Проектирование промышленных объектов в среде SolidWorks

Владимир Сорокин

При проектировании производственных линий, цехов и целых промышленных предприятий конструкторам приходится разрабатывать различные по идеологии проектирования объекты, такие как специальное оборудование, строительные металлоконструкции, трубопроводные и электрические коммуникации. Практика показывает, что в этом случае пользователи применяют узкоспециализированные решения. Такой подход оправдан до тех пор, пока не возникает необходимость объединить наработки в одном проекте, в котором не только размещаются трубопроводы и металлоконструкции, но и присутствует механика и системы управления с электрическими или электронными частями; при этом необходимо обеспечить их взаимодействие. Можно оставить всё как есть и проектировать по отдельности каждую из составляющих. Но такой подход чреват серьезными ошибками компоновки, которые зачастую обнаруживаются лишь непосредственно на этапе сборки или монтажа изделия.

Владимир Сорокин, начальник технического отдела SolidWorks Russia, Санкт-Петербург

На первый взгляд, выходом из сложившейся ситуации является обмен необходимой информацией посредством нейтральных форматов. Да, это выход, но выход компромиссный. Сразу теряется ассоциативность, нарушается состав изделия, вероятны ошибки трансляции с потерей геометрии. Либо возникают недиагностируемые ошибки, приводящие к невозможности дальнейшей работы с проектом и т.п. В этом случае наиболее эффективным решением может стать связка SolidWorks с профессиональным модулем проектирования инженерных систем и строительных элементов — SolidPlant.

В общем случае процесс разработки с использованием SolidPlant будет состоять из нескольких этапов:

1. Разработка схемы трубной обвязки.
2. Формализация технических требований к трубопроводу.
3. Размещение элементов строительных конструкций и оборудования. Объемный монтаж трубопроводов.
4. Получение спецификации на проект, чертежей деталей и узлов. При необходимости — выгрузка данных в формат PCF либо, в автоматическом режиме, генерация по заданным шаблонам монтажных изометрических схем (ISOGEN).

Проектирование можно либо проводить на одном рабочем месте (тогда разработчик схем и инженер­проектировщик совмещаются в одном лице), либо распределить работу между разными исполнителями, в зависимости от специализации и характера выполняемых работ (рис. 1).

Рис. 1

Разработка схем

На вопрос, как работает изделие или объект, будь то управляющая линейная система включения­выключения прибора или же разветвленная система нефтеперерабатывающего завода, самый исчерпывающий ответ дает схема. В ней описывается принцип работы изделия или объекта, определяется порядок подключения, номенклатура и количество необходимого оборудования.

В состав SolidPlant включен специализированный P&ID­редактор, который значительно упрощает процесс разработки схем трубной обвязки, используемой в качестве первичной информации при объемном монтаже в SolidPlant3D. Естественно, SolidPlant P&ID позволяет разрабатывать и другие типы схем: подключения, технологические, принципиальные и т.п.

В отличие от множества узкоспециализированных сторонних решений для разработки схем, SolidPlant P&ID является полнофункциональным 2D­редактором. В его основе лежит платформа Graebert, хорошо зарекомендовавшая себя как универсальный инструмент конструктора. Интерфейс SolidPlant P&ID прост и понятен, легок в использовании и знаком многим инженерам и проектировщикам (рис. 2). Те, кто имел опыт работы с 2D­редакторами, смогут начать работать с системой практически сразу.

Рис. 2

Библиотека условно­гра­фи­чес­ких обозначений (УГО) оборудования, насосов, вентилей, арматуры, опор и т.п. включает символы по различным промышленным стандартам (в том числе PIP, ISA, JIS и ISO/DIN). Естественно, при необходимости пользователи могут пополнять библиотеку своими символами, вид которых описывается стандартами предприятия или нормативной документацией предприятий­поставщиков. Для этого есть все необходимые инструменты — от средств построения примитивов (точки, линии, дуги и т.п.) до средства добавления полученного УГО в библиотеку пользователя. Причем все эти операции выполняются непосредственно из интерфейса SolidPlant P&ID.

При описании магистралей на схемах используются так называемые динамические линии связи. Это означает следующее: если пользователь изменяет положение УГО компонента на схеме, то связанные с ним линии связи автоматически отслеживают изменения и при необходимости автоматически удлиняются либо, наоборот, становятся короче. Если же компонент будет исключен из схемы, то место разрыва линии соединения будет автоматически восстановлено. Для указания направления перемещения среды по магистралям используются лини связи с маркерами в виде стрелок. При необходимости возможно создание своих типов оформления линий связи.

Специальный инструмент SolidPlant P&ID позволяет назначать пользовательские метки и свойства (схемное обозначение, параметры фитинга) УГО компонентам или линиям связи. При этом будет осуществляться автоматическая проверка уникальности схемного обозначения. Если условие будет нарушено, пользователь получит оповещение об этом.

Технические требования. Каталоги фитингов

Основное назначение Specification Creator — работа с базой каталогов стандартных фитингов, формирование технических требований проекта.

Каждый каталог представляет собой набор таблиц в базе данных с характерными размерами и свойствами, присущими тому или иному типу фитинга или крепежного элемента. Также в каталоге содержится ссылка на мастер­модель, по которой «на лету» будет создаваться запрашиваемый элемент при объемном монтаже. Естественно, для различных типов фитингов набор характерных размеров и свойств будет индивидуальным. Например, у трубы будет указан наружный диаметр и толщина стенки, а у фланца — наружный диаметр, размеры и количество отверстий под крепеж, диаметр центрального отверстия. Как правило, каталог содержит полную номенклатуру фитингов, выполненных по определенному промышленному стандарту или стандарту поставщика, либо по типу фитинга. В штатную поставку входит более полусотни каталогов арматуры по различным стандартам и производителям. Это как широко известные стандарты DIN/ISO, так и не часто встречающиеся JIS.

При необходимости пользователи могут самостоятельно модифицировать данные каталогов, добавлять новые свойства, типоразмеры и, разумеется, создавать собственные каталоги. Интуитивно понятный интерфейс Specification Creator, развитая система фильтрации и сортировки данных, операции экспорта/импорта из таблиц Excel значительно снижают трудоемкость и сокращают количество возможных ошибок ввода данных при решении такой задачи (рис. 3).

Рис. 3

Specification Creator позволяет определить, какие каталоги арматуры будут использоваться, и выбрать из них только ту арматуру и элементы трубопровода, в том числе крепеж, которые будут применяться в проекте. Процедура выбора может осуществляться как «вручную», так и с помощью «мастера». В последнем случае модуль помогает пользователю шаг за шагом сформировать требования к трубопроводу для своего проекта, сводя к минимуму возможные ошибки.

Требования к трубопроводу, также называемые трубным классом, — это не только используемые фитинги, но и единицы измерения, которыми будет оперировать проектировщик. Трубный класс можно настроить на работу с размерами в дюймах или миллиметрах. Можно также использовать и смешанный подход, когда для диаметральных размеров используются дюймы, а для линейных — миллиметры (рис. 4).

Рис. 4

Отдельно хотелось бы отметить визуальный редактор отводов труб. С его помощью легко, быстро и наглядно можно сформировать правило отводов: при каких условиях будет использоваться тройник, резьбовая бобышка, воротник и т.п. из списка доступных фитингов трубного класса. При объемном монтаже система автоматически установит нужный фитинг либо, если будет несколько вариантов, запросит пользователя уточнить, какой из отводов необходимо разместить на данном участке (рис. 5).

Рис. 5

Объемный монтаж

Перед началом трассировки трубопроводов необходимо разместить металлоконструкции и оборудование. В SolidWorks имеется удобный и высокопроизводительный специальный функционал для моделирования и расчета металлоконструкций. В сочетании с использованием библиотечных элементов и баз знаний он позволяет достичь уровня специализированных инженерных систем, настроенных на особенности работы конкретного предприятия. Несмотря на это, SolidPlant предоставляет инструменты, которые поднимают возможности системы на еще более высокий уровень.

В первую очередь — это инструмент по работе с пространственными сетками, используемый в металлоконструкциях. Штатный функционал SolidWorks «Система сеток» был значительно доработан с целью повышения удобства и эффективности использования. С помощью SolidPlant по одной команде автоматически будет создан файл­модель для реализации новой металлоконструкции и внутри него пространственная многосекционная сетка. При этом пользователь может указать направление формирования сетки, по каким осям она будет строиться, а также задать дискретный шаг для последующих секций.

Рис. 6

Прикладные конструкции, такие как лестницы (навесная, шахтная, кольцевая), смотровые площадки, ограждения и ряд других, теперь создаются одним щелчком мыши. В окне выбранной команды достаточно ввести определяющие размеры конструкции, и SolidPant «на лету» создаст запрашиваемый объект. Причем для сложных объектов, таких как лестница, будет создана не многодельная деталь1 , а полноценный узел (сборка) со всеми входящими элементами (рис. 6).

В качестве оборудования для трассировки трубопроводов может использоваться любая модель, сделанная SolidWorks либо импортированная из других САПР. Как в одном, так и в другом случае необходимо указать средствами SolidPlant положение фланцев и их размеры. После этого остается разместить оборудование на объекте и осуществить трассировку.

Еще один из способов получения оборудования — это генерация необходимой модели по шаблону. SolidPlant предоставляет готовые шаблоны оборудования, такого как насосы, циклоны, баки, теплообменники в различных исполнениях. Как и в случае работы с металлоконструкциями, пользователю достаточно указать схемное обозначение, характерные размеры интересующего оборудования, а система создаст необходимую модель. Параметры часто используемого оборудования можно сохранить в разделе «избранное», и тогда при последующих обращениях не будет необходимости заполнять поля размеров вручную (рис. 7).

Рис. 7

В отличие от SolidWorks Routing — штатного инструмента проектирования инженерных систем, SolidPlant 3D использует более развитую интеллектуальную технологию трассировки. Основой является трубный класс, формирование которого мы рассмотрели шагом ранее. Схемные обозначения и параметры магистралей, количество оборудования, вентилей и т.п. будут получены со схем SolidPlant P&ID.

SolidPlant не обязывает пользователя создавать схемы для относительно простых систем трубопроводов. В этом случае всю необходимую информацию для монтажа можно указать непосредственно из интерфейса SolidPlant 3D вручную либо импортировать из таблиц Excel.

При монтаже трубопроводов пользователю доступно несколько способов трассировки. Для труб круглого сечения:

• классический или традиционный. Пользователь полностью контролирует процесс создания трубопровода. Трубопровод создается последовательно, шаг за шагом, от начального фитинга до замыкающего. Каждый элемент размещается «вручную». Способ несколько трудоемок, но дает максимальную гибкость в проектировании и комплектации трубопроводной обвязки;
• полуавтоматический. Совмещает подход ручного размещения компонентов и полностью автоматического. Позволяет пользователю «вмешиваться», насколько это возможно, в процесс автоматической трассировки;
• автоматический. Обеспечивает максимальную скорость трассировки трубопроводов. Пользователь буквально за несколько кликов мыши может построить участок трубопровода со всеми необходимыми фитингами. Фитинги размещаются автоматически.

Для труб некруглого сечения, которые могут использоваться в системах вентиляций и кондиционирования, цементного производства, прокладки коробов и лотков, доступны следующие способы:

• ручной, предполагающий последовательное размещение компонентов;
• автоматический — генерация и размещение компонентов по заранее определенному маршруту.

Нельзя не упомянуть о еще одной интересной возможности SolidPlant, позволяющей изменять размеры сегмента или добавлять патрубки простым перетаскиванием за характерную точку трубы. При этом автоматически будет заменен фитинг, если изменятся условия соединения участков труб (рис. 8).

Рис. 8

По результатам объемного монтажа штатными средствами SolidWorks пользователь оформляет всю необходимую документацию: чертежи деталей и узлов, спецификации. Сверх этого SolidPlant оформляет монтажные изометрические схемы (PCF­ISOGEN) как отдельной магистрали, так и по всему проекту в целом. Данная процедура проводится автоматически, по заранее выбранным шаблонам документов.

САПР и графика 6`2015