Программный комплекс поддержки принятия конструкторских решений газорегуляторных пунктов

Емцов Р.А.*, научн. рук. Балаев А.Ф.**

* Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., Россия, Саратов, (Тел. (8452)998843 e-mail: [email protected]).

** Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., Россия, Саратов, (Тел. (8452)998843 e-mail: [email protected]).

Аннотация: Предлагается разработка программного комплекса принятия конструкторских решений при проектировании газорегуляторных пунктов шкафного типа, позволяющего снизить сроки и стоимость их изготовления. В основе программного комплекса лежит математическая модель поиска оптимального решения задачи динамического программирования.

Abstract: Offered software system making design decisions in the design of the cabinet type gas control points, which allows to reduce the time and cost of making them. The basis of the program complex mathematical model is finding the optimal solution of the problem of dynamic programming.

Ключевые слова: проектирование, газорегуляторный пункт, принятие решения, конструирование, динамическое программирование, оптимизация

Keywords: design, gas control point, decision making, design, mathematical programming, optimization

1. Новизна и актуальность идеи. Современные условия конкурентной борьбы между производителями промышленного газового оборудования предъявляют повышенные требования к стоимости и срокам изготовления продукции. Одним из видов продукции таких предприятий является газорегуляторные пункты, предназначенные для редуцирования давления газа до необходимого конечному потребителю уровня (до 1,2 МПа).

Нередко, в процессе конструкторской разработки уже принятого к исполнению проекта, выясняется отсутствие возможности получения компоновочного решения газорегуляторного пункта с утвержденными габаритно-присоединительными размерами без нарушения нормативно-технических требований [1, 2] по монтажу и размещению внутреннего трубопровода и запорно-регулирующих элементов. Возникшая ситуация приводит к необходимости повторного согласования технического задания, что в лучшем случае ведет к задержке и, следовательно, увеличению сроков изготовления, а в худшем, к потере заказчика и денег. Данная проблема возникает из-за отсутствия времени на предварительную конструкторскую проработку технического задания, вследствие относительно низкой стоимости газорегуляторных пунктов шкафного типа по сравнению, например, со стоимостью газорегуляторных пунктов блочного типа или газорегуляторных станций.

Существующая проблема может быть решена с помощью средств оперативного принятия конструкторского решения. При наличии программного комплекса оперативного принятия решения возможность реализации проекта согласно техническому заданию или с необходимыми изменениями становиться ясной уже на этапе согласования. Что позволяет избежать в дальнейшем незапланированных материальных и временных затрат, способствуя повышению прибыли и эффективности производства газорегуляторных пунктов.

Однако, в настоящее время предприятия, производящие газовое оборудование, не оснащены специальными программными средствами оперативного принятия конструкторских решений, что открывает реальные перспективы для развития данной разработки.

2. Техническая значимость. Реализация системы принятия конструкторских решений представляет собой программный комплекс, состоящий из программы принятия конструкторского решения (далее ППКР), реализующего алгоритм принятия решения на основе вводимых исходных данных, и CAD-системы, содержащей базу запорно-регулирующих элементов и трубопроводных элементов. Взаимодействие этих программ осуществляется через интерфейс прикладного программирования (API) выбранной CAD-системы (рис. 1). На входе в программное приложение заносятся данные технического задания: давление на входе и выходе, расход, габаритно-присоединительные размеры, наличие или отсутствие отопления, и т.д. На выходе программное приложение дает ответ на вопрос - возможна ли реализация проекта без нарушения нормативно-технических требований по монтажу. Если реализация проекта строго по техническому заданию не возможна, то приложение предлагает близкие конструктивные варианты в порядке убывания приоритета параметра. Альтернативные варианты предлагаются на рассмотрение заказчику.

Рис. 1. Принципиальная схема устройства программного комплекса

Алгоритм программного комплекса поддержки принятия конструкторских решений представляет собой пошагового выполнения последовательности процедур:

1) ввод исходных данных в виде вектора параметров L(l₁,l₂,l₃,..,l_n), согласно техническому заданию;

2) ППКР выполняет запрос из библиотеки стандартных элементов CAD-системы геометрических параметров B(b₁,b₂,…,b_m) и их стоимости C(c₁,c₂,…,c_m) трубопроводной арматуры (фланцев, труб, регуляторов, кранов, фильтров и т.д.) по параметрам X;

3) автоматическая генерация в ППКР размерной цепи с помощью разработанной математической модели на основе применения комплекса методов решения задач динамического программирования. В качестве переменных выступают длины X(x₁,x₂,…,x_k) трубопроводов между ближайшими сварными швами и варианты S(s₁,s₂,…,s_k) соединений между линейными участками трубопроводов. В качестве свободных членов выступают габаритно-присоединительные размеры выбранной арматуры - B(b₁,b₂,…,b_m), в качестве ограничений исходные параметры - L(l₁,l₂,l₃,..,l_n). В качестве целевой функции принята суммарная стоимость изделия- S®min.

4) по полученным координатным параметрам V(v₁,v₂,…,v_r) размерной цепи автоматически строится в CAD-системе упрощенная (для экономии вычислительных ресурсов ЭВМ) твердотельная модель конструкции выбранного компоновочного решения газорегуляторного пункта;

5) в CAD-системе осуществляется автоматическая проверка твердотельной модели на наличие зазоров, пересечений и удовлетворению нормативно-техническим требованиям по монтажу;

6) если нарушения геометрических условий нет, то ППКР дает утвердительный ответ - проект реализуем без изменений. В противном случае, программное приложение автоматически изменяет значения входных параметров в порядке убывания их приоритета, затем повторяются шаги с 3 по 5 алгоритма для каждого измененного вектора входных параметров.

3. Срок реализации идеи. В течении первых шести месяцев первого года финансирования в рамках программы УМНИК планируется формализовать комплекс граничных условий и разработать математическую модель принятия решения. В течении последующих шести месяцев разработать программное приложение реализующее алгоритм решения задачи принятия конструкторского решения на базе разработанной математической модели для взаимодействия с выбранной САПР через интерфейс прикладного программирования, в совокупности с которым будет представлять программный комплекс. В течении шести месяцев второго года планируется провести тестирование и отладку разработанного программного комплекса. В последующие шесть месяцев второго года провести апробирование программного комплекса на одном из предприятий Саратова, производящем промышленное газовое оборудование. Таким образом, проект планируется реализовать в течение двух лет.

4. Возможность коммерциализации и план реализации проекта. Основными заказчиками газорегуляторного оборудования являются структурные подразделения ОАО «Газпром», являющегося на сегодняшний день одной из крупнейших компаний, на долю которой приходиться до 20% всего бюджета Российской Федерации. На долю дохода предприятий газового оборудования от производства газорегуляторных пунктов приходиться в среднем 10-15%. Этот факт сулит весьма привлекательные перспективы коммерциализации разработки при её внедрении в масштабах страны. Первичную апробацию и внедрение программного комплекса планируется провести на предприятии ОАО «Газпроммаш».

Библиографический список