Инженерно-компьютерная фирма SOLVER продолжает цикл статей о реализованных ею проектах автоматизации проектирования и производства на ведущих отечественных предприятиях различных отраслей промышленности.
Сквозное автоматизированное проектирование и изготовление автоприборов на основе комплексного подхода
Радислав Бирбраер, Андрей Колмаков, Сергей Сухарев, Камиль Реймов
В данной статье рассматривается опыт АО «Владимирский завод «Автоприбор» (г.Владимир), достигнутый при консалтинговой поддержке фирмы SOLVER.
Специализация АО — производство комплектующих для автомобилей ВАЗ, ГАЗ, УАЗ и др.
Реализация сквозной автоматизации проектирования и производства достигается путем комплексного использования программных средств Pro/ENGINEER, оборудования быстрого прототипирования STRATASYS, станков с ЧПУ, и иллюстрируется на примере этапов создания комбинации приборов для легкового автомобиля.
Этап 1
Концептуальное проектирование дизайна приборов и общей компоновки со смежными деталями облицовки салона с использованием модулей Pro/DESIGNER программных средств Pro/ENGINEER.
На этом этапе в основном учитываются эстетические факторы и эргономика. На рис. 1 приведены некоторые рассмотренные варианты дизайна внешних обводов комбинации приборов. Выбранный и согласованный с заказчиком базовый вариант дизайна передается в среду трехмерного параметрического проектирования для дальнейших конструкторских разработок.
 |
|
Этап 2
Рабочее проектирование трехмерной параметрической геометрии деталей комбинации приборов и их сборки (рис. 2 и 3).
Проектирование осуществляется с использованием специальных конструкторских модулей Pro/ENGINEER — Pro/FEATURE, Pro/SURFACE, Pro/ASSEMBLY, Pro/DETAIL.
По сформированной трехмерной сборке комбинации проведен специальный анализ зазорного сопряжения деталей и достигнуты требуемые смежные размеры:
- в нижних углах деталей «стекло» и «экран» (рис. 2);
- во взаимном положении кнопки суточного сброса и деталей «световод», «стекло»;
- в контурном центрировании детали «экран» по детали «коробка».
Проконтролированы и обеспечены необходимые натяги в замковых соединениях.
Проектирование сборки осуществляется с наложением всех необходимых условий сопряжения смежных деталей, что позволяет при изменении геометрии одной детали получить автоматическое изменение смежных элементов всех сопряженных с ней деталей (радиусы сопряжения, замки и т.п.).
|
|
Этап 3
Получение комплекта сборочных и деталировочных чертежей комбинации приборов по сформированной на втором этапе трехмерной геометрии.
Виды, сечения и разрезы на чертежах строятся и образмериваются автоматически — средствами модуля Pro/DETAIL (программные средства Pro/ENGINEER). Pro/ENGINEER обеспечивает двухстороннюю (или полную) ассоциативность между трехмерной параметрической геометрией и содержаниями чертежей: любые изменения в трехмерных моделях автоматически отображаются в чертежах, и наоборот. Данная особенность позволяет избежать многочисленных ошибок при подготовке производства, а также в процессе его последующего сопровождения. На рис. 4 приведен один из полученных чертежей.
Следует отметить, что чертежи в Pro/ENGINEER оформляются в строгом соответствии с ЕСКД.
|
|
Этап 4
Физическое прототипирование деталей комбинации приборов.
В производстве детали комбинации приборов изготавливаются литьем из ABS-пластика. Наиболее приближена к производственной технология получения прототипов (опытных образцов деталей), разработанная фирмой STRATASYS (США). Это технология получения прототипа детали послойной укладкой расплавляемой нити из ABS-пластика на специализированных установках серии FDM и QUANTUM. Установкой управляет компьютер со специальным программным обеспечением, в котором используется STL-файл с трехмерной геометрией детали из Pro/ENGINEER. Схема процесса показана на рис. 5.
На рис. 6 изображен рабочий момент получения прототипа детали «экран» комбинации приборов на установке FDM-2000, а на рис. 7 — фотография готового прототипа этой детали. Время изготовления прототипа составляет 21 час. Стоимость расходных материалов — 39 долл.
В течение одной рабочей недели можно получить прототипы всех спроектированных деталей комбинации приборов (рис. 2) и проверить в реальности необходимые характеристики: собираемость, внешний вид и др. — до изготовления технологической оснастки и получения пробных отливок. Прототипирование позволяет оперативно оценить и вариантные решения как деталей и сборок в целом, так и их отдельных фрагментов (фрагменты могут вырезаться и склеиваться).
Сочетание проектирования комбинации приборов в Pro/ENGINEER и FDM-прототипирования придает процессу проектирования совершенно новое качество — анализ характеристик реального изделия до его производства. Прототип комбинации приборов окончательно согласовывается с заказчиком, и только после внесения необходимых модификаций в основу проекта (трехмерные параметрические модели сборки, деталей) выдается задание службам технологической подготовки производства на разработку оснастки (это делается с помощью средств управления инженерными данными в Pro/ENGINEER — модуля Pro/INTRALINK).
|
|
Этап 5
Начало технологического проектирования комбинации приборов.
Исследование литейных процессов изготовления деталей в модуле Pro/PLASTIC ADVISOR программного комплекса Pro/ENGINEER. Определяются характеристики кинематики заливки, время остывания отливки в форме, распределение давления в форме, положение линий холодного спая, параметры литейной машины и др.
На основе такого анализа определяются, в частности, наилучшее расположение литников в пресс-форме, темп раскрытия форм — а значит, производительность процесса.
На рис. 8 показаны результаты анализа детали «экран» на наличие линий холодного спая в зависимости от расположения литников.
|
|
Этап 6
Проектирование технологической оснастки (пресс-форм) для литья деталей комбинации приборов.
На основе трехмерных моделей деталей комбинации приборов, полученных на втором этапе, в модуле Pro/MOLDESIGN автоматически строятся формообразующие поверхности пресс-форм с учетом усадки материала, литейных уклонов и радиусов, линий разъема. Проводится анализ извлекаемости отливок из форм. Далее окончательно оформляются трехмерные параметрические модели блоков пресс-форм со всеми входящими деталями (толкателями, штуцерами, крепежом и др.) и ассоциативно оформляются соответствующие чертежи — рис. 9.
Замечательная особенность природы Pro/ENGINEER — ее полная ассоциативность — позволяет автоматически отображать все изменения элементов геометрии деталей комбинации приборов (производимые в процессе проектирования и необходимой доводки или корректировки изделия) в конструкции пресс-формы. Действует и обратная связь. Так, при проведенном изменении кривой сопряжения деталей «экран» и «стекло» в трехмерной модели сборки (рис. 2) соответствующим образом корректно изменились формообразующие поверхности пресс-форм этих деталей, что исключило трудоемкие процессы проверок и корректировок, присущие «ручному» проектированию, а также особенно трудоемкие процессы слесарной доводки оснастки после получения пробных отливок. Следует отметить, что ручная доводка формообразующих поверхностей пресс-форм порождается в основном несоответствием геометрии детали на «ручном» чертеже конструктора детали и геометрией пресс-форм на «ручном» чертеже конструктора оснастки. Сквозное проектирование в Pro/ENGINEER исключает подобное несоответствие, резко сокращая время изготовления оснастки и значительно повышая качество изделий. Оценка сокращения времени изготовления приведена ниже.
|
|
Этап 7
Получение управляющих программ для станков с ЧПУ, на которых обрабатываются формообразующие поверхности пресс-форм.
По трехмерной геометрии пуансонов и матриц пресс-форм, спроектированных на шестом этапе (рис. 9), автоматически строятся управляющие программы фрезерной и электроэрозионной обработки — в модулях Pro/MFG (комплекса Pro/ENGINEER). До выхода на станок проводится визуальный контроль движения инструмента (фрезы, электрода) в теле между готовой формой и заготовкой, проводятся необходимые корректировки по параметрам инструмента, режимам обработки (рис. 10).
Полная ассоциативность в Pro/ENGINEER обеспечивает автоматическое изменение управляющих программ станка по проводимым изменениям в трехмерной геометрии детали комбинации приборов и (или) по изменениям в оснастке (здесь, как и на шестом этапе, действует и обратная связанность данных). Такая ассоциативность необходимым образом окончательно дополняет информационное единство процессов конструкторского и технологического проектирования в Pro/ENGINEER.
|
|
Этап 8
Изготовление пуансонов и матриц пресс-форм для пластмассового литья деталей комбинации приборов.
Полученные на седьмом этапе ЧПУ-программы преобразуются в инструкции модулями Pro/NC-POST металлообрабатывающих станков, и далее следует непосредственно процесс обработки формообразующих элементов оснастки. На рис. 11 показана фотография готового пуансона пресс-формы для детали «экран». После достигнутой посредством Pro/ENGINEER высокоточной обработки на станке с ЧПУ пуансон практически не нуждается в слесарной финишной доработке.
Вышеописанные восемь этапов полно характеризуют сквозной процесс автоматизированного проектирования и изготовления автоприборов, обеспечивающий их высокое качество и резкое сокращение сроков производства. Структуру этого процесса наглядно иллюстрирует рис. 12.
Упомянутое выше сокращение сроков получения готовых изделий по сравнению с традиционными «ручными» процессами отражено сравнительными диаграммами на рис. 13 (по детали «экран»). Аналогичная структура диаграмм характерна и для остальных деталей комбинации приборов (рис. 2).
Анализ диаграммы по традиционным процессам (рис. 13а) показывает, что конструкторская и технологическая подготовка производства составляет всего 6% общей трудоемкости процесса создания изделия, а собственно производство — 94% (52% — изготовление пресс-форм на станках, 42% — слесарные доработки пресс-форм). Следовательно, эффективность внедрения системы сквозного автоматизированного проектирования и производства определяется отнюдь не сокращением персонала конструкторов и технологов (их вклад в общую трудоемкость всего 6%), а созданием такого уровня компьютерной оснащенности их работы по подготовке производства, при котором резко уменьшится трудоемкость производства (вклад производства в общую трудоемкость — 94%). Предложенная фирмой SOLVER реализация методологии сквозной автоматизации обеспечивает решение главной задачи — сокращение сроков создания изделия в 5,5 раз (рис. 13а,б) при обеспечении его высокого качества. Характерно, что относительная доля трудоемкости проектирования в автоматизированном процессе повышается с 6 до 23% (рис. 13б), что свидетельствует об относительном возрастании значимости процессов инженерной подготовки производства с использованием современных технических и программных средств САПР.
«САПР и графика» 1'2000
