Метрология и CAD
ИТЭР полагается на PolyWorks® для сборки своих гигантских компонентов с предельной точностью
ИТЭР — один из самых амбициозных энергетических проектов в современном мире. На юге Франции 35 стран сотрудничают в создании крупнейшего в мире токамака, устройства для магнитного синтеза, которое было разработано, чтобы доказать возможность использования термоядерного синтеза в качестве крупномасштабного и безуглеродного источника энергии, основанного на том же принципе, который питает наше Солнце и звезды.
ЗАДАЧА, СТОЯЩАЯ ПЕРЕД КОМПАНИЕЙ
Идет сборка реактора ИТЭР. Компоненты токамака, поставляемые с сотен заводов на трех континентах, собираются на площадке международной программы. Организация ИТЭР отвечает за интеграцию и сборку элементов, доставленных на площадку семью участниками программы. Однако сборка этих элементов — это нечто большее, чем просто игра со взаимосвязанными частями: компоненты сложны и многочисленны, а допуски чрезвычайно жесткие, с точностью до миллиметра.
РЕШЕНИЕ
Для обеспечения идеальной подгонки компонентов друг к другу необходим анализ, основанный на цифровых элементах. Сбор данных метрологами является важным предварительным этапом. Их цель состоит в том, чтобы предоставить специалистам по обратному инжинирингу точные данные после измерения каждой части для проверки ее соответствия требованиям. На обоих этих этапах — метрологическом и обратном инжиниринге — используется программное обеспечение PolyWorks.
Общее сканирование криостата с отображением отклонений от номинальной части.
«Я использовал PolyWorks|Inspector™ в большом проекте до того, как пришел в ИТЭР. Я хотел продолжать использовать это программное обеспечение, которое позволяет нам получать большие облака точек непосредственно в программном обеспечении», — говорит Лайонел Понсе, инженер метрологической группы ИТЭР. «Когда дело доходит до анализа большого количества точек, наличие другого программного обеспечения на рынке является ограниченным. Вместо этого мы выбрали ПО PolyWorks|Inspector, которое удовлетворяет потребности в быстром анализе данных, содержащих большое количество точек», — добавляет Хани Гагече, разработчик CAD, ответственный за обратный инжиниринг.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Установка основания криостата в монтажной яме токамака была осуществлена в мае 2020 года. Команде ИТЭР и ее партнерам потребовалось десять лет работы для проектирования, производства, доставки, сборки и, наконец, сварки основания этого криостата. Устройство высотой около 6 метров, диаметром 30 метров и весом 1250 тонн необходимо было перемещать и устанавливать, поэтому интеграция основания криостата потребовала измерений и трехмерных реконструкций для его настройки.
«В области метрологии мы используем PolyWorks|Inspector непосредственно с нашим лазерным сканирующим оборудованием. После сканирования объекта мы получаем очень точное и высококачественное облако точек и полигональную модель благодаря инструментам, доступным в процессе сбора данных», — объясняет Лайонел Понсе. «Как только данные получены, используя имеющиеся в нашем распоряжении отчеты с указанием критических областей сборки, мы запускаем анализ, который учитывает готовые компоненты и компоненты, расположенные в окружающей среде, размеры которых известны, чтобы гарантировать, что они хорошо работают вместе. Что касается основы криостата, мы быстро поняли, что существуют очень критические области, определенные с помощью PolyWorks|Inspector, и что необходим инструмент для перемещения этого компонента примерно на тридцать сантиметров с точностью до миллиметра. Несколько инструментов были разработаны собственными силами. ПО PolyWorks|Inspector позволило нам выбрать наиболее подходящий вариант», — добавляет Хани Гагече. Лайонел Понсе далее пояснил, что в данном случае применение PolyWorks позволило оптимизировать последовательность монтажа до менее 12 часов.
Хотя установка основания криостата была непростой, специалистов по метрологии и обратному инжинирингу ожидают еще более сложные задачи. По общему признанию, будущие компоненты меньше по размеру, однако площадь теперь перенасыщена, а допуски еще более жесткие. И сроки выполнения операций тоже сжатые!
Позиционирование криостата перед опусканием в яму токамака для окончательной сборки.
Комплексные операции
«Установка первого сектора вакуумной камеры токамака на инструмент для предварительной сборки этим летом оказалась сложной задачей, — подтверждает Хани Гагече. — Магниты, тепловой экран и сектор вакуумной камеры должны были быть собраны в самых критических точках с зазором всего в 20 миллиметров. Чтобы обеспечить интеграцию датчиков, нам пришлось переместить эти элементы относительно друг друга, используя визуализацию PolyWorks».
«Кольца предварительного напряжения также были полностью отсканированы, — объяснил Лайонел Понсе. — Была создана модель для интеграции в программное обеспечение CAD в ожидании будущих сборочных пакетов. Корректирующие катушки также сканировались с помощью PolyWorks. На полученной модели регулировочные прокладки должны быть спроектированы таким образом, чтобы они соответствовали будущим интерфейсам. Нам также необходимо специфицировать и оценить количество труб, чтобы гарантировать отсутствие столкновений с будущими компонентами, которые должны прибыть. Более того, это позволяет нам узнать сопряжение для будущих операций сварки и резки».
Сборка основания криостата в яме токамака.
Цветовое отображение в PolyWorks|Inspector, выделяющее потенциальные столкновения во время окончательного размещения в яме токамака.
Помимо внутренних групп, подрядчики также используют PolyWorks, когда дело доходит до получения облаков точек. «PolyWorks|Inspector — это универсальный модуль, предназначенный для метрологии, который позволяет подключать сразу несколько устройств. Он доступен в форме как стандартного, так и премиум-пакета, позволяя выполнять постобработку плотных облаков точек с возможностью получения „качественных“ показаний при сборе данных в режиме реального времени. Помимо метрологического аспекта, программное обеспечение позволяет, например, получать отображения зазоров», — утверждает Тибо Хелен, менеджер по продажам PolyWorks Europa, дочерней компании InnovMetric, издателя PolyWorks. «Использование такого программного обеспечения, как PolyWorks, похоже на производство часов с помощью грузовиков!» — отмечает Хани Гагече.
Для получения определенных трехмерных реконструкций, выполненных для критических случаев, специалисты по обратному инжинирингу используют PolyWorks|Modeler™, решение для моделирования и обратного инжиниринга. «Этот модуль позволяет нам реконструировать поверхности по очень точным сеткам и предоставлять файл CAD, доступный каждому, даже если у пользователей нет PolyWorks или мощных компьютеров. Пользователи CATIA, которых много в программе ИТЭР, могут таким образом иметь доступ к файлам, которые мы создали», — объясняет Хани Гагече.
Новый алгоритм автоматического вычисления площади в PolyWorks|Modeler скоро будет протестирован командами ИТЭР. Этот алгоритм может обеспечить значительную экономию времени на реконструкцию!
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Modeler™