Основы проектирования и конструирования (стр. 52 из 53)

Сегодня это, строго говоря, недопустимо. Получается, что только что вошедшее в эксплуатацию предприятие содержит проектные решения 15 - 18-и летней давности, учитывая, что, начиная проектирование, проектировщики брали не новейшие, а проверенные решения.

Создание САПР позволяет сократить сроки проектирования и повысить его качество.

Одной из предпосылок создания САПР является разное повышение уровня математизации проектирования. В частности в САПРХИМ предусмотрено автоматизированное решение задач, которые можно классифицировать следующим образом.

Расчеты аппаратов.

Балансовые расчеты схемы производства. Здесь требуется решение систем линейных уравнений высокого порядка, а в расчетах кинетики процессов и систем нелинейных уравнений.

Расчеты оборудования на прочность, ветровую и сейсмическую нагрузку.

Расчеты трубопроводов. Следует иметь в виду, что разветвленный трубопровод представляет собой статически неопределимую систему с несколькими сотнями неизвестных. Требуется решение как линейных, так и нелинейных уравнений.

Расчет КИП и автоматики. В этом случае требуется решение систем нелинейных дифференциальных уравнений, уравнений в частных производных.

Задачи оптимизации. Здесь широко распространены задачи линейного, нелинейного, динамического программирования.

Информационно-логические задачи - поиск и выбор решения, подбор оборудования, аналогов.

Геометрические задачи - компоновка размещения оборудования, трассировка трубопроводов.

Создание САПР такого масштаба - длительная многолетняя работа. Поэтому ее подсистемы вводятся в эксплуатацию поочередно, система постоянно расширяется и развивается. Объединение раздельно создаваемых подсистем в единую систему обеспечивается на уровне использования общих технических средств, общего методического, программного и организационного обеспечения.

Разработка системы начата в 1974 г. В 1980 г., когда была разработана общая структура САПРХИМ, предусматривались следующие подсистемы, назначение которых легко определяется по их наименованию, взятому из традиционно употребляемой проектировщиками терминологии:

1. Экономика;

2. Генеральный план;

3. Аппаратурно-технологическое проектирование;

4. Трубопроводы;

5. Изоляция;

6. Автоматизация;

7. Строительное проектирование;

8. Электротехника;

9. Сантехника;

10. Теплоснабжение;

11. Экология,

12. Организация строительства; 13. Проектно-заказная документация; 14. Холодоснабжение; 15. Компоненты конструктивных расчетов, отдельных узлов и аппаратов.

Каждая из подсистем в свою очередь состоит из нескольких компонентов. Например, в подсистему "Экономика" входят: технико-экономические обоснования, технико-экономические расчеты на стадиях технического и рабочего проектов, сводные сметно-финансовые расчеты и библиотека технико-экономических показателей производств отрасли.

В подсистему "Автоматизация" входят: проектирование локальной автоматизации, проектирование систем АСУТП, проектирование систем АСУП.

В связи с тем, что в подсистеме работают десятки, а иногда и сотни программ и подсистема постоянно модифицируется, развиваясь вглубь и вширь, расширяя свои функциональные возможности и класс решаемых задач, система Проектируется таким образом, чтобы изменения и дополнения, вносимые в нее, не нарушали бы общей работоспособности и требовали минимальных затрат на ее поддержание.

Рис.9.8 Структурная схема САПРХИМ

В 1984 г. функционирующая САПРХИМ имела структуру, показанную на рис.9.8. Подсистемы высшего иерархического уровня соответствуют обычным составным частям проекта промышленного предприятия. Подсистемы более низких иерархических уровней на рис.9.8 приведены только для технологической части, которая наиболее разработана и соответствует профилю студентов, для которых предназначено настоящее пособие. Ниже приводятся краткие характеристики отдельных подсистем и модулей, приведенных на рис.9.8.

Технологическая часть состоит из пяти подсистем следующего иерархического уровня.

САПРАЗОТ - система, обеспечивающая выполнение технологической части проекта азотных производств, которая, в свою очередь, делится на три подсистемы: АСТР, ФИЗХИМ, СПЛАЙНЫ.

АСТР - автоматизированная система технологических расчетов. Она содержит около 100 программ и предусматривает решение систем нелинейных уравнений, оптимизацию, печать результатов.

ФИЗХИМ - система расчета физико-химических свойств веществ для азотной промышленности. Она позволяет вычислить основные свойства индивидуальных газов (углеводородов и газов основной неорганической химии) и их смесей при давлениях от 1 до 300 атм (0,1 - 30 МПа) и температурах от 0 до 1200°С. Предусмотрена возможность расширения-круга веществ и свойств. Система ФИЗХИМ состоит из трех основных частей: банка физико-химических констант, библиотеки программ расчета отдельных физико-химических свойств, обслуживающих программ.

СПЛАЙНЫ. Для обработки информации о поверхности изделия на ЭВМ должна быть сформулирована математическая модель этой поверхности. Это сравнительно нетрудно сделать, когда сложная поверхность может быть разбита на элементы, каждый из которых представляет собой простейший геометрический объект: круговой цилиндр или конус, сферу или участок плоскости, ограниченный обрезками прямых или дугами конических сечений. В тех случаях, когда поверхности не образуются простейшими элементами, приходится искать иные решения.

Английское слово spline переводится как "упругая рейка". Такую рейку используют в качестве гибкого лекала при вычерчивании плоских кривых по опорным точкам. Форма осевой линии рейки на участке между двумя соседними опорами описывается в прямоугольных координатах уравнением равновесия

. (4)

Здесь левая часть уравнения является выражением кривизны кривой, а правая - изгибающий момент. Момент на соседнем участке кривой может иметь иную зависимость от координаты X и кривизна соответственно будет иной.

Но поскольку каждая опора является одновременно концом предшествующего участка и началом последующего, значение момента в опоре является граничным условием для обоих участков.

Таким образом, на стыках действует условие сопряжения, обеспечивающее правильную стыковку соседних участков. Описание формы кривой на каждое участке имеет одну и ту же структуру и различается только значениями числовых констант.

Абстрагируясь от равновесной формы рейки, приходим к понятию функции с кусочной структурой и повторяющемся на каждом звене строением, но с различными значениями параметров. Такие функции и их обобщения на случай нескольких переменных получили название сплайн-функций или просто сплайнов.

В более низких иерархических уровнях подсистемы САПРАЗОТ имеет библиотека общетехнологических модулей "Технолог", а далее модули азотных производств: "аммиак", "метанол", "азотная кислота", "капролактам".

Перечисленные моду ли особенно наглядно показывают возможности дальнейшего расширения САПРХИМ, поскольку они далеко не исчерпывают номенклатуру производств, объединяемых в рамках одного предприятия азотнотукового профиля. В порядке иллюстрации в табл.9.2 приведена номенклатура производств некоторых комбинатов, заводов, производственных объединений и акционерных обществ указанного профиля.

САПРСВОД - подсистема того же иерархического уровня, что и САПРАЗОТ. Эта подсистема обеспечивает автоматизированное составление комплектующих спецификаций.

Таблица 9.2

Комплекс производств, функционирующих на предприятиях азотной промышленности

Место расположения завода, комбината, ПО, АО

Производимые химические продукты

Аммиак

Азотная кислота

Аммиачная селитра

Карбамид

Нитрофоска

Нитроаммофоска

Уксусная кислота

Метанол

Ацетальдегид

Бутиловый спирт

Формалин

Ацетилен

Себациновая кислота

Поливинилацетатная эмульсия

Серная кислота

Циклогексанин

Сульфат аммония

Капролактам

Медицинская закись азота

Стирол

Полистирол

Ионообмен смолы

Невинномысск

Новгород

Черкассы

Россошь

Тольятти

Горловка

САПРТРУБ - подсистема, обеспечивающая автоматизированное проектирование трубопроводов, включает следующие подсистемы более низкого иерархического уровня. ПРТ - подсистема прочностных расчетов трубопроводов и их самокомпенсации.

Промышленный трубопровод обычно представляет собою многократно статически неопределимую систему. Раскрытие статической неопределимости является основной проблемой расчета трубопровода; далее предусмотрен расчет опор всех типов, температурных удлинений. Учитывается внутреннее давление" весовая нагрузка, смещение концевых точек. В динамических расчетах учитывается трение в опорах, смещение промежуточных опор.

ГРТ - подсистема гидравлических расчетов трубопроводов.

СТРУНА - система трубопроводов универсального назначения. Данная система предназначена для решения информационно-логических задач. Она содержит описание стандартных деталей и обеспечивает их выбор по шифру. Подсистема содержит также описание опор трубопроводов и их составных элементов, описание некоторых других нестандартных элементов трубопроводов.