7 - 2001

Модельное сопровождение производства изделий машиностроительной гидравлики

Андрей Пузанов

В настоящее время функционирование предприятия вне информационных технологий неизбежно подразумевает огромные материальные вложения в создание продукции.

ОАО «СКБ ПА» и ОАО «КЭМЗ» с 1995 года успешно проводят работы по внедрению и обеспечению работоспособности системы подготовки производства, основанной на передовых информационных технологиях. Эффективность данной системы подтверждена международным сертификатом качества ISO 9001.

Предлагаемый вниманию читателей системный подход применен к подготовке производства, непосредственно к производству и к периоду опытной эксплуатации изделий машиностроительной гидравлики, а также к системе, обеспечивающей интеграцию различных вычислительных комплексов в единый технологический цикл производства.

Суть данного подхода заключается в рационализации проведения необходимых модельных испытаний. В настоящей статье мы ограничимся рассмотрением кинематического и прочностного моделирования.

В общем объеме информации, определяющей свойства изделия, данные о геометрии конструкции составляют значительную часть и играют главную роль в дальнейшей судьбе самого изделия. Использование единой электронной модели, создаваемой на этапе конструкторской проработки, обеспечивает преемственность использования информации на всех этапах существования изделия, сокращает затраты на ее повторный ввод, подготовку и обработку на последующих стадиях производства и эксплуатации.

В качестве средства подготовки электронной модели проектируемого изделия в ОАО «СКБ ПА» используется Mechanical Desktop — как максимально удовлетворяющее задачам проектирования гидроаппаратуры и имеющее оптимальное соотношение «производительность/стоимость».

Однако даже использование комплексной и сквозной автоматизации подготовки производства и самого производства отнюдь не исключает последующей доработки конструкции. Разработка новых видов продукции, а также модернизация существующих неэффективны без комплексной модельной поддержки на всех этапах производства — от концепт-дизайна до опытной эксплуатации.

На сегодняшний день на рынке программного обеспечения существует достаточно большое количество готовых системных решений по реализации вышеуказанных проблем. В процессе выбора программного обеспечения специалистами бюро САПР при активном содействии специалистов компаний, занимающихся распространением и адаптацией ПО, а также инженерным консалтингом, были проанализированы и протестированы на наших собственных задачах в реальных условиях производственного цикла многие системные решения. В результате мы остановили свой выбор на программном обеспечении компании MSC Software, которая представляет широкий спектр CAE-средств — от MSC.MARC (программного комплекса для инженерных исследований) до MSC.visualNASTRAN (программного комплекса для инженерно-конструкторских расчетов). Естественно, спектр их возможностей соответствует их стоимости. Обычно желание «считать все» разбивается о ценовой риф «всесчитающей программы», и не всегда очевидно, что затраты того стоят. Проанализировав существующую на ОАО «СКБ ПА» проблематику, специалисты группы автоматизации, расчетов и моделирования (АРМ) КБ САПР выработали заключение, что порядка 80-90% прочностных задач описываются линейной статикой — либо непосредственно, либо с небольшими допущениями. Кроме того, достигнутая гибкость производственного цикла требовала предоставления результатов в кратчайшие сроки, что система высокого уровня выполнить не могла.

В результате было принято решение о закупке системы «легкого» уровня — для решения ряда срочных задач, а также для выявления потребностей в более «тяжелой» системе. Средством кинематического и прочностного анализа принят программный комплекс MSC.visualNASTRAN.

Необходимо отметить, что естественным преимуществом «легких» систем уровня являются минимальные сроки на интеграцию самого программного комплекса в технологический процесс проектирования и на его изучение и адаптацию к нему специалистов (в нашем случае первые результаты были получены через 10 дней после установки программного комплекса — практически без дополнительного изучения).

Кроме того, существует и еще одна причина привлекательности подобного класса программных продуктов. Сложившаяся технология проектирования заключается в следующем: конструктивная проработка (на трехмерных моделях, при необходимости — с выпуском двухмерных чертежей) осуществляется в специализированных подразделениях инженерами-конструкторами, а моделирование и расчеты различной сложности проводятся в группе АРМ. Активное использование программного продукта в совместной работе над проектом инженера-расчетчика и инженера-конструктора способствует привыканию и адаптации последнего к ранее не знакомой программе, которая вскоре превращается в удобный и необходимый в повседневной работе инструмент. Подобная практика позволяет уменьшить время на адаптацию программного продукта к технологии проектирования за счет постепенного сведения к нулю времени на постановку задачи и последующей передачи освоенного инструмента непосредственно на рабочее место конструктора. Расчетчик при этом может переключиться на более сложные задачи. И тот факт, что visualNASTRAN встраивается в уже привычный конструктору MDT, максимально этому способствует.

Ниже приведены некоторые иллюстративные примеры применения данной связки программных продуктов на различных этапах производства изделий машиностроительной гидравлики.

  1. Этап предпроектного анализа (концептуального проектирования). Кинематический анализ привода стрелы антенного приемника

    На этапе концептуального проектирования системы управления и привода стрелы антенного приемника требовалось определить функциональность системы на нескольких рабочих и аварийных режимах работы привода, кинематические характеристики элементов конструкции, силовые характеристики исполнительных элементов привода, а также напряженно-деформированное состояние (НДС) самой конструкции.

    В качестве средства подготовки трехмерной модели был использован Mechanical Desktop, в качестве кинематического средства анализа — MSC visualNASTRAN 4D, а анализа НДС — MSC visualNASTRAN Inside MDT.

    В результате проведенного анализа были отлажены система и технология работы привода при подъеме стрелы, получены требуемые кинематические характеристики, выявлен режим работы, при котором возможно заклинивание гидроцилиндров. Кроме того, были получены силовые характеристики на исполнительных элементах и картина НДС элементов конструкции. По результатам анализа выданы рекомендации по конструктивной доработке.

  2. Этап конструкторской проработки. Анализ прочностных характеристик узлов гидромашины

    На этапе конструкторской проработки требовалось выявить узкие (с точки зрения НДС) места в конструкции ответственного узла гидромашины, форсируемой по характеристикам рабочего давления, и дать рекомендации по доработке конструкции деталей, входящих в узел.

    В качестве средства подготовки трехмерной модели был использован Mechanical Desktop, в качестве средства анализа НДС — MSC MARC.

    В результате проведенного совместно со специалистами MSC анализа были получены картины распределения НДС ответственного узла гидромашины. Выявлен ряд узких мест. Выработаны рекомендации по усилению конструкции узла.

  3. Этап постановки изделия в серию (опытной эксплуатации). Анализ причин заклинивания золотников в золотниковых отверстиях корпусов гидрораспределителей

    На этапе постановки изделия в серию возникла проблема заклинивания золотников в корпусах гидрораспределителей. Требовалось определить причину — конструктивная недоработка, брак производства или отход от технологии сборки.

    В качестве средства подготовки трехмерной модели был использован Mechanical Desktop, в качестве средства анализа НДС — MSC visualNASTRAN Inside MDT.

    В результате проведенного анализа было выявлено, что деформация золотникового отверстия, даже с учетом заложенных в документации отклонений от формы поверхностей, составляет 30-40% от зазора между золотником и поверхностью золотникового отверстия.

    ***

Внедрение системного подхода в рамках существующего технологического процесса проектирования изделий машиностроительной гидравлики на предприятиях ОАО «СКБ ПА» и ОАО «КЭМЗ» обеспечило значительное сокращение сроков проектирования, подготовки производства и собственно производства гидромашин, устройств гидроавтоматики и в целом гидроприводов, повышение качества разработок.

«САПР и графика» 7'2001