Автоматизированное проектирование виртуальных моделей

перенастраиваемых промышленных производств полимерных пленок

Т.Б. Чистякова,

зав. каф. САПРиУ, д.т.н., проф., chistb@mail.ru,

А.Б. Иванов,

доц. каф. САПРиУ, к.т.н., anatoly.ivanov.work@gmail.com,

С.В. Защиринский,

магистрант каф. САПРиУ, chris_jericho@mail.ru,
А.С. Теребунская,

магистрант каф. САПРиУ, nesty-95@mail.ru,
А.С. Шепелев,

магистрант каф. САПРиУ, sashashepelev93@gmail.com,
СПбГТИ(ТУ), г. Санкт-Петербург

Решена актуальная задача проектирования виртуальных моделей промышленных производств полимерных пленок, настраиваемых на различные типы сырья, производственного оборудования и помещений, включающую возможность расчета энергопотребления и производительности, а также возможность поверочного расчета создаваемой конфигурации производства по заданным критериям. Программное обеспечение протестировано на примере синтеза виртуальных моделей, в том числе еще строящихся, производственных помещений заводов по производству полимерной пленки России и Германии.

The actual task of designing virtual models for the industrial production of polymer films, adjustable for different types of raw materials, production equipment and facilities, including the ability to calculate energy consumption and performance, as well as the possibility of verification of calculation for the created production configuration based on specified criteria is solved. The software has been tested on the example of the virtual models synthesis, including the still under construction, manufacturing facilities for the production of polymer films in Russia and Germany.

Современные производства полимерных пленок характеризуются своей гибкостью и перенастраиваемостью. Каждое производство содержит в своей структуре множество агрегатов, компонуемых в зависимости от типов производимых пленок, необходимой производительности, требований к качеству материала и экологических требований, тем самым осуществляя многоассортиментный выпуск продукции. Поэтому возникает необходимость в программных комплексах для проектирования виртуальных моделей производств полимерных пленок, позволяющих решать проблемы размещения, компоновки, анализа производств и визуализации. Для решения актуальной задачи разработано программное обеспечение.

Программное обеспечение для автоматизированного проектирования виртуальных моделей перенастраиваемых производств полимерных пленок включает в себя модуль задания характеристик предприятия, модуль размещения и компоновки оборудования в заданном помещении, модуль визуализации трехмерной модели производства, базу данных трехмерных геометрических моделей оборудования и их геометрических характеристик, базу данных математических моделей агрегатов, модуль расчета показателей эффективности производства, интерфейс проектировщика и администратора. Проектировщик решает задачу проектирования виртуальной модели для заданных типов полимерных материалов, производительности и энергопотребления. Администратор решает задачу сопровождения системы, дополнения базы данных новыми конфигурациями агрегатов и математических моделей.

Рис. 1 – Функциональная структура программного обеспечения для синтеза и анализа объекта проектирования

На основании исходной информации, включающей в себя графические изображения (D), параметры и габариты технологического оборудования (P₀, B), информацию о возможных связях оборудования друг с другом (PC), разместить и скомпоновать оборудование в заданном пространстве (S), получить визуализированную 3D модель завода, которая обеспечивает энергопотребление не выше заданного и производительность не ниже заданной.

Для решения задачи проектирования, разработана функциональная структура программного обеспечения (рис.1).

D – вектор графических изображений (чертежи производственных помещений);

S = {BW, BL} – доступная для строительства площадь (BW - ширина, BL - длина);

M₀ – 3D геометрические модели технологического оборудования и помещений;

P₀ = {F, B, PC, O} – вектор параметров технологического оборудования:

F – тип технологического оборудования;

B = {UW, UH, UL} – вектор габаритов технологического оборудования (UW – ширина, UH - высота, UL - длина);

PC = {IPC, OPC} – вектор возможных связей оборудования друг с другом (IPC – связь на входе, OPC – связь на выходе);

O – вектор значений характеристик технологического оборудования;

M₁ – синтезированная трёхмерная виртуальная модель;

G = {GX, GY, GZ, GRP, GRY, GRR} – вектор геометрических параметров объектов в синтезированной виртуальной модели (координаты положения, углы поворота);

P₁ = {F, B, PC, O} – вектор параметров технологического оборудования, используемого в готовой модели:

F – тип установленного технологического оборудования;

C = {IC, OC} – вектор заданных связей оборудования

UE – операции редактирования объектов виртуальной модели (добавление, удаление, перемещение, поворот);

CE – операции установки связей между технологическим оборудованием.

K₀ – вектор значений критериальных ограничений производства;

EC – вектор сообщений об ошибках компоновки оборудования;

K₁ – вектор сообщений о корректности соответствия значений критериальных ограничений рассчитанным значениям.

Разработанное программное обеспечение протестировано на примере создания виртуальных моделей производственных помещений по производству полимерной пленки одной из каландровых линий завода Германии и завода ООО «Клёкнер Пентапласт Рус», включающего 4 этажа производственных помещений, 2-х уровневый склад готовой продукции, 2 производственные линии, более 100 агрегатов, более 10 км трубопроводных линий.

Разработанное ПО решает поставленную задачу с требуемой производительностью и конфигурацией, создать виртуальную модель, в том числе еще строящегося производства, что позволило сократить сроки разработки проектирования производства и визуализировать результат. Результаты тестирования подтвердили работоспособность программного комплекса для поставленной задачи проектирования (рис.2 и 3).

Рис. 2 – Виртуальная модель производственных помещений завода ООО «Клёкнер Пентапласт Рус»

Рис. 3 – Виртуальная модель первой каландровой линии завода ООО «Клёкнер Пентапласт Рус»

Литература

1. Норенков, И. П. Автоматизированные информационные системы : учеб. пособие для вузов / И. П. Норенков. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 342 с.;

2. Тенишев, Д. Ш. Лингвистическое и программное обеспечение автоматизированных систем : учеб. пособие для вузов / Д. Ш. Тенишев ; под ред. Т. Б. Чистяковой. – СПб. : ЦОП «Профессия», 2010. – 403 с.

3. Иванов, А.Б. Система автоматизированного проектирования трехмерной геометрической модели перенастраиваемого производства полимерных пленок Чистякова Т.Б., Ко-лерт К. // Информационные технологии. 2005. № 12. – С. 5

4. Артамонов Е.И., Ромакин В.А. Использование средств виртуальной реальности при проектировании и эксплуатации промышленных производств // Автоматизация в промышленности. – 2007. №4. – С.14-16.

5. Артамонов Е.И. Структурное проектирование систем / Тезисы V-й межднар. конф. И выставки «CAD/CAM/PDM-2005». – М.: ИПУ РАН, 2005. С.11.

6. САПР и графика [Электронный ресурс] : – http://sapr.ru/article.aspx?id=15737&iid=745 – 2014.