Материал: основы проектирования хим произв дворецкий

236 Глава 7. НОВЫЕ ПОДХОДЫ К АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОФОРМЛЕНИЮ…

7.3. ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ САПР

Универсальные программные пакеты компьютерного моделирования ХТС представляют специальный инструментарий для инженеров-проектировщиков этих систем [39]. Основные приложения универсальных пакетов связаны с компьютерным моделированием ХТС и явлений в фундаментальных науках (физике, химии, биологии и др.) и связанных с ними прикладных научных направлениях (теплотехнике, строительной механике, пищевой технологии, различных видах машиностроения и др.), а также с дальнейшим развитием САПР ХТС. Универсальные программные пакеты позволяют на основе данных, полученных в САПР, построить виртуальную полную электронную модель (макет) готового химикотехнологического объекта. Понятие виртуального полномасштабного макетирования (прототипирования) уже используется в САПР ХТС.

С помощью электронных макетов в настоящее время решаются следующие задачи:

−оценка на ранних стадиях проектирования ХТС общего вида, его дизайна

иудобства для потребителя;

−компоновка (сборка) ХТС, трассировка трубопроводных и электрических коммуникаций, контроль удобства доступа к отдельным узлам технического объекта обслуживающего персонала.

Особенно интересны перспективы использования электронных макетов вместо реальных физических макетов на стадии испытания (ввода в действие) сложных ХТС. В этом направлении можно ожидать значительной экономии средств и существенного ускорения процесса создания принципиально новых химических производств. Средства электронного макетирования включают наборы трехмерных физических моделей механики, гидродинамики, тепловых процессов, электромагнитных явлений, акустики и других, представленных как в статике, так и в динамике. Они позволяют применять физические и мультифизические модели не только к отдельным элементам и узлам ХТС, но и к «сборкам» для оценки эффективности функционирования ХТС в целом как системы (например, специальные аналитические блоки известной САПР фирмы SolidWorks).

Представим наиболее известные программные продукты САПР: SolidWorks. Ядро интегрированного программного комплекса автоматиза-

ции предприятия, с помощью которого осуществляется поддержка жизненного цикла изделия в соответствии с концепцией CALS-технологий. Решаемые задачи: проектирование деталей и сборок без ограничения сложности, изделий из листового металла, сварных конструкций, оснастки; проектирование «от концепции», промышленный дизайн, сложные поверхности, проверка сборок на «собираемость»; выпуск чертежей в соответствии с требованиями ЕСКД.

IPO.Plan, IPO.Log. Платформа IPO.Log является программным инструментом, при помощи которого можно в интерактивном режиме синхронизировать работу поточных линий и сборочных станций. IPO.Log работает на основе макета цеха и изображает результаты с помощью трехмерной CAD-модели.

Unigraphics NX. САПР высокого уровня, предназначенная для решения всего комплекса задач, стоящих перед инженерами на этапах создания сложных ХТС (предварительное проектирование, этап инженерного анализа и оптимизации конструкции, изготовление).

Project Expert. Программа позволяющая «прожить» планируемые инвестиционные решения без потери финансовых средств, предоставить необходимую финансовую отчетность потенциальным инвесторам и кредиторам, обосновать для них эффективность участия в проекте.

AutoCAD. Универсальная система для выполнения графических работ, довольно часто принимаемая в качестве базиса для создания САПР (разработана американской фирмой Autodesk). В среде системы пользователь может подготавливать и выпускать конструкторскую и технологическую документацию в электронном виде, изображать детали машин, создавать плоские, двухмерные графические объекты, трехмерные проволочные, каркасные и твердотельные модели реальных объектов, описывать поведение графических объектов во времени посредством демонстрации слайд-фильмов. Сетевые версии AutoCAD поддерживают совместную работу над проектом нескольких участников, взаимодействующих через сеть Internet.

Традиционно базовым языком программирования приложений AutoCAD является AutoLisp, в последних версиях AutoCAD появилась возможность обращения к интегрированным средам разработки программ на языках Visual AutoLisp и Visual Basic for Application и соответственно, написания на них AutoCAD-

приложений.

AutoCAD является наиболее распространенной САПР в мире. На современном этапе включает в себя полный набор средств, обеспечивающих комплексное трехмерное моделирование, в том числе работу с произвольными формами, создание и редактирование 3D-моделей тел и поверхностей, улучшенную 3D-навигацию и эффективные средства выпуска рабочей документации. Начиная с версии 2010, в AutoCAD реализована поддержка параметрического черчения.

КОМПАС-3D. Система трехмерного моделирования, ставшая стандартом для тысяч предприятий, благодаря удачному сочетанию простоты освоения и легкости работы с мощными функциональными возможностями твердотельного и поверхностного моделирования, которые решают все основные задачи пользователей.

Ключевой особенностью продукта является использование собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами АСКОН.

Основные компоненты КОМПАС-3D – собственно система трехмерного твердотельного моделирования, универсальная система автоматизированного проектирования КОМПАС-График и модуль проектирования спецификаций. Все они легки в освоении, имеют русскоязычные интерфейс и справочную систему.

Система КОМПАС-3D имеет возможность оформления проектной и конструкторской документации, согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС.

238 Глава 7. НОВЫЕ ПОДХОДЫ К АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОФОРМЛЕНИЮ…

T-FLEX CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM. Программные решения для элек-

тронного документооборота (PDM), САПР, подготовки производства и управленческой деятельности на предприятии, подготовки программ для станков с ЧПУ.

Единый комплекс T-FLEX CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM включает в себя T-FLEX DOCs – PLM-комплекс для решения задач конструкторско-техноло- гического документооборота, организационно-распорядительного документооборота и комплексного управления инженерными данными предприятия, T-FLEX CAD – система автоматизации черчения, параметрического проектирования и трехмерного параметрического твердотельного и поверхностного моделирования. Программа T-FLEX CAD 3D также содержит в себе полный набор средств параметрического 2D-проектирования, 3D-моделирования, оформления чертежей и конструкторской документации в полном соответствии с ЕСКД. САПР T-FLEX CAD 3D построена на геометрическом ядре Parasolid, которое сегодня считается лучшим ядром для 3D-моделирования. На сегодняшний день системы на Parasolid установлены на более чем 1 000 000 рабочих мест по всему миру. T-FLEX Технология – система для автоматизации технологической подготовки производства, T-FLEX Нормирование – нормирование технологических процессов. Также сюда включаются расчетные инженерные системы: T-FLEX Анализ – система конечно-элементного анализа изделий, T-FLEX Динамика – система динамического анализа механических систем, T-FLEX Расчеты / Зубчатые передачи – система проектирования зубчатых передач, T-FLEX Пружины – система проектирования пружин и др.

APM WinMachine. CAD/CAE система автоматизированного расчета и проектирования механического оборудования и конструкций в области машиностроения, разработанная с учетом последних достижений в вычислительной математике, области численных методов и программирования, а также теоретических и экспериментальных инженерных решений. Эта система в полном объеме учитывает требования государственных стандартов и правил, относящихся как к оформлению конструкторской документации, так и к расчетным алгоритмам.

APM WinMachine обладает широкими функциональными возможностями для создания моделей конструкций, выполнения необходимых расчетов и визуализации полученных результатов. Использование этих возможностей позволит сократить сроки проектирования и снизить материалоемкость конструкций, а также уменьшить стоимость проектных работ и производства в целом.

«ПАССАТ» (разработана российской фирмой – НТП «Трубопровод»). Программа предназначена для расчета прочности и устойчивости сосудов, аппаратов и их элементов с целью оценки несущей способности в рабочих условиях, а также в условиях испытаний и монтажа. Программа состоит из ядра – базового модуля «ПАССАТ», который осуществляет расчет прочности и устойчивости горизонтальных и вертикальных сосудов и аппаратов по отечественным нормативным документам. Расчет на прочность и устойчивость аппаратов колонного типа с учетом ветровых нагрузок и сейсмических воздействий осуществляется

с помощью модуля «ПАССАТ-Колонны». Расчет кожухотрубчатых теплообменных аппаратов (ТА), включающий в себя расчет трубных решеток, труб, перегородок, кожуха, компенсатора, расширителя, плавающей головки проводится с помощью модуля «ПАССАТ-Теплообменники».

Дополнительной функцией является расчет штуцера в обечайки и выпуклые днища, а также соединений арматурных фланцев от воздействия давления и внешних нагрузок по зарубежным документам (модуль «ПАССАТ-Штуцер»).

Удобный графический интерфейс с трехмерным отображением позволяет проверять правильность ввода геометрических характеристик как отдельных элементов, так и всей модели в целом.

ANSYS. Универсальная программная система конечно-элементного анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в области компьютерного инжиниринга

(CAE, Computer-Aided Engineering) и КЭ решения линейных и нелинейных, ста-

ционарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твердого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей. Моделирование и анализ в некоторых областях промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа «проектирование – изготовление – испытания». Система работает на основе геометрического ядра Parasolid.

Программная система КЭ анализа ANSYS разрабатывается американской компанией ANSYS Inc. Предлагаемые фирмой ANSYS Inc средства численного моделирования и анализа совместимы с некоторыми другими пакетами, работают на различных ОС. Программная система ANSYS сопрягается с известными

CAD-системами Unigraphics, CATIA, Pro/ENGINEER, SolidEdge, SolidWorks, Autodesk Inventor и некоторыми другими.

Программная система ANSYS является довольно известной CAE-системой, которая используется на таких известных предприятиях, как ABB, BMW, Boeing, Caterpillar, Daimler-Chrysler, Exxon, FIAT, Ford, General Electric, Lockheed Martin, MeyerWerft, Mitsubishi, Siemens, Shell, Volkswagen-Audi и других, а также при-

меняется на многих высокотехнологичных предприятиях Российской Федерации. Aspen Plus. Программа представляет собой высокоэффективную компьютерную систему, позволяющую инженерам быстро производить моделирование ХТС и анализировать полученные результаты – благодаря новейшему программному обеспечению и промышленным технологиям, обеспечивающим оптимиза-

цию производительности и рентабельности химических производств.

Компания AspenTech является ведущим поставщиком программного обеспечения для оптимизации технологических процессов в нефтегазовой, химической и фармацевтической промышленностях, проектировании и строительстве, а также других отраслях, в которых для производства конечной продукции применяются химические процессы. Простая в использовании и гибкая система для

240 Глава 7. НОВЫЕ ПОДХОДЫ К АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОФОРМЛЕНИЮ…

разработки технологии и аппаратурного оформления процессов химической технологии, оптимизации работы ХТС.

Aspen Plus является частью семейства Aspen Engineering Suite – интегриро-

ванного набора программных продуктов, разработанного специально для внедрения лучшего инженерного опыта, а также в целях оптимизации и автоматизации инновационного технологического процесса на уровне отдельной ХТС. Кроме того, данное решение обеспечивает интеграцию моделей процесса и баз данных инженерных знаний, анализа капиталовложений, оптимизации производства и других разнообразных бизнес-процессов. Aspen Plus содержит данные, свойства, модели работы ХТС, настройки по умолчанию, отчеты и другие характеристики и возможности, разработанные специально для промышленных приложений.

ChemCAD. Программный пакет, разработанный фирмой ChemStations, Inc. Представленный пакет включает средства статического моделирования основных процессов, основанных на фазовых и химических превращениях, а также средства для расчета геометрических размеров и конструктивных характеристик технических объектов.

Пакет представляет собой эффективный инструмент для компьютерного моделирования процессов химической технологии при разработке, модернизации и оптимизации химических и нефтехимических производств.

ChemCAD позволяет решать задачи расчетно-технологического проектирования ХТП и разработки технологического регламента для произвольного процесса химической технологии.

ChemCAD – это пакет программ для моделирования и расчета технологических схем с рециклическими потоками органических и неорганических веществ и непрерывных смесей, а также энергетических потоков.

ChemCAD позволяет создавать, анализировать и оптимизировать различные варианты технологического оформления сложных ХТС, оценивать их эффективность и выбирать наилучший из них.

Следует особо подчеркнуть, что универсальные коммерческие пакеты ANSYS и FemLab служат важной инструментальной базой для компьютерного моделирования статических и динамических режимов функционирования большинства ХТС, математические модели которых представляют различные дифференциальные уравнения с частными производными.

7.3.1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР

Техническое обеспечение (ТО) САПР включает в себя различные технические средства, используемые для выполнения проектных работ, а именно: ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих автоматизированное проектирование.

Технические средства должны обеспечивать: