Конструирование специального оборудования в среде Solid Edge

Анатолий Мельников, Сергей Белокопытов, Антон Лепестов

Введение

В современной промышленности всё большее распространение получает специальное оборудование: компаниям нужны элементы оборудования для использования в условиях, отличающихся от традиционных (например, в агрессивной среде или при нетипичных режимах работы).

Конструирование подобного оборудования всегда связано с решением множества непростых инженерных задач и требует учета различных факторов, влияющих на конечную конструкцию изделия. Таким образом, в процессе проектирования создается уникальное оборудование с определенным набором эксплуатационных параметров.

Компании, предоставляющие организациям комплексные решения задач реконструкции и переоснащения, сталкиваются со сложностями проектирования при создании уникального промышленного оборудования единичным или мелкосерийным способом.

ООО «Мелком­НВ»

Небольшая компания — разработчик высокотехнологичного оборудования ООО «Мелком­НВ» была создана в 1999 году как инжиниринговый стартап специалистов, увлеченных тематикой насос­ного оборудования. Сегодня компания ориентирована на область, в которой позиции крупных производителей серийного оборудования оказываются слабы. Среди причин, определивших такое положение дел в этом сегменте рынка, основными являются следующие:

• необычные требования к оборудованию: высокое давление и малая подача;
• высокая (до +700 °С ) температура перекачиваемой среды;
• чрезвычайная агрессивность перекачиваемой среды.

Недостаточно эффективные методы и средства проектирования, применявшиеся предприятием ранее, могли стать помехой в реализации его бизнес­стратегии: «Создание уникальных разработок в сжатые сроки». Добавим к сказанному специфические требования заказчиков к конструкторской документации на разрабатываемые изделия и разрозненность форматов входящих конструкторских документов. Все это, вместе взятое, стало причиной особого внимания к выбору среды проектирования. Были опробованы все основные продукты машиностроительного проектирования. Очередным этапом этого процесса стала проверка соответствия задачам компании программного продукта компании Siemens PLM.

Solid Edge решает задачи и открывает новые перспективы

Специфика работы конструкторов такова, что необходимо проектировать, передавать результаты проектирования, принимать и использовать в своих разработках узлы, детали и геометрию, разработанные специалистами других предприятий. Эта задача осложняется целым рядом обстоятельств:

• применение смежниками CAD­систем различных разработчиков;
• высокие требования к аппаратным ресурсам, обусловленные нетривиальностью разрабатываемой конструкции и ее элементов;
• короткие сроки проведения работ;
• постоянная необходимость инженерного анализа в процессе разработки.

На первом этапе тестовой эксплуатации технические специалисты партнера Siemens PLM Software — компании CSoft представили возможности и преимущества программного решения Solid Edge.

Преимущества Solid Edge. Синхронная технология

В связи с высокими требованиями к CAD­системе и спецификой конструкций оборудования, разрабатываемого компанией «Мелком­НВ», было предложено использовать уникальный подход «Синхронная технология», реализованный в Solid Edge.

Эта технология позволяет проектировать машиностроительные изделия, сочетая прямое моделирование для простых операций (перетаскивание, поворот граней модели) и элементы параметрического моделирования для геометрически более сложных конструктивных элементов. Кроме того, используются возможности точного размерного контроля благодаря управляющим 3D­размерам и геометричес­ким взаимосвязям между 3D­объектами.

Синхронная технология Solid Edge обеспечивает работу с геометрией напрямую, без обращения к истории ее создания. Как следствие, появляется возможность быстро вносить изменения, а субподрядчика больше не приходится просить о конвертации геометрии в «родной» CAD.

При этом Solid Edge располагает множеством инструментов для работы с импортированной геометрией. Это и большой набор трансляторов (с возможностью пакетной трансляции), и мастер преобразования форматов dxf/dwg, и средства автоматизированного добавления сборочных связей, и прямое редактирование.

По мере создания 3D­геометрии 2D­эскизы «поглощаются» трехмерной моделью и помещаются в определенное место Навигатора модели. Все размеры, заданные конструктором в эскизе, переходят в 3D­модель и становятся управляющими — то есть конструктор может с их помощью управлять геометрией, не обращаясь к эскизу. А сам эскиз, который больше не является управляющим для 3D­геометрии, можно просто удалить либо использовать для других операций.

Однако управляющие 3D­размеры могут быть фиксированными, свободными, вычисляться по формулам, браться из внешних таблиц Excel, что позволяет создавать модификации деталей самыми разными способами.

Интеграция двух технологий, прямого и параметрического моделирования, позволяет объединять элементы конструкции при конструировании одной детали. Для примера возьмем пилотный проект, выполненный на предприятии ООО «Мелком­НВ». При построении проточной части насоса использовался функционал создания геометрии на основе «дерева». Этот способ позволяет нивелировать возможную ошибку, сохраняя необходимые зависимости для дальнейшей работы и обеспечивая работу с отдельными элементами эскизной геометрии (отключается видимость всего ненужного в данный момент).

Сочетание двух принципиально отличающихся технологий позволяет конструктору по­иному взглянуть на процесс проектирования изделия, сконцентрироваться на важных элементах конструкции.

Еще одна сильная сторона Solid Edge — элементы моделирования поверхностей свободной формы. Эта технология носит название Rapid Blue и включает две команды: Поверхность общего вида и Общая точка. Их особенностью является возможность использования различных кривых в качестве направляющих и сечений для создания сложных поверхностей. Кривые могут находиться в разных эскизах и не иметь общих точек, но, тем не менее, быть пригодными для построения требуемой поверхности. Во многом этому способствует команда Общая точка, с помощью которой конструктор может соединить две кривые, принадлежащие разным эскизам, создавая таким образом исходную геометрию (сечение и направляющую) для построения поверхности.

Данная технология сопоставима с функционалом CAD­систем верхнего уровня, в который входит управление сопряжением смежных поверхностей по G0, G1, G2.

Для перехода от поверхностного моделирования к твердотельному в нашем примере использовались инструменты создания толщины поверхностной модели. Результат — твердое тело, которое в дальнейшем дорабатывается средствами синхронного моделирования.

Во время работы пользователь в реальном времени контролирует геометрические взаимосвязи (касание, концентричность, копланарность и т.д.), конструктивные элементы, управляющие 3D­размеры и всю геометрию, что предоставляет колоссальные возможности создания и редактирования моделей. Технология текущих правил анализирует грани 3D­модели, затронутые операцией редактирования, автоматически вычисляет и поддерживает возможные геометрические связи — это позволяет абсолютно точно сохранять геометрический «замысел» модели. В синхронной среде Solid Edge можно добавлять управляющие 3D­размеры (размерные связи) непосредственно на трехмерную геометрию, минуя создание 2D­эскизов.

В принципе, конструктор может и не добавлять размеры в 2D­эскизе, а добавить управляющие 3D­размеры сразу в 3D­модель на завершающем этапе ее создания, когда форма уже в основном определена. Синхронная технология тем и замечательна, что не предписывает конструктору, в каком порядке добавлять размеры и связи, — это можно делать в любое время.

Вот лишь некоторые из преимуществ Solid Edge, высоко оцененных конструкторами ООО «Мелком­НВ» в ходе пилотного проекта:

• существенное сокращение цикла разработки новых изделий и внесения изменений в конструкцию существующих;
• кардинально возросшая скорость работы со сборками, состоящими из большого количества деталей (в том числе сложной формы), на существующей аппаратной платформе;
• простота создания конструкторской документации, отвечающей требованиям предприятия;
• неограниченные возможности работы с геометрией, созданной смежниками в различных средах проектирования.

Отдельно хотелось бы сказать о поддержке многотельности детали, сделавшей возможным создание сложных пространственных и при этом многослойных конструкций. Ярким примером может служить секция обмотки индуктора МГД насоса, покрытая тремя видами жаростойкой электроизоляции. В чертеже любого разреза секции можно отобразить все слои, их размеры и конфигурацию, что упрощает работу по оформлению конструкторской документации таких элементов.

Следующий шаг — организация коллективной работы над проектами

Ситуация в отрасли ставит перед ООО «Мелком­НВ» новые задачи, требующие освоения новых областей автоматизации, совершенствования коллективной работы в рамках проекта. В частности, предстоит разработка конструкторской документации на типоразмерный ряд МГД­насосов для перекачивания расплавов металлов с температурами до +700 °С. Идет проработка технических аспектов будущего проекта. Большая номенклатура деталей, сборочных единиц, модификаций, изготовление множества деталей по кооперации на предприятиях различных специализированных производителей сделали очевидной необходимость применения системного PLM­подхода. Специалисты ООО «Мелком­НВ» уверены: этот шаг выведет компанию на новый уровень.

Заключение

Компания уверена в правильности сделанного выбора. Внедрение программного решения Solid Edge кардинально сократило время разработки, расширило возможности совместной работы с предприятиями, использующими мультибрендовую палитру CAD­систем.

В производственной практике компания следует своему базовому принципу: «Все, что нестандартно, сложно, еще не исследовано, — предмет интереса ООО «Мелком­НВ». Соответственно выбираются и программные средства, способные принести успех в реализации этого принципа. 

САПР и графика 10`2014