Проектирование в жизненном цикле изделия

Основные стадии и этапы создания объекта проектирования

Разработка сложных систем является многоэтапным процессом, который по длительности занимает от нескольких лет до нескольких десятков лет. Большая продолжительность разработки объективно объясняется необходимостью:

1. экспериментальной проверки отдельных важных проектных решений;

2. корректировки концепций (базовых идей), полагаемых в основу разработки;

3. проверки системы в опытной эксплуатации и т.д.

В процессе разработки участвуют:

• заказчик;

• разработчик (ответственный исполнитель);

• субподрядные организации (соисполнители).

Для БТС в процессе разработки включают опытные и серийные заводы.

Согласно ЕСКД [9] выделяются следующие стадии разработки:

1. Техническое задание (ТЗ).

2. Техническое предложение (ПТ).

3. Эскизный проект (ЭП).

4. Технический проект (ТП).

5. Разработка рабочей документации для опытного образца, установочной серии и установившегося производства.

Для анализа процесса проектирования, как объекта автоматизации, введем в рассмотрение следующие этапы [11], приведенные на Рис.2.

На рисунке обратные связи обусловлены необходимостью корректировки результатов начальных этапов проектирования в зависимости от более глубоких проработок, проведенных на последующих этапах. Именно такие связи отрицательно влияют на время и стоимость разработки.

основная литература

1. И. А. Конахина. Инженерное проектирование теплоэнергетического оборудования. Програм., метод. указ. и зад. к контр. работе. – Казань.: КГЭУ, 2005. - 20с.

2. Тунаков А.П., Кривошеев И.А., Ахметзянов Д.А. САПР газотурбинных двигателей: Учеб. пособие. Уфа: УГАТУ, 2005.-272с ISBN 5-86911-530-2

3. Основы автоматизации машиностроительного производства. Учебник. Под ред. Ю. М. Соломенцева. - 3-е изд., стер. -М.: Высш. шк., 2001.-312с

4. Зрелов В.А. Отечественные ГТД. Основные параметры и конструктивные схемы: Учеб. пособие. М: ОАО «Издательство «Машиностроение», 2005. 336 с.: ил. ISBN 5-217-03254-5

5. Леонов Б.Н., Новиков А.С., Богомолов Е.Н., Уваров Л.Б., Антонов Е.А., Жуков А.А. Технологическое обеспечение проектирования и производства газотурбинных двигателей. –Рыбинск: Изд. ОАО «Рыбинский дом печати», 2000. -407 с.

6. Саитов И.Х., САПР в машиностроении: Учеб.пособие для машиностроит.спец. очн. и заочн.форм обучения/ Саитов, Ильдар Хасянович. -Казань: КГТУ, 2001.-131с.. -ISBN 5-7579-0429-1: 20.00 р. I.

дополнительная литература.

7. Кузьмик, П.К. САПР.Системы автоматичкеского проектирования:В 9-ти кн. : Учеб.пособие/ П.К. Кузьмик, В.Б. Маничев, В.Б. Маничев, В.Б. Маничев; ред. И.П. Норенков; Под ред. И.П.Норенкова. -М. : Высшая шк.. -1986 Кн.5

8. Автоматизация производственных процессов в машиностроении [Текст]: учеб. для вузов. - Н. М. Капустин, П. М. Кузнецов, А. Г. Схирладзе и др. - М.: Высш. шк., 2004. - 415с.: ил.

9. Определение напряженно-деформированного состояния замкового соединения "Ласточкин хвост" с использованием МКЭ комплекса ANSYS. Методические указания к практическим занятиям по курсу "Расчеты на прочность в теплоэнергетике" /Абдулкаюмов Р. Х., Загидуллина Е. В. – Казань.: КГЭУ, 2003. – 32с.

10. А. В. Федоренко. Компьютерные технологии в инженерной экологии и проектировании. Лаб. практикум. – Казань.: КГЭУ, 2005. - 16с.

11. Цанев, С. В. и др. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. Учеб. пос. для вузов. /Под ред. С. В. Цанева. - М.: МЭИ, 2002. -584с.

12. Б. Хокс. Автоматизированное проектирование и производство. М.: "Мир" , 1991 г., 296 с.

13. Д. Райан. Инженерная графика в САПР. М.: "Мир" , 1989 г. 329 с..

14. ADEM CAD/CAM/CAPP. Руководство пользователя. Версия 8.00.

Этапы развития информационных технологий

2D CAD-системы позволили легко модифицировать уже существующие компьютерные чертежи, создать электронные архивы, улучшить качество документации

С использованием 3D-систем могут проектироваться самые сложные детали и сборки

3D-система дает возможность проводить инженерные расчеты и анализ изделия

Видиоролик

3D-система позволяет разрабатывать управляющие программы для оборудования с ЧПУ

Видиоролик

3D CAD-системы продолжают развиваться …

Видиоролик

Современные 3D-системы позволяют моделировать не только любые детали, но и подсистемы: трубопроводов, электрожгутов и др.

Состав CAD/CAM/CAE систем

В ГОСТ [6] приведено следующее определение автоматизированного проектирования: “Автоматизированное проектирование – проектирование, при котором отдельные преобразования описаний объектов и (или) алгоритма его функционирования или алгоритма процесса, а также представление описаний на различных языках, осуществляется взаимодействием человека и ЭВМ”. Автоматизированное проектирование означает проектирование с помощью специальных систем, основанных на ЭВМ, в процессе которого происходит взаимодействие проектировщика или коллектива проектировщиков с системой и реализуется в рамках сложной системы, которая относится к классу ОТС. Комплекс средств автоматизированного проектирования включает в себя [6, 12]:

1. Техническое обеспечение (ТО) – совокупность взаимодействующих и взаимосвязанных устройств вычислительной и организационной техники, средств передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетание.

2. Математическое обеспечение (МО) – совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов проектирования.

3. Лингвистическое обеспечение (ЛО) – языки проектирования, терминология, правила формализации естественного языка, методы сжатия (архивации) и развертывания текстов, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования.

4. Программное обеспечение (ПО) – документы с текстами программ автоматизации проектных процедур, программы на машинных носителях и эксплуатационные документы.

5. Информационное обеспечение (ИО) – документы, содержащие описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов объекта проектирования, а также электронные копии указанных документов.

6. Методическое обеспечение (МетО) – совокупность документов, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования.

7. Организационное обеспечение (ОО) – положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений и их взаимодействие к комплексам средств автоматизированного проектирования.

ОТС характеризуется наличием в ней в качестве активных элементов персонал специалистов различного профиля. В составе САПР можно выделить две категории персонала: проектировщики (пользователи САПР) и персонал САПР (разработчики САПР и эксплуатационный персонал).

Таким образом, САПР можно представить в виде схемы на Рис.4. Все эти части САПР взаимодействуют между собой в составе подсистем САПР. Подсистема САПР – составная структурная часть САПР, обладающая всеми свойствами системы и создаваемая как самостоятельная система [12].

По назначению и функциям подсистемы подразделяются на проектирующие и обслуживающие [12]. К проектирующим подсистемам относятся подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции. К обслуживающим подсистемам – подсистемы, поддерживающие (обеспечивающие) работоспособность проектирующих подсистем.

Приведем несколько примеров.

1) В САПР ЛА проектирующие подсистемы – “Аэродинамика”, “Прочность” [15].

2) В САПР ЭВМ проектирующие подсистемы “структурное проектирование”, “функционально-логическое проектирование”.

3) обслуживающие подсистемы: отображения графической информации; информационного поиска; изготовления конструкторской документации [8].

В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два вида проектирующих подсистем [12]:

1) Объектно-ориентированные (объектные), выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования.

2) Объектно-независимые (инвариантные), выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции.

Примерами инвариантных подсистем являются: подсистема расчета пластин и оболочек (ЛА, автомобили, суда); подсистема расчета надежности; подсистема оптимального раскроя материалов и т.д.

Под компонентами САПР понимаются элементы комплекса средств автоматизированного проектирования, т.е. элементы рассмотренных выше видов обеспечений, выполняющих определенную функцию в подсистеме (Рис.5).

Целостность подсистемы обеспечивается связями между компонентами различных обеспечений САПР, образующих подсистему. Объединение подсистем в систему обеспечивается связями между компонентами, входящими в подсистемы. Общим системообразующим фактором, объединяющим персонал и средства САПР в единую целенаправленную систему, является процесс разработки объекта проектирования.

Общая структура САПР приведена в работах [14, 17, 18].

Основные задачи по разработке узлов для ГТД VI поколения

Методы реализации	Компрессор	Камера сгорания	Турбина	Форсажная камера	Сопло	Опоры
Методы расчетов и проектиро­вания	Пространственный CAE-анализ с учетом вязкости и нестационарности: газодинамика, теплота, физ-химические превращения, НДС, колебания и долговечность. Интеграция с моделью двигателя, СУ и самолета
Схемные решения	В ТВлД и ТВД ц.б. ступени с >10 uК>400м/с (заменят 3…5 осевых)	Аэродинам. форсунки, испарит. охл., многоточ. подача топл., ре-гулир. по зонам, без головок,…	Уменьшение ох-лаждения и утечек	Несимметричные	Несимметричные, ОВТ (боковой вдув), МВУ	Магнитные, миниатюр. сервоуправление
Оптимизация параметров	При m100 и =1,3…1,45  0,92; GF190кг/с/м2 при m1 5,5; >2,5 К0,3	>2000К 1	>2000К	Стабилизация процесса	Уменьшение ИК- и ЭПР-заметности, габаритов, массы.
Конструкторские решения	Саблевидные ступени, РК blisk, щеточные уплотнения	Двухсторонние жар. трубы	Щеточные уп-лотнения
Материалы и технология	Титан, ПКМ, МКМ (весь компрессор)	Ламиллоид, МКМ, керамика	Керамика, МКМ, интермет.	ПКМ, МКМ	ПКМ, МКМ с защитой от окисл.	Редкозем. и ферро-маг. выс. плот. нас.

Развитие методов разработки двигателей, необходимое для создания ГТД VI поколения

Двигатели IV и V поколений		Двигатели VI поколения
Получение компромиссного решения (достаточный избыток тяги R на всех режимах для эволюций и приемлемый уровень CRкрейс)		Максимальная интеграция двигателя с СУ и самолетом на всех стадиях разработки, определяющая облик и параметры двигателя и его элементов. Увеличение доли НИР в СЖЦ до 65% и объема расчетных работ в 50 раз.

Роль универсальных CAD/CAM/CAE, PDM, MRP систем при информационной поддержке жизненного цикла ГТД