9 - 2012

Принципы безбумажного производства в изготовлении литейных форм

Джим Дэвис (Jim Davis)

В производстве технологической оснастки появилось много новых технологий, методик и инициатив, среди которых можно отметить такие, как повышение экологичности и эффективности, снижение затрат и, что наиболее важно с точки зрения перехода на безбумажное производство, фиксация и повторное использование знаний. Хотя среда безбумажного проектирования, несомненно, сокращает расходы благодаря отсутствию распечаток чертежей и технологических процессов, настоящие резервы экономии при безбумажном подходе лежат в оптимизации процесса подготовки производства, сокращении числа его этапов и ускорении выхода новых изделий на рынок.

Джим Дэвис (Jim Davis) работает в Siemens PLM Software с 1997 года и в настоящее время занимает должность консультанта по предпродажным решениям. Он выполняет разнообразные задачи, такие как создание презентаций, консультирование, управление пред­ и послепродажными действиями. Перед переходом в бывшее подразделение Unigraphics компании EDS г­н Дэвис 20 лет занимался изготовлением литейных форм, пресс­форм и оснастки. Г­н Дэвис — ведущий член Общества инженеров по пластмассам и Общества инженеров­машиностроителей (SME). В SME он входит в группу технических советников по вопросам оснастки и литейных форм для производства изделий из пластмасс.

Технологии позволили нам перейти от чертежных досок и бумажных распечаток к компьютеризованным рабочим местам, имеющим дело сначала с 2D­, затем с каркасными 3D­моделями, а теперь поддерживающим полноценное твердотельное моделирование при разработке технологических процессов и оснастки. Сегодня у нас даже есть портативные интеллектуальные устройства, которые позволяют ощутить мир виртуального проектирования буквально кончиками пальцев. Большинство данных, которые раньше вручную вносились в бланки или таблицы, теперь вводятся в компьютеризованные системы, управляющие процессами проектирования и производства.

3D-система для проектирования технологической оснастки значительно сокращает сроки разработки по сравнению с использованием традиционных бумажных чертежей

3D-система для проектирования технологической оснастки значительно сокращает сроки разработки по сравнению с использованием традиционных бумажных чертежей

Безбумажное производство можно рассматривать как методику соединения ряда новых технологий с целью реализации инициатив по автоматизации процессов. Например, программы для проектирования оснастки не просто заменяют собой старые бумажные методы конструирования — они предоставляют всевозможные средства автоматизации, что ускоряет и облегчает разработку и повышает стабильность получаемых результатов.

Хотя применение практически любой компьютеризованной системы — от CAD/CAM­ до ERP­решений — сокращает потребность в бумажных методах работы, существуют менее очевидные способы получения реальной экономической отдачи от безбумажного подхода. В данном обзоре мы рассмотрим ряд таких примеров.

Взаимодействие с заказчиком на ранних этапах проектирования

Сегодня многие производители оснастки работают с крупными компаниями, которые применяют системы управления данными об изделии (PDM) для работы с внутренними и внешними потоками данных, относящимися к текущим и новым проектам изделий. У таких компаний могут быть механизмы, позволяющие поставщикам получать доступ к отдельной области автоматизированной системы.

Благодаря сотрудничеству с подобными заказчиками и получению указанного вида доступа к их системам, производитель оснастки может делать больше, чем просто загружать технические задания в электронном виде (вместо получения традиционных чертежей или распечаток). Поддерживаемая электронными средствами совместная работа на ранних этапах выполнения проекта позволяет производителю оснастки оказывать влияние на конструкцию разрабатываемого заказчиком изделия, особенно в вопросах технологичности. Это экономит время и деньги при проектировании оснастки и разработке технологических процессов. Став же предпочтительным поставщиком для заказчика, вы сможете обойти своих конкурентов по бизнесу.

Единая платформа конструкторско­технологической подготовки производства

При поступлении заказа на проектирование оснастки и предоставлении заказчиком данных (будем надеяться, в электронном виде) следует рассмотреть еще одну возможность получения дополнительной выгоды от полномасштабного использования безбумажных процессов. Большинство изготовителей оснастки имеют CAD­, CAM­ и, возможно, CAE­системы (для анализа и численного моделирования), но чаще всего это разрозненные продукты, которые по отдельности внедряются в процессы конструкторско­технологической подготовки производства. Серьезная проблема с большинством комбинаций таких решений, пусть и считающихся безбумажными, заключается в том, что процесс конструкторского и технологического проектирования оказывается неассоциативным.

В качестве примера неассоциативного рабочего процесса рассмотрим ситуацию, когда у компании имеется одно общее CAD­решение, применяемое для импортирования данных заказчика и их подготовки к проектированию литейных форм (редактирование начальных условий, сечений стенок, скруглений и пр.), затем другая CAD­система используется для проектирования самой литейной формы, а в третьей системе (CAM) создаются управляющие программы для станков с ЧПУ.

Благодаря тому что одна и та же CAD-модель применяется и при проектировании оснастки, и при автоматизированной разработке управляющих программ для ЧПУ, удается избежать существенных потерь времени на преобразование данных и обеспечить более быстрое проведение конструкторских изменений

Благодаря тому что одна и та же CAD-модель применяется и при проектировании оснастки, и при автоматизированной разработке управляющих программ для ЧПУ, удается избежать существенных потерь времени на преобразование данных и обеспечить более быстрое проведение конструкторских изменений

Если для передачи данных между всеми тремя системами применяются нейтральные форматы данных типа IGES или STEP, то это приводит не только к потерям времени (затраченное на преобразование данных время не приносит никакой пользы производственному процессу), но и к быстрому росту убытков от выполнения непроизводительных задач, когда реальной конструкторско­технологической подготовки не происходит. Если же заказчик присылает конструкторское изменение, то стоимость работ возрастает еще больше.

Если каждое преобразование и просмотр CAD­файла занимает пять минут и эта процедура выполняется 12 раз в день, то один час из 8­часового рабочего дня тратится впустую и лишь потому, что используются разные CAD­системы. С учетом обычных ставок зарплаты это приводит к ежегодным убыткам в 20 тыс. долл. — именно такая сумма расходуется на преобразование данных между двумя CAD­системами.

При переносе данных в отдельную CAM­систему затраты могут оказаться еще больше. Предположим, что литейная форма состоит из 120 деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, и для каждой детали требуется выполнять процесс экспорта, импорта и проверки данных. Тогда при стандартных ставках оплаты труда затраты на непроизводительный перенос данных в течение десяти часов составят тысячу долларов на каждый проект оснастки.

Увеличивая инвестиции в полностью интегрированные CAD/CAM­решения, выполняющие все задачи конструкторско­технологической подготовки производства без необходимости преобразования данных, производители оснастки могут уменьшить затраты и высвободить время, что позволит выполнять гораздо больше заказов, повысит доходность и улучшит их репутацию.

Автоматизация процесса

Еще одно преимущество использования тесно интегрированных безбумажных систем заключается в том, что современные технологии позволяют передавать с этапа на этап не только геометрию. В прошлом большая часть таких атрибутов детали, как допуски, требования к качеству поверхности и пр., в ходе конструирования по­прежнему указывалась на чертежах. Для передачи этих атрибутов на последующие этапы разработки, например программистам ЧПУ или контрольно­измерительных машин, обычно применялись распечатанные чертежи.

Сегодня же большую часть такой информации можно добавлять к 3D­модели в виде атрибутов PMI (конструкторско­технологической информации). При этом данные атрибуты задаются в соответствии с государственными стандартами оформления размеров, допусков и шероховатости поверхностей. Возможно использование более неформальных и учитывающих особенности предприятий методов, например цветовой раскраски поверхностей, по которым согласованы вопросы конструкции и технологичности, или применение различных цветов для отображения видов обработки поверхности и квалитетов допусков.

В любом случае новейшее программное обеспечение для программирования станков с ЧПУ и КИМ (координатно­измерительных машин) можно настроить на считывание подобной негеометрической информации и ее использование при автоматическом создании управляющих программ для изготовления или контроля качества деталей. В области CAM­систем это часто объединяется с поэлементной технологией механической обработки (FBM). В результате удается не только добиться еще большего сокращения бумажного документооборота за счет уменьшения необходимости считывать данные с распечаток, но и резко повысить производительность программирования КИМ и станков с ЧПУ. Еще одно важное преимущество подобного рода безбумажной автоматизации — сокращение количества ошибок. Автоматизированное программирование на основе данных, хранящихся в PMI­атрибутах, не только выполняется исключительно быстро по сравнению с интерактивными методами программирования, но и позволяет практически полностью избежать ошибок после надлежащей отладки системы.

Выдача материалов в производство

Компьютерная передача 2D­ и 3D­информации о конструкции литейных форм в цеха предприятия практически полностью устраняет необходимость в бумажных распечатках именно на тех этапах, где они всё еще наиболее активно применяются. Конструктор литейных форм по­прежнему создает чертежи деталей и узлов в электронном виде, но не распечатывает их для передачи в цех, что позволяет сэкономить на бумаге, чернилах и расходных материалах копировальных машин. Однако и здесь настоящая отдача заключается в других аспектах данного процесса. Во­первых, доступ к данным и их просмотр на экране монитора можно контролировать в зависимости от роли пользователя путем ввода логина и пароля. Выполняющая контроль доступа система предоставляет пользователям в цехах самые актуальные данные, что снижает риск использования не той версии или старой распечатки документа. Ведь всего лишь одна ошибка из серии «взяли не тот чертеж» может обойтись в сумму, равную всей прибыли от изготовления заказа на оснастку.

То же самое относится и к выдаче управляющих программ на станок с ЧПУ. Хотя бумажные перфоленты с программами для оборудования с ЧПУ давно вышли из употребления и заменены электронными файлами, в комплект рабочего задания оператору станка по­прежнему нужно включать списки инструментов, карты наладки и технологические чертежи. Несмотря на то что электронные системы DNC (прямое числовое управление), позволяющие непосредственно подключаться к контроллерам станков с ЧПУ, стали стандартной функцией, остальная часть технологического задания редко предоставляется в электронном виде прямо к месту его использования, например на производственный участок, на участок установки инструментов в магазины и пр. Теперь стали доступны плоские мониторы большого размера (с диагональю до 24 дюймов и более), которые делают просмотр сложных данных и чертежей гораздо более удобным, чем при работе с ранее существовавшим оборудованием.

Всё это можно рассматривать как часть безбумажной среды, а технологии просмотра данных оказываются достаточно простыми. Важнейший фактор, который делает этот процесс гораздо более полезным, — управление источником данных, к которым обеспечен безбумажный доступ.

Расширенное отображение данных на 3D CAD-модели обеспечивает быстрый обмен информацией между заказчиками и поставщиками

Расширенное отображение данных на 3D CAD-модели обеспечивает быстрый обмен информацией между заказчиками и поставщиками

Управление данными и процессами

Безбумажная среда подразумевает широкий, а то и полный переход на электронное представление данных. Это дает возможность и просто работать хорошо, и работать на мировом уровне. «Работать хорошо» означает применение обычных компьютерных файл­менеджеров, проводников, папок и средств управления файлами собственной разработки. Альтернатива — использование последних достижений в управлении инженерными данными и всей информацией, создаваемой или востребованной на каждом этапе процесса.

Такие системы предназначены для управления всеми типами технической информации и позволяют понять, что представляет собой каждый файл, управляют версиями и статусом выпуска документа, а также контролируют доступ на чтение и редактирование. Например, при нажатии кнопки «Сохранить» в CAM­системе весь набор данных, с которыми ведется работа, включая выходные файлы с программой для станка с ЧПУ, карты наладки, спис­ки инструментов и многое другое, автоматически сохраняется с указанием правильной ссылки на программу и производственное задание. Далее такой набор данных связывается с технологическим процессом при полном управлении версиями документов. Это означает, что любой пользователь может «откатиться назад» и просмотреть нужный комплект данных для конкретного задания, проверить внесенные в него изменения и пр. Такой подход резко сокращает риск внесения ошибок и время, затрачиваемое на поиск нужной информации, а также облегчает выбор удачных примеров в качестве образцов при выполнении следующего аналогичного задания.

Описанный способ управления данными действительно начинает приносить пользу, когда на его основе подготавливаются передаваемые в цех пакеты данных. Пакет, сформированный для выполнения производственного задания № ХХ, помещается в доступную из цеха область системы и помечается как «готовый к выдаче». Применение технологии, аналогичной работе веб­обозревателя, обеспечивает доступ пользователей в цехе к любой части выданного пакета и даже позволяет непосредственно подключиться к станку. Это выполняется без отправки данных на отдельный ПК, стоящий в цехе, где за информацией сложно уследить и она часто дублируется. Данная схема работы очень удобна для цехов предприятия, когда управление данными и их безопасность становятся одними из ключевых требований заказчика.

Всё вышеописанное — элементы создания безбумажной среды. Истинная польза от перехода на безбумажные технологии состоит в росте производительности и эффективности, основанных на выбранном способе работы с результирующими данными в электронном виде и на типе систем, применяемых для создания, перемещения и управления такими данными. Помните, что данные становятся ценной информацией, только когда они управляются и используются в надлежащем контексте. 

САПР и графика 9`2012