isicad: Сквозное проектирование инженерных систем в среде SolidWorks

От редакции isicad.ru: Авторы — сотрудники компании SolidWorks Russia: А.Антонов — руководитель специальных проектов компании, А.Долгополов — ведущий инженер.

Предлагая нашим пользователям комплексное решение от SolidWorks для проектирования сложных инженерных систем в разрабатываемых изделиях, невозможно оставить в стороне вопрос их пространственного моделирования. В последние 2 года разработчиками был выполнен большой объем работы по обеспечению комплексности в решении данного вопроса.

Пространственное моделирование инженерных систем в SolidWorks ведется в контексте сборки объекта или модуля. Сборка трубопровода или электрического жгута является ассоциативным объектом. То есть при внесении изменений в обстановку или конструкцию изделия, автоматически пересчитывается не только положение соединителей, но и размеры сегментов трубопроводов или проводов. Логика прокладки и внешние ссылки при этом сохраняются. Таким образом, удается организовать коллективную работу различных специалистов в единой среде, начиная с самой ранней стадии определения проекта и оперативно выявлять все потенциальные ошибки проводимых изменений.

Все решения SolidWorks для проектирования систем нацелены на полное и детальное определение проекта. По результатам пространственного моделирования получается достоверная информация как по расходу материала, так и детальная информация по всем резам проводов или сегментов труб, номенклатуре и числу использованной арматуры и соединителей.

При формировании предложения мы тщательно анализируем потребности заказчика, так как существует сразу несколько программных пакетов, различающихся по специализации и комплексности решения. Но, обо всем по порядку…

SolidWorks Routing

Для проектирования относительно несложных систем во многих случаях достаточно решения, предлагаемого в рамках пакета SolidWorks Premium. Используя в своей работе функционал SolidWorks Routing, возможно оптимально компактно расположить линии обвязки в сборке изделия, исключить возможность взаимного пересечения труб, проводки и конструкции. На основе схожих, и довольно несложных методов, возможно моделирование проводов, кабелей, плоских шлейфов, гнутых и составных трубопроводов. Многие пользователи уже оценили это решение, и при его помощи был реализован не один проект. Среди последних нововведений в функционале можно перечислить работу по предварительно настроенным шаблонам, использование понятия трубных классов, добавление уклонов под самотек, работа со шлейфами, инструмент «катушек», проектирование гибких трубопроводов фиксированной длины и т.д.

ООО "ИТГАЗ" г. Волгоград. Блок газораспределительной станции

Расстановка оборудования и потребителей определяется заранее. Эти данные являются исходными для работ по пространственному моделированию трасс и систем. Это обычная сборка SolidWorks. Если компоненты заимствованы из других систем или каталогов и представлены в виде нейтрального формата (STEP, IGES и др.), возможно, потребуется их предварительная доработка. Здесь не рассматриваются методы «лечения» или непосредственной корректировки геометрии (эти методы в SolidWorks имеются и эффективно работают), просто для непосредственного включения такого элемента в систему должны быть определены имя, параметры и место «Точки соединения». Таких точек соединения на потребителе может быть несколько. Эта незначительная по трудоемкости работа гарантирует вам корректность моделирования системы без последующего обращения к каталогам и правильную «навигацию» в случае использования P&ID данных. В случае применения в конструкции потребителя фланцевого соединения, данная процедура необязательна. Корректный размер фланца (из перечня стандартных), а, соответственно, и параметры трубопровода, будут определены системой автоматически при его установке в сборку по геометрическому соответствию посадочного места.

Проектирование любой системы в SolidWorks Routing начинается с задания свойств маршрута, к которым относятся типоразмер выбранной трубы или провода, радиус сгиба для гнутого трубопровода или тип колена для сборного, изоляция труб и другие параметры. Эти параметры могут быть определены комплексно на основании класса и будут использованы по умолчанию.

Следующий этап — это прокладка маршрута трубопровода в модели сборки. Маршрут представляет собой пространственный эскиз осевой линии трубопровода и может быть создан вручную, используя инструменты 3D эскиза, или автоматически на основе ортогональных линий. В автоматическом режиме предлагается на выбор несколько альтернативных вариантов прокладки жесткого трубопровода между конечными точками. При этом возможна прокладка вдоль выбранного элемента обстановки. В случае моделирования гибкого трубопровода или провода, конечные точки соединяются по законам сплайна. Возможен вариант жесткого назначения длины такого сплайна. При прокладке траектории возможен учет дополнительных точек закрепления в виде хомутов и фиксаторов, установленных на каркасе. В том числе, такое закрепление может быть отменено или добавлено в процессе дальнейшей работы. Уже на этапе прокладки маршрута происходит предварительное формирование образа кабеля или трубопровода и отслеживается его корректность. Для трубопровода отслеживается соответствие диаметров, а для гибких элементов и проводов еще и соответствие трассы ограничению по минимально-допустимому радиусу гиба. При построении составного трубопровода, радиусы скругления по углам трассы еще раз будут проверены на предмет соответствия радиусам в стандартных коленах. Если такие несоответствия будут выявлены, предусмотрено несколько вариантов действий, вплоть до построения нового библиотечного элемента «на лету». Возможно создание как сварных трубопроводов, так и трубопроводов с резьбовыми соединениями труб.

Для сварных трубопроводов может быть определен зазор под сварной шов между его сегментами. Если трубопровод собирается на резьбовых соединениях, то при построении трубопровода учитывается и длина резьбовых хвостовиков труб. Можно задать фиксированную предельную длину сегмента трубы, при этом система автоматически разобьет прямолинейные участки трубопровода на сегменты и автоматически добавит фитинги в места стыка труб, если это определено трубным классом. При врезке труб друг в друга система автоматически производит моделирование их разделки.

Трубопроводная арматура добавляется из библиотеки проектирования простым перетаскиванием в нужные позиции. Библиотека поставляется вместе с SolidWorks Routing и содержит, в том числе, отводы, тройники, фланцы и другие фитинги стандарта ГОСТ, ISO, ANSI, DIN. Колена, как уже говорилось выше, в сборных трубопроводах расставляются автоматически, в соответствии с заданными параметрами маршрута и диаметром трубопровода. При создании сборного трубопровода система автоматически расставляет отводы в местах поворота трубопровода и подбирает их типоразмер по условному диаметру трубы.

При формировании электрического жгута допустимы варианты ручного соединения контактов колодок отдельными проводами (с последующим объединением их в жгут по предопределенной трассе), работа с кабелем с распайкой его по жилам, и автоматическое формирование жгута на основе имеющейся системы трасс и импортированной таблицы соединений.

Пример плотной пространственной компоновки изделия

Как говорилось ранее, каждый трубопровод или жгут представляет собой контекстную маршрутную сборку. Изначально эта сборка может быть как виртуальной, т.е. не требующей сохранения в виде отдельного файла, так и созданной как самостоятельный документ. Чертеж системы формируется на основе полученной твердотельной модели сборки. Сервис, предоставляемый SolidWorks, зависит от типа проектируемой системы. Для модели электрического жгута может быть выполнена пространственная развертка и добавлены сгибы для уменьшения потребной площади монтажного стола. На поле чертежа может быть вынесена сводная таблица соединений (редактируемый бланк). Чертеж, в виде изометрической проекции трубопровода, может быть получен в автоматическом режиме. На таком чертеже трубопровода проставляются длины сегментов и позиции арматуры, которые согласуются с отчетной таблицей. Эта таблица формируется на основе заготовленного бланка и может содержать всю необходимую отчетную информацию как по компонентам, так и по сегментам трубопровода. Причем длины сегментов трубопровода могут быть определены поэлементно или суммарно по типу использованной трубы. Для гнутого трубопровода может быть получен файл отчета в формате *.pcf, в котором имеется вся необходимая информация для программирования трубогибочного оборудования.

После создания модели трубопровода проектировщик может экспортировать данные о трубопроводе в формат PCF ISOGEN, являющийся промышленным стандартом для создания изометрических схем трубопроводов, и создать полностью ассоциативный чертеж трубопровода в SolidWorks. Особенно хотелось бы отметить возможность повторного использования компонентного состава и схемы соединения для моделирования аналогичной системы в контексте другого объекта. Аналогичным способом возможно использовать данные из схемотехнических САПР, если они способны экспортировать результаты разработки в виде .xml файла. При определенном навыке возможна ручная корректировка получаемого .xml файла для предопределения будущей системы и использования в качестве листа “To Do”. Такая схема работы позволит не только автоматически вызывать из базы данных необходимые компоненты и оборудование, но и обеспечить контроль их соответствующего расположения в системе, оставляя моделировщику 3D только задачу их корректного пространственного расположения.

SolidWorks Electrical 2D - проектирование схем

Разработка схемной составляющей изделия ведется средствами SolidWorks Electrical 2D - специализированного модуля программного комплекса. Проект хранится комплексно. Пользователю он представляется в виде иерархического дерева папок и документов, наглядно и удобно отображающих структуру проектируемого изделия.

Разработка любого электронного блока начинается с проектирования различного вида схем. Поддерживаются как логические, так и принципиальные схемы. Для каждого типа схем существует набор специализированных команд. И надо сказать, что арсенал специализированных функций достаточно обширен, чтобы работа над схемой разительно отличалась от традиционного черчения. Здесь уместно перечислить только некоторые из них:

Рисование групповых линий с возможностью их инвертирования;
Автоматический разрыв линии при вставке символа или ее восстановление при его удалении;
Автоматическое именование линий;
Логическая и функциональная поверка назначаемых связей и соединений;
Возможность копирования элементов и фрагментов схем с их автоматическим схемным переименованием;
Автоматическая отрисовка групповых клеммных колодок, переключателей;
и многое другое…

В системе по умолчанию заложен настраиваемый механизм автоматического назначения наименований компонентов, буквенно-цифровых позиционных обозначений, нумерации цепей и пр. Наличие такого функционала сильно облегчает работу пользователя, избавляя его от ручного назначения и отслеживания корректности всякого рода обозначений и наименований при изменении схемы.

Связь логической и принципиальной схемы

Ключевым моментом является то, что каждый элемент на схеме связан с конкретным типом изделия. В описание каждого компонента, помимо различных электрических характеристик, входят и его символьное изображение на структурной и принципиальной схемах, 2D эскиз и 3D модель. Информация на схеме отображается на основе этого реального выбора изделия. Если же говорить об элементной базе, то размер ее весьма велик. На сегодняшний день база включает в себя описание более полумиллиона компонентов ведущих производителей оборудования и постоянно пополняется.

В SolidWorks Electrical созданы удобные мастера импорта, позволяющие быстро пополнить библиотеку компонентов данными из внешних источников, будь то Excel таблицы или ранее созданные другими приложениями документы в формате DWG. Это дает проектировщикам возможность использовать старые наработки, сделанные средствами других приложений, в качестве своеобразного задела при создании новых проектов или доработки существующих.

Предусмотрен механизм схемного разграничения на функциональные блоки или объединяемые в компоненты.

SolidWorks Electrical 2D в автоматическом режиме на основе данных проекта умеет формировать отчетные и сводные виды документов, такие как кабельный журнал, монтажный чертеж, чертежи клеммных блоков, чертежи ПЛК, таблицы соединений, различные произвольные отчеты. Настройки отчетов позволяют изменить тип, высоту, отображение шрифтов, задать ширину колонок таблиц и их расположение на листах, подсчитать суммарные величины длин проводов, количества элементов и т. д. Предусмотрена возможность экспорта отчетов во внешние источники в формате .txt и MS Excel.

SWR-Электрика

SWR-Электрика, как программный модуль, имеет довольно длинную историю. Важно отметить, что он создавался по требованиям отечественных пользователей. В качестве определяющих условий его развития являлись специфические требования схематического отображения жгута по требованиям предприятий оборонно-промышленного комплекса. SWR-Электрика предлагает проектировщикам целый набор удобных и высокофункциональных инструментов для выполнения различных видов электромонтажа. Характерными особенностями SWR-Электрики являются наличие пополняемой библиотеки соединителей и проводов, высокопроизводительные алгоритмы трассировки проводов с укладкой в жгуты, автоматический расчет массово-габаритных характеристик и расхода проводов каждого типа, возможность генерации отчетов, 100-процентная поддержка отечественных ГОСТов, наличие русскоязычных интерфейса и документации.

Процесс моделирования достаточно прост. Основой является подсборка основного изделия, в котором размещаются соединители, входящие в состав жгута. SWR-Электрика создает в сборке SolidWorks специальную монтажную деталь, в которой будут осуществляться все операции по объемному монтажу. После этого в эту деталь необходимо добавить слепки поверхностей внешней обстановки и приступить к построению трасс под будущую укладку проводов. Трасса строится по законам сплайна с возможностью определения актуального отступа от геометрии обстановки. Трасса может быть дополнена и ветвиться. В случае возникновения коллизий или несоответствия геометрии трассы требованиям разработчика, ее геометрия может быть откорректирована вручную.

Возможен ручной и автоматический вариант прокладки проводов. В ручном режиме, после выбора типа провода, определяются пары соединяемых контактов. Построенные провода укладываются в предопределенный набор сегментов трассы или автоматически - в ближайшие. В этот момент определяется реальная длина провода, а размер жгута пересчитывается в зависимости от его наполнения. Разводка проводов в автоматическом режиме осуществляется на основе текстового списка контактов, или по результатам передачи данных от автора принципиальной схемы из SolidWorks Electrical 2D. В любой момент работы на провод или группу проводов может быть добавлена металлизация и/или оплетка, изоляция. Готовый жгут геометрически представляется в виде единого твердого тела, зачитывается и отображается в составе сборки, не требуя для этого лицензии. Однако вся информация по составу жгута будет детально распознана и представлена в структуре изделия при его размещении в SolidWorks Enterprise PDM.

По результатам формирования жгута возможно автоматическое оформление чертежа жгута (упрощенное схемное изображение) и получение различного вида справочных таблиц. Таблицы выводятся на поле чертежа в соответствии с настройками системы, но могут быть получены в виде независимых отчетов в формате MS Excel.

SolidWorks Electrical 3D

Для моделирования в 3D очень сложных систем и систем на основе кабельной разводки на основе данных SolidWorks Electrical 2D наиболее подходит модуль SolidWorks Electrical 3D. Для обеспечения совместной работы специалистов в SolidWorks Electrical предусмотрено получение актуальных данных о проекте в режиме реального времени. Вся информация по компонентам, определенная в схемах, 3D проектировщику предоставляется в виде оформленного списка конкретных 3D компонентов под установку. Если компоненты уже имеются в сборке, можно произвести их синхронизацию. Для размещения новых компонентов в системе предусмотрен ряд эффектных инструментов: размещение сразу группы элементов с определенным шагом на DIN-рейке внутри шкафа управления; прокладка кабель-каналов и установка DIN-реек различной длины; автоматическая компоновка клеммных блоков в указанной области шкафа и пр. При изменении принципиальной схемы будет, соответственно, изменена панель задач и добавлены новые компоненты, или удалены из состава 3D сборки удаленные в схеме.

По завершению компоновки в SolidWorks по данным о соединениях из принципиальной схемы выполняется автоматическое добавление в состав блока проводов, кабелей и жгутов с автоматической же укладкой их в кабель-каналы. Существует инструмент для разведения сигнальных и силовых линий по различным кабель-каналам. Предусмотрена и возможность подсчета процента заполняемости последних. По результатам прокладки проводов, система подсчитывает длину каждого из проводов и обновляет данные по проводам в проекте (системе отчетов SolidWorks Electrical 2D). Один из видов таких отчетов позволяет отображать и порядок монтажа провода по кабель-каналам.

Пример компоновки распределительного шкафа

SMAP 3D Plant Design – сквозное проектирование трубопроводных систем в среде SolidWorks

SMAP 3D Plant Design предназначен для детальной разработки установок на основе трубопроводных систем. Это решение по идеологии работы похоже на SolidWorks Electrical. Но, естественно, имеет свой функционал и интерфейсное оформление. Также имеются 2 базовых программных модуля, связанных механизмом внутренней передачи информации на основе единой базы данных. Smap3D P&ID – рабочее место для проектировщика систем на схемном уровне и SMAP 3D Plant Design – для пространственного моделирования систем в среде SolidWorks. Внутренняя база данных и, соответственно, технология работы в модуле, базируется на определении трубных классов. Эта методика заключается в объединении стандартных компонентов в группы по условиям применения. Это значительно упрощает работу по выбору необходимых компонентов в процессе проектирования, и обеспечивает полное соответствие внутренним стандартам разработки конкретного предприятия. По данным из принципиальной схемы формируется список компонентов и ветвей, расстановку и моделирование которых необходимо произвести. Модели компонентов вызываются в требуемой конфигурации. Для корректного построения ветки трассы соответствующие точки подсоединения на моделях расставленного в сборке оборудования могут быть подсвечены специальными маркерами. После построения контура трассы в виде 3D эскиза по данным, определенным трубным классом и принципиальной схемой, производится полное построение ветки трубопровода с установленной арматурой. Модуль прекрасно подходит для проектирования систем кондиционирования и лотковых систем, так как имеет специальный внутренний механизм ориентации компонентов трассы (труб) произвольного сечения.

Также в модуле имеется система внутренней проверки результатов построения, и отслеживаются возможные изменения в принципиальной схеме. Одной из форм отчетности является автоматическое построение изометрической схемы нужной ветви или системы в целом. Возможна глубокая настройка этой процедуры и вывод информации в форматах DXF, DWG и PDF.

Пример изометрической схемы

Заключение

Естественно, в рамках одной статьи практически невозможно рассказать обо всем максимально подробно, однако мы надеемся, что даже этого краткого описания вполне достаточно для того, чтобы читатели смогли составить общее представление о том, каким образом и с помощью каких специализированных модулей в SolidWorks осуществляется полный цикл проектирования систем. За более подробной информацией о программных продуктах обращайтесь, пожалуйста, в офисы компании SolidWorks Russia.