10 - 2010

Размерный анализ в SolidWorks

М.А. Шаломеенко

Изготовление изделий высокого качества в сжатые сроки и оптимизация прибыли требуют точных и эффективных аналитических инструментальных средств, которые тесно интегрированы с CAD-системами твердотельного моделирования.

Точность является важным показателем детали (узла, агрегата), определяющим ее способность выполнять свои рабочие функции. От точности зависят надежность не только самой детали, но и экономичность, производительность, уровень вибраций и шума всей конструкции, что в совокупности характеризует качество продукции.

Одним из инструментов создания качественных изделий, способных с высокой надежностью функционировать в течение всего срока эксплуатации, является размерный анализ. Он позволяет обеспечить требуемую точность функциональных параметров изделий и увязать между собой многие основные характеристики разных этапов жизненного цикла конструкции. При этом размерный анализ также является связующим звеном между конструкторскими и технологическими этапами подготовки производства к выпуску новой продукции. Такой анализ является универсальным средством, пригодным для расчета любой конструкции или отдельного узла.

Общая схема формирования качества изделия

Общая схема формирования качества изделия

В настоящее время задачи проектирования деталей и узлов должны решаться на основе широкого применения вычислительной техники. Автоматизация проектирования и создание CAD-программ для расчета размерных цепей позволяют сократить сроки подготовки производства к выпуску новой продукции, уменьшить издержки и повысить качество проектных работ.

Для управления допусками размеров требуется переход от концептуальных функциональных интерфейсов и необходимой справочной информации к точным и четким критериям для деталей, процессов монтажа и проверки изделий.

Программный комплекс SolidWorks предлагает выполнение размерного анализа в 3D-моделях сборок с использованием специализированных приложений TolAnalyst и CETOL 6 Sigma.

Благодаря функционалу данных приложений пользователь имеет возможность управления допусками размеров через уникальную систему размерного анализа, которая позволяет надежно осуществлять разработку новой продукции от стадии 3D-модели до изготовления и монтажа. При этом упрощается процесс моделирования отклонений форм и размеров и появляется возможность получить ответы на вопросы по допускам и посадкам на ранних этапах в процессе проектирования. Применение инструментов TolAnalyst и CETOL 6 Sigma позволяет сократить путь конечного продукта от стадии эскизного проекта до подготовки производства и изготовления прототипа на 50-75%, что приводит к сокращению количества последующих изменений в конструкции, которые, как правило, являются очень дорогостоящими.

Размерный анализ в TolAnalyst

Размерный анализ с использованием приложения TolAnalyst позволяет определить влияние не только допусков размеров компонентов сборки, но и порядка их монтажа на точностные характеристики замыкающего размера. Для проведения анализа размерных допусков необходимо, чтобы все актуальные размеры и допуски в модели были назначены при помощи инструментов DimXpert. В результате каждого исследования для замыкающего размера становятся известны:

  • номинальное значение;
  • минимальный и максимальный допуски (наихудший случай);
  • минимальный и максимальный RSS-допуск;
  • контрибуция — относительная степень участия элемента в размерной цепи и его влияние на замыкающее звено (в %).

По результатам расчета формируется отчет в формате Excel, где информация доступна для последующей обработки (например, построения диаграмм).

Размерный анализ в CETOL 6 Sigma

Приложение CETOL 6 Sigma является мощным инструментом анализа размерных цепей, интерфейс которого полностью интегрирован в SolidWorks. В его основе лежит вероятностный метод решения задачи нахождения номинального значения и величины допуска замыкающего звена (как линейного, так и углового) размерной цепи при известных номинальных значениях и допусках составляющих звеньев, а также осуществляется построение распределения вероятности для замыкающего звена в заданных пределах.

Результаты расчета допусков в TolAnalyst

Результаты расчета допусков в TolAnalyst

Точность размерного анализа в CETOL 6 Sigma обеспечивается за счет:

  • удобных инструментальных средств и процессов оптимизации допусков;
  • точного понимания того, как особенности допусков и производственные изменения влияют на качество продукта;
  • высокого уровня интегрированного решения с CAD-системой;
  • исправления ошибок моделирования для проведения надежного анализа допусков в проектах.

CETOL 6 Sigma состоит из двух основных компонентов: модуля моделирования и модуля анализа.

В модуле моделирования реализована расширенная интеграция с CAD-моделью. Операции производятся непосредственно с CAD-геометрией, все размерные данные по допускам CETOL хранятся в файлах деталей и сборок. Как только образцовые данные определяются для отдельного компонента (детали или сборки), они в дальнейшем могут многократно применяться, если деталь или сборка используются в других сборках. Данные CETOL могут быть обновлены автоматически, чтобы учесть все изменения номинальной геометрии CAD-модели. Размеры цепи и граничные условия по монтажу определяются между гранями и кромками CAD-модели, что позволяет измерять зазор (натяг) между поверхностями по фактическому минимальному расстоянию.

Кинематическая схема сборки определяется при помощи граничных условий с использованием адаптивных кинематических соединений. Такой функционал дает CETOL возможность точно характеризовать поведение сложных сборок через удобный интерфейс. CETOL применим для анализа всех типов кинематических сборок, а особенно сильная его сторона — анализ механизмов. В состав CETOL входит итерационное решающее устройство, находящее решение замкнутой размерной цепи для определения местоположения и ориентации каждого компонента в сборке.

Фрагмент отчета TolAnalyst

Фрагмент отчета TolAnalyst

Вероятностный анализ отклонения основан на статистическом изменении местоположения и ориентации целевого элемента в модели. Для каждой переменной (размера), определенной допусками в модели, могут быть заданы различные законы распределения вероятности (постоянный, Гаусса, l-распределение). Параметры распределения вычисляются автоматически на основании соответствующих пределов допуска и принятого качественного показателя для компонентов. Если пользователю доступны статистические производственные данные, они могут быть включены в соответствующие элементы. Предусмотрена также настраиваемая библиотека производственных процессов, в которой пользователь может сохранить статистические данные для стандартных процессов.

Окно SolidWorks при выполнении анализа в CETOL

Окно SolidWorks при выполнении анализа в CETOL

Диаграмма статистического распределения

Диаграмма статистического распределения

Модуль анализа CETOL 6 Sigma использует технологию анализа, основанную на вычислении частных производных (чувствительностей) каждого измерения по каждому направлению. Главные преимущества такого анализа:

  • вычисляются чувствительность и контрибуция для каждого размера в цепи. Чувствительность и контрибуция могут быть использованы для выявления элементов, критически влияющих на качество сборки. С их помощью возможна идентификация потенциального уменьшения производственных затрат — размеры с низкой чувствительностью и вкладом дают возможность удешевления производственных процессов;
  • чувствительность размера позволяет мгновенно оценить любые конструктивные и производственные изменения в CAD-модели. Изменения в значениях допусков размеров, показателях качества деталей или типе статистического распределения сразу приводят к обновлению результатов анализа.

CETOL позволяет рассчитывать размерные цепи как статистическим методом (Statistical Analysis), так и методом «наихудший случай» (Worst-Case Analysis), основываясь на расчетных значениях чувствительностей.

Диаграмма распределения для «наихудшего случая»

Диаграмма распределения для «наихудшего случая»

Диаграмма чувствительности

Диаграмма чувствительности

Диаграмма контрибуции

Диаграмма контрибуции

Результаты анализа в CETOL 6 Sigma представляются в отчете, который содержит разнообразную информации о модели:

  • в диаграмме статистического распределения указаны верхний и нижний пределы, целевое значение замыкающего звена; тип распределения и его моменты; диаграмма распределения;
  • в диаграмме распределения для «наихудшего случая» приведены верхний и нижний пределы, целевое значение замыкающего звена; минимальное и максимальное значения размера; диаграмма распределения;
  • диаграмма чувствительности используется для идентификации размеров и допусков, оказывающих критическое влияние на качество продукта. Положительная чувствительность означает, что увеличение значения переменной увеличивает значение замыкающего звена, а отрицательная — что увеличение значения переменной уменьшает значение звена;
  • диаграмма контрибуции выражает относительную степень участия элемента в размерной цепи и его влияние на замыкающее звено (в %).

САПР и графика 10`2010