Система автоматизированного проектирования цементных заводов

В качестве главного принципа создания САПР следует назвать принцип комплексного охвата решаемых системой проектных задач. Невозможность широкого внедрения автоматизации отдельных проектных задач объясняется тем, что каждая отдельная задача встречается достаточно редко, вследствие чего разработка и поддержание работоспособности каждой автоматизированной процедуры в виде отдельной системы с большим количеством вспомогательных ресурсов становятся нерентабельными.

Только в том случае, когда все задачи объединены в единую систему с непрерывной передачей информации от одной проектной процедуры к другой, с едиными обслуживающими подсистемами, автоматизированное проектирование сможет решить возложенные на него задачи.

Рассмотрим в качестве примера состав и функционирование
системы автоматизированного проектирования цементных заводов (САПР-ЦЕМЕНТ), разработанную в институте Гипроцемент.

Как уже отмечалось ранее, основными компонентами САПР являются: комплекс технических средств, программное обеспечение, информационное обеспечение, методическое обеспечение.

Комплекс технических средств (КТС). КТС САПР строится на базе высокопроизводительных ЭВМ, доукомплектованных набором устройств, выполняющих специфические функции для нужд проектирования.

Производительность КТС является критерием, определяющим потенциальные возможности разрабатываемой САПР. Наиболее критичными параметрами в этом плане являются:

- быстродействие процессора;

- объем оперативной памяти;

- объем памяти внешних запоминающих устройств.

Программное обеспечение.Программное обеспечение по своему назначению классифицируется следующим образом:

- стандартное программное обеспечение, поставляемое вместе с универсальной ЭВМ; сюда входит операционная система, осуществляющая управление вычислительным процессом и распределение ресурсов между работающими программами и трансляторы с универсальных языков программирования;

- специальное системное программное обеспечение, то есть программы, выполняющие функции, специфичные для разрабатываемой системы;

- проблемное программное обеспечение, то есть программы, непосредственно выполняющие необходимые проектные процедуры.

Большие системы проблемных программ разбиваются по различным признакам на более мелкие компоненты, такие как подсистемы, пакеты прикладных программ (ППП), программные модули. САПР заводов, как правило, состоит из следующих подсистем:

- технологического проектирования;

- строительного проектирования;

- электротехническое проектирование;

- сантехнического проектирования;

- проектирования КИП и автоматики;

- генплана;

- сметы;

- экономики.

Отметим, что все подсистемы, кроме технологической, являются практически независимыми от профиля проектируемого завода, поэтому в настоящее время формируются подсистемы, которые позволяют решать задачи соответствующих частей проекта в различных проектных организациях.

Различие в технологических процессах и типах применяемого оборудования не позволяет создать универсальную подсистему технологического проектирования, поэтому такие подсистемы разрабатываются специально для проектирования заводов с близкой организацией технологических процессов.

В состав подсистемы (САПР-ЦЕМЕНТ) входят следующие пакеты прикладных программ:

ППП СЫРЬЕ (обработка предпроектной информации);

ППП БАЛАНС (определение основных параметров завода);

ППП ВЫБОР (выбор основного технологического оборудования);

ППП АНАЛИЗ (системный анализ технологических схем);

ППП ТРАНСПОРТ (проектирование транспортных внутризаводских коммуникаций и вспомогательного технологического оборудования);

ППП ЗАДАНИЕ (выпуск спецификаций и задание на проектирование смежных частей проекта).

Информационное обеспечение.Информационное обеспечение включает в свой состав следующие средства:

1. Систему управления базой данных (СУБД) - это программная система, осуществляющая распределение памяти под разделы БД, а также операции занесения, поиска и стирания информации.

2. Систему организационных мероприятий, поддерживающих базу данных, куда входят информационные источники, а также подразделения, ответственные за своевременную корректировку содержимого общесистемных разделов БД.

3. Непосредственные разделы базы данных (БД).

В большинстве случаев для выбора оборудования и определения параметров, характеризующих его работу в конкретной технологической ситуации, недостаточно знаний констант, которые могут быть получены из БД. Так производительность агрегата, потребляемая мощность, нормы обслуживания, как правило, зависят от свойств перерабатываемых материалов. Для того чтобы учесть наличие несложных функциональных зависимостей, в САПР-ЦЕМЕНТ база данных дополнена библиотекой фрагментов (БФ). Фрагмент - это процедура, описывающая на специальном языке алгоритм расчета одного или нескольких параметров, причем во фрагменте можно использовать информацию из БД. Обращение к фрагменту осуществляет система при обнаружении в БД ресурса, указывающего номер фрагмента.

Методическое обеспечение.Методический материал включает в свой состав следующие виды документов:

- общее описание системы, в которой излагаются принципы построения и описание функционирования системы в целом и взаимодействие различных видов обеспечения;

- описание программного обеспечения, которое содержит алгоритмы вычислительных процессов и структуры программ;

- описание информационного обеспечения;

- инструкция по эксплуатации.

Последний вид документа является основным для проектировщика, работающего с отдельными компонентами САПР. В нем рассмотрены форматы обращения к программам системы для решения различных проектных задач, а также ситуации, возникающие в процессе решения.

Функционирование САПР

На рис. 3.4 представлена укрупненная схема функционирования САПР-ЦЕМЕНТ.

Рассмотрим отдельные этапы процесса проектирования в режиме автоматизированного проектирования.

ЭТАП 1. Как было сказано ранее, важнейшее требование к САПР - это детальный учет предпроектной информации и ее использование при принятии проектных решений. Проектированию цементных заводов, а также переходу на новую сырьевую базу действующих заводов предшествует геологическая разведка предполагаемых месторождений сырья. На основании этой информации определяются достоверные оценки запасов сырья, распределение его по различным категориям качества, параметры изменчивости технологических свойств и рациональные варианты разработки карьера с учетом возможности шихтовки. На этом этапе в БД ОБКТ.ПОТОК (база данных раздела технологических потоков объекта) заносятся характеристики исходных сырьевых потоков.

ЭТАП 2.На основании полученных характеристик сырьевых материалов определяются укрупненные показатели завода: расходы технологических потоков в годовом исчислении (материальный баланс завода), производительность основных переделов с учетом режима их работы, объем резервных складов, потребность во вспомогательных материалах и т. д. Полученная информация используется для предварительного технико-экономического анализа варианта, а также для более детальной проработки на дальнейших этапах проектирования. Выпускаются задания для проектирования карьера, внешнего транспорта и технико-экономического обоснования. Информация, характеризующая технологические потоки, заносится в БД ОБКТ.ПОТОК.

ЭТАП 3. Конкретизация технологической схемы производится на основе системотехнического анализа различных вариантов. Основными исследуемыми параметрами при этом являются показатели надежности схемы и уровни стабилизации показателей качества технологических процессов.

Рис. 3.4. Схема функционирования системы автоматизированного проектирования цементных заводов (САПР-ЦЕМЕНТ): Д - проектный документ; БД - база данных; БФ - библиотека фрагментов; БАЛАНС - материальный баланс завода; ППП - пакет прикладных программ; ЗД - задание на проектирование нетехнологических подсистем; РСЧ - расчетно-пояснительная записка; ОПРОС - опросный лист; Ч - чертеж; СПЦФ - спецификация

Далее на основании требуемой производительности переделов с учетом технологических характеристик перерабатываемых материалов выбираются типоразмеры оборудования и его потребное количество. Информация о выбранном оборудовании заносится в БД ОБТК.ОБОРУД (база данных общесистемного раздела оборудования, используемая при проектировании цементных заводов).

ЭТАП 4. Компоновка оборудования в первой очереди САПР-ЦЕМЕНТ производится с использованием традиционных ручных операций. Здесь определяются также трассы внутризаводских коммуникаций.

ЭТАП 5. После формирования технологической схемы и компоновки основного технологического оборудования производится проектирование внутризаводского транспорта, систем аспирации и другого вспомогательного оборудования. Исходной информацией являются характеристики транспортируемых материалов, схемы трасс коммуникаций и условия окружающей среды. Выбираются типоразмеры оборудования и комплектующие изделия, составляются опросные листы по формам заводов-изготовителей. Данные об оборудовании заносятся в БД.

ЭТАП 6.Основную часть оборудования, поставляемого на строящиеся цементные заводы, составляет серийное оборудование, выпускаемое машиностроительными заводами. Однако, целый ряд узлов и несложных механизмов изготавливается по чертежам, разработанным проектными организациями. В САПР-ЦЕМЕНТ в качестве первой попытки выпуска конструкторской документации реализована программа конструирования переходных узлов газоходов.

Завершающей стадией технологического проектирования является выпуск заказных спецификаций и зданий на разработку смежных частей проекта: электроснабжение, КИП и автоматика, сантехника, строительные конструкции, составление смет. Исходной информацией для автоматизированного выпуска перечисленных документов являются данные о выбранном оборудовании из БД ОБКТ.ОБОРУД.