Ускоренное проектирование сельскохозяйственного оборудования

Расселл Брук, директор по маркетингу решений Mainstream Engineering в Европе, на Ближнем Востоке и в Африке компании Siemens PLM Software

При анализе рынка сельскохозяйственной продукции обращают на себя внимание два взаимосвязанных показателя. Первый - население Земли сегодня составляет 7,3 млрд, а к 2050 году достигнет 9,6 млрд человек1. Второй - производство продуктов питания необходимо увеличить на 70%2. Новые машины и технологии неизбежно будут играть ведущую роль в достижении поставленной цели. По прогнозам, к 2019 году объем рынка сельскохозяйственных машин составит 201,3 млрд долл., и перспективы данной отрасли выглядят обнадеживающе3. Однако, по словам Расселла Брука (Russell Brook), директора по маркетингу решений Mainstream Engineering в Европе, на Ближнем Востоке и в Африке компании Siemens PLM Software, производители сталкиваются со многими проблемами: рост конкуренции, спрос на машины в индивидуальном исполнении, необходимость постоянного усложнения конструкции. Для решения этих задач требуются эффективные и универсальные способы ускорения процессов проектирования. Расселл Брук рассказывает о том, как этого достичь.

Динамично развивающийся сектор

Еще недавно заказчики приобретали сельскохозяйственные машины только для выполнения основных работ в поле, и главным их требованием была долговечность. Сегодня все изменилось. Фермеры часто меняют виды выращиваемых растений, климатические изменения приводят к изменению характеристик почв, все стремятся повысить урожайность и сократить сроки созревания посевов. Это относится и к молочному животноводству в Великобритании, и к возделыванию кукурузы в Канзасе, и к посевам зерновых в Сибири. В результате заказчикам требуются все более универсальные машины в индивидуальном исполнении, которые, благодаря модульной конструкции, способны выполнять широкий спектр работ. Недавно компания John Deere сообщила, что всего за год она изготовила 7800 различных исполнений трактора модели 8R, причем каждый вариант конструкции в среднем выпускался всего 1,5 раза4. Действительно, многие производители, с которыми мы сегодня работаем, предлагают тысячи вариантов комплектаций изделий.

Инструменты моделирования листовых тел и высокопроизводительные инструменты работы с модульными сборками в Solid Edge помогают компании Theebotech (Южная Африка) существенно сократить сроки конструкторской разработки. Кроме того, единая среда управления проектированием позволяет каждому сотруднику компании Theebotech выявлять последствия предлагаемых изменений, а также предоставляет доступ к соответствующей технической информации. Все это обеспечивает успешную конкуренцию с более крупными производителями при меньших затратах ресурсов

По мере совершенствования машин возрастает их сложность. Появление более мощных процессоров, систем управления и Интернета вещей делает оборудование все более автономным. Наступило время беспилотных комбайнов, которые самостоятельно перемещаются, проверяют качество зерна и передают информацию об урожайности в централизованную систему. Если задуматься о том, что необходимо для технической реализации такого замысла - от заменяющих механизатора приводов до систем спутниковой навигации, сложнейшего программного обеспечения и мехатронных узлов, - легко понять, почему разработка изделий становится все более сложной, требует все больше знаний и опыта, а также привлечения огромного числа партнеров. Нормативные требования еще больше усложняют ситуацию: ограничения вредных выбросов становятся все более жесткими и различаются в каждой стране, а для достижения требуемых показателей топливной экономичности нужны огромные инвестиции.

Проектирование и изготовление машин становится все более трудным делом, поэтому логично было бы ожидать роста бюджетов и удлинения циклов разработки. Но на деле я наблюдаю обратный процесс. Появление новых производителей дешевой техники в развивающихся странах приводит к падению норм прибыли (сырье при этом все дорожает), а при наличии примерно 15 тыс. предприятий по выпуску сельхозтехники во всем мире конкуренция только возрастает. Кроме того, когда заказчик принимает решение о покупке новой машины, он хочет получить ее как можно быстрее.

Все это приводит к необходимости поиска новых, интеллектуальных подходов к управлению растущей сложности, созданию конструкций, позволяющих быстро выпускать изделия в различных исполнениях, координации работ большого количества групп исполнителей, иногда работающих даже на разных континентах, и общему повышению производительности.

Удобная среда для реализации проектов

Многие из наших заказчиков применяют средства управления жизненным циклом изделия (PLM), помогающие повысить эффективность работы. В состав такого решения входят системы автоматизированного проектирования (CAD), технологической подготовки производства (CAM), инженерного анализа (CAE) и управления проектными данными. Они позволяют отказаться от кульманов и физических опытных образцов, а также заменяют разрозненные таблицы и приложения на централизованную платформу с возможностью удаленного доступа к данным. PLM­системы оказываются особенно полезными в следующих трех областях:

• визуализация. Наши заказчики широко применяют моделирование в CAD­системах для решения конструкторских задач. Наличие трехмерных моделей дает массу преимуществ на последующих этапах, в частности - при проведении прочностных расчетов, контроле собираемости изделия, оптимизации по массе и разработке технологических процессов. Кроме того, выполненные в CAD­системе 3D­модели применяются для быстрого создания фотореалистичных изображений, помогающих получать новые заказы. Такие изображения также дают заказчикам четкое представление о приобретаемом изделии, пока в проект еще не вложено слишком много средств. Более того, фотореалистичные изображения послужат доказательством в случае, если заказчик посчитает, что готовое изделие не соответствует техническому заданию (и тем самым предотвратят дорогостоящие переделки);
• задачи управления. Эффективное управление жизненным циклом нового узла или целого изделия - сложная задача. Наши заказчики применяют программные решения в следующих основных областях:

- контроль соблюдения требований заказчиков. Наличие единой централизованной платформы для хранения и редакции требований заказчика, доступной всем участникам проекта, гарантирует, что готовое изделие будет отвечать этим требованиям. Кроме того, учитываются и другие нормативные параметры, которые разработчики должны соблюдать на этапе проектирования. Например, к ним относятся нормативы по утилизации изделия. Это не только гарантирует соблюдение таких нормативных требований (и позволяет избежать штрафов за нарушение законодательства), но и обеспечивает экономию существенных сумм благодаря тому, что расходы на утилизацию заранее учтены,

- оптимизация конструкции. Специальные программные средства служат для хранения, каталогизации и оптимизации проектных решений, разработанных сторонними поставщиками. Они помогают разработчикам выбирать наиболее подходящие узлы (по минимальной цене) и гарантируют собираемость (например, для каждой детали указываются ее габариты), а в конечном счете - соответствие готового изделия требованиям заказчика,

- быстрое создание опытных образцов. Применение 3D­визуализации при создании виртуальных опытных образцов - один из самых эффективных способов быстрого выполнения проектов. Для этого в системе предусмотрены такие специальные функции, как выявление пересечений деталей и численное моделирование (для оценки изделия в статике и динамике, контроля кинематики и усталостных напряжений). Данные функции, а также расчеты методом конечных элементов точно воспроизводят поведение реального изделия. Уже на этапе проектирования устраняются такие ошибки, как столкновение деталей. Если же ошибки выявляются только на этапе изготовления, это приводит к серьезным расходам и задержкам. Не менее важным является разработка технологической документации и документов по управлению качеством, а также ведение отчетности. Рабочие чертежи генерируются по 3D­моделям: достаточно перетащить модель на поле чертежа. На основе чертежей готового изделия создаются трехмерные пошаговые инструкции по сборке. Их можно просматривать в обратной последовательности, масштабировать, строить сечения. Такие инструкции отлично помогают рабочим в цехе и ремонтному персоналу на объектах. Более того, существуют инструменты для автоматического создания 3D­моделей на основе имеющихся 2D­чертежей, что позволяет использовать ранее разработанные проектные решения,

Шведская компания DeLaval значительно повысила эффективность инженерного труда и скорость проведения изменений благодаря использованию инструментов моделирования деталей, листовых тел и сборок, имеющихся в системе Solid Edge. Кроме того, компания применяет инструменты визуализации системы Teamcenter для создания инструкций по техническому обслуживанию и построению разверток в полном соответствии со строгими требованиями сертификации по стандартам ISO

Американская компания Miller St. Nazianz применяет Solid Edge для 3D-моделирования деталей и сборок, что позволяет повысить эффективность создания новых изделий. Встроенные в Solid Edge средства управления проектными данными обеспечивают быстрый доступ к информации и минимизируют число производственных ошибок благодаря полной интеграции всех этапов жизненного цикла: конструкторского проектирования, изготовления, обслуживания и заказа запасных частей

- оптимизация рабочего времени инженеров. Ориентированные на конкретные процессы инструменты проектирования повышают эффективность труда инженеров и сокращают сроки разработки - например при создании шасси. Конструктору достаточно провести осевую линию, а система рассчитает все сварные швы, фаски и вырезы. Одновременно в бумажном или электронном виде создаются программы для ЧПУ или технологические инструкции по изготовлению деталей нужного размера. Такой подход существенно экономит время и усилия в ходе конструкторско­технологической подготовки производства;

• производство. Применение 3D­модели на этапе конструирования значительно облегчает автоматическую подготовку подробных технологических процессов и управляющих программ. Такие инструкции и программы используются всеми группами разработчиков, а после преобразования в соответствующие форматы передаются по сети на контроллеры станков с ЧПУ и промышленных роботов. Кроме того, система поддерживает стандартные, контролируемые и проверяемые рабочие процессы, что обеспечивает достижение заданного уровня качества продукции. Наконец, значительно упрощается подготовка документации на готовое изделие: руководств по техническому обслуживанию, нормативных документов, сертификатов соответствия.

Быстрое проектирование

В условиях роста спроса на индивидуальные исполнения изделий, изменений законодательства и падения норм прибыли необходимо искать новые пути ускорения проектирования и изготовления изделий. Достичь этой цели помогут специализированные средства автоматизированного проектирования и управления жизненным циклом изделия. В таких системах представлен единый вариант требований заказчика; имеются инструменты для организации совместной работы, объединяющие усилия работающих по всему миру разработчиков и поставщиков; централизованное хранилище всех проектных данных и интеллектуальной собственности; инструменты обеспечения качества; средства контроля за ходом исполнения проектов; среды проектирования, упрощающие и автоматизирующие сложные задачи построения чертежей. Наши заказчики, использующие подобные решения, сообщают о существенном сокращении сроков проектирования на величину, достигающую 75%. При этом сроки технологической подготовки производства уменьшаются на величину до 30%, а общее время создания новых изделий - до 60%. 

1 Отчет «Состояние сельского хозяйства и обеспеченности продуктами питания». Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2009.

2 Там же.

3 Рынок сельскохозяйственного оборудования по регионам и типам двигателей. Прогноз состояния рынков на 2019 г. 

4 http://www.bloomberg.com/bw/articles/2012­07­05/deeres­big­green­profit­machine#p4.

САПР и графика 3`2016