Создание виртуального кабинета «Конструирование технологического оборудования» в Тамбовском государственном техническом университете

Владимир Мокрозуб
Профессор кафедры КИСМ, Тамбовского государственного технического университета

Введение

Развитие перерабатывающих отраслей промышленности, в том числе химической и пищевой, в настоящее время является для экономики России актуальной задачей. Проектирование и эксплуатация химического оборудования невозможны без квалифицированного инженерно­технического персонала. Применение современных информационных технологий в учебном процессе при подготовке специалистов различных уровней (бакалавры, магистры, инженеры­специалисты) и направлений (конструкторы, механики, системотехники) требует разработки интегрированных автоматизированных систем (АИС), а именно учебно­промышленных АИС. Причем термин «учебная» понимается не в смысле ее упрощения или облегчения, а наоборот, в смысле «утяжеления» промышленной системы компонентами, позволяющими производить обучение.

Одним из элементов разрабатываемой в Тамбовском государственном техническом университете (ТГТУ) учебно­промышленной АИС автоматизированного конструирования химического оборудования является виртуальный кабинет «Конструирование технологического оборудования». Под виртуальным кабинетом понимаются компоненты информационной системы, предназначенные для студентов, изучающих специализированные учебные курсы по устройству, методам расчета и методам конструирования технологического оборудования.

Описываемый в статье виртуальный кабинет курсового и дипломного проектирования используется при обучении студентов специальности «Машины и аппараты химических производств» и магистров направления «Информационные системы технологического оборудования» на кафедре компьютерно­интегрированных систем в машиностроении ТГТУ.

Функции системы («кабинета») определены знаниями и умениями, которыми должны владеть студенты для выполнения проектов, максимально приближенных к реальным.

Первая очередь системы позволяет:

• проводить механические расчеты технологического оборудования. Механические (прочностные) расчеты являются обязательными при конструировании технологического (химического) оборудования, так как оно представляет собой объекты повышенной опасности;
• выбирать типоразмеры отдельных элементов технологического оборудования. Типовое химическое оборудование состоит из стандартных или типовых элементов и узлов (обечайки, крышки, днища, опорные и строповые устройства, фланцы и др.);
• получать справочные данные, необходимые для разработки конструкции (механические свойства материалов, коррозионная стойкость материалов, виды сварных швов и др.);
• по 3D­моделям ознакомиться с типовыми конструкциями элементов. Современные графические средства позволяют создавать 3D­модели элементов и узлов, максимально приближенные к реальным.

Кроме того, система содержит расчетные и курсовые задания по курсу «Конструирование и расчет элементов технологического оборудования».

Для создания 3D­моделей элементов технологического оборудования использовались технологии компании АСКОН.

Структура виртуального кабинета «Конструирование технологического оборудования»

Описанные функции системы определяют ее структуру. Система состоит из следующих элементов:

• модуль механических расчетов элементов технологического оборудования;
• база применяемости и свойств сталей;
• база типоразмеров элементов технологического оборудования;
• каталоги типового технологического оборудования;
• 3D­модели типовых элементов технологического оборудования;
• расчетные и курсовые задания.

Виртуальный кабинет представлен программами и информационными ресурсами, работающими в Интернете и в локальной сети (включая монопольное использование). Адрес виртуального кабинета в Интернете — www.gaps.tstu.ru/kir. На рис. 1 представлена его стартовая страница. Следует учитывать, что кабинет постоянно развивается, поэтому его содержание, включая и стартовую страницу, может изменяться.

Рис. 1. Стартовая страница виртуального кабинета
«Конструирование технологического оборудования»

Модуль механических расчетов

Механические расчеты элементов технологического оборудования выполняются в среде пакета для математических вычислений MatchCad. Расчеты оформлены в виде электронных книг с примерами.

База применяемости и свойств сталей

Одним из наиболее ответственных этапов конструирования технологического оборудования является выбор конструкционного материала.

В химической промышленности используются тысячи наименований агрессивных сред и огромное количество конструкционных материалов. Но для каждого химического производства выбирают конкретный конструкционный материал, который должен быть наиболее выгоден по экономическим характеристикам и обладать оптимальными эксплуатационными показателями, такими как прочность, коррозионная устойчивость и др.

ГОСТы, ОСТы, справочники, каталоги типового технологического оборудования

Эта техническая литература содержит информацию о существующем оборудовании и его элементах. Такая информация необходима для подбора оборудования при решении задачи определения размеров аппаратов для выпуска заданного объема продукции в заданный период времени. Кроме того, она служит отправной точкой при выполнении курсового и дипломного проекта (как аналог задания на курсовой или дипломный проект).

Условные обозначения элементов ХТС

Условные обозначения элементов ХТС (химико­технологических схем) содержат графические обозначения технологического оборудования (емкостные аппараты, теплообменники, колонны, сушилки и др.) и трубопроводной арматуры в графическом формате DWG. Они предназначены для построения функциональных схем химических производств.

3D­модели типовых элементов технологического оборудования

Одним из эффективных способов изучения конструкций химического оборудования является использование их 3D­моделей. Современные средства создания 3D­моделей позволяют создавать реалистические виртуальные образы конструкций. Также имеются свободно распространяемые средства визуализации 3D­моделей, в том числе и в Глобальной сети. В качестве формата хранения 3D­моделей, предназначенных для визуализации в Интернете, используется формат EASM. Для визуализации применяется свободно распространяемая программа EDrawing. Список элементов, к которым в настоящее время имеется доступ, представлен на рис. 2.

Рис. 2. Список элементов технологического оборудования

Вызов соответствующей модели осуществляется из набора меню; примеры моделей представлены на рис. 3­6. 

Рис. 3. Перемешивающие устройства

Рис. 4. Привод консольного вала

Рис. 5. Привод однопролетного вала

Рис. 6. Элементы кожухотрубчатого теплообменника

Расширенная версия статьи представлена на сайте журнала «Наука и образование»: http://technomag.bmstu.ru/doc/227902.html

САПР и графика 1`2015