Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2007

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность реакторов и установок ЯТЦ»

Все доклады секции


РОЛЬ Unigraphics NX ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СОВРЕМЕННОГО НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

Алымов А.Г., Банкрутенко В.В., Гладков В.В., Макарычев Д.В.

ФГУП ФНПЦ «ОКБМ им. И.И. Африкантова»

В настоящее время все большее внимание уделяется созданию нового оборудования АЭУ, отвечающего современным требованиям и нормам безопасной эксплуатации атомных установок. В то же время, разработка и изготовление такого оборудования в условиях мирового рынка невозможны без постоянного обновления технологических процессов производства и проектирования в свете последних мировых достижений в этой области. В первую очередь, это относится к освоению и внедрению современных программных средств в области информационной поддержки изделия.

При создании интегрированной информационной среды в ОКБМ в качестве системы автоматизированного проектирования верхнего уровня выбран комплекс Unigraphics NX. Этот выбор обусловлен рядом возможностей данной системы по: созданию и обработке поверхностей сложной формы для проектирования проточных каналов насосов с лопастями двоякой кривизны; конструированию сборочных единиц любой сложности с неограниченным числом компонентов; прямому выходу с 3D?модели на станки с ЧПУ и сокращению этапа конструкторско-технологической подготовки производства. На начальных этапах внедрения системы требовалось исследование этих возможностей и их практическое подтверждение.

В работе рассмотрены итоги проведения пилотного проекта проточной части насоса артезианского типа для АЭС по апробированию сквозной цепочки проектирования и внедрения комплекса Unigraphics в процессы подготовки производства.

Основными проблемами при проектировании формы проточного канала новых проточных частей насосов (ПЧН) на сегодняшний день являются:

• устаревшая технология получения срезов поверхностей лопатки «вручную» без применения средств автоматизированного проектирования;

• сложность процесса «выглаживания» поверхности, полученной по срезам, длительность процесса получения точной поверхности;

• невозможность непосредственного использования рабочей конструкторской документации на бумажных носителях при изготовлении деталей ПЧН, т. к. современный технологический уровень изготовления на оборудовании с ЧПУ требует переноса продукта в электронные форматы, наиболее универсальным из которых является 3D-модель.

До появления средств автоматизированного проектирования дальнейшее «выглаживание» поверхностей производилось вручную на уже изготовленных рабочих (литейных) моделях, что не гарантировало неизменной формы канала, качества профиля с точки зрения гидродинамики и влекло за собой дополнительные временные затраты. К тому же, ФГУП ОКБМ в свое время столкнулось с проблемой отсутствия опытных специалистов в данной области, т. к. метод выходит из употребления.

Назрела проблема, решать которую необходимо с применением последних мировых достижений в развитии CAD/CAM/CAE-систем с применением современных «сквозных» технологий проектирования.

В UG имеется мощный инструмент для создания свободных поверхностей различной степени кривизны модуль Freeform Modeling. Основные функции модуля — создание и редактирование параметризованных и непараметризованных поверхностей сложной формы по набору точек или полюсов (по «облаку точек»), по сетке кривых (сплайны различной степени, которые могут быть заданы разными методами), а также создание разнообразных поверхностей сопряжения. Инструменты перехода от поверхности к твердому телу и наоборот достаточно просты. Анализ качества полученной поверхности проводится с помощью соответствующих функций анализа UG. Результаты анализа очень наглядно визуализируются несколькими способами.

Полезным дополнением к данному модулю является специализированная система дизайнерского проектирования Imageware с расширенными возможностями по созданию и редактированию поверхностей свободной формы. Imageware имеет возможность свободного импорта элементов в UG с последующим использованием при проектировании.

При использовании Imageware удалось существенно сократить процесс «выглаживания» проектируемой поверхности, однако при этом весьма затруднительным оказалось создание тела лопатки двоякой кривизны с переменной толщиной. Это явилось одной из причин, по которым результаты проектирования лопатки в Imageware не устроили наших специалистов.

В результате, «выглаживание» поверхностей производилось «вручную», с применением современных средств автоматизированного проектирования. Были разработаны алгоритмы создания поверхностей по срезам и их «выглаживания», реализовав которые путем написания вспомогательных программ или создания т. н. мастер-процессов средствами UG, можно будет добиться максимальной автоматизации данного процесса.

Дальнейшее создание формы проточного канала и получение на ее основе твердотельной детализированной модели ПЧН с помощью стандартных средств UG не составило особого труда.

На данном этапе был поставлен вопрос об актуальности теоретического чертежа (ТЧ) проточного канала (бумажного либо электронного), выполненного по срезам.

Возникла проблема оперативного получения координат точек срезов поверхностей готовой 3D-модели для создания ТЧ.

Рассмотрены три основных метода получения таблиц координат на основе 3D-модели, а также основные пути создания новой ПЧН с использованием прототипа:

• прямое моделирование, в данном случае — путем непосредственного масштабирования 3D-модели с использованием определенного коэффициента моделирования;

• частичное моделирование.

Максимально автоматизировать процесс проектирования при этом можно путем наполнения и использования т. н. «базы знаний UG» с необходимыми наборами комбинаций вышеуказанных методов изменения характеристик насоса. В этом случае, после введения определенных требуемых параметров конечного продукта и запуска процесса проектирования, в зависимости от глубины заложенной автоматизации, система сама отрабатывает возможные варианты конструкции, предлагая на выбор оптимальные.

Следующий этап подготовки производства – разработка управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) на базе 3D-модели будущей детали с помощью CAM-модулей UG. Это особенно актуально для изделий, имеющих сложную форму поверхности, получаемую путем механической обработки.

При использовании трехкоординатной обработки в большинстве случаев можно получить лишь открытое (без покрывного диска) рабочее колесо с радиально изогнутыми лопастями или отдельно взятую лопасть двоякой кривизны.

Для производства насосов нужно иметь не только серьезную базу данных ПЧН и возможность их изготовления, но и уметь в возможно короткие сроки и на должном уровне разработать новое изделие под конкретные требования заказчика. Это наукоемкий и дорогостоящий процесс, занимающий значительный отрезок времени в полном цикле создания изделия, но именно его наличие или отсутствие в первую очередь определяет статус предприятия на мировом рынке в условиях свободной конкуренции.

Как показал начальный практический опыт использования UG в ОКБМ, данный комплекс, имеющий модули проектирования и технологической подготовки автоматизированного производства, свободно взаимодействующий с другими расчетными и CAD-системами, имеет необходимые возможности для решения поставленных задач.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что использование UG на должном уровне, совместно с другими необходимыми современными информационными технологиями проектирования и изготовления, позволит со временем сделать значительный качественный скачок при создании насосного оборудования с формой поверхностей проточных каналов двоякой кривизны, а также повысить уровень сложности проектируемого оборудования.

Система верхнего уровня Unigraphics NX технически соответствует потребностям проектирования насосного оборудования АЭУ и имеет потенциальные возможности разработки и технического сопровождения изделий для АЭС любой сложности. Для решения конкретных специализированных технических вопросов и более рационального и удобного использования системы требуется некоторое ее усовершенствование посредством разработки вспомогательных программ и надстроек, что допускается возможностями системы. Наполнение и использование базы знаний системы открывает неограниченные возможности по созданию типоразмерных рядов оборудования и автоматическому конструированию. Непосредственный выход с 3D-модели на ЧПУ существенно сокращает этап подготовки производства и снижает прямые затраты на проектирование.

Возможности современного производственного оборудования с ЧПУ с многоосевой обработкой существенно сокращают период изготовления сложных изделий и повышают их технологичность. Целесообразность приобретения такого оборудования должна оцениваться с учетом стоимости и объема партии изделий. Система такого уровня, как Unigraphics NX, требует дальнейшего изучения ее возможностей применительно к областям, в которых она используется, и внедрения на всех этапах жизненного цикла изделия.