Модельное сопровождение производства изделий машиностроительной гидравлики
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.
- 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.
- 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.
- 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
