Конспект лекций РиКМОНГП. Конспект лекций по дисциплине Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов Для специальности
 Скачать 2.08 Mb.
|
2.2 Анализ понятий „проектирование„ и „конструирование„Целью и результатом разработки новых изделий является само изделие. Изделие относится к сфере материальных объектов и служит для удовлетворения требований производства и потребностей человека. Сама разработка нового изделия - это особый этап, относящийся к сфере умственной деятельности. Изделия весьма разнообразны по видам и структуре, но в общем сводятся к четырем группам: детали; сборочные единицы; комплекты; комплексы (рис. 1.1). Разработка новых изделий осуществляется инженерно-техническим персоналом путем проектирования и конструирования. Проектирование и конструирование являются процессами взаимосвязанными, дополняющими друг друга. Конструктивная форма объекта уточняется применением методов проектирования - произведением расчетов параметров, прочностных расчетов, оптимизации и др. В свою очередь, проектирование возможно только при предварительно принятых вариантах конструктивного  Рис. 1.1. Виды изделий и их структура исполнения. Часто эти два процесса не различают, так как они выполняются, как правило, специалистами одной профессии - инженерами-конструкторами. Однако проектирование и конструирование - процессы разные. П р о е к т и р о в а н и е предшествует конструированию и представляет собой поиск научно обоснованных, технически осуществимых и экономически целесообразных инженерных решений. Результатом проектирования является проект разрабатываемого объекта. Проектирование - это выбор некоторого способа действия, в частном случае - это создание системы как логической основы действия, способной решать при определенных условиях и ограничениях поставленную задачу. Проект анализируется, обсуждается, корректируется и принимается как основа для дальнейшей разработки. К о н с т р у и р о в а н и е м создается конкретная, однозначная конструкция изделия. Конструкция - это устройство, взаимное расположение частей и элементов какого-либо предмета, машины, прибора, определяющееся его назначением. Конструкция предусматривает способ соединения, взаимодействие частей, а также материал, из которого отдельные части (элементы) должны быть изготовлены. В процессе конструирования создается изображение и виды изделия, рассчитывается комплекс размеров с допускаемыми отклонениями, выбирается соответствующий материал, устанавливаются требования к шероховатости поверхностей, технические требования к изделию и его частям, создается техническая документация. Конструирование опирается на результаты проектирования и уточняет все инженерные решения, принятые при проектировании. Создаваемая в процессе конструирования техническая документация должна обеспечить перенос всей конструкторской информации на изготавливаемое изделие и его рациональную эксплуатацию. Проектирование и конструирование служат одной цели: разработке нового изделия, которое не существует или существует в другой форме и имеет иные размеры. Проектирование и конструирование - виды умственной деятельности, когда в уме разработчика создается конкретный мысленный образ. Мысленный образ подвергается мысленным экспериментам, включающим перестановку составных частей или замену их другими элементами. Одновременно оценивается эффект внесенных изменений, определяется, как эти изменения могли подействовать на окончательный результат. Мысленный образ создается в соответствии с общими правилами проектирования и конструирования и впоследствии принимает окончательный, технически обоснованный вид. Разработка, составными частями которой являются проектирование и конструирование, - термин, широко применяемый в технической литературе Нередко этот термин используется узко, как синоним проектно-кон-структорских или конструкторских работ. В действительности в разработку новых изделий входит ведение научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ. Разработка входит в комплекс мероприятий, направленных на выпуск изделий промышленностью. Наряду с такими работами, как разработка технологии изготовления, материально-техническое обеспечение, организация производства, разработка занимает основное место в технической подготовке производства. Будучи исходным этапом, разработка оказывает существенное влияние на все последующие стадии жизненного цикла продукции: изготовление, обращение и реализацию, эксплуатацию или потребление. 2.3 Развитие методов проектированияСоздание изделий, даже довольно сложных, многие предшествующие века осуществлялось путем эволюции кустарных промыслов. Тысячи ремесленников из века в век передавали своим детям или подмастерьям те крупицы знаний, что им удалось собрать. Эти знания имеют особый характер, их не найти научно обоснованными ни в одной книге. Ремесленник при создании изделия не вычерчивает эскиз (часто он просто не может это сделать) и не в состоянии удовлетворительно объяснить, почему он принимает то или иное решение. Изменение форм кустарного изделия происходит в результате бесчисленных неудач и успехов в процессе многовекового поиска методом проб и ошибок. Этот медленный и дорогостоящий последовательный поиск «невидимых линий» конструкции может в конечном итоге привести к удивительно точно уравновешенному изделию, которое в очень высокой степени удовлетворяет потребителя. Однако, хранилищем всей важной информации, собранной в ходе эволюции промысла, является в первую очередь сама форма изделия, которая остается постоянной и изменяется только для исправления ошибок и при возникновении новых потребителей. Частично информация хранится в виде эталонов, а также в виде усваиваемых при обучении ремеслу фиксированных навыков, необходимых для воспроизведения традиционной формы изделия. Считается, что в этих традициях содержится «генетический код», необходимый для эволюции промысла. Два класса данных, наиболее важные для современного проектирования, - форма изделия в целом и её логические обоснования - не фиксируются в символической форме, поэтому их невозможно исследовать и изменять без грубого экспериментирования с самим изделием. К таким экспериментам прибегают лишь тогда , когда методами постепенной эволюции не удается удовлетворить новым требованиям. Ч е р т е ж н ы й с п о с о б п р о е к т и р о в а н и я - это проектирование путем создания чертежей в определенном масштабе. Принципиальная разница между этим общепринятым способом разработки формы для изделий машинного производства и предшествовавших ему эволюций форм в кустарных промыслах заключается в том, что здесь поиск методом проб и ошибок отделен от производства, что эксперименты и изменения проводятся на масштабном чертеже, а не на самом изделии. Это позволило задавать размеры изделия до его изготовления и тем самым разделить труд по изготовлению отдельных частей между многими работниками, что в свою очередь обеспечило увеличение не только сложности изделия, но темпа их изготовления. А в т о м а т и з и р о в а н н о е п р о е к т и р о в а н и е призвано решать сложные современные задачи, непосильные для традиционного процесса проектирования. Этот вид проектирования относительно молод и стал возможным с появлением мощных ЭВМ, развитием соответствующих математических методов и программного обеспечения, но уже получил широкое признание. На попощь конструкторам пришли мощные программные комплексы, в частности, SolidWorks, позволяющие вести трехмерное моделирование деталей, создание сборок и проектирование чертежей на их основе. Ниже рассматриваются его особенности.
Создание нефтегазопромысловых машин и оборудования - сложная инженерная задача, базирующаяся на новейших достижениях науки и техники. Разработка новых конструкций бурового оборудования, изготовление опытных образцов, их испытание, освоение серийного производства иногда требуют длительных сроков (3-7 лет). Поэтому конструкторы и машиностроители должны ясно представлять пути развития соответствующей техники и максимально полно учитывать ее особенности и условия применения (см. П 2.1), а также требования к ней, которые подразделяются на общие и специальные. К общим требованиям следует отнести социальные, экономические, эксплуатационные и технологические. Для решения социальных задач при проектировании нефтегазопромысловых машинам и оборудования должны быть обеспечены: максимальная безопасность обслуживания; комфортность труда; минимальные затраты ручного и тяжелого физического труда; легкость и удобство управления; необходимые санитарно-гигиенические условия труда рабочих. Проектируемые машины и механизмы должны исключать возможность поражения током и травмирования обслуживающего персонала, а их конструкция удовлетворять требованиям, установленным правилами безопасности. Сведение к минимуму ручного труда должно достигаться за счет совершенствования технологических схем работы и конструкции машин, а также за счет автоматизации основных и вспомогательных рабочих процессов. При проектировании оборудования следует предусматривать меры защиты от загрязнения окружающей среды, шума и вибраций. К экономическим требованиям относится обеспечение минимальных трудовых и материальных затрат при изготовлении, эксплуатации, обслуживании и ремонтах машин. Высокие технико-экономические показатели работы машин могут быть достигнуты комплексом мероприятий, основные из которых: увеличение производительности машин; снижение стоимости оборудования; уменьшение эксплуатационных расходов; снижение энергозатрат рабочих процессов; повышение надежности оборудования; увеличение морального и физического срока службы машин и их элементов. Эксплуатационные требования к нефтегазопромысловым машинам и оборудованию заключаются в обеспечении безотказного их функционирования во время эксплуатации, а также поддержании работоспособного состояния проведением своевременных технического обслуживания и ремонтов. Создаваемые машины должны иметь высокую ремонтопригодность и быть приспособленными к использованию современных средств технической диагностики. При решении технологических задач конструктор при проектировании новых и модернизации существующих машин должен обеспечивать технологичность их изготовления, сборки и ремонта. Создаваемые изделия должны соответствовать производственным возможностям заводов-изготовителей при обеспечении минимальных затрат труда и материалов, всем требованиям соответствующих ГОСТов, ОСТов, стандартов предприятий и других нормативно-технических документов. При решении конкретных задач должны учитываться специфические условия эксплуатации машин: непостоянство рабочего места; широкое разнообразие горно-геологических условий; различные физико-механические свойства разрушаемых рабочими инструментами горных пород; колебание в широких пределах фракционного состава нефти; высокие динамические нагрузки на узлы машин; влажность, химическая активность среды; возможность внезапных выбросов нефти и газа, их самовоспламенение и другие опасные ситуации. Тяжелые эксплуатационные условия работы нефтегазопромысловых машин и оборудования обусловливают следующие специфические требования, предъявляемые к ним при проектировании: соответствие габаритов машин и элементов размерам рабочего пространства и возможность свободного их перемещения в скважине; возможность разборки машины на узлы, позволяющие их транспортирование и обеспечивающие удобство их монтажа и демонтажа в полевых условиях; достаточный запас прочности деталей машин и механизмов для восприятия высоких нагрузок, а также возможность нормальной смазки трущихся поверхностей; наличие в конструкциях машин устройств и средств, не допускающих самопроизвольного их движения вниз под действием веса; защита внутренних полостей машин от проникновения в них пыли и влаги; защита выдвижных обработанных поверхностей деталей от вредного влияния агрессивной среды; доступ ко всем узлам машин и удобные их техническое обслуживание и ремонт и другие. 2.5 Система разработки и постановки продукции на производство Порядок создания и модернизации продукции всех отраслей промышленности, в том числе и нефтегазопромыслового машиностроения, регламентируется ГОСТ Р15.201-2000 «Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство.» Продукция, подлежащая разработке и постановке на производство, должна соответствовать мировому уровню, обеспечивать эффективность ее применения в народном хозяйстве страны и конкурентоспособность на внешнем рынке. В зависимости от наличия целевых программ развития продукции, наличия или отсутствия заказчика, характера взаимоотношений между субъектами хозяйственной деятельности разработку и постановку продукции на производство осуществляют по следующим моделям организации работ: 1 - создание продукции по государственному и муниципальным заказам, а также другим заказам, финансируемым из федерального бюджета и бюджетов субъектов Российской Федерации (далее - по госзаказу); 2 - создание продукции по заказу конкретного потребителя (заинтересованных организаций, обществ, коммерческих структур); 3 - инициативные разработки продукции без конкретного заказчика при коммерческом риске разработчика и изготовителя. Модель организации работ выбирают, исходя из возможности при их реализации обеспечивать необходимое качество продукции, выполнение обязательных требований и конкурентоспособность продукции. Госзаказы размещают на конкурсной основе, с учетом данных о квалификации исполнителя, в соответствии с действующим порядком организации закупки товаров, работ и услуг для государственных нужд. При создании продукции по госзаказу и заказу конкретного потребителя заключают договор (контракт) на выполняемые работы, оформленный в установленном порядке, и разрабатывают ТЗ на выполняемые работы. В договоре и (или) ТЗ при необходимости указывают нормативные документы, регламентирующие порядок выполнения работ, и документы, определяющие обязательные правила и требования к продукции. При необходимости в договоре (контракте) указывают комплекс модулей организации работ, обеспечивающих выполнение и подтверждение обязательных требований, а также требований, установленных законами и нормативными документами органов государственного надзора. На основе исходных требований заказчика (при его наличии) разработчик продукции проводит необходимые научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы, обращая особое внимание на обеспечение следующих требований: - безопасности, охраны здоровья и окружающей среды (в том числе их сохраняемости в процессе эксплуатации продукции); - ресурсосбережения; - установленных для условий использования продукции значений показателей, определяющих ее технический уровень; - устойчивости к внешним воздействиям; - взаимозаменяемости и совместимости составных частей и продукции в целом. Решение о разработке продукции в инициативном порядке принимают с учетом условий рынка сбыта. Разработка и постановка продукции на производство в общем случае предусматривает: 1) разработку ТЗ на опытно-конструкторскую работу (ОКР); 2) проведение ОКР, включающей: - разработку технической документации [конструкторской (КД) и технологической (ТД)], - изготовление опытных образцов, - испытания опытных образцов, - приемку результатов ОКР; 3) постановку на производство, включающую: - подготовку производства, - освоение производства: изготовление установочной серии, квалификационные испытания. Этапы конкретной ОКР (составной части ОКР), а также порядок их приемки должны быть определены в ТЗ на ОКР (составную часть ОКР) и договоре (контракте) на ее выполнение. На всех этапах ОКР (составной части ОКР) и при постановке продукции на производство исполнители обеспечивают выполнение обязательных требований. Достигнутые показатели, соответствие их требованиям ТЗ на ОКР (составную часть ОКР) оценивают при приемке этапов и отражают в протоколах (актах) испытаний опытных образцов продукции и актах приемки этапов ОКР и ОКР в целом. Взаимоотношения разработчика (изготовителя) с органами государственного надзора определяет действующее законодательство. В органы государственного надзора в соответствии с их правилами представляют документы подтверждения соответствия обязательным требованиям. Состав указанных документов устанавливает соответствующий орган государственного надзора. Продукты интеллектуального труда, полученные в процессе создания и постановки продукции на производство и являющиеся объектами охраны интеллектуальной собственности, используют в порядке, установленном законодательством Российской Федерации. 2.5.1 Разработка технического задания на ОКР Основанием для выполнения ОКР является ТЗ, утвержденное заказчиком, и договор (контракт) с ним. В качестве ТЗ может быть использован иной документ, содержащий необходимые и достаточные требования для разработки продукции и взаимопризнаваемый заказчиком и разработчиком. В случае инициативной разработки продукции основанием для выполнения ОКР является утвержденное руководством предприятия-разработчика ТЗ (или заменяющий его документ), базирующееся на результатах исследования рынка продукции, а также патентных исследований по ГОСТ Р 15.011. При разработке ТЗ разработчик учитывает информацию об аналогичной продукции, содержащуюся в базах данных (общероссийской и региональных), созданных в Госстандарте России на основе каталожных листов продукции. В ТЗ рекомендуется указывать технико-экономические требования к продукции, определяющие ее потребительские свойства и эффективность применения, перечень документов, требующих совместное рассмотрение, порядок сдачи и приемки результатов разработки. В ТЗ предусматривают реализацию всех обязательных требований, распространяющихся на данную продукцию. В ТЗ указывают предусмотренную законодательством форму подтверждения соответствия продукции обязательным требованиям. В ТЗ рекомендуется предусматривать учет интересов всех возможных потребителей. Конкретное содержание ТЗ определяют заказчик и разработчик, а при инициативной разработке - разработчик. Не допускается включать в ТЗ требования, которые противоречат законам Российской Федерации и обязательным требованиям. В ТЗ рекомендуется предусматривать следующие положения: - прогноз развития требований на данную продукцию на предполагаемый период ее выпуска; - рекомендуемые этапы модернизации продукции с учетом прогноза развития требований; - соответствие требованиям стран предполагаемого экспорта с учетом прогноза развития этих требований; - характеристики ремонтопригодности; - возможность замены запасных частей без применения промышленной технологии. ТЗ разрабатывают и утверждают в порядке, установленном заказчиком и разработчиком. К разработке ТЗ могут привлекаться другие заинтересованные организации (предприятия): изготовитель, торговая (посредническая) организация, страховая организация, организация-проектировщик, монтажная организация и др. Для подтверждения отдельных требований к продукции, в том числе требований безопасности, охраны здоровья и окружающей среды, а также оценки технического уровня продукции, ТЗ может быть направлено разработчиком или заказчиком на экспертизу (заключение) в сторонние организации. Решение по полученным заключениям принимают разработчик и заказчик до утверждения ТЗ. На любом этапе разработки продукции при согласии заказчика и разработчика в ТЗ или документ, его заменяющий, могут быть внесены изменения и дополнения, не нарушающие условия выполнения обязательных требований. |