Главная » CADmaster №3(13) 2002 » Очерки и технологии Долото, готовое к пуску! Буровая техника и современные средства ее проектирования
Уважаемые читатели!
CADmaster открывает новую рубрику «Очерки и технологии», в которой мы предполагаем обсуждать интересующие вас технологии, связанные с проектированием и моделированием.
Присылайте отзывы на опубликованные материалы, предлагайте темы для обсуждения. Специалисты в различных областях машиностроения, строительства, планирования и технологий постараются дать исчерпывающие ответы.
Будущее этой рубрики целиком зависит от вас.
Главный редактор журнала CADmaster Ольга Казначеева
Руководитель отдела систем архитектурно-строительного и технологического проектирования компании Consistent Software Игорь Орельяна:
Многие из читателей журнала CADmaster прямо или косвенно связаны с нефтегазодобывающей промышленностью. Самое непосредственное отношение к этой отрасли имеет и отдел систем архитектурно-строительного и технологического проектирования: наши специалисты автоматизировали множество проектных организаций и проектно-конструкторских групп, решающих прямые задачи этой индустрии (обустройство месторождений, транспортировка и хранение, переработка и сбыт нефтегазопродуктов). CADmaster неоднократно публиковал статьи на эти темы.
Решая свои узкопрофильные задачи, мы лишь в последнее время стали задумываться над тем, что нам, «строителям», известна только часть информации. Много ли мы знаем, например, о средствах механизации добычи, производстве технологического оборудования и современных средствах проектирования этого оборудования?
Поэтому, когда появилась идея создать рубрику «Очерки и технологии», мы были готовы предложить первую тему: буровая техника и современные средства ее проектирования.
По страницам энциклопедий
Известно, что уже 6000 лет назад при постройке пирамид египтяне бурили скважины с помощью трубчатых бронзовых наконечников, в которые, по-видимому, вставлялись алмазы. Древние римляне применяли ложковый бур. В Китае два тысячелетия назад создавали скважины для добычи соляных растворов.
Первые скважины на Руси тоже связаны с добычей рассолов, из которых выпаривалась поваренная соль: близ Костромы соляные промыслы существовали уже в XII веке. Сначала рассол извлекался на поверхность через колодцы, позже — через буровые скважины. Использовались скважины и на соляных промыслах Соликамска, основанных в XV веке братьями Калинниковыми. Бурение производилось комбинированным (вращательно-ударным) способом на сплошных деревянных штангах.
Развитие бурения и буровых установок связано с именами Леонардо да Винчи, Фовеля, Лешо. В 1844 году
Современные методы проектирования буровой техники
Комментирует специалист по CAD/CAM/CAE-системам Максим Краснов:
Для проектирования бурового оборудования может быть использовано самое разное программное обеспечение — все зависит от сложности проектируемого изделия и требуемой полноты решений.
Весь комплекс задач проектирования и изготовления охватывает, например, система твердотельного трехмерного параметрического моделирования Unigraphics. Система имеет модульную структуру, где каждый модуль отвечает за решение определенной задачи: поверхностное моделирование, проектирование сборок и отдельных деталей, компоновочную увязку агрегатов, выпуск чертежной документации, расчет массо-инерционных характеристик изделия, прочностной расчет, кинематический и динамический анализ механизмов, создание управляющих программ для станков с ЧПУ (фрезерных, токарных, электроэрозионных), работу с листовым материалом — получение разверток (в том числе неразворачиваемых поверхностей). Кроме того, имеются модули с более узкой специализацией — например, для проектирования трубопроводных систем разного типа и конструкций из типовых профильных элементов.
Все проектирование осуществляется на единой информационной базе: данные мастер-модели распределяются между модулем проектирования и остальными модулями Unigraphics. Геометрия отдельных деталей, являющихся компонентами большой сборки, ассоциативно завязывается между собой. Управляя механизмом этой связи, можно объединить концептуальное проектирование и детальное конструирование. Изменения на концептуальном уровне автоматически отражаются на уровне отдельных деталей и в их различных приложениях — расчетных и технологических.
Unigraphics — пример комплексного решения в рамках одной системы. Для автоматизации отдельных этапов проектирования и производства можно предложить другое программное обеспечение.
Система среднего уровня Solid Edge прекрасно справится с задачей эскизного проектирования, конструирования, деталировки, выпуска чертежной документации и подготовки производства. Может служить базой полного цикла разработки изделия от проектирования до изготовления. Прямой интерфейс с ведущими системами CAM и CAE позволяет обеспечить передачу данных для дальнейшего анализа и подготовки производства, устраняя повторное моделирование в этих системах.
Использование программ конечно-элементного анализа
Комментирует специалист по прочностным расчетам и конечно-элементному анализу Сергей Девятов:
При решении разнообразных задач, встречающихся в инженерной практике, метод конечных элементов используется очень широко: этому способствуют и его универсальность и простота программной реализации, и стремительное развитие вычислительной техники. На основе метода создано множество расчетных программ.
Поскольку расчетчик имеет дело с большим объемом информации (как исходной, так и итоговой, представляющей собой результат расчета), существенными при оценке качества ПО являются характеристики пре- и постпроцессора. Эти характеристики определяют возможности построения расчетной схемы и ее последующего редактирования, скорость создания и качество конечно-элементной сетки. Исключительно важен и инструментарий для обработки результатов.
В воронежское отделение компании Consistent Software обратились представители Волгоградского завода буровой техники — организации, где профессионально занимаются проектированием бурового оборудования (в частности буровых вышек).
Для расчета стержневых систем, а к таковым относится и буровая вышка, на заводе использовалась программа PARUS, хотя и реализующая метод конечных элементов, но имеющая достаточно скудный интерфейс, не позволяющий предоставить пользователю те удобства, которые обеспечивают современные Windows-приложения. Нет визуализатора и средств контроля параметров расчетной схемы. Не предусмотрена возможность оперативной корректировки данных. Отсутствуют инструменты, облегчающие анализ результатов расчета; нет блока оптимизации конструкции.
Чтобы оценить возможности современных программных комплексов (а в перспективе такой комплекс и приобрести), завод предложил специалистам нашей компании решить ту же задачу, но с помощью другого программного обеспечения.
Из современных программ конечно-элементного анализа были выбраны многоцелевой комплекс Cosmos/M американской компании Structural Research & Analysis Corporation, в основном ориентированный на машиностроительную отрасль, и SCAD — более специализированная программа для расчета и проектирования стальных и железобетонных конструкций (разработчик — киевская фирма «SCAD Group»).
Некоторое время ушло на дешифровку табличных данных, полученных от завода буровой техники. Здесь надо сказать, что PARUS предполагает единственную форму работы: формирование таблиц с данными. В том же виде программа представляет и результаты расчета, которые расчетчик, не мудрствуя лукаво, обрабатывает путем визуального просмотра.
Результаты расчета оказались практически тождественными тем, что были предоставлены заказчиком. Таким образом все три программы (PARUS, Cosmos/M и SCAD) в плане корректности полученного решения примерно равнозначны.
Осталось сравнить возможности пре- и постпроцессора. Результаты приведены в таблице:
Параметр | PARUS | Cosmos/M 2.7 | SCAD 7.29 |
---|---|---|---|
Подготовка исходных данных | Создание вручную позиционированных массивов данных в виде таблиц. | Использование графической системы, а также возможностей командного языка. | Использование графической системы, а также возможностей текстового представления данных в определенном формате. |
Средства визуализации | Отсутствуют. | Возможность присвоения цвета конечному элементу по признаку принадлежности к группе, материалу и совокупности уточняющих параметров («Real Constant»). Фильтрация геометрических элементов, узлов и конечных элементов путем создания списков. | Разнообразные возможности фильтрации и фрагментации элементов расчетной схемы. Работа со списками узлов и конечных элементов. |
Обработка результатов анализа | Отсутствует. | Построение эпюр для стержневых конечных элементов и деформированной конфигурации системы, определение минимальных и максимальных значений. | Построение эпюр для стержневых конечных элементов c оцифровкой и деформированной конфигурации системы, определение минимальных и максимальных значений. |
Соответствие нормативным документам РФ | В программе не предусмотрено. | В программе не предусмотрено. | Полное соответствие. Поддерживается разнообразный сортамент металлических профилей; имеется модуль армирования, разработанный на основе рекомендаций СНиП. |
Документирование | Вывод результатов в фиксированной форме, визуальная оценка результатов. | Возможность формирования списка необходимой числовой информации, получаемой на выходе. Сохранение графической информации на диске (в том числе и AVI-файлов). | Выделено отдельным пунктом в структуре дерева проекта, позволяет запротоколировать результаты с любой степенью подробности, включая графическую информацию. При необходимости к результатам прилагаются правила их чтения в соответствии с нормативными документами. |
Разное | Нет. | Дополнительно: решаются задачи нелинейного деформирования твердых тел по разнообразным моделям, задачи на усталость и динамический отклик, рассматриваются тепловые процессы стационарные и нестационарные. Богатая библиотека двумерных и трехмерных конечных элементов. | Дополнительно: учет динамических нагрузок, расчет на устойчивость, армирование железобетонных конструкций и подбор сечений металлопроката на основе РСУ, моделирование односторонних связей, расчет амплитудно-частотных характеристик при внешнем гармоническом воздействии, учет геометрической нелинейности. Богатая библиотека двумерных и трехмерных конечных элементов. |
Как видим, Cosmos/M и SCAD имеют неоспоримые преимущества перед программой PARUS, во-первых, по широте спектра решаемых задач, а во-вторых, по возможностям пре- и постпроцессора. SCAD, как система более специализированная в области анализа строительных конструкций, идеально подходит для пользователей, которые занимаются подробными расчетами.
Руководитель отдела САПР, инженерного анализа, автоматизации производства компании Consistent Software Юрий Чигишев:
Предложенные вашему вниманию современные способы проектирования, конструирования и инженерного анализа уже достаточно широко применяются при разработке нефтепромыслового оборудования и за рубежом, и в нашей стране.
Такие технологии на порядки повышают эффективность проектно-конструкторских работ, но, как показывает опыт нашей компании, и это не предел. Использование современных технологий становится еще более эффективным при организации защищенного архивного хранения электронных документов, разграничении прав пользователей различных служб, внедрении систем электронного инженерного документооборота и управления сведениями о проекте или изделии.
Строго говоря, полученные самыми современными способами электронные модели изделия и комплекты конструкторской и проектной документации — это лишь отправная точка для дальнейшей технологической подготовки производства, планово-экономических расчетов, диспетчеризации и управления производством.
Consistent Software располагает всеми необходимыми решениями для организации сквозного цикла технической подготовки производства. Об этих решениях мы рассказывали (и расскажем еще не раз!) на страницах нашего журнала.
Скачать статью в формате PDF — 707.9 Кбайт |