7. Информационные технологии в моделировании и проектировании технических объектов.

В настоящее время ведущие проектные и научно-исследовательские институты, инжиниринговые фирмы и производственные предприятия в своей практике всё шире применяют компьютерные системы технологического моделирования, которые в последние годы пришли на смену весьма тяжеловесным программам расчёта отдельных технологических процессов. Эти системы представляют собой «электронные конструкторы», которые позволяют достаточно быстро «собирать» практически любые технологические схемы, выполнять многовариантные расчёты режимов, балансов и основных показателей качества сырья и продукции. Лучшие системы технологического моделирования позволяют также создавать контуры автоматического регулирования технологических параметров, выполнять серии аналитических расчётов для изучения влияния технологических параметров на выбранные показатели процесса и даже решать задачи оптимизации. Кроме этого, некоторые системы позволяют собирать схемы не только установок, но и цехов, заводов и даже комплексов предприятий (хотя и с некоторым ущербом для детализации расчётов и усложнением их выполнения). Область применения систем технологического моделирования – детальный анализ состояния технологии и определение недостающей информации для действующих производств, разработка технических решений по проектированию новых и модернизации действующих производств, обоснование текущих и перспективных планов переработки сырья и т.п. Таким образом, для инженерной и исследовательской работы на современном уровне системы технологического моделирования необходимы как в проектных и научно-исследовательских институтах, так и на предприятиях.

Также применение технологического моделирования весьма эффективно при разработке решений по реконструкции и модернизации технологии. Как правило, в процессе эксплуатации предприятий периодически возникает необходимость реконструкции отдельных установок, технологической обвязки и тому подобное с предварительной проработкой вариантов технических решений. С помощью технологических моделей действующих объектов предприятия такая задача может быть решена достаточно квалифицированно и с минимальными ошибками, поскольку расчётный анализ моделей позволяет отбросить заведомо нерациональные варианты, уточнить идеи реконструкции, определить наиболее приемлемые решения с минимальными затратами времени и сил. Наконец, весьма полезны технологические модели при анализе состояния технологии и обосновании текущих и перспективных планов.

Для квалифицированного использования моделирования необходимо создание технологических моделей, адекватных реально действующим объектам. Для этого необходимо предварительно настроить модели по результатам исследований потоков и фактическим данным моделируемого объекта таким образом, чтобы при расчётах воспроизвести с достаточной точностью фактические составы и показатели качества продукции, а также фактические режимные параметры – давления, температуры и расходы потоков. В качестве основных параметров для настройки моделей следует выбирать составы потоков, поскольку они наиболее чувствительны при отклонениях моделей от практики. Для качественного проектирования новых технологических объектов необходимо получить состав сырья с максимально возможной точностью, а модели разрабатываемого объекта следует настраивать по данным эксплуатации аналогичным действующих объектов.

Современные средства моделирования, которые могут быть использованы для разработки, анализа и проектирования новых производств, и для анализа работы существующих, весьма многообразны. Они позволяют автоматизировать практически все стадии инженерного труда и свести к минимуму затраты рабочего времени, трудовых ресурсов и денежных средств. При этом поставленная задача решается оптимально, с учётом накопленного опыта и данных. Совершенно очевидно, что конкурентное развитие техники и технологии невозможно без широкомасштабного использования таких средств моделирования как в проектных и исследовательских организациях, так и на производстве.

Вариант 2.

В настоящее время в области информационных технологий создано множество решений с «дружественным» интерфейсом, позволяющим проводить моделирование и проектирование технических объектов всё более высокой сложности с меньшими трудозатратами.

Достижение этих целей обеспечивается путём:

• автоматизации оформления документации;

• информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;

• использования технологий параллельного проектирования;

• унификации проектных решений и процессов проектирования;

• повторного использования проектных решений, данных и наработок;

• стратегического проектирования;

• замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;

• повышения качества управления проектированием;

• применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

В качестве одного из основных инструментов ИТ в данном направлении являются Системы автоматизированного проектирования (САПР/CAD).

САПР - это автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Рассмотрим лишь некоторые из них (наиболее распространенные виды программных продуктов):

• AutoCAD, Компас (Классический CAD). Предназначены для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.

• Mathcad (Математический CAD). Относится к системам компьютерной алгебры, то есть средств автоматизации математических расчетов, ориентированная на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением, отличается лёгкостью использования и применения для коллективной работы.

По отраслевому назначению CAD системы классифицируются:

• MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA);

• EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);

• AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) — САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, Piranesi, ArchiCAD).

По целевому назначению CAD системы классифицируются:

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования.

• CAD (англ. computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.

• CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей.

• CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.

• CAE (англ. computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.

• CAA (англ. computer-aided analysis) — подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.

• CAM (англ. computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.

• CAPP (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов применяемые на стыке систем CAD и CAM.

Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными или интегрированными.