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Mit integrierter Software

Durchgehende Apparateauslegung, Berechnung, Optimierung und Kalkulation
Mit integrierter Software

Die Anwendung von Software ist mittlerweile in fast jeden technischen und kommerziellen Bereich vorgedrungen. Das hat häufig zu Insellösungen in den einzelnen Fachbereichen geführt. Durch die Entwicklung der objektorientierten Programmierung ist es heute möglich, Programme oder Dateien zu neuen Anwendungen zu verbinden und integrierte Gesamtsysteme zu realisieren.

Mit Hilfe integrierter Systeme lassen sich Einzelanwendungen zu einem großen System zusammenfassen. Ist keine einheitliche Branchenlösung verfügbar, muß man jedes dieser Systeme für den Einzelfall maßschneidern.

Eine Lösung stellt die Windows-Server-Client-Technik dar, die den Datenfluß zwischen den einzelnen Programmen realisiert. Die verschiedenen Bausteine der Gesamtlösung müssen dafür als objektfähige Client-Server-Module vorliegen. Damit entfallen programmiertechnische Anpassungen.
Die Basis für diese Technik ist das Windows-Betriebssystem. Die bidirektionale Kommunikation der verschiedenen Programme wird über einheitliche, skalierbare Schnittstellen aus der Programmebene heraus in die Betriebssystemebene verlegt. Die verwendeten Programme müssen zur Nutzung dieser Option als Objekte vorliegen, eine Forderung an jeden Softwarelieferanten. Microsoft hat dies im Office-Paket mit der ACTIV-X-(ADD-IN)Technik realisiert. Auch alle Module eines süddeutschen Anbieters sind als ADD-IN-Programme in die Office-Umgebung integrierbar.
Die als ADD-IN erstellten Programme lassen sich einem übergeordneten Steuermodul unterordnen. Dieses steuert den Datentransfer unter den Modulen, überprüft deren Plausibilität und regelt die Reihenfolge der Bearbeitung. Die Programme können verteilt auf verschiedenen vernetzten Rechnern ablaufen und verhalten sich dennoch wie ein einziges Programm. Somit bleiben Teilbereiche losgelöst bearbeitbar.
Vorteile integrierter Systeme amBeispiel einer Kondensator-Auslegung
Die Tabelle zeigt die für eine Kondensator-Auslegung verwendeten Programme und deren Aufgaben.
Ein großer Vorteil ist die Möglichkeit, bestehende Anwendungen einzubinden, um bewährte und gewohnte Programme zu verwenden. So lassen sich beispielsweise Kundendatenbanken als Dbase- oder Access-Datenbanken ohne Modifikation integrieren. Preiskalkulationsprogramme, in Excel erstellt, stehen dann ebenso zur Verfügung wie Standardanschreiben im Word-Format. Ergänzt wird dies durch eine Modul-Bibliothek mit über 300 Programmen, die die technische Berechnung und Optimierung des Produktes übernehmen. Anwenderspezifische Berechnungen können einfach integriert werden.
Entscheidend für die Qualitätssicherung ist die Datenintegrität. Daten werden über eine manuelle Eingabe oder Datenbankabfrage nur einmal generiert. Ist eine Information erst einmal bekannt oder wird sie verändert, so sorgt das Steuermodul dafür, daß alle Bausteine mit der Information versorgt werden. Erfolgt eine Änderung in der Kundendatei, so ist auch die Adresse im Anschreiben auf dem neuesten Stand. Wird der Apparat optimiert und somit dessen Gewicht minimiert, so verfügt das Excel-Kalkulationsprogramm sofort über die geänderte Information, das Angebotsschreiben wird korrigiert und die Konstruktionszeichnung und die Dokumentation angepaßt. Die Datensicherung erfolgt in Datenbanken oder zumindest in Quasi-Standard-Formaten wie Excel oder AutoCad.
Die angebotenen Lösungen sind ebenso auf die Bearbeitung in Arbeitsgruppen wie im ganzen Unternehmen zugeschnitten.
Durchzuführende Arbeitsschritte
Der Kondensator ist thermisch zu berechnen, zu optimieren und festigkeitsmäßig inklusive der angeschlossenen Rohrleitung auszulegen und zu kalkulieren. Die Qualitätssicherung erfordert die Erstellung entsprechender Dokumentationen.
Für diese Aufgaben ist lediglich die Bedienung von vier unterschiedlichen Programmen erforderlich, die dank der Windows-Oberfläche zudem sehr ähnlich sind. Es findet eine Verschiebung von der Programmorientiertheit des Anwenders zur Problemorientiertheit statt. Zudem läßt sich dank der Integration verschiedener eigenständiger Progammgruppen die Aufgabe sowohl zeitlich als auch lokal aufspalten, d. h. auf verschiedene Abteilungen verteilen.
Die Stoffwerte für das Kühlmedium lassen sich mit dem Programm Proper ermitteln. Zusammensetzung und Berechnungsmethoden werden einmalig gewählt und mit weiteren Daten abgespeichert. Diese Datei repräsentiert ein neues Modul, das in die Berechnungen, aber auch in Excel durch den Dateinamen eingebunden werden kann.
Die thermische Auslegung erfolgt mit einem Wärmeübertrager-Programm. Auch dieses stellt für sich ein integriertes Modulpaket dar. Wichtig für den Anwender ist die Möglichkeit, internationale Normen, aber auch die eigenen Werksnormen als Auslegungskriterien zu hinterlegen. Das Programm berechnet auf der Basis von vier Eingabegrößen einen Kondensator, der alle gewünschten Normen berücksichtigt. Das so ermittelte Ergebnis stellt bereits ein stark optimiertes Ergebnis dar. Mit Hilfe des durch seine genetische Struktur universell einsetzbaren LGO-Optimierers läßt sich der berechnete Apparat weiter optimieren. Die Optimierung kann mit diskreten Variablen, beliebigen Randbedingungen und ohne Kenntnis der Zielfunktion oder deren Ableitung erfolgen. Im dargestellten Beispiel konnte durch eine Optimierung mit den Variablen Fensterhöhe, Rohrdurchmesser, Teilung, Teilungswinkel etc. und unter Einhaltung des äußeren Druckverlustes das Apparategewicht um 12% gesenkt werden. Die Optimierung wählte ein größeres Rohr, reduzierte die Anzahl der Rohre und vergrößerte das Fenster. Die Dokumentation der Ergebnisse erfolgt über ein Standard-Word-Dokument. Die Spezifikation wird direkt in eine Excel-Tabelle übernommen, die als OLE-Server dynamisch eingebunden ist.
Wanddickenberechnung
Die Festigkeitsberechnung erfolgt mit Modulen zu den AD/ASME-Merkblättern und der Euronorm. Die Daten aus der thermischen Auslegung werden hierzu in die Festigkeitsbausteine integriert. Es ist möglich, der Festigkeitsberechnung einen Bauteile-Editor vorzuschalten. Auf diese Weise ist der Berechnungsablauf und der Datenfluß eindeutig dokumentiert. Der Editor steuert die kompletten Berechnungen und übernimmt ebenfalls den Datentransport zu den CAD-Bausteinen. Mit der Festigkeitsberechnung geht meist eine Kostenermittlung einher. Deshalb ist es sinnvoll, die Festigkeitsprogramme direkt in der Kalkulationsumgebung laufen zu lassen.
Sonderlasten und Zeichnungserstellung
Nach der Druckbehälterverordnung sind Rohrleitungen, die an einen Druckbehälter anschließen, bis zum ersten Festpunkt zusammen mit dem Druckbehälter zu berechnen. Dies bedeutet für den Apparatebauer, daß er Kenntnis vom Rohrleitungsverlauf haben muß. Für kleinere Rohrleitungen ist dies nicht sinnvoll. Hier hat sich die Angabe von Pauschallasten als pragmatischer Weg durchgesetzt. Für größere Rohrleitungen, wie im Beispiel die Dampfzuleitung, ist eine Berechnung der Stutzenbelastung unumgänglich. Der Anwender hat hier die Möglichkeit, das Programm Pipe zu integrieren. Alle relevanten Daten werden aus dem Projektfile übernommen und die Zusatzlasten auf dem Apparatestutzen durch die Dampfleitung ermittelt. Mit Hilfe geeigneter Ansätze – wie z. B. nach dem Welding Research Council – lassen sich die Spannungen an solchen zusätzlich belasteten Stutzen ermitteln und überprüfen. Die Dokumentation über Word oder Excel kann durch eine Zeichnungserstellung vervollständigt werden. Die Programme des süddeutschen Anbieters für die thermische Auslegung von Wärmeübertragern und auch die Programme für die Festigkeitsberechnung verfügen über eigenständige Optionen, die entsprechende DXF-Dateien zweidimensional und dreidimensional erstellen. Diese Dateien lassen sich in CAD-Programmen weiter verarbeiten.
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