Компьютерное проектирование участков и цехов сварочного производства

 

Проект сборочно-сварочного цеха подразделяется на следующие специальные части:

1. технологическую и транспортную – это основная часть проекта содержит определение и расчет всех элементов производства для организации технологического процесса и внутрицехового потока, включая технико-экономический анализ различных вариантов проекта и обоснование выбора наиболее целесообразного из них;

2. строительную – строительное и архитектурное оформление здания цеха;

3. санитарно - техническую – отопление, водоснабжение и канализация, вентиляция;

4. энергетическую – снабжение цеха всеми видами энергии и топлива для производственных нужд, сжатым воздухом, газами.

Таким образом, основой проекта сварочного цеха или участка является технологическая и транспортная части, которые содержат следующие сведения:

- программу производства и режим работы каждого отделения цеха;

- определение качественного и количественного состава всех основных элементов производства;

- нормированные технологические процессы производства;

- планы и разрезы цехов с размещением оборудования, рабочих мест и транспортных устройств.

Требования, предъявляемые к компоновке плана, включают обеспечение кратчайшей технологической связи между всеми звеньями производственного потока с рациональным использованием площади, исключение обратных движений деталей, создающих встречные потоки и затрудняющие транспортировку. Удовлетворение указанных требований достигается путем сопоставления возможных вариантов общей компоновки плана с выбором наиболее рационального из них.

Проектирование сварочных участков и цехов включает следующие этапы:

1. выбор рациональных в технико-экономическом отношении способов изготовления деталей, сборки и сварки, технического контроля и внутрицеховой транспортировки материалов, деталей и узлов, готовых конструкций;

2. определение качественного и количественного состава всех необходимых элементов производства для обеспечения изготовления заданной продукции;

3. разработка плана рационального размещения в проектируемом цехе всех элементов производства и составление разрезов здания цеха с указанием необходимой высоты всех его помещений;

4. трехмерное моделирование участков сварочного производства;

5. определение необходимых капитальных затрат и оборотных средств для осуществления эксплуатации проектируемого цеха, а также подсчет себестоимости заданной для него продукции и технико-экономических показателей ее производства [20].

Традиционный способ проектирования планировки участка или цеха с помощью макета, темплетов, чертежной доски или даже ЭВМ, в качестве своеобразного «электронного кульмана», не эффективен, поскольку оптимизация размещения оборудования производится фактически вручную (что при большой вариантности занимает продолжительное время) и часто элементы вычерчиваются заново.

Сокращение трудоемкости работ достигается за счет использования баз данных, содержащих технологическую (модель, паспортные характеристики, сведения о заводе изготовителе, стоимости и т.п.) и графическую информацию о существующих моделях оборудования, приспособлений, инструмента и т.д. Здесь же должны быть стандарты на архитектурную часть цеха (ширина и высота пролетов, размеры проездов, расстояния между колоннами, оборудованием и т.д.). Все записи в базе данных снабжены соответствующими шифрами.

Кроме БД необходимо программное обеспечение, позволяющее автоматизировать процесс оптимизации планировки, чтобы задача технолога сводилась к введению шифров и количества единиц необходимого технологического оснащения. Программа же, опираясь на эти данные и имеющиеся в БД, предлагает варианты планировки цеха и размещения оборудования, рассчитывает площадь сварочного участка и т.д. Это позволяет избавить технолога от рутинных операций и ускорить проектирование. Полученный проект легко изменяется и дополняется.

Решение задач проектирования участков и цехов сварочного производства не должно заканчиваться разработкой технологических планов, т.к. двумерные планы и разрезы не дают проектируемых сооружений не дают полного представления о завершенном проекте, которое может быть получено с помощью трехмерного (пространственного) изображения. Имея такое представление объекта в виде виртуальной модели, можно рассматривать его с любой точки зрения посредством виртуальной камеры, что дает весьма наглядное представление о будущем цехе и позволяет работать над его дизайном.

Авторы работы [20] предлагают использовать для построения трехмерной модели участка сварочного производства программу 3 DStudio MAX. Данная программа предоставляет множество возможностей по построению объектов и управлению ими. Ее использование во многом сходно со съемкой видеокамерой пространства, заполненного сконструированными объектами. С помощью стандартных (сфера, цилиндр, параллелепипед, конус и т.п.) и улучшенных примитивов - элементов чертежа, обрабатываемых как единое целое, и объединяя их можно построить модели технологического оснащения. Наиболее распространенными составными объектами являются булевские, которые создаются объединением примитивов по принципу булевской алгебры (логики) на основе логических операций объединения, пересечения и исключения.

Для построения модели помещения сварочного участка на практике проще всего использовать построения на основе примитивов, а именно параллелепипедов. Из них «строятся» стены, пол, потолок, окна и т.д. Обычно делают три стены, четвертая не нужна, т.к. она находится, как бы, за спиной и не влияет на общий вид сцены и, кроме того, не мешает работе с камерой и источниками света.

3 DStudio MAX позволяет также создавать спецэффекты. Это работа с системами частиц – совокупностями малоразмерных объектов, управляемых по ряду параметров. К ним относятся: дождь, снег, дым, туман, огонь, жидкость и т.д. Частицы могут находиться под действием объемных деформаций – модификаторов, действующих в глобальной системе координат, таких как ветер, гравитация, отражатель, используемых для управления движения частиц в сцене. С помощью систем частиц можно создавать, например, эффект сварочных брызг, горения сварочной дуги.

Камеры – это ключевые элементы качественной визуализации и анимации, именно они обеспечивают наблюдение сцены в реалистичной манере. В программе имеются два типа камер: нацеленные (характеризуемые точкой съемки, в ней помещается сама камера, и точкой нацеливания) и свободные (без точки нацеливания). Важным является также правильно подобранное освещение, обеспечивающее видимость, объемность и реалистичность (за счет теней) сцены. Это может быть подсветка, прожекторы, всенаправленные и направленные источники света. Пример сцены сборочно-сварочного участка созданной с помощью 3 DStudio MAX приведен на рис. 5.3.

С помощью средства MAXScript можно автоматизировать процесс моделирования, анимацию, материалы и визуализацию, а также создавать собственные инструменты импорта-экспорта.

Для создания чертежей в системе AutoCAD может использоваться язык программирования AutoLISP (рис. 5.4). Программа на языке AutoLISP – это последовательность вызовов (применений) определенным образом сформированных функций, которая совпадает с последовательностью вычерчивания чертежа детали. Написание программы сводится к процессу пошагового формирования функций и последовательности их вызовов. Такой подход позволяет решить задачу автоматической параметризации чертежей, т.е. создания чертежей однотипных деталей с различными параметрами элементов.

Рис. 5.3. Сцена сборочно-сварочного участка в 3 DStudio MAX

Достаточно подробно процесс проектирования деталей, сборочно-сварочных приспособлений и цехов с помощью программ AutoCAD и 3 DStudio MAX рассмотрен в работах [20, 21]. Приведены общие методические указания, пошаговая инструкция по вычерчиванию деталей, примеры и листинги программ.

Определение потребности в необходимом количестве оборудования, приспособлений и другого технологического оснащения, которое нужно разместить на плане сборочно-сварочного участка производится на основе нормирования технологического процесса. Методика расчета норм времени для различных способов сварки и резки, потребности в оборудовании и материалах, и других технико-экономических показателей приведена в литературе [19–21] и многих других источниках. Авторы работы [20] применяют для расчетов (в т.ч. и математической оптимизации планировки) среду программирования DELPHI (могут успешно использоваться и другие языки программирования; хорошим выбором являются системы, позволяющие подобно DELPHI создавать удобный пользовательский интерфейс (кнопки, списки, поля запросов и т.д.), привычные пользователям платформы Windows). Там же можно ознакомиться с примерами расчетов и листингами программ.

Рис. 5.4. План и грузопоток участка изготовления

ацетиленовых баллонов при двухрядном размещении

оборудования, созданный в AutoCAD

Разработана система автоматизированного проектирования технологических планировок предприятий на основе комплекса T - FLEX [19]. Программа позволяет создать план участка, цеха и прилегающих подъездов через управление функциями T - FLEX CAD автоматической вставкой фрагментов строительных элементов (колонн, проходов, стен, дверей, ограждений и т.п.). Затем на основе запросов к БД T - FLEX /ТехноПро вызываются эскизы оборудования и размещаются на плане цеха. Темплеты оборудования организованы в виде фрагментов T- FLEX CAD. Автоматически ведется спецификация оборудования.

Разработка планировок цехов возможна также в системе КОМПАС.

 

Контрольные вопросы к Главе 5:

 

1. Какие графические системы могут использоваться для проектирования сборочно-сварочных приспособлений?

2. Где были проведены первые работы по автоматизированному конструированию сборочно-сварочной оснастки?

3. Какова наиболее эффективная функционально-структурная схема процессов проектирования приспособлений для конструктивно-подобных сварных конструкций?

4. Что целесообразнее использовать для оценки результатов автоматизированного конструирования?

5. Какой программный комплекс автоматизированного конструирования сборочно-сварочной оснастки используется наиболее часто?

6. На какие специальные части разделяется проект сборочно-сварочного цеха?

7. Какие сведения должны содержать технологическая и транспортная части проекта сварочного цеха или участка?

8. Какие этапы включает в себя проектирование сварочных участков и цехов?

9. За счет чего происходит сокращение трудоемкости работ при проектировании сварочных участков и цехов?

10. Что используется чаще всего для построения модели помещения сварочного участка на практике?

 

C ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Бокарев, Д.И. Основы систем автоматизированного про-ектирования в сварке / Учеб. пособие. Воронеж: ВГТУ, 2006. – 264 с.

2. http://portal.main.tpu.ru:7777/departments/kafedra/otsp/labs_all/lab_computer.

3. http://comhightech.tsu.tula.ru/

4. Скоснягин, Ю. А. Информационно-поисковая система «Электроды для ручной дуговой сварки» / Ю. А. Скоснягин, А.Б. Лесной // Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах: Сб. тр. Второй междунар. конф. (13–17 сентября 2004 г., пос. Кацивели, Крым, Украина). – Киев: ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины, 2004. – С. 242–244.

5. Бате К.Д. Численные методы анализа и метод конечных элементов / К.Д. Бате, E.Л. Вилсон // Пер. с англ. – М.: Стройиздат. 1982. – 448 с.

6. Вержбицкий, В.М. Основы численных методов: Учебник для вузов. – М.: Высш. шк., 2005. – 840 с.

7. Галлагер, Р. Метод конечных элементов. Основы / Пер. с англ. – М.: Мир. 1984. – 428 с.

8. Зенкевич, О.К. Метод конечных элементов: от интуиции к общности / Сб. переводов «Механика». – М.: Мир. 1970. – №6. – С. 90–103.

9. Зенкевич, О.К. Метод конечных элементов в технике / Пер. с англ. – М.: Мир. 1975. – 541с.

10. Норри, Д. Введение в метод конечных элементов / Д. Норри Ж. Де Фриз // Пер. с англ. – М.: Мир, 1981. – 304 с.

11. Образцов, И.Ф. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов / И.Ф. Образцов. Л.М. Савельев. Х.С. Хазанов // Учеб. пособие для студентов авиац. спец. вузов. – М.: Высш. шк. – 1985. – 392 с.

12. Оден, Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред / Пер. с англ. – М.: Мир, 1976. –464 с.

13. Сегерлинд, JI. Применение метода конечных элементов / Пер. с англ. – М.: Мир? 1979. – 392с.

14. Стренг, Г. Теория метода конечных элементов / Г. Стренг. Дж. Фикс // Пер. с англ. – М.: Мир, 1977. – 349 с.

15. Clough, R.W. The finite element method in plane stress analysis / J. Struct. Div., ASCE, Proc. 2nd A.S.C.E. Conf. on Electronic Computation, Sept. – 1960. – p. 345–378.

16. Courant, R. Variational Method for the Solution of Problems of Equilibrium and Vibration / Bull. Anier. Math. Soc., 49, 1943. – p. 1–43.

17. Куркин, С.А. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций: Учеб. пособие для вузов / С.А. Куркин, В.М. Ховов, Ю.Н. Аксенов и др. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 464 с.

18. Кункевич, Д.П. Компьютерные технологии проектирования сборочно-сварочной оснастки: состояние, проблемы, перспективы / Д.П. Кункевич, С.В. Медведев // Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах: Сб. тр. Второй междунар. конф. (13–17 сентября 2004 г., пос. Кацивели, Крым, Украина). – Киев: ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины, 2004. – С. 140–144.

19. Котельников, А.А. Производство сварных конструкций: Учеб. пособие / А.А. Котельников, В.А. Крюков, Т.В. Алпеева. – Курск: КГТУ, 2005. – 600 с.

20. Рыжков, Ф.Н. Компьютерное проектирование участков и цехов сварочного производства: Учеб. пособие / Ф.Н. Рыжков, В.А. Крюков, С.Л. Сотников и др. – Курск: КГТУ, 2003. – 265 с.

21. Рыжков, Ф.Н. Компьютерные технологии в сварочном производстве: Учеб.-метод. Пособие / Ф.Н. Рыжков, В.А. Крюков, А.А. Котельников. – Курск: КГТУ, 2000. – 196 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ……………………….……………………………..	3
ВВЕДЕНИЕ	5
Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ.…..	7
1.1 Понятие проектирования ……….……..…………………….. 1.2 Виды проектирования………………….………..…………. 1.3 Аспекты и иерархические уровни проектирования…….. 1.4 Стадии, этапы и процедуры проектирования………...…. 1.5 Классификация типовых проектных процедур………… Контрольные вопросы по Главе 1……………………….	7 7 10 12 15 17
Глава 2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ САПР………………..	19
2.1. Цель создания САПР…………………………………...……... 2.2. Состав САПР…………………………………………..…. 2.3. Основные принципы построения САПР……..…………. 2.4. Стадии создания САПР……..….…………………………... 2.5. Отображение процесса проектирования в программное обеспечение САПР..…………………………………….. 2.6. Специфика информационного обеспечения САПР…… Контрольные вопросы по главе 2……………………….	20 21 24 26   29 33 42
Глава 3. ПРИМЕРЫ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ САПР В СВАРКЕ…………………………………………………………..…...	43
3.1. Программа Model……………..………………………… 3.2. Программа Meza………………………………………….. 3.3. Виртуальное рабочее место (ВРМ)…………….………… 3.4. Программа MAGSIM.…………………………………… 3.5. Программа SPOTSIM…………………………..………... 3.6. Программа CUTSIM……………………………………... 3.7. Программа ARMSW……………………………………... 3.8. Программа MEXSW…………………………………….. 3.9. Информационно-поисковая система «Электроды для ручной дуговой сварки»………………………………… 3.10. Контрольные вопросы по главе 3……………………….	43 44 45 47 48 50 52 55   57 58
Глава 4. АНАЛИЗ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.……………………………….	59
4.1. Основные понятия МКЭ……..……………………………… 4.2. Реализация МКЭ в пакете ANSYS…..…………………….. 4.3. Основы работы в ANSYS Workbench……………………... 4.4. Графический интерфейс Workbench.……………………... 4.5. Работа с проектом в Workbench………………………… 4.6. Примеры расчетов сварных конструкций в Mechanical APDL……………………………………..……………… 4.6.1.Моделирование упора сварочного приспособления…………………………………………………... 4.6.2.Моделирование сварного секторного отвода……. Контрольные вопросы по главе 4……………………….	59 63 66 67 72   80   80 84 88
Глава 5. АВТОМАТИЗИРОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ И УЧАСТКОВ И ЦЕХОВ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА.………..…………………….	90
5.1. Автоматизирование проектирование сборочно-сварочных приспособлений, технологической оснастки…………………………………………………………. 5.2. Компьютерное проектирование………………………… Контрольные вопросы по главе 5………………………. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………….……………………….. ОГЛАВЛЕНИЕ…………………………………………………	90 95 101 102 104

[1] ОПТИМИЗАЦИЯ: 1) процесс выбора наилучшего варианта из возможных; 2) процесс приведения системы в наилучшее (оптимальное) состояние.