CATIA 5 для проектирования промышленных объектов, оборудования и систем
Десятый выпуск CATIA версии 5 включает 28 специализированных модулей, предназначенных для разработки инженерных объектов и коммуникаций (Dassault Systemes/IBM выпустили прошедшей осенью в новом релизе V5R10 всего 139 модулей CATIA и несколько десятков партнерских приложений).
В настоящей статье дан обзор основных решений CATIA V5 Equipment and Systems Engineering и приведены примеры их использования в России и за рубежом.
Модуль проектирования промышленных объектов Plant Layout предназначен для пространственной организации производственных территорий и помещений, для размещения рабочих мест и оборудования. Данное решение предоставляет пользователям широкий набор инструментов поэтапного проектирования сложных комплексов промышленного оборудования и коммуникаций (нефтеперерабатывающие заводы, электростанции, морские инженерные сооружения, котельное и реакторное оборудование). На ранней стадии процесса разработки проекта выполняется резервирование рабочего системного пространства — площадей и объемов — для размещения основных производственных участков, необходимых систем коммуникаций (трубопроводы, вентиляция, лотки электрических кабелей, транспортные и конвейерные потоки), а также отдельных рабочих мест. Определяется иерархия построения и структура взаиморасположения основных систем промышленного объекта, выполняется анализ соблюдения требуемых зазоров и дистанций между компонентами объекта. Разработка проекта может проводиться как непосредственно в 3D, так и на основе плоской схемы размещения (рис. 1).
Когда в процессе дальнейшей разработки требуется перемещение или перегруппировка тех или иных систем либо их составляющих, модификация элементов зарезервированного системного пространства выполняется намного быстрее и легче, чем изменение сопряжений точного геометрического представления оборудования. Одновременно ведется детальная проработка узлов и агрегатов, реальная геометрия которых по мере необходимости замещает элементы зарезервированного пространства (рис. 2).
В отличие от Plant Layout, модуль резервирования системного пространства Systems Space Reservation предоставляет более гибкие возможности для формирования системных объемов, но при этом он не оперирует объектами типа территорий. Этот модуль хорошо подходит для резервации системного пространства под оборудование на этапе предварительной компоновки. В пространстве расставляются параллелепипеды заданных размеров (боксы), по мере детализации проекта в них размещаются модели оборудования. Эти параллелепипеды (боксы) представляют собой полупрозрачные призмы (см. рис. 2), являющиеся специальными облегченными объектами. Они используются для анализа взаимопроникновений компонентов оборудования и систем, определения полей зазоров и существенно экономят ресурсы компьютерной памяти при 3D-планировке заводских цехов, судовых секций и других насыщенных оборудованием сооружений.
Модуль трассировки инженерных коммуникаций Systems Routing предлагает недорогое комплексное решение для пространственной прокладки трубопроводных, вентиляционных, электрических, конвейерных и других трасс (рис. 3). Этот модуль предоставляет возможность последующей детализации объектов прокладки на основе стандартных или подготовленных пользователем каталогов трубопроводных, вентиляционных и т.п. деталей. Ограничением модуля является отсутствие автоматической связи с управляющими принципиальными схемами.
Equipment Arrangement — модуль для проектирования и размещения оборудования, позволяющий на основе твердотельных заготовок определять объекты оборудования, привязывая к ним технологические параметры, устанавливать на оборудование соединительные коннекторы и сохранять объекты в структуре каталогов. При размещении оборудование извлекается из стандартных или созданных пользователем каталогов и располагается в пространстве по координатным привязкам или в зарезервированные объемы. Работа может выполняться под управлением принципиальных схем (трубопроводных, вентиляционных, волноводных или электрических). При этом пользователь указывает на схеме позицию оборудования и приложение автоматически находит соответствующее представление в каталогах трехмерных моделей (рис. 4).
Piping/Tubing Design — модуль для трассировки и деталировка трубопроводных линий, производящаяся с контекстной привязкой к соединителям оборудования, координатной привязкой либо под управлением принципиальных схем (Tubing отличается от Piping ориентацией на другие отраслевые стандарты, предназначенные, в частности, для агрегатных трубопроводных систем в аэрокосмической отрасли). Для арматурных деталей, которые не показаны на схеме, но использование которых предусмотрено в структуре трубопроводной линии (например, фланцы, прокладки, сварные соединения), на основе каталогов выполняется автоматическая генерация 3D-геометрического представления и соответствующей спецификации. В процессе проектирования пользователь может в любой момент выполнить анализ соответствия текущего состава трехмерной модели и управляющей принципиальной схемы, а также проверить целостность детализированной трубопроводной линии. При модификации расположения элементов зарезервированного системного пространства (габаритные объемы оборудования, трассировка трубопроводов) происходят автоматическое обновление расположения соответствующих деталей и необходимая перестройка геометрии труб.
HVAC Design — модель для трассировки и деталировки вентиляционных линий. Функциональность HVAC Design в основном аналогична модулям Piping/Tubing с добавлением специфики вентиляционной прокладки, например возможности разделения сечения вентиляционного короба на несколько отдельных сечений (потоков).
Systems Diagrams Design — набор отдельных модулей, включающий общую платформу приложений по разработке принципиальных управляющих схем инженерных коммуникаций и специальные продукты для создания схем трубопроводов, систем вентиляции, отопления и кондиционирования, волноводов и электрических систем.
Equipment Support Structures предназначен для проектирования металлоконструкций. Продукт подходит для моделирования изделий из элементов постоянного сечения, таких как фундаменты оборудования или, например, корабельные мачты (рис. 5). Профили сечений могут группироваться в каталоги. Предусмотрен способ разнообразного позиционирования сечения относительно оси элемента, проходящей через узлы сетки и формирующей структуру конструкции. Профили могут быть не только прямыми, но и криволинейными. Кроме профилей можно задавать определения пластин. Конструктивные элементы проектирования металлоконструкций структурно разбиты на типы: стержень, колонна и пластина.
Сборка металлоконструкции, помимо каталогизированных профильных элементов, может содержать и детали, созданные средствами твердотельного моделирования. В каталоге профилей, кроме геометрии сечения, можно задать материал и его физические характеристики, что позволяет генерировать отчеты, содержащие сортамент, длины и материалоемкость элементов конструкций.
Electrical Design — это набор из девяти специальных модулей, которые позволяют решить весь комплекс задач электротехнического проектирования — от функционального определения системы, построения принципиальных управляющих схем до автоматизированной пространственной прокладки физических жгутов, раскладки жгутов на плоскость, определения соответствующих электрических параметров проводных соединений, сборки и специфицирования изделий и узлов, моделирования печатных плат электронных устройств. Впрочем, эта тема заслуживает отдельного разговора, а в нашей статье приведем лишь фрагмент тестового примера подключения электрооборудования, выполненного в компании ГЕТНЕТ (рис. 6).
В заключение обзора решений CATIA V5 для проектирования промышленных объектов, оборудования и систем добавим, что в состав Equipment and Systems входят также модули проектирования кабельных каналов и желобов, волноводов и опорных конструкций коммуникационных систем, а также специальные модули для проектирования судового корпуса (подробнее о последних см. «САПР и графика» № 3’2002).
Быстрое расширение возможностей и гибкость решений CATIA V5 Equipment and Systems привлекают к разработке французской фирмы Dassault Systemes все новых заказчиков. В 2002 году только в Западной Европе пользователями этих решений стали компании ABB Tools Oy (Финляндия, энергетическое оборудование), APV Anhydro (Дания, насосы и трубопроводная арматура), Danfoss A/S (Дания, холодильники, теплообменники и энергетическое оборудование), Grundfos A/S (Дания, насосы), Jun-Air International A/S (Дания, энергетическое оборудование), Pemo (Франция, насосы), SAH Leduc (Франция, энергетическое оборудование), Gre SRL (Италия, насосы и их оборудование).
Внедрение CATIA V5 Equipment and Systems в международной компании KREBS ENGINEERS, выпускающей нефтехимическое и энергетическое оборудование в США, Австрии, Австралии, Южной Африке и других странах, позволило в некоторых проектах сократить время проектирования на 90% (!) (www.krebs.com). На рис. 7 представлена одна из новых разработок, воплощенная в жизнь.
Американская компания Farnham & Pfile Construction (проектирование и строительство промышленных предприятий «под ключ», реконструкция предприятий), которая использует одновременно V5 Plant design и V5 Mechanical design, получила экономию 30% за счет уточнения спецификации, монтажных схем и рабочих чертежей для своих поставщиков, что на проекте в 5 млн. долл. выглядит весьма внушительно (рис. 8).
Компания CONSOL Energy, взаимодействующая с Farnham & Pfile Construction при сооружении битумных и горноперерабатывающих заводов в США, Канаде и Австралии, приобретая CATIA V5, также нацелились на повышение эффективности за счет снижения расходов по управлению сложными проектами.
В России одним из самых опытных пользователей инжиниринговых решений CATIA версии 5 является судостроительное предприятие ФГУП «Звездочка» (г.Северодвинск Архангельской обл.). Осенью прошлого года состоялся очередной этап обучения по Equipment and Systems Design. Специалисты предприятия успешно продолжают проектирование трубопроводов в машинном отделении траулера (рис. 9).
Третий год пользователем CATIA V5 Systems Routing является также ОКБ «Гидропресс» (Минатом РФ) из г.Подольска Московской обл.
Однако более известны в этой отрасли результаты использования CATIA в Московском отделении международного проекта по термоядерному синтезу ITER (Институт ядерной энергии им. И.В.Курчатова), где на CATIA версии 4 разрабатываются проекты оборудования для реактора ITER (рис. 10), а недавно был заключен договор на приобретение лицензий версии 5, включая специальные модули Equipment and Systems.
Очень интересный опыт накоплен в корпорации «Энергомаш», где сейчас тестируют переносимость своих обширных наработок из CATIA версии 4 на версию 5, с тем чтобы перейти на более удобный пользовательский Windows-интерфейс V5 с выигрышем в стоимости аппаратного обеспечения Intel (против UNIX-станций V4) и с гибкостью конфигурации рабочих мест V5 (от проектирования целого предприятия до отдельных деталей оборудования). «Энергомаш» — это самый крупный в России пользователь решений Equipment and Systems Engineering на базе CATIA версии 4 (24 специализированных рабочих места используются для проектирования газотурбинных тепловых электростанций и их оборудования — рис. 11).
Переход крупных пользователей на Windows-версию является вполне обоснованным, так как решения CATIA V5 Equipment and Systems Engineering естественно наследуют мощные объектно-ориентированные технологии, созданные для АЕС CATIA V4.
Интенсивную работу по изучению новых возможностей CATIA V5 Equipment and Systems ведет московская компания ГЕТНЕТ. Компания занимается внедрением решений Dassault Systemes/IBM на промышленных предприятиях и в конструкторских бюро, проводит обучение пользователей. При тестировании новых продуктов V5 Equipment and Systems был, например, разработан электронно-цифровой макет созданного в ГЕТНЕТ первого в России Демонстрационного центра технологий IBM (рис. 12).
В статье использованы материалы компаний IBM и Dassault Systemes.
