Материал: Обеспечение качества продукции на этапах конструкторской и технологической подготовки производства

В третью группу действий, характеризующих пространственное мышление студентов, входят действия управления поиском варианта оптимального решения. Эти действия органически включаются в решение задач и связаны с навыками поисковой деятельности графического формообразования.

Воронежский государственный технический университет

УДК 627

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ»

В.А. Нилов, В.И. Нилова, А.В. Попов

В статье рассматриваются вопросы повышения качества курсового проектирования по дисциплине «Детали машин и основы конструирования», использования в процессе проектирования вычислительной техники и программного обеспечения для автоматизации и оптимизации проводимых расчетов, обсуждается накопленный педагогический опыт.

Современное проектирование изделий в машиностроении полностью основывается на выполнении проектировочных и расчетных работ с использованием различного специализированного программного обеспечения (систем автоматизированного проектирования, программ для технических вычислений и т.п.), а чертежи создаются с применением графических редакторов AutoCAD, Компас, T-Flex и др.[1]

Курсовое проектирование по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» (ДМ и ОК) ставит своей целью научить студентов выполнять расчеты деталей машин с использованием персональных ЭВМ, проводить оптимизацию своих проектов по отдельным параметрам и сформировать первоначальные навыки конструирования типовых изделий машиностроения. В курсовом проектировании студенты широко применяют справочную и нормативную литературу и различные типовые конструкторские решения.

Использование компьютера в курсовом проектировании дает возможность студентам уже на стадии эскизного проектирования разрабатывать конструкции, отличающиеся более высоким техническим уровнем. Используемое программное обеспечение позволяет обоснованно выбрать наиболее рациональное конструктивное решение. Методическое обеспечение, создаваемое на кафедре проектирования механизмов и подъемно-транспортных машин, помогает студентам правильно организовать свою работу по выполнению курсового проекта. Кроме того, на кафедре сформирована электронная библиотека книг и учебников, которые необходимы для курсового проектирования.

В Воронежском государственном техническом университете в течение последних 10 лет практикуется выполнение курсового проекта по дисциплине ДМ и ОК с обязательным выполнением вариантного кинематического расчета на ЭВМ, используя программу для кинематического расчета (MADESHAR) различных видов редукторов (рис.1). Получив несколько вариантов кинематического расчета, студенты уже по другой стандартной программе выполняют силовой расчет всех передач редуктора. (RED).

Рис.1 Результаты вариантного кинематического расчета

Результаты силового расчета, выполненные с применением одинаковых материалов, термической обработки, графика нагружения и т.д. вводятся затем в оптимизационную программу (ReducerCalc), которая рассчитывает следующие параметры:

• Технический уровень;

• Масса редуктора;

• Масса привода;

• Стоимость привода;

• Монтажное пространство, необходимое для размещения привода. (рис.2)

Рис.2 Результаты оптимизационного расчета привода

Этапы выполнения вариантного кинематического расчета, силового расчета передач редуктора в одинаковых условиях и оптимизационный расчет образуют в целом эскизный проект, который позволяет студенту для дальнейшей детальной проработки (технический проект) обоснованно выбрать один из полученных вариантов по критерию, заданному преподавателем.

Весь технический проект студенты выполняют на персональных ЭВМ, в том числе графическую часть в редакторе Компас 3D v.8+. Для выполнения эскизного и технического проектов на ЭВМ кафедра имеет дисплейный класс, оснащенный достаточным количеством компьютеров и соответствующим набором стандартных и оригинальных программных средств.

Практика руководства курсовым проектированием по изложенной выше методике позволяет отметить следующие положительные моменты:

1. Улучшилось качество выполненных проектов и обоснованность аргументов при защите проекта.

2. Повысилась заинтересованность студентов в освоении как работы на ЭВМ, так и в изучении самого предмета как такового.

3. Студенты проявляют большую склонность к выполнению расчетных работ.

4. Сокращается время выполнения курсового проекта студентами, особенно, если они уже были ранее знакомы с каким-либо графическим редактором, например AutoCAD или Компас.

Вскрылись и негативные моменты, главные из них:

1. Недостаточный уровень владения компьютером, особенно графическим редактором.

2. Значительные трудности в выполнении курсового проекта при отсутствии у студента компьютера дома.

3. Попытки представить к защите копии ранее выполненных проектов.

4. Появление у слабых студентов мнения, что ЭВМ сама все за них сделает.

Преодоление негативных явлений нам видится на пути усиления курса машинной графики на кафедре черчения, снижения стоимости компьютера и роста благосостояния населения, тестирования студентов при работе на ЭВМ, исключения из учебного процесса программных продуктов, полностью автоматизирующих процесс проектирования от начала и до конца. Необходимо отдавать предпочтение модульным программам, которые дают возможность студентам осмысливать полученные промежуточные результаты.

Литература

1. Детали машин и основы конструирования / Под ред. М.Н.Ерохина. - М.: КолосС, 2004. - 462 с.

2. Проектирование механизмов и машин» А.А. Никитин, М.Г.Поташников. Сб. научных трудов межвузовской научно-практической конференции ПММ-2006. – Воронеж, ВГТУ, 2006. С. 13 - 15

Воронежский государственный технический университет

УДК 627

ОСОБЕННОСТИ ГРАФИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ В

ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОНЕФТЕПРОВОДОВ И ГАЗОНЕФТЕХРАНИЛИЩ»

Е.К. Лахина, И.Н. Касаткина, Е.А. Балаганская, А.В. Попов

В статье рассмотрены способы проектирования инженерных объектов на основе дисциплин «Начертательная геометрия. Инженерная графика»

В настоящее время активно пересматривается концепция геометрической и графической подготовки инженеров. Умение правильно выполнить и прочитать чертеж вырабатывается в результате овладения курсом «Начертательная геометрия. Инженерная графика». И, прежде всего, эти знания необходимы в практической инженерной деятельности. Дисциплина «Начертательная геометрия. Инженерная графика» изучается первой среди профессиональных дисциплин и закладывает основы проектно-конструкторской подготовки инженера нефтегазовой отрасли.

Проектирование и строительство промышленных зданий, нефтепроводов и газопроводов не может осуществляться без инженерной подготовки территорий. В процессе проектирования инженерных объектов и сооружений составляют разнообразные чертежи. На многих чертежах изображается спланированная по проекту земная поверхность. Проектирование упомянутых выше сооружений, а так же чтение подобных чертежей требуют знания специального способа изображения. Одним из основных способов проектирования земляных сооружений является способ проекций с числовыми отметками. Будущий специалист учится анализировать и обозначать все плоскости и поверхности земляного сооружения при помощи масштабов уклонов. На данном этапе обучения одной из значительных составляющих в геометрической и графической подготовке инженера является формирование знаний, умений и навыков по разработке конструкторской документации. Здесь без современных CAD систем не обойтись, поэтому применение этих технологий в учебном процессе является актуальным.

Обучение новым технологиям позволяет развивать предметно-образное мышление, решать задачи геометрического характера на всех этапах проектирования и умело использовать эти задачи в технологической подготовке производства. Графическая подготовка требует новой организации занятий и использование современных педагогических технологий. Наиболее доступным является использование CD в учебном процессе. На CD записывается необходимая информация в виде методических указаний и примеров выполнения, CAD системы, разрешенные для использования. Как правило, студент проходит три этапа:

1) Освоение чертежно-графического редактора;

2) Составление и чтение проектно-конструкторской документации;

3) применение полученных знаний при конструировании. Для выполнения заданий студенту предлагается изучить соответствующие правила стандартов ЕСКД и СПДС.

П

Оформление конструкторской документации

роектирование, изготовление и эксплуатация машин, механизмов, а также современных зданий и сооружений связаны с изображениями (рисунками, эскизами, чертежами), что ставит перед графическими дисциплинами ряд важных задач. Они должны обеспечить будущим инженерам знание общих методов построения и чтения чертежей; решение большого числа разнообразных инженерно-геометрических задач, возникающих в процессе проектирования, конструирования, изготовления и эксплуатации различных технических и других объектов. Методы начертательной геометрии и инженерной графики необходимы для создания машин, приборов и комплексов, отвечающих современным требованиям точности, эффективности, надежности и экономичности.

Литература

1. Будасов Б.В., Георигиевский О.В., Каминский В.П. Строительное черчение. Учеб. для вузов / Под общ ред. О.В. Огиевского. – М.: Стройиздат, 2003. – 456 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 627

НОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПРЕПОДАВАНИЯ ГРАФИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

И.Н.Касаткина, Е.А. Балаганская, Е.К. Лахина,

Е.А. Шишленкова

Применение CAD/CAM/CAE технологий, ориентированным не на чертеж, а на геометрическую модель объекта, что позволяет на новом уровне развивать предметно-образное мышление

В настоящее время активно пересматривается концепция геометрической и графической подготовки инженеров. Процессы компьютеризации и информатизации общества оказывают большое влияние и на сферу образования. В первую очередь это обусловлено новой технологией инженерного труда, при которой на всех стадиях от проектирования изделия до его изготовления используются информационные технологии.

Сейчас проектирование в конструкторских отделах на производстве идет не по традиционной схеме: от ортогональных чертежей отдельных составных частей к созданию 3-х мерной формы изделия, а затем к разработке конструкторской и технологической документации, а начинается с создания геометрической модели на основе геометрических данных объекта с применением математических методов. Такая виртуальная модель дает возможность исследовать объект визуально, производить виртуальную сборку и разборку, выполнять многие виды стандартных расчетов, проводить эксперименты, проектировать технологическую подготовку производства и т.д. Таким образом, разработка чертежно-графической документации не является теперь первым этапом в проектировании изделия. Ее место сдвигается в последовательности разработки конструкторской документации

Это коренным образом меняет содержание геометрической и графической подготовки инженеров. Очень важной становится следующая задача – от основных понятий геометрии, метода проекций как основы представления объектов, способов формообразования необходимо перейти к способам построения геометрических моделей.

Одна из значительных составляющих в геометрической и графической подготовке инженера – формирование знаний, умений и навыков по разработке конструкторской документации изделия. Здесь без современных графических систем не обойтись. В качестве первого этапа может быть поставлена задача освоения чертежно-графического редактора для подготовки конструкторских документов. Большую популярность приобрел отечественный пакет КОМПАС- ГРАФИК 5.х с набором специализированных библиотек. Однако далее необходим переход к современным CAD/CAM/CAE технологиям, ориентированным не на чертеж, а на геометрическую модель объекта.

Обучение таким технологиям позволяет на новом уровне развивать предметно-образное мышление, решать задачи геометрического характера на всех этапах проектирования, понимать принципы, методы и способы создания геометрических моделей объектов и их использование для задач конструирования и технологической подготовки производства.

Новое информационное содержание геометрической и графической подготовки требует новой организации занятий, использования современных педагогических технологий.

Литература

1. Проектирование механизмов и машин. А.А. Никитин, М.Г.Поташников. Сб. научных трудов межвузовской научно-практической конференции ПММ-2006. – Воронеж, ВГТУ, 2006. С. 24 - 26

Воронежский государственный технический университет

Удк 627

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

СЕЛЕКТИВНЫМ ОТБОРОМ

А.И. Шелякин, М.В. Щипанов

В статье приведены общие принципы обеспечения качества бурильных труб селективным отбором, раскрыты перспективы внедрения селективного отбора в нефтегазовой отрасли. Показаны особенности данного метода отбора, дано общее описание способа селективного отбора напорных труб.

Трубы, поступающие для установки в скважину, проходят выборочный контроль на заводе-изготовителе. Нормативный запас прочности труб, находящихся под высоким давлением, не гарантирует сохранности колонны при монтаже и в процессе эксплуатации. Наибольшее количество случаев дефектов бурильных и обсадных труб наблюдается на промыслах c неблагоприятными климатическими условиями. В процессе хранения, испытаний, транспортировки, установки, эксплуатации трубы и оборудование испытывают сложные знакопеременные нагружения, значительные перепады температур, что изменяет механические характеристики и надежность объектов и может стать причиной аварийной ситуации. В таблице приведены результаты испытания труб при предельных давлениях, гарантируемых производителями России, стран дальнего и ближнего зарубежья.

Как видно из таблицы, отбраковка труб может достигать 4 %. В случае попадания бракованной бурильной трубы в скважину происходит задержка бурения на период ее замены. В некоторых случаях возникает необходимость бурения новой скважины, что приводит к повышению себестоимости бурения, особенно на территории c неблагоприятными климатическими условиями, за счет дополнительных затрат на транспортировку, хранение, оплату труда и штрафных санкций за нарушение экологии [1].

Для снижения аварийных ситуаций на скважинах и повышения качества и надежности эксплуатации скважин необходимы комплексные испытания и отбор труб перед их монтажом.

Таблица. Количество некондиционных труб, получаемых с различных заводов-изготовителей

Производители	Количество некондиционных труб в % от общего числа испытанных изделий
Завод в России №1	4
Завод в России № 2	2,5
Завод в ближнем зарубежье № 1	1
Завод в ближнем зарубежье № 2	0,5
Завод в дальнем зарубежье	0,1

Для исключения риска попадания некондиционной трубы в скважину предлагается новый метод комплексного испытания и селективного отбора напорных труб, который позволяет без разрушения установить предельное давление и область использования труб на промыслах. В процессе испытания для трубы определяется максимально допустимая глубина установки. Ранее указанные трубы разрушались при испытании, и требовалась их замена с дополнительными затратами на транспортные и монтажные операции.

Стандартные испытания напорных труб проводятся при давлениях, превышающих рабочие значения в 1,2–1,5 раза. Применяемые ранее методы и испытательные установки не позволяли получить объективные результаты из-за возможного изгиба оси труб, что вызывало дополнительные силы и разрушение труб при давлениях, меньших предельно допустимых. Так же попытки применить для всех испытуемых труб повышенное давление приводили к появлению остаточной деформации, что являлось браковочным признаком, или к полному разрушению изделия. В предложенных способах и установках для их реализации, предусмотрены автоматизированные контрольные устройства, не допускающие пластической деформации труб и поддерживающие совмещение их осей с осью установки при любых давлениях испытаний [2].

Предлагаемый способ позволяет разделять партии труб по величине предельного давления. Селективный отбор напорных труб производится в следующей последовательности:

1. Методом случайного поиска отбирают часть труб (2-10% от партии) для испытания под давлением. Производят визуальный контроль выбранных труб и при наличии дефектов (повреждение резьбы, наличие вмятин, забоин, трещин и др.) увеличивают выборку вплоть до полного охвата всей партии.

2. Испытания начинают с давления 30 МПа, что соответствует работе труб на глубине до 2000 м, где вероятность разрушения чрезвычайно мала. Кроме того, до этой глубины труба может быть извлечена.

3. При выборочном испытании труб на предельное давление (до 65 МПа) находят процент изделий, досрочно снимаемых с испытаний. Было установлено, что за счет избыточного давления внутри трубы её диаметр возрастает, но измерить его увеличение сложно, так как на наружную поверхность труб устанавливают опоры, удерживающие испытуемые детали от изгиба. Поэтому было принято решение измерять изменение длины труб. Авторы установили закономерности изменения длины от давления и предельное давление, после которого труба разрушается.

4. Если часть труб снимается с испытаний при давлении ниже предельно-заданного, то их группируют по величине предельной глубины, при которой труба может работать.

5. Если процент изделий не выдержавших испытаний на полное давление заданное давление превышает заданную долю выборки на испытания, то выполняется испытание всей партии.

6. Испытанные трубы распределяются по глубине установке на специализированных складах: до 2000 м, до 3000 м, до 4000 м. Со склада трубы будут устанавливаться в соответствующей последовательности в скважину.

Критерием селективного отбора служит одинаковый запас надежности для труб, устанавливаемых на заданную глубину.

По результатам испытаний трубы распределяют по глубине с учетом их возможностей. Это обеспечивает высокий запас по межремонтному нормативному сроку, открывает возможности увеличения этого периода и дает значительную экономию средств.

Для реализации способа предложено устройство для селективного отбора напорных труб, которое содержит промежуточные опоры, процессор и испытательный механизм для прекращения цикла испытаний. Промежуточные опоры оснащены упругими люнетами для размещения испытуемых труб, которые позволяют трубам перемещаться в продольном направлении до расчетного значения, предшествующего разрыву при предельном стандартном давлении испытания, а на средней по длине трубы опоре установлен один (или несколько) датчиков изменения длины трубы, сигнал с которого поступает на процессор, связанный с исполнительным механизмом [3].

Было проведено испытание 117 труб, из которых 7 изделий не выдержало полной нагрузки. При бурении скважины не возникло ни одной аварийной ситуации из-за разрыва труб. Применение технологии селективного отбора позволило повысить надежность скважин за счет исключения возможности установки в скважину некондиционной для этой глубины трубы.

Литература

1. Установки для испытания труб при высоких давлениях / А.В. Бондарь, В.П. Смоленцев, А.И. Шелякин, А.Н. Некрасов, С.Н. Матвеев // Нетрадиционные технологии машиностроения и приборостроения: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 5. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2002. - С. 71-80.

2. Изменение радиальных и осевых размеров труб при испытании под высоким давлением / А.И. Часовских, В.П. Смоленцев, А.В. Бондарь, А.Н. Некрасов, А.И. Шелякин // Нетрадиционные технологии машиностроения и приборостроения: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 5. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2002. - С. 67-71.

3. Патент 2182700 (РФ) / Устройство для испытания труб на герметичность / Бондарь А.В., Некрасов А.Н., Серов В.Л., Смоленцев В.П., Попов А.И., А.И. Шелякин, Часовских А.И. Бюллетень изобр. 2002, № 14.