Введение
Системы холодоснабжения имеют важное значения для пищевой индустрии [1, 4]. Наиболее часто встречающаяся в быту, коммерческой и промышленной индустрии парокомпрессионная холодильная машина состоит из основных компонентов: компрессор 1, конденсатор 2, ресивер-сборник 3, расширительное устройство 4 и испаритель 5 (рисунок 1). Такое небольшое количество элементов зачастую соответствует бытовым индивидуальным устройствам домашнего пользования. Рисунок 1 – Принципиальное устройство парокомпрессионной холодильной машины Однако коммерческие и промышленные холодильные машины - это системы, которые могут состоять из тысяч единиц трубопроводов различных материалов, сложной трубопроводной и регулирующей арматуры, соединительных элементов, устройств автоматизации и пр. [1, 2]. Каждый компонент подвергается тщательному расчёту и подбору для обеспечения корректной работы холодильной системы. При подборе учитываются такие параметры, как производитель, мощность, материал, рабочее вещество, температурные диапазоны, величины рабочих давлений и т.д. Одним из основных критериев расчёта является безопасность для человека и окружающей среды, так как величины рабочих давлений внутри системы холодоснабжения могут достигать от минус 1 до плюс 120 бар, а рабочими веществами могут выступать такие опасные для человека вещества, как аммиак, пропан и т.д. В связи с чем проектирование систем холодоснабжения подвергается тщательной неоднократной проверке различными высококвалифицированными специалистами, включая соответствующие федеральные надзорные органы. [3].
Методология
В современном мире сложно представить проектирование инженерных систем без средств автоматизированного проектирования (САПР), которые ускоряют процесс расчёта и подбора вышеперечисленных элементов в десятки раз. Одной из основных инструментов большинства средств САПР являются базы данных, в которых изначально заданы все необходимые параметры для расчета тех или иных компонентов системы холодоснабжения, в том числе и для обеспечения возводимой холодильной системы данными компонентами. В данной статье рассмотрены различные программные обеспечения, в том числе некоторые из семейства средств САПР, базы данных которых применяются в индустрии промышленного и коммерческого холодоснабжения. Microsoft Excel является примером применения БД при проектировании систем холодоснабжения [5]. В упрощенном виде данный «продукт» является универсальной таблицей, функциональность которой настраивается индивидуально, применяя при этом математические операции, логические условия, графические функции и т.д. В индустрии холода данный «продукт» часто служит в качестве базы данных элементов холодильных машин. Достоинство программы также состоит в том, что утилита применяется в качестве БД не только при проектировании, но и при строительстве, администрировании и техническом обслуживании систем холодоснабжения в виду своей универсальности. Это обуславливается тем, что строительство и обслуживание системы требует базы данных стандартизированных строительных элементов, таких как соединительные элементы, трубопроводная номенклатура, металлические изделия различного сортамента и других дополнительных материалов для возведения и последующего мониторинга.
Результаты
Работа устройств администрирования и технического обслуживания холодильной машины также основывается на БД, которая создается индивидуально для каждой системы. В данном случае база данных представляет из себя не только информацию по номенклатуре холодильной системы, но и термодинамические и теплофизические табличные параметры рабочих веществ, на основе которых осуществляется работа и логика работы системы. В области проектирования программа позволяет в ускоренном ручном режиме осуществлять поиск необходимого оборудования и трубопроводной арматуры с необходимыми техническими характеристиками. Имеются различные способы сортирования и фильтрации номенклатуры для ускорения процесса поиска необходимых элементов. Программа также позволяет автоматизировать процесс подбора компонентов при помощи внедрения различных математических операций или дополнительных интегрирующихся приложений. При этом создание БД необходимой номенклатуры, а также параметризация и настройка логики поиска элементов в БД происходит в ручном режиме. Microsoft Excel позволяет увеличить эффективность работы более чем на 30 %. Autodesk Revit один из инструментов при проектировании систем холодоснабжения является программный комплекс для автоматизированного проектирования, реализующий принцип информационного моделирования зданий (Building Information Modeling, BIM) [6]. Рабочее пространство программы представлено на рисунке 2.
Результаты
При проектировании холодильных машин в данной среде САПР базы данных реализуются при твердотельном моделировании практически всех элементов, из которых виртуально моделируется инженерная система. Для этого создается БД, из которой программа интегрирует в среду моделирования элементы при виртуальном возведении конечной холодильной машины (рисунок 2). При этом базы данных делятся на внешние и изначально интегрированные. К внешним данным можно отнести основные компоненты холодильных систем, таких как трубопроводную и регулирующую арматуру, соединительные детали трубопроводов и прочие строительные дополнительные материалы. К интегрированным относят данные о трубопроводах, применяемых в проекте материалах, условные обозначения при разработке гидравлических схем, аннотационные обозначения проекта, а также необходимые прочие стандартизированные элементы в части оформления документации. Благодаря встроенным функциям программа осуществляет поиск необходимых элементов в ранее созданной базе данных элементов. При этом используются интегрированные логические и математические операции. Утилита также позволяет присваивать стандартизированные наименования каждому из моделируемых элементов. Таким образом, проектировщик лишь воссоздает виртуальные элементы строящейся инженерной системы, задавая основные необходимые критерии подбора. Программа при этом производит поиск необходимых элементов, отвечающих требованиям исходных данных и присваивает номенклатуре общепринятые наименования по ГОСТ. Рисунок 2 – Рабочее пространство программы твердотельного моделирования Autodesk Revit Имеется также возможность внедрения в проект из базы данных стандартных форм спецификаций и экспликаций той или иной формы в зависимости от стадийности проектирования и типа разрабатываемого документа. Благодаря ранее присвоенным стандартным наименованиям элементов спецификация номенклатуры формируется в автоматическом режиме, что сокращает сроки проектирования в среднем от 10 % до 30 % времени в зависимости от величины проекта.
Обсуждение
Благодаря внедрению внешних прикладных программ в Autodesk Revit появляется функция взаимодействия со средой Microsoft Excel. Доступна возможность как импортировать, так и экспортировать данные между утилитами. Данная функция предусмотрена на случаи, когда нет возможности обработать данные в среде Autodesk Revit встроенными функциями, либо присутствует необходимость применять расширенные возможности логических и математических операций программы Microsoft Excel. Данная функция также позволяет выполнять все ранее описанные манипуляции с базами данных Revit. Функционал позволяет ускорить процесс проектирования в среднем еще на 10%. Danfoss Coolselector 2. Трубопроводная арматура не является основным компонентом холодильной машины, но без нее невозможно настроить корректную работу даже самых простых холодильных систем, а бюджет арматуры в сложных промышленных холодильных машинах может доходить до 25 % от общего. Расчет и подбор регулирующей арматуры является процессом не менее ответственным, чем подбор основного оборудования, а в плане параметров, которые необходимо учитывать – самым сложным в виду большого разнообразия номенклатуры. Такое разнообразие вынуждает проектировщиков либо создавать базы данных элементов в ручном режиме, либо обращаться к специализированным программам, таким как Danfoss Coolselector 2. Интерфейс программы показан на рисунке 3.
Обсуждение
Рисунок 3 – Интерфейс программы для расчета и подбора трубопроводной арматуры холодильных машин Danfoss Coolselector 2 Рисунок 3 показывает список типов трубопроводной арматуры, которую имеется возможность рассчитать. Другими словами, это ряд баз данных представленной арматуры. Программа представляет из себя утилиту для расчета и подбора, в которую встроены данные по наиболее популярной и часто применяемой трубопроводной арматуре, используемой в холодильной технике. Встроенные БД являются основой данной утилиты, из которой происходит извлечение необходимых элементов по исходным данным. Имеется возможность подбора как простых элементов, таких как запорная арматура, так и сложных регулирующих клапанов. Алгоритмы и БД программы построены таким образом, что подбор может осуществляться не только для простых схем непосредственного кипения хладагента, но и для сложных насосно-циркуляционных или гравитационных систем охлаждения [7].
Выводы
Одним из существенных достоинств данной программы является возможность расчета и подбора арматуры, устанавливаемой в тандеме. К примеру, для обслуживания и технической ревизии расширительного устройства (РУ), одного из основных компонентов холодильной машины, необходима установка запорных клапанов на входящей и выходящей сторонах, фильтра во избежание загрязнения рабочих органов РУ и электромагнитного клапана. В совокупности данная группа трубопроводной арматуры представляет из себя сложный регулирующий узел, расчет которого является непростой задачей, и с расчетом которого алгоритмы и базы данных программы справляются наиболее корректно. Программа позволяет экономить до 20 % от общего времени проектирования, и чем сложнее инженерная система, тем данный процент больше. 1С:Предприятие – это один из инструментов ведения бизнес процессов практически в каждой организации, в которой требуется учет тех или иных производственных материалов, является 1С:Предприятие. Отрасль холодильной техники не является исключением. Функционал утилиты не ограничивается на использовании программы в качестве базы данных [8]. В области «холода» данный «продукт» чаще всего выступает в качестве базы данных для контроля и учета необходимыми снабжаемыми элементами при строительстве инженерной системы. Для этого создается с «нуля» номенклатура всевозможных элементов системы холодоснабжения, начиная от основного оборудования и заканчивая простейшими монтажными материалами. Точность работы программы позволяет отследить любой приобретаемый продукт на любом этапе производственного цикла. Полезной функцией программы с точки зрения проектирования является возможность внешнего интегрирования необходимой номенклатуры из Microsoft Excel. В свою очередь, это открывает путь к интеграции 1С:Предприятия с практически любыми системами САПР, в том числе и Autodesk Revit. Связующим параметром для данной операции выступает индивидуальный код, который присваивается каждому создаваемому элементу в базе данных. Данный код должен быть присвоен и в программе, из которой происходит первичное экспортирование элементов, в данном случае Autodesk Revit. «Посредником» для интеграции вышеперечисленных программ выступает Microsoft Excel. В отдельных случаях список видов номенклатуры, необходимых для строительства холодильной системы, может состоять из сотен типов разных элементов. Создание данного списка для отдельного проекта в программе 1С:Предприятие может занимать несколько дней тщательного поиска (1-5% от общего времени проектирования). Благодаря вышеописанному тандему межпрограммного интегрирования «Autodesk Revit-Microsoft Excel-1C:Предприятие» операция выполняется в течение одной минуты. Таким образом, краткую последовательность действий при проектировании системы холодоснабжения можно описать следующим образом: - применение БД при расчете и подборе основного холодильного оборудования; - составление принципиальных объемно-планировочных и схемных решений системы с использованием средств САПР, работа которых основана на БД; - двумерное или трехмерное моделирование холодильной машины с параллельным формированием необходимой спецификации из баз данных систем САПР; - ручное формирование спецификации из БД стандартизированных элементов в случае отсутствия систем САПР; - составление списка закупаемых элементов из базы данных 1С:Предприятия. Вышеуказанная последовательность действий показывает, что базы данных стали неотъемлемой частью индустрии холода, особенно при проектировании. Значимость БД начинается от расчета и подбора элементов системы холодоснабжения и заканчивается расчетом необходимой для возведения системы номенклатуры, в том числе малозначимых строительных элементов. Помимо процесса проектирования базы данных имеют не менее важное значение в индустрии холода.