9 - 2018

Новое поколение процессов проектирования позволяет выпускать уникальные изделия как небольшим компаниям, так и крупным предприятиям

Мир становится цифровым. Меняются подходы к работе, обучению, покупкам и развлечениям, меняются и способы изготовления изделий. Даже небольшим машиностроительным предприятиям необходимо разрабатывать модульные и многофункциональные конструкции для создания уникальных изделий, точно отвечающих потребностям конкретного заказчика. Однако столь высокая гибкость затрудняет повторное использование проектных решений: требования каждого заказчика индивидуальны и заметно отличаются, поэтому каждый проект становится уникальной разработкой. Как добиться необходимой гибкости без роста себестоимости?

Современные производители промышленного оборудования сталкиваются с различными вызовами. От них требуется заранее продемонстрировать заказчику, как будущее изделие будет работать и как его интегрировать с другими системами. Также необходимо убедить организацию­заказчика в окупаемости инвестиций и низкой общей стоимости владения. На каждом этапе жизненного цикла изделия производителям приходится соблюдать всё больше нормативных требований по вопросам энергоэффективности в эксплуатации, а также затратам на переработку и утилизацию. Соответствие нормативным требованиям должно быть надлежащим образом задокументировано. Наконец, новые конструкции оборудования нужно создавать как можно быстрее, чтобы выдержать конкуренцию с зарубежными поставщиками недорогой продукции, при этом уделяя достаточно времени на выявление потребностей заказчика и способов будущей эксплуатации изделия.

Чтобы справиться с высокими требованиями заказчиков, конкурентов и нормативных органов, предприятия должны использовать интегрированные средства, а не отдельные разрозненные системы. На последовательное конструирование, изготовление и ввод изделия в эксплуатацию силами различных отделов просто нет времени. Подобный последовательный процесс не просто медленный, он связан с рисками потери информации и внесения ошибок при передаче проекта из одного отдела в другой. К тому же такой процесс не соответствует реалиям современного машиностроения.

Конструкции технологического оборудования становятся всё более сложными. Они оснащаются датчиками, контролирующими параметры работы, и могут подключаться по сети к другим станкам, образуя единую технологическую систему. Кроме того, современные станки предусматривают ручное и программное управление. Столь высокая сложность влияет и на сам процесс проектирования. Производители не могут позволить себе в самом конце работы над проектом тратить время на перепроектирование деталей или сборочных процессов только потому, что выяснилось, что кабели проводки невозможно соединить. Если на этапе натурных испытаний опытного образца выявляется, например, что управляющее программное обеспечение не учитывает предельно допустимые нагрузки на конструкцию, то вносить изменения становится уже слишком поздно.

В современном оборудовании так много программного обеспечения, электроники и средств автоматизации, что для его создания обязательно нужна платформа мехатронного проектирования, а не просто машиностроительная CAD­система, так как специалисты должны одновременно работать над различными инженерными дисциплинами. Решение проблемы — внедрение цифровых технологий, которые создают цифровую магистраль передачи информации между занятыми в проекте отделами. Такая магистраль объединяет все этапы — от сбора требований к будущему изделию и определения его технических характеристик до конструкторско­технологической подготовки, изготовления, ввода в эксплуатацию, технической поддержки и контроля.

Дигитализация позволяет создавать цифровые двойники умных, уникальных, способных обмениваться данными станков и тем самым удовлетворять потребности заказчиков. Цифровые двойники помогают в продвижении и продажах оборудования еще до его изготовления. После заключения договора на продажу производители оборудования демонстрируют заказчикам цифровой двойник будущего станка, чтобы те на его основе подготовили место для монтажа и точки подключения к общезаводским сетям. Цифровые двойники ускоряют изготовление новых изделий и сокращают число ошибок и задержек при вводе в эксплуатацию благодаря наличию единой функциональной модели, с которой работают специалисты по механическим, электрическим узлам и средствам автоматизации.

Создание цифрового двойника подразумевает использование методов проектирования нового поколения. Это не просто машиностроительные CAD­системы, а междисциплинарные средства, выполняющие моделирование и расчеты мехатронных узлов, испытания и контроль технических характеристик будущих изделий. Такие средства упрощают повторное применение уже разработанных модулей даже в уникальных заказах.

Новые технологии моделирования, среди которых — генеративное проектирование и оптимизация топологии, предлагают наилучшую конструкцию деталей и узлов с учетом ограничений: максимально допустимых механических напряжений, размеров, массы, смещений и т.д. Такой подход улучшает технические характеристики и повышает надежность изделий. Изготавливаемые методами аддитивного производства детали способны заменить целые узлы из высокоточных элементов и тем самым снизить массу и материалоемкость продукции. Синхронная технология, лежащая в основе новейших технологий, ускоряет и упрощает создание и редактирование геометрии при сохранении замысла конструктора. Например, сохраняется взаимное расположение крепежных отверстий, наружные поверхности детали всегда остаются параллельными и т.д. Технология гибридного моделирования обеспечивает непосредственную работу не только с традиционной CAD­геометрией, но и с фасетными и сеточными моделями без применения методик обратного инжиниринга. Вместо того чтобы каждый раз строить похожие детали с нуля и расширять номенклатуру инвентарных запасов, можно снизить себестоимость либо путем использования в новых проектах уже разработанных деталей и узлов, либо за счет проектирования типового варианта конструкции, пригодного для применения сразу в нескольких изделиях.

Использование средств проектирования мехатронных узлов помогает быстро оценить конструкторские замыслы, поэкспериментировать с конструкцией на ранних этапах разработки и заранее убедиться в том, что изделие будет не только выглядеть именно так, как на модели, но и функционировать в соответствии с расчетами. Для этого применяются интерактивные средства физического численного моделирования шарниров, приводов, кинематики, контроля столкновений деталей и других динамических и кинематических свойств изделий.

 При возникновении ситуации, когда заказчик требует повысить скорость резания изделия, использование полного численного моделирования работы станка на высоких скоростях резания позволит заранее выявить возникновение роста вибраций на высокой скорости, следствием чего может стать появление брака и сокращение срока службы основных узлов станка, а также падение объема выпуска продукции. Выявив подобные проблемы заблаговременно, не доводя дело до поломки, инженеры перепроектируют конструкцию с целью устранения шума и вибрации и повторно выполняют численное моделирование, чтобы убедиться, что станок способен работать на такой скорости. Затем проект передается инженерам по автоматизации. Они проверяют управляющие программы, не дожидаясь изготовления натурного опытного образца. Интегрированные инструменты внутри цифровой магистрали помогают оптимизировать конструкции станков, не замедляя ход работы по проекту.

Цифровые двойники продолжают приносить пользу и после изготовления и поставки технологического оборудования. Точная цифровая модель помогает экономично оказывать необходимую послепродажную техническую поддержку. Использование поступающей с установленных на станке датчиков эксплуатационной информации открывает множество возможностей по дальнейшему совершенствованию конструкции, способствуя укреплению лояльности заказчиков к конкретному бренду, повышению доходов от проведения техобслуживания путем перехода на обслуживание по техническому состоянию, а также выявлению потребностей, которые заказчики еще не осознали. На следующем этапе цифровой двойник приводит к созданию новой модели ведения бизнеса, оказанию консультационных услуг заказчику для получения наибольшей отдачи от уникальных станков с функциями дистанционной диагностики, технической поддержки встроенного программного обеспечения и оптимизации технологических процессов. Заказчикам предлагается не просто станок, а полнофункциональное решение.

Преимущества дигитализации обеспечивают существенный рост производительности. Обладая теми же ресурсами, предприятиям удается выпускать большее число более эффективных станков либо снижать себестоимость и повышать объемы выпуска продукции в рамках того же бюджета. Прибыль от применения цифровых технологий может достигать от 6 до 10% в год. Инвестиции в новое поколение средств проектирования, используемых при разработке уникальных станков, — наилучший способ создать базу постоянных клиентов и опередить в конкурентной борьбе предприятия массового производства, которые не способны быстро изготавливать изделия на заказ.