Vegyipari technológiai berendezések tervezése és működtetése virtuális környezetben. Kivonat

Átírás

1 Vegyipari technológiai berendezések tervezése és működtetése virtuális környezetben Gombos Sándor Sapientia Erdélyi Magyar Tudományegyetem, Csíkszereda, Élelmiszer-tudományi Tanszék, Kivonat Az újabb szoftver eszközök alkalmazása lehetőséget ad arra, hogy a mérnöki tervezésben gyors, hatékony és megbízható tevékenységet végezzünk, melynek eredményeként egy olyan virtuális berendezés egységet vagy akár technológiai folyamatot lehet létrehozni, melyek segítségével az ipari tevékenység műveleti egységeinek gyártása és a működési sajátosságok megismerése lehetővé válik. Az újabb eszközök alkalmazásával lehetőség válik a technológiai folyamatban szereplő készülékek és teljes technológiai folyamatok virtuális vizsgálatára, akár szándékosan változtatva a műveleti paramétereket, mellyel sok időt tudunk megtakarítani a tervezés során, a céloknak megfelelő minőségű termékek előállítása érdekében. Kulcsszavak: szoftveres tervezés, vegyipari berendezések, technológiai folyamat, szimuláció Bevezető A technológiai berendezések tervezésének folyamata több összetevő lépésből áll, ezek fontosabb részei az alapozó koncepció, a szakirodalmi adatok vizsgálata és több kritérium szerinti kiértékelése, az anyag- és hőmérleg összeállítása, ezeket követően két lehetőség kínálkozik: a technológiai folyamat összetevő készülékeinek és berendezéseinek kiválasztása a gyártó cégek kínálatából, vagy ezek részletes és szakszerű mérnöki tervezése. Habár az első lehetőség viszonylag egyszerűnek tűnhet, az ipari gyakorlat számtalanszor bebizonyította, hogy sokkal kedvezőbb a készülék vagy teljes berendezés helyi igények szerinti tervezése, ez által több előny elérésére nyílva le- 39

2 Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, hetőség. Ezek közül említhetők a kedvezőbb fajlagos anyagi- és energetikai költségek, a tervezet készülék vagy berendezés jobban illeszkedik a technológiai folyamatba, a tervezési algoritmusból adódóan nagyobb mértékű technológiai rugalmasság érhető el, például több típusú nyersanyag feldolgozása, több típusú termék előállítása, módosítható technológiai paraméterek vagy műveleti lépések kapcsolási lehetőségek alkalmazása által [1]. A technológiai folyamatok összetevő készülékeinek legnagyobb részaránya tároló tartályok és más típusú edényekből áll, ezek szakszerű tervezése több módszer alkalmazásával kivitelezhető. A hagyományos tervezési eljárások több hátrányt jelentenek: a szükséges időtartam túl nagy, mivel számos összetevő lépések időtartamai kedvezőtlenül összeadódnak, mint például a megfelelő építő anyagok tulajdonságainak alkalmazása, a geometriai alakzatok szakszerű illesztéseinek kialakítása, a nyomástartó edények és rendszerek falvastagságainak tervezése, rendelkezésre álló tér-viszonyok szerint esetenként újratervezés lehet szükséges. További jelentős hátrányokat jelentenek a bonyolultabb 3D alakzatok tervezésének akadályai, a több projekció szerinti rajzok elkészítésének időigénye, a megbízhatóság és a hitelesség folyamatos fenntartása [2]. Az első alapozó tervezési lépések gyakorlatilag még nem helyettesíthetők, mivel ezekhez szükséges a mérnöki ismeretek túl széles köre, viszont későbbi lépésekben az informatikai eszközök fejlődése lehetőséget nyújt a tervezési folyamat lépéseinek jelentős felgyorsítására, mint az építőanyagok korrelációinak alkalmazása, alkotó elemek virtuális létrehozása, összetett 3D tervezés algoritmus szerint, rajzok és részletes dokumentáció előállítása több kompatibilitású elektronikus formátumban [3, 4]. Dolgozatomban csupán egy szoftver-eszközt mutatok be, habár a hardware irányába támasztott igény sem elhanyagolható, ez gyakorlatilag több éven át bizonyította minőségét, megbízhatóságát és hatékonyságát: Codeware Compress, más ilyen típusú tervezési eszközök az Aspen Engineering, Pipe Flow Expert, Comsol Multiphysics & Reaction Engineering. 40 Virtuális tervezési folyamat bemutatása Codeware Compress környezetben A Codeware Compress tervezési környezet fontosabb lépései által rendkívül gyors tervezési folyamat bonyolítható le, viszont ez is előzetesen fel-

3 tételezi az alapvető koncepciót és méretezési lépéseket, alkalmazva a keletkezett adatokat. Első lépésekben kiválasszuk a tervezni szánt geometriai alakzatot, meghatározzuk a műveleti körülményeket, a kiválasztott építőanyagot a rendelkezésre álló anyagok közül, vagy bevezetve egy új építőanyag tulajdonságait (1. ábra). A következő lépésben meghatározzuk a fontosabb geometriai méreteket, létrehozzuk a tervezett készülék 3D virtuális alakzatát, amely megfelel a műveleti paraméterek követelményeinek, figyelembe véve a hidrosztatikus nyomás terhelését is (2. ábra). 1. ábra: A Codeware Compress tervezési környezetének alkalmazása első három lépésben. Fig. 1. Using initial three steps in Codeware Compress design environment. 2. ábra: A henger alakú rész virtuális generálása. Fig. 2. Generating cylinder-shape element. 41

4 Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, A geometriai alakzat generálása után az alakzat alsó és felső részére, valamint az előbbiekre és az alakzat más külső részére illesztett elemek ráhelyezése történik, alkalmazva a beépített menü-rendszer kínálatát. Ezen elemek építőanyagai, működési hőmérsékletei, valamint más sajátosságai részletesen beállíthatóak a készülék működési sajátosságai szerint, az illesztő elemek standardizált típusainak kiválasztása is szükséges. A bonyolultabb geometriai alakzatok belsejébe betekintés nyerhető a körülvevő falak ideiglenes áttetsző állapotának létrehozása által (3. ábra). 3. ábra: A henger alakú rész működési paramétereinek beállításai és illesztő elemek generálása. Fig. 3. Setting cylinder-shape element parameters and generating joints. 42

5 Az eddig alkotott geometriai alakzatra lezáró szerepet játszó elemek különböző típusai illeszthetők igények szerint, kiválasztva a rendelkezésre álló elemek típusai közül a megfelelőt, a standardizált típusok közül (4. ábra). A következő lépésben a henger alakú részre további szükséges tartozékokat helyezünk, kiegészítve a készüléket, megfelelő állapotúvá téve anyagok befogadására, távoztatására, készülék fenntartására, kiszolgálására, továbbá az automatizáló eszközök számára is nyílásokat biztosítva (5, 6. ábra). Mindezek után, szükséges az alkotott készülék tejes körű ellenőrzése, ez ugyancsak egy beépített szoftver-rutin segítségével, ami után pedig már lehetőség van a műszaki rajz és a dokumentáció elkészítésére, ezek generálása nagy sebességgel történik (7. ábra). 4. ábra: A henger alakú rész lezáró elemeinek választása és ráhelyezése. Fig. 4. Choosing and attaching covers. 43

6 Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, ábra: Anyagok áramlását szolgáló és segédnyílások illesztése. Fig. 5. Fitting streams and auxiliary nozzles. 6. ábra: Tartószerkezet és kiszolgáló platform illesztése. Fig. 6. Adding braced legs, platform and ladder. 44

7 Virtuális tervezési környezetben más típusú készülékek is tervezhetők, mint vízszintes- vagy függőleges működésű hőcserélők, bepárlók, kémiai reaktorok, desztilláló- és rektifikáló kolonnák (8. ábra). 7. ábra: Műszaki rajz és hiteles minőségű dokumentáció generálása. Fig. 7. Generating drawings and documentation. 45

8 Chimica Acta Scientiarum Transylvanica, 23 24/3, ábra: Tartószerkezet és kiszolgáló platform illesztése. Fig. 6. Adding braced legs, platform and ladder. 46 Következtetések A virtuális tervezési környezet alkalmazása vegyipari és élelmiszeripari készülékek számára több jelentős előnyt von maga után. A tervezési folyamat rugalmassá válik, mivel a választható tervezési paraméterek könnyen változtathatók. Továbbá, a tervezési folyamat jobban áttekinthető, mivel a

9 generált dokumentáció teljes egészében rögzíti az alkalmazott paramétereket és algoritmus- eljárásokat. Kiváló tulajdonságoknak vélhetők azon képességek is, hogy a generált műszaki rajz és dokumentáció ASME Standard hitelesítésűek, mértékegységekben rugalmas eszközt alkalmazunk, a terv gyakorlatilag néhány perc alatt előállítható, lehetőség van hálózaton 3D-CNC automatikus gépekhez juttatni a feldolgozási adatokat. Irodalomjegyzék 1. Richard, E.F., Software Engineering Concepts, McGraw-Hill Publishing, 1985, ISBN Watts, S.H., A Discipline for Software Engineering. Addison-Wesley Longman, 1995, ISBN Stephen, H.K., Metrics and Models in Software Quality Engineering, Addison-Wesley Publishing, 1995, ISBN Michael, R.L., Handbook of Software Reliability Engineering, IEEE Computer Society Press, McGraw-Hill, 1996, ISBN Chemical Process Equipment Design and Operation in Virtual Environment Summary For keeping the track of the new tendencies, it has the option to use software tools, giving opportunity to engineering, to carry out a rapid, efficient and reliable design, resulting a virtual unit equipment or processing workflow, that enable equipment manufacturing and knowledge of operating characteristics in industrial environment. These new procedures give the opportunity of virtual analysis of designed equipment unit, or the entire processing line, even changing process parameters by request, with which we can save a lot of time during the design process, in order to result suitable quality products. 47