашего университета на работу.

На кафедре механического оборудования БелГТУ им. В.Г.Шухова в течение ряда лет ведется подготовка инженеров по специальности 270101 (специализация «Компьютерные технологии в проектировании механического оборудования»). Одним из направлений работы кафедры является подготовка инженеров-механиков, владеющих современными программами, предназначенными для автоматизированной разработки проектно-конструкторской документации.

В настоящее время на рынке программных продуктов предлагается множество CAD/CAM/CAE/PDM-систем как отечественных, так и зарубежных производителей. Мы остановили свой выбор на программных продуктах компании Siemens PLM Software, а именно на CAD/CAM/CAE-системе NX и PDM-системе Teamcenter Engineering. Программные продукты фирмы Siemens PLM Software наиболее подходят для решения задач, которые ставятся перед будущими инженерами-механиками. Дело в том, что наши студенты в процессе обучения должны хорошо знать не только технологии производства строительных материалов, но и связанное с ним оборудование, к которому относятся такие машины, как вращающиеся шаровые мельницы, печи, дробилки, листоформовочные машины, бегуны, гидрофолы, струйные мельницы, сушильные барабаны, колосниковые холодильники, смесители, грохоты, прессы для производства строительных изделий и т.д. Многие из этих машин имеют сложную конструкцию, большую номенклатуру деталей, узлов и механизмов, большие габаритные размеры и состоят из десятков тысяч деталей, например колосниковый холодильник имеет длину более 20 м и вес около 170 т, а вращающаяся печь для обжига клинкера — диаметр до 5 м и длину до 185 м. В процессе обучения студент должен хорошо изучить конструкцию и принцип действия этих машин, а также получить навыки конструирования и модернизации существующего оборудования. Благодаря системам трехмерного моделирования можно буквально подетально изучать конструкцию оборудования любой степени сложности в процессе моделирования на компьютере, что очень важно при подготовке инженеров-механиков.

Специалистами кафедры были изучены системы автоматизированного проектирования различных производителей программных продуктов. В результате был сделан вывод, что всем поставленным задачам наиболее полно удовлетворяет CAD/CAM/CAE-система NX компании Siemens PLM Software. Она обладает практически всем инструментарием для создания цифровых макетов машин и оборудования любой степени сложности. В ней имеются все необходимые средства для работы с большими сборками, а также неограниченные средства моделирования любых геометрических форм, создания чертежей по ГОСТам, выполнения прочностных и динамических расчетов, симуляции работы механизма и т.д. Все эти факторы были учтены нами при выборе программного обеспечения фирмы Siemens PLM Software.

В 2002 году нашим университетом был заключен договор с фирмой Siemens PLM Software на бесплатную (что существенно для учебного заведения) поставку десяти рабочих мест системы NX1, и через некоторое время мы начали обучать студентов работе с этой системой. Сотрудничество с компанией PLM Software и использование NX вывело учебный процесс на качественно новый уровень. Теперь у нас появилась возможность создавть полные цифровые модели оборудования, что очень важно при подготовке будущих инженеров. В настоящее время количество рабочих мест NX увеличено до 20.

Кафедра намерена решать проблему не только изучения системы NX, но и применения полученных знаний при выполнении курсовых и дипломных проектов по дисциплинам специальности. Сегодня в рамках курсового и дипломного проектирования перед студентами ставится задача создать цифровую модель той или иной машины, допускающую ее последующую модернизацию, что раньше было практически невозможно из-за большой трудоемкости и отсутствия инструментальных средств для решения подобных задач. Наша цель — наиболее полно использовать весь инструментарий NX при обучении студентов, раскрыть перед ними как можно больше возможностей этой системы.

Благодаря постоянной поддержке технических специалистов компании Siemens PLM Software нам удалось в короткий срок освоить сиcтему NX и организовать обучение студентов. Мы начинали с NX1, а затем каждый учебный год переходили на новую версию и в настоящее время ведем обучение системе NX4. Специалисты кафедры в течение последних пяти лет сотрудничества с компанией Siemens PLM Software постоянно получают консультации от ведущих технических специалистов фирмы, обновления ПО и новые версии NX. Недавно компания Siemens PLM Software открыла свое представительство в Белгороде, что облегчает наше плодотворное сотрудничество, ведь мы более оперативно получаем техническую поддержку и консультации по особенностям работы в новых версиях NX.

Учебный процесс по специальности 270101 (специализация «Компьютерные технологии в проектировании механического оборудования») на кафедре построен таким образом, что наряду с изучением дисциплин, связанных с основной специальностью, студентам преподают дисциплины специализации. Начиная с 3-го курса проводится начальная подготовка студентов в области систем автоматизированного проектирования, их знакомят с существующими системами — от простых до высокоуровневых — в ходе обзорных лекций и практических занятий. С 4-го курса и до окончания университета проводится обучение будущих специалистов CAD/CAM/CAE-системе NX. Параллельно с этим читается курс расчета конструкций методом конечных элементов, что является подготовительным этапом для изучения расчетного CAE-модуля системы проектирования NX. После изучения системы NX студенты выполняют курсовую работу, которая включает выполнение цифровой модели сборки, построение разнесенных видов, последовательности сборки и всех рабочих чертежей. Пример выполнения курсовой работы представлен на рис. 1.

Рис. 1. Курсовая работа по дисциплине «Автоматизация проектирования»

Рис. 1. Курсовая работа по дисциплине «Автоматизация проектирования»

Изучение NX происходит с одновременным применением полученных навыков и знаний при выполнении студентами курсовых проектов по дисциплинам: «Машины и оборудование производства стройматериалов», «Моделирование и проектирование специального оборудования», в ходе которых студенты моделируют отдельные узлы машин с их последующей модернизацией. Пример курсового проекта по дисциплине «Моделирование и проектирование специального оборудования» на тему «Проектирование и модернизация холодного конца вращающейся печи ;Ø 4x60 в системе NX» представлен на рис. 2.

Рис. 2. Курсовой проект по дисциплине «Моделирование и проектирование специального оборудования»

Рис. 2. Курсовой проект по дисциплине «Моделирование и проектирование специального оборудования»

Рис. 2. Курсовой проект по дисциплине «Моделирование и проектирование специального оборудования»

Закрепление навыков проектирования в NX происходит в ходе конструкторской практики в компании «Энергомаш (ЮК) Лимитед» (г.Белгород), которая является официальным партнером фирмы Siemens PLM Software. Результаты практики и отзывы руководителей практики свидетельствуют о высоком уровне подготовки наших студентов в области проектирования и их умении работать в системе NX. Некоторые выпускники нашей кафедры в 2006 году приняты на работу в компанию «Энергомаш (ЮК) Лимитед». Таким образом, обеспечивается непрерывная подготовка специалистов в области современных компьютерных технологий и систем проектирования.

Дипломное проектирование начинается на 4-м курсе. Студенты, работая в группах по два-три человека, на протяжении трех семестров на занятиях по дисциплинам специализации выполняют отдельные разделы дипломного проекта в обязательном порядке с использованием системы NX. На защиту проекта выносится полностью собранная и модернизированная цифровая модель машины, выполненные в CAE-модуле NX прочностные и динамические расчеты основных и модернизированных узлов, а также полный пакет конструкторской документации (например, сырьевая мельница 3x8 м, вращающаяся печь 4x60 м, сушильный барабан 1,6x8 м, колосниковый холодильник КС-50). Объем графической части дипломного проекта составляет 45-50 листов формата А1. На рис. 3 представлена цифровая модель колосникового холодильника КС-50, предназначенного для охлаждения клинкера при производстве цемента на ОАО «Белгородский цемент», выполненная тремя дипломниками в 2007 году. Сборка содержит четыре уровня и состоит из 17 тыс. деталей, из которых более 1200 являются оригинальными. Масса агрегата — 175 т, длина — более 22 м.

Рис. 3. Дипломный проект «Колосниковый холодильник КС-50»

Рис. 3. Дипломный проект «Колосниковый холодильник КС-50»

В этом проекте также был применен модуль Motion для динамического расчета привода колосниковой решетки, получены динамические нагрузки во всех узлах привода, а затем произведен прочностной расчет основных элементов этого механизма (рис. 4).

Рис. 4. Расчет привода колосниковой решетки в модуле Motion

Рис. 4. Расчет привода колосниковой решетки в модуле Motion

Рис. 4. Расчет привода колосниковой решетки в модуле Motion

Модель привода и колосниковой решетки

На международном конгрессе-выставке «Global education — образование без границ 2007», проходившей 25-28 марта 2007 года в Москве, авторский коллектив кафедры получил диплом за «Методику комплексной подготовки инженеров по специальности 270101 специализации “Компьютерные технологии проектирования оборудования промышленности строительных материалов”» в рамках конкурса инновационных проектов в образовании.

Рис. 5. Мельница

Рис. 5. Мельница Ø3x8 м

Комплексный дипломный проект «Проектирование мельницы Ø 3x8 м с комплексной модернизацией внутримельничных устройств в CAD/CAE-системе Unigraphics NX2», выполненный группой студентов в 2006 году, по итогам Всероссийского конкурса дипломных проектов и работ по строительным специальностям на медаль РААСН 2007 года завоевал 1-е место и был удостоен медали РААСН им. Н.В.Никитина. Модель машины выполнялась по технической документации ОАО «Катавский цемент». Общая длина мельницы — 15 м, высота — 4 м. Масса всего агрегата более 200 т. Цифровая модель мельницы представляет собой четырехуровневую сборку, содержащую почти 10 тыс. деталей, из которых более 300 являются оригинальными. На рис. 5 представлена цифровая модель сырьевой мельницы Ø 3x8 м.

Рис. 6. Модель классификатора

Рис. 6. Модель классификатора

 

Рис. 7. Расчет дуги классификатора в модуле Structure PE

Рис. 7. Расчет дуги классификатора в модуле Structure PE

В этом проекте проведена комплексная модернизация мельницы с целью повышения эффективности ее работы. Для определения конструкции трубной мельницы были проведены патентные исследования, по результатам которых были отобраны наиболее характерные авторские свидетельства трубных мельниц, отвечающих единой цели изобретения, а именно предложена новая конструкция классифицирующего устройства, межкамерной перегородки и футеровки мельницы, а затем осуществлена разработка всей технической документации по предложенным устройствам в системе NX. На рис. 6 и 7 представлена модель классифицирующего устройства и расчет его элемента в модуле Structure PE.

Со следующего учебного года планируется внедрение в учебный процесс PDM-системы Teamcenter Engineering компании Siemens PLM Software с целью повышения уровня подготовки специалистов и обеспечения более быстрого включения выпускников в производственный процесс на современных предприятиях, использующих последние достижения в области информационных технологий.

В заключение хотелось бы выразить благодарность всем сотрудникам и техническим специалистам компании Siemens PLM Software за оказанную помощь в освоении системы NX.


В.С.Богданов

Докт. техн. наук, профессор Белгородского государственного технологического университета им. В.Г.Шухова.

М.Ю.Ельцов

Канд. техн. наук, профессор Белгородского государственного технологического университета им. В.Г.Шухова.

В начало В начало

САПР и графика 1`2008