На Уральском турбинном заводе цифровая трансформация — идет смена философии проектирования, которая получила название Цифровой макет изделия (ЦМИ). Конструкторский проект не просто из двухмерного превратился в трехмерный, изменилось содержание работы конструктора — классическое проектирование снизу-вверх заменяется нисходящим проектированием сверху-вниз. Результаты внедрения ЦМИ уже впечатляют: турбина Кп-77 была разработана за 8 месяцев вместо 12, то есть время общего проектирования турбоустановки сократилось на треть.
О ЦМИ, ближайших и долгосрочных планах мы попросили рассказать Артема Ямалтдинова, заместителя главного конструктора УТЗ.
— Если говорить совсем упрощенно, то под цифровым макетом изделия понимается создание трехмерной модели паровой турбины в системе автоматизированного проектирования (САПР), а также аккумулирование информации об изделии на всех этапах его жизненного цикла — от первой осевой линии до поставляемых запасных частей в системе управления инженерными данными изделия (PDM). ЦМИ — это абсолютно новая философия проектирования. Раньше после этапа эскизно-технического проекта каждое конструкторское подразделение завода работало над своим набором узлов, на финише проекта предъявляя друг другу законченный результат.
Работа с ЦМИ выполняется по методологии нисходящего проектирования и позволяет реализовать большую гибкость при проектировании без жесткого следования по этапам. Поясню: каждый участник видит результаты проектирования другими конструкторами сразу же. За счет этого к минимуму сводятся все неувязки. Скажем, я понимаю, что «зашел на территорию» другого конструктора и здесь нельзя проектировать трубу гидроподъема ротора, так как мой коллега уже предусмотрел здесь, например, установку датчиков. Таким образом, разработка паровой турбины — это живой процесс: от осевой линии, от первоначального упрощенного двухмерного эскиза турбина каждый день «обрастает» проектируемыми узлами с разных мест одновременно, и в конце проекта мы получаем турбину, спроектированную полностью в 3D.
Кроме того, управление инженерными данными на УТЗ ведется в электронном формате. Оно включает в себя процессы согласования конструкторской документации и выполнение изменений, допуск на замену материала изделия, заказ на распечатку конструкторской документации (КД) для производства, учет несоответствий и отклонений от КД на производстве. Такой электронный документооборот в PDM-системе позволяет выполнять фиксацию процесса. Мы в хронологии видим, как происходил процесс проектирования, как проходило согласование конструкторской документации, кто ее согласовывал и какие замечания выдавал, какие заготовки и материалы были заказаны, какой вид контроля они проходили, каковы его результаты, и так далее. Технологическая подготовка производства паровых турбин на заводе выполняется в PDM Windchill от расцеховки и создания маршрутной технологии до разработки детализированного технологического процесса изготовления детали и сборки. Вплоть до того, что после пуска турбин на станции мы видим, какие запасные части заказывались и поставлялись.
В рамках проекта ЦМИ мы внедрили классификатор изделий. Это позволяет вести поиск по электронной базе узлов, используя для этого ключевые параметры. Заводу уже более 80 лет, поэтому инженер при разработке не всегда знает существующий аналог узла или его уникальное обозначение для поиска. Это исключает создание дубликатов чертежей на узлы, которые были разработаны ранее или имеют схожие технические характеристики. В результате «инвентаризации» базы узлов была проведена актуализация ряда изделий и сокращена их номенклатура.
— Насколько полно используется новая методология проектирования?
— Первой машиной, разработанной полностью в рамках этой методологии, стала паровая одноцилиндровая турбина с осевым выхлопом Кп-77. Турбина предназначена для станций с воздушным охлаждением конденсатора. На сегодня для мусоросжигательных заводов изготовлено 4 таких турбины, часть их уже поступила в монтаж. Также с использованием ЦМИ был разработан проект модернизации турбины серии ПТ-80, машина уже успешно эксплуатируется на Улан-Баторской ТЭЦ-4. Сейчас по новой методологии мы ведем разработку паровой турбины ПТ-150 для Краснодарской ТЭЦ. Можно констатировать: за три года у нас лавинообразный скачок — если раньше в год мы выпускали 200–300 трехмерных моделей узлов и деталей, то сейчас объем ежегодного выпуска моделей измеряется тысячами. Кроме того, если раньше в CAD системе Creo у нас уверенно работало 15–20% конструкторов, то сейчас более 80%! Такой вот «левел-ап». Как следствие, во всех наших новых проектах мы собираем турбину уже целиком в 3D.
— Что дает заводу смена методологии проектирования
— Сокращение сроков и повышение качества конструкторско-технологической подготовки. Во-первых, как я уже говорил, эта методология позволяет проектировать «вживую», то есть выполнять проверку собираемости на основе трехмерной модели изделия, что сводит к минимуму неувязки проектирования, когда что-то с чем-то не собралось.
Во-вторых, это дало возможность повысить точность наших расчетов, которые выполняются с использованием метода конечных элементов. Максимум возможностей расчетного комплекса ANSYS, в котором мы ведем расчеты, раскрываются именно в трехмерной постановке.
В-третьих, сокращение сроков при разработке паровой турбины достигается за счет применения классификатора изделий в PDM Windchill. При проектировании узла разработчик с помощью поиска по ключевым параметрам анализирует существующие аналоги и принимает решение об их использовании либо разработке нового изделия
В-четвертых, трехмерное моделирование позволяет точно определить массу изделия. В объемах паровой турбины мы получили существенное снижение металлоемкости изделия и снижение издержек.
Есть еще одна немаловажная составляющая: маркетинговая привлекательность наших проектов для заказчиков. Проект паровой турбины полностью проработан, заказчик может самостоятельно его оценить по фотореалистичным изображениям или визуализации турбины, которая формируется автоматически на основе трехмерных моделей САПР. А вообще, в подобных проектах есть «точка адаптации», то есть вот так прямолинейно нельзя оценить: мы внедрили ЦМИ и сразу получили эффект. С учетом того, что мы внедряем ЦМИ поэтапно и уже несколько лет, то, по нашей оценке, затраты уже окупились, и наиболее полный эффект мы ожидаем получить через два-три года.
— Давайте заглянем в будущее ЦМИ. Что дальше?
— Наши ближайшие задачи: 100% выпускаемых узлов и деталей должно быть разработано с построением трехмерных моделей и в соответствии с методологией «Цифровой макет изделия». Если сейчас речь идет про трехмерное нисходящее проектирование, то в ближайшем будущем мы хотим активно использовать классификаторы с дальнейшим переходом на полноценное модульное трехмерное проектирование. Модуль — это универсальный узел из статорной группы турбины, который без значительных изменений и доработок может применяться в проекте другой турбины.
Кроме того, еще одна наша ближайшая цель — распространить ЦМИ на технологический и далее производственный блоки. Эти подразделения активно используют текстовые и графические данные в PDM Windchill, которые разрабатывает конструкторское бюро. Например, внедрение решения по созданию интерактивных технологических процессов сборки. Эта технология позволяет создать анимацию по сборке узла изделия, что повышает наглядность при работе с реальным изделием для персонала, позволяет проверить комплектность изделия и сократить сроки.
Если говорить про долгосрочные задачи, то хотелось бы увеличить охват решаемых задач информационной системой: внедрить сервисный состав изделия для запасных частей, организовать в системе ЦМИ с историей поставки комплектов запасных частей конкретному заказчику, подключить к электронной структуре изделия информацию о качестве (фактические замеры размеров и характеристик изделий, автоматизировать анализ этой информации в системе), то есть прийти к так называемой PLM-системе, системе управления жизненным циклом изделия.
Мотовилов Дмитрий Эдуардович, заместитель генерального директора ООО «ПТС»:
«Реализация проекта на УТЗ началась в 2016 г. Наша команда достигла поставленной цели: процесс разработки турбины полностью прозрачен и управляем за счет применения электронного документооборота и современных технологий, в процессе конструкторско-технологической подготовки производства отсутствуют информационные разрывы, дублирование информации при разработке изделия между подразделениями сведено к минимуму. При этом мы уже сейчас прорабатываем точки для последующего роста: ведь чтобы быть конкурентоспособным в производстве, нужно идти на шаг впереди в цифровых технологиях».
Планируем освоить бесчертежные технологии: от эскиза до конечного продукта вся передача информации происходит в одной PDM-среде, в электронном виде. Это и ускорение, и повышение качества за счет отсутствия потерь информации на стыках, ну и, конечно, экологически более ответственно. Кроме того, ЦМИ может стать фундаментом для внедрения дополненной реальности и промышленного интернета вещей. Мы думаем, за этим будущее.
Конечная цель всей индустрии — переход к полноценной цифровой системе, когда в принципе нет «бумажных» процессов, все предельно прозрачно, информативно и хорошо управляемо. Все движутся в этом направлении. Кто-то отстает, кто-то чуть впереди. Но идут все. В двухмерном проектировании остаться невозможно. Сложно сказать, к чему мы придем в ближайшие 10 лет, но уже сейчас мы зафиксировали очень хороший результат, и именно он станет базой для нашей дальнейшей трансформации и развития.
Источник: Энергетика и промышленность России
