2.3 Развитие методов проектирования

Создание 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.

4. Требования, предъявляемые к нефтегазопромысловым машинам и оборудованию.

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.