10 - 2018

Как повысить качество проектируемых изделий

Дмитрий Хламов
Инженер ГК «ПЛМ Урал».

Довольно часто конструкторские ошибки или несоответствия изделия техническому заданию выявляются только после разработки полного комплекта рабочих чертежей и изготовления натурного образца. К чему приводит выявление ошибок на данном этапе? К потере денег и времени, задержке выхода изделия на рынок и рискам потери клиентов и доверия инвесторов.

Классический пример — проектирование гидросистем вездеходной или специальной техники. Выполнение подобных расчетов требует, исходя из кинематической схемы машины, желаемых технических характеристик и функциональности исполнительного оборудования, разработать полную гидросхему и подобрать оптимальную размерность гидрокомпонентов. При этом необходимо учитывать множество факторов: загрузку ДВС при различных режимах движения, отбор мощности на различные выполняемые операции, оптимальность и функциональность систем управления, а также взаимодействие всех подсистем — гидравлики, механики и электрики. К сожалению, в ходе конструкторской проработки не всегда имеется возможность отработать взаимодействие подсистем и проверить обоснованность предложенных решений. В результате, на этапе испытаний натурного образца, возможна ситуация, когда спроектированная машина существенно отклоняется по своим техничес­ким характеристикам от величин, указанных в техническом задании.

Один из способов избежать подобных ситуаций — проанализировать взаимодействие подсистем, выходные техничес­кие характеристики и парамет­ры разрабатываемого изделия на стадии концептуального проектирования (то есть еще до этапа конструирования).

Пример построения комплексной мультифизической модели гидравлического привода хода 
самоходного опрыскивателя

Пример построения комплексной мультифизической модели гидравлического привода хода самоходного опрыскивателя

Для выполнения данной работы специалисты ГК «ПЛМ Урал», российского интегратора решений для инженерной подготовки производства, предлагают использовать системы 1D­моделирования и анализа — с их помощью создаются упрощенные компьютерные физические модели как отдельных узлов, так и изделия в целом. Эти системы позволяют уже на этапе технического задания проанализировать работу и функциональность систем изделия в различных условиях, а также рассчитать различные получаемые величины, например давление в гидросистеме, скорость движения машины под различным углом, температуру рабочей среды — и уже на основании полученных расчетных данных приступить к конструкторской проработке изделия.

ГК «ПЛМ Урал»

ГК «ПЛМ Урал», официальный партнер Siemens PLM Software, предлагает систему 1D­моделирования Simcenter Amesim для анализа работы и функциональности систем на этапе технического задания.

ГК «ПЛМ Урал» с 1993 года занимается внедрением комплексных интегрированных решений CAD/CAM/CAE/PDM/PLM, предназначенных для сопровождения изделия на всех этапах его жизненного цикла, включая промышленный дизайн, проектирование, подготовку производства и инженерный анализ.

Одной из наиболее известных систем 1D­моделирования и анализа является программный продукт Simcenter Amesim компании Siemens PLM Software. Преимуществом данного решения является мультифизическое моделирование, позволяющее связать между собой различные области физики (гидравлика, пневматика, механика, электрика, термодинамика, электромеханика). Например, от симуляции работы тормозной системы транспортного средства до составления его комплексной физической модели со всеми подсистемами — гидравличес­ким приводом хода, рабочего оборудования, трансмиссией и исполнительными устройствами. Кроме того, в Simcenter Amesim присутствует обширная коллекция библиотек различных технических устройств.

Модель электроуправляемого клапана заднего сцепного устройства трактора

Модель электроуправляемого клапана заднего сцепного устройства трактора

Так, в Simcenter Amesim имеются библиотеки для моделирования работы механических узлов, двигателей внутреннего сгорания, гидро­ и пневмопривода, трансмиссий, различных электронных и электромеханических систем. Simcenter Amesim также позволяет исследовать динамику транспортных средств, эффективность систем охлаждения, двухфазные течения жидких сред и многое другое.  Кроме того, благодаря сотрудничеству с производителями различного оборудования, в составе Simcenter Amesim уже имеются библиотеки моделей конкретных распространенных изделий, уже присутствующих на рынке.

Для постройки взаимосвязанной модели системы компоненты библиотек должны быть связаны друг с другом. Для этой цели каждый компонент наделен портом ввода­вывода, содержащим несколько входов и выходов. Причинно­следственная связь обеспечивается соединением входов одного компонента с выходом другого. Библиотеки Simcenter Amesim написаны на языке С, но также под­держивают свободно распространяемый объектно­ори­ентированный язык Modelica.

В зависимости от поставленной задачи, Simcenter Amesim предлагает различные уровни абстракции модели. Например, для исследования работы гидростанции в целом может понадобиться исследование работы электродвигателя с целью оптимизации энергопотребления станции, в этом случае в составе библиотек электрических компонентов предусмотрена возможность выбора модели электродвигателя с различным набором полюсов, типом подключения и т.д. Если же необходимо исследовать режим работы и параметры гидравлических компонентов станции, абстрагируясь от свойств приводного устройства, то его можно заменить различными упрощенными элементами с минимально необходимым набором параметров для ускорения расчета и упрощения схемы физической модели.

Пример построения комплексной мультифизической модели 
гидравлического привода подъема/опускания груза

Пример построения комплексной мультифизической модели гидравлического привода подъема/опускания груза

Широкие возможности программа предлагает также в сфере моделирования систем управления техничес­кими устройствами. Модели систем управления также могут иметь различные уровни абстракции — от простейшего моделирования управляющих сигналов до построения сложных разветвленных схем с обратными связями от датчиков и различными алгоритмами работы. В Simcenter Amesim предусмотрена возможность строить системы управления, основываясь на различной логике — построении как систем управления на цифровых логических элементах, так и аналоговых схем управления. Кроме того, мощнейшей функцией Simcenter Amesim является возможность построения схемы управления техническими устройствами непосредственно с применением теории автоматического регулирования, используя стандартные уравнения динамических звеньев. Это предоставляет огромные возможности для моделирования работы систем управления и исследования протекающих динамических процессов. Кроме того, даже если вы не найдете нужного элемента в библиотеке компонентов, работу данного элемента можно будет смоделировать, получив его передаточную функцию и соответствующим образом перестроив схему управления.

Simcenter Amesim имеет развитую систему отображения результатов моделирования. Для проведения анализа и изучения полученных результатов имеется встроенная система графического анализа.  Реализована возможность сохранения результатов симуляции работы технических систем, а также манипуляции полученными данными с целью сравнения их между собой в результате, например, серии экспериментов с варьируемыми параметрами и нахождения наиболее оптимального решения. Кроме того, можно экспортировать как построенные в результате моделирования графики, так и таблицы полученных при моделировании значений искомых величин и использовать их в стороннем программном обеспечении.

Пример графического отображения результатов моделирования гидравлического привода 
подъема/опускания груза

Пример графического отображения результатов моделирования гидравлического привода подъема/опускания груза

Описанные возможности системы Simcenter Amesim делают его сегодня одним из самых универсальных инструментов физического моделирования сложных технических систем. В настоящий момент продуктам Simcenter Amesim в вопросах 1D­моделирования и симуляции доверяют такие компании, как Volvo, Liebherr, Scania, Parker Hannifin, Poclain и многие другие ключевые игроки рынка, что позволяет им эффективно распределять финансовые и трудовые ресурсы и своевременно выводить на рынок качественный и конкурентоспособный продукт.

По мнению специалистов ГК «ПЛМ Урал», программный продукт Simcenter Amesim станет оптимальным решением для предприятий — производителей спецтехники, которое позволит:

  • оценить работоспособность изделия на ранних стадиях проектирования;
  • принимать правильные проектные решения;
  • избежать изменений и переделок.

В итоге предприятие получит повышение качества продукции, сокращение сроков вывода изделия на рынок и снижение его себестоимости.

По всем вопросам о возможностях продукта для решения ваших задач вас проконсультируют специалисты ГК «ПЛМ Урал».