4 - 2003

Использование CAD-систем на Уралмашзаводе

Вячеслав Строганов

ОАО «Уралмашзавод», входящее в состав крупнейшей машиностроительной компании России «Объединенные машиностроительные заводы», в этом году отметит свое 70-летие. Стремясь стать производителем мирового уровня, сегодня завод активно занимается реорганизацией и техническим перевооружением.

Одним из основных направлений реорганизации Уралмашзавода является внедрение современных информационных технологий.

Уже сейчас очевидно, что в оптимизации деятельности предприятия ведущую роль играют не столько отдельные системы или инструментальные средства, сколько их совокупность. Исходя из этого на ОАО «Уралмашзавод» принята стратегия развития информационных технологий, которая включает:

  1. Совместное использование информации в электронной форме за счет создания единого информационного пространства.
  2. Применение современных информационных технологий на всех этапах жизненного цикла изделия.
  3. Использование единой нормативной базы.
  4. Применение оптимальных бизнес-процессов.
  5. Развитие инфраструктуры корпоративной сети.

В данной статье мы хотели бы затронуть вопросы, касающиеся исключительно систем автоматизированного проектирования. Это объясняется в первую очередь тем, что процесс проектирования определяет как минимум 70% стоимости изделия. Опыт показывает, что расходы на исправление ошибки, обнаруженной в ходе процесса проектирования, сравнительно невелики, тогда как устранение ошибки на стадии производства обходится во много раз дороже.

Использование современных CAD-систем уже сегодня позволяет нашим конструкторам совместно с другими разработчиками прогнозировать основные характеристики продукции перед принятием окончательных решений, что обеспечивает более высокое качество проекта.

С системами автоматизированного проектирования конструкторы Уралмашзавода работают уже более 10 лет. В конце 90-х годов благодаря накопленному опыту работы с системами 2D-проектирования на заводе осознали необходимость освоения систем трехмерного моделирования. В 1998 году, проанализировав рынок и возможности имевшихся систем 3D-моделирования, приняли решение о приобретении 30 лицензий системы автоматизированного проектирования верхнего уровня Unigraphics.

Первые шаги по проектированию в мощной, но не простой для освоения системе Unigraphics были сделаны сразу после завершения процесса обучения по базовому курсу «Unigraphics CAD/CAM Basics», проведенного ЗАО «Ланит». И результат не замедлил сказаться. Уже спустя два месяца отделом машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) были созданы модели стенда для настройки съемного блока и секции № 2 МНЛЗ.

Освоение систем трехмерного проектирования конструкторами Уралмашзавода и ОМЗ проходило в несколько этапов. Началом, или первым этапом освоения, можно назвать изучение и овладение новым и сложным инструментом проектирования и создание в нем моделей и простых сборок. На этом этапе конструкторами решались следующие задачи: комплексное освоение инструмента проектирования (системы Unigraphics) и обучение использованию всех его возможностей с максимальной эффективностью.

Второй этап освоения состоял в изучении работы с ассоциативными сборками и в разработке отдельных узлов машин. Результатом этого этапа стало создание конструкторами наиболее сложных и ответственных узлов машин, таких, например, как буровой насос, лебедка, вертлюг и др. После анализа результатов второго этапа было принято решение увеличить число рабочих мест, оснащенных системой 3D-моделирования. Была поставлена цель перейти к проектированию в электронном виде всего спектра машин. В качестве системы верхнего уровня был выбран Unigraphics — система, позволяющая работать с электронной моделью всей машины, как буровой установки, так и прокатного стана. В качестве системы для проектирования деталей и узлов машин была выбрана система среднего уровня Solid Edge, имеющая с Unigraphics не только общее математическое ядро, но и общую систему наименования топологии и трассировки изменений. Это дает двустороннюю ассоциативную связь моделей Unigraphics и Solid Edge и в конечном счете обеспечивает единую среду проектирования.

Ниже описывается несколько типичных примеров, в которых применение систем 3D-моделирования конструкторами Уралмашзавода и ОМЗ было особенно эффективно.

Современные системы 3D-моделирования позволяют обнаружить и исключить ошибки, допущенные при конструировании, на этапе создания модели. На примере металлоконструкции моста для пакетирования слябов показано, как удалось обнаружить одну из самых распространенных ошибок, возникающих в процессе конструирования почти в 20% случаев. Эта ошибка — несобираемость сборки. Ошибка обнаруживается на стадии сборки машины в цехе и требует значительного времени и ресурсов для устранения. В системе трехмерного проектирования провести анализ пересечения движущихся или неподвижных частей машины не представляет особого труда. На рис. 1 показаны анализ на пересечение двух выбранных конструктором деталей (изображены синим и желтым цветом) и полученная в результате анализа область их пересечения (изображена красным цветом). Моделирование и анализ конструкции были выполнены в системе Solid Edge.

Другой пример демонстрирует, как система Unigraphics позволяет быстро оценить эффективность принимаемых конструктором решений. При создании новой модели корпуса приспособления для демонтажа навесных редукторов с роликовых секций МНЛЗ для усиления корпуса было предложено изменить ребра жесткости (рис. 2).

После того как измененная модель была рассчитана на прочность, выяснилось, что максимальное напряжение в критических точках возросло в 1,5 раза, а не уменьшилось, как можно было бы ожидать (рис. 3).

Это показало, что лежащее на поверхности традиционное решение — усиление сплошными ребрами — оказалось не самым удачным.

Ярким примером эффективного использования систем 3D-моделирования служит проектирование гидроплит и гидропанелей. Как Unigraphics, так и Solid Edge позволяют с высокой точностью выполнять в них сложную сеть каналов и отверстий, контролировать опасные места и не допускать ненужных пересечений. В трубопроводах и защитных разводках появляется возможность получить реальное изображение изгибов труб и рукавов, особенно при гибах в трех плоскостях с большими радиусами. Конструкторы, занимающиеся проектированием гидроплит и гидропанелей, отмечают, что применение систем трехмерного проектирования позволило им на четверть снизить количество ошибок, которые неизбежно возникали при ручном проектировании и проектировании в 2D-системах.

Одной из основных задач, стоящих сегодня перед любым предприятием, является сокращение срока выпуска продукции. Значительное время в процессе проектирования новой машины расходуется на пересчет ее инерционных характеристик. И в этом вопросе системы трехмерного проектирования готовы оказать конструктору помощь. Расчет центра масс и моментов инерции производится буквально за считанные секунды. Примером может служить расчет центра масс и моментов инерции грохота самобалансного тяжелого, проектируемого конструкторами проектно-конструкторского отдела аглодоменного оборудования. В 1991 году при проектировании грохота ГСТ-91 ручным способом расчет центра масс и моментов инерции рамы корпуса выполнялся в течение двух месяцев (рис. 4).

В 2001 году в системе Solid Edge за один месяц была создана модель и рассчитаны все инерционные характеристики грохота ГСТ-81 (рис. 5). Таким образом, срок проектирования сократился в два раза!

Системы трехмерного проектирования позволяют эффективно решать не только конструкторские задачи. Интересным примером может служить совместная работа конструкторов и металлургов по моделированию процесса отливки колосников. Модель колосника, созданная конструктором в Solid Edge, передается в расчетную программу, в которой моделируется процесс заливки. Раньше для получения данных о дефектах в изделии приходилось проводить опытную отливку, на подготовку которой уходило до двух месяцев. Теперь, чтобы выяснить распределение температурных полей в отливке при кристаллизации и проанализировать усадочные дефекты, достаточно всего нескольких дней. На лицо реальная экономия средств, времени и ресурсов.

Вышеописанные примеры демонстрируют не просто задачи, для которых современные системы 3D-моделирования используются конструкторами Уралмашзавода и ОМЗ, но и эффект, который обеспечивается правильным применением этих систем.

Вот мнение конструкторов, успешно освоивших Unigraphics и Solid Edge: «Использование программ 3D-моделирования позволяет конструктору правильнее оценить конструкцию сложных деталей и сборок, почти мгновенно рассчитать массово-инерционные характеристики, проверить собираемость сборок, получить большую точность проектирования. Создание видов разрезов и сечений по 3D-моделям также исключает ошибки и ускоряет создание чертежей. Используя методы компьютерного моделирования, конструкторы проводят кинематический анализ механизмов и анализ напряженно-деформированного состояния деталей и узлов. Таким образом, существенно повышается качество проектных работ».

Опыт применения систем автоматизированного проектирования показал, что особое внимание следует уделять подготовке кадров. Для более успешного освоения графических систем конструкторами был создан учебный центр на базе Центра информационных технологий Уралмашзавода. Был сформирован специализированный учебный класс на территории предприятия. Класс оснащен современными персональными компьютерами, достаточно производительными для работы с Solid Edge и Unigraphics. В начале 2002 года преподаватели прошли сертификацию и получили право обучения работе с системой Solid Edge. Для обучения были разработаны курсы, позволяющие слушателям всесторонне овладеть программным продуктом. В процессе обучения конструкторы знакомятся с возможностями системы, закрепляют полученные знания, выполняя практические задания под контролем опытных преподавателей. Практически, после окончания обучения выпускники могут сразу начинать использовать Solid Edge в своей работе.

Большой опыт в области машиностроения, применение передовых технологий, нацеленность на эффективный результат позволяют специалистам ОМЗ максимально удовлетворять требования заказчика.

Дальнейшее развитие высоких технологий на предприятии направлено на использование электронных моделей машин не только конструкторами, но и другими участниками жизненного цикла изделия.

Авторы статьи благодарят за предоставленный материал А.А.Вяткина, Д.Г.Деньгина, Е.К.Жернакова

«САПР и графика» 4'2003