САПР для производства упаковки и тары

Даниил Подольский, Сергей Маркелов, Андрей Мазурин

Проектирование и производство упаковки фирмой «Перинт»

Проектирование стеклотары

Несмотря на тяжелое положение нашей промышленности в целом, производство тары и упаковки не только осталось актуальной задачей на российском рынке, но и за последние два-три года получило значительный стимул для своего развития. В немалой степени это стало возможным благодаря внедрению различных CAD/CAM-систем, позволяющих в минимальные сроки воплотить замысел дизайнера в готовую продукцию.

Благодаря уникальным возможностям проектирования и изготовления сложных форм, комплекс программ Power Solution британской фирмы Delcam plc устойчиво занимает в этой области ведущие позиции. Это и производство клише для упаковочной полиграфии, и формы для экструдерных и термопластавтоматов в производстве пластиковой тары, и вакуумная формовка, и выпуск стеклотары.

Основу семейства программных продуктов Power Solution составляют:

• PowerSHAPE — CAD-система для трехмерного твердотельного и поверхностного моделирования (ее применение особенно эффективно в инструментальном производстве, когда дело касается проектирования и изготовления сложной оснастки);
• PowerMILL — CAM-система для подготовки управляющих программ трехмерной механообработки (позволяющая быстро получать точные управляющие программы для черновой, получистовой и чистовой обработки поверхностей изделия любой степени сложности);
• PowerINSPECT — система для обработки данных, полученных на контрольно-измерительных машинах, и автоматического сравнения результатов измерений готового изделия с его математической (исходной) моделью (эффективно используется сегодня на ряде западных производств в комплекте с измерительной рукой Romer);
• CopyCAD — система обратного проектирования от образца к модели (позволяет преобразовывать данные, полученные с координатно-измерительных машин, лазерных сканеров, копировальных станков и других систем оцифровки, в поверхностные компьютерные модели для дальнейшей работы с ними в CAD/CAM-системах);
• ArtCAM — пакет программ, предназначенный для построения трехмерных рельефов по плоским рисункам или чертежам, а также для создания управляющих программ для фрезерных станков с ЧПУ (система обеспечивает быстрое и точное изготовление рельефных поверхностей).

Многим российским специалистам семейство программных продуктов Power Solution больше знакомо по ранним версиям вошедших в него систем под общим названием DUCT. Применение Power Solution на российских предприятиях представляется весьма перспективным благодаря оптимальному сочетанию таких показателей, как цена и функциональные возможности системы. С опытом применения ее для производства упаковки фирмой «Перинт» (Санкт-Петербург) и для производства стеклотары на специализированном инструментальном производстве ОАО «ЭКРАН» (г. Новосибирск) мы и хотим вас ознакомить.

Проектирование и производство упаковки фирмой «Перинт»

Фирма «Перинт» относится к числу фирм, успешно развивающихся в современных условиях российской экономики и оперативно реагирующих на все требования рынка благодаря внедрению новых компьютерных технологий, которые позволяют всесторонне прорабатывать дизайн изделия, оптимизировать его форму в соответствии с технологическими требованиями, точно рассчитать массу и объем, подготовить управляющие программы для станков с ЧПУ.

Фирма «Перинт» образована в 1988 году. С первого дня своей деятельности она специализировалась на изготовлении пластмассовых изделий методом литья под давлением на термопласт-автоматах. В первый год работы на рынке изделий из пластмассы фирма заказывала пресс-формы на других предприятиях. В конце 1989 года был организован собственный инструментальный участок для изготовления пресс-форм. Первая изготовленная собственными усилиями пресс-форма для корпуса шариковой авторучки была получена в 1990 году. С этого момента специалистами фирмы «Перинт» были изготовлены сотни литьевых форм как для собственного производства, так и для сторонних заказчиков.

С 1994 года основной продукцией фирмы стала упаковка для пищевых продуктов. Сегодня «Перинт» выпускает 14 видов упаковки (главным образом банки для пищевых продуктов). Все литьевые формы для их производства были целиком изготовлены на собственном инструментальном участке.

С 1997 года вследствие возросшей конкуренции с зарубежными фирмами — разработчиками упаковки заказчики стали предъявлять повышенные требования к покупаемым изделиям: прозрачность, низкий вес, наличие «контролек» (ограничителей на банках, без удаления которых нельзя снять крышку) и т.п. Все это привело к изменению технологии литья — появились горячеканальные литейные формы, которые отличаются от простых литейных форм более сложной конструкцией, но позволяют значительно улучшить качество готового изделия. Изменилась и технология проектирования оснастки. Стало ясно, что без внедрения современных компьютерных технологий справляться с растущим объемом работ будет все труднее и труднее.

Поэтому встал вопрос о приобретении компьютерной программы в помощь конструктору. После долгого анализа имеющихся на рынке САПР CAD/CAM-систем специалисты фирмы остановили свой выбор на системе PowerSHAPE фирмы Delcam. В 1998 году на базе PowerSHAPE было организовано первое автоматизированное рабочее место конструктора технологической оснастки.

В первый год использования программного обеспечения фирмы Delcam на инструментальном производстве «Перинт» было отмечено существенное уменьшение ошибок, допускаемых проектировщиками при конструировании литейных форм: улучшилась сопрягаемость полуформ, упростилась сборка и т.д. Более того, внедрение PowerSHAPE позволило существенно сократить сроки проектирования изделия. Многие операции значительно упростились, например, при разработке изделий с «контролькой» система помогала конструктору быстро отладить механизм задержки съемника. И таких примеров множество.

С помощью входящих в PowerSHAPE модулей PS-Draft и PS-Mold было подготовлено и выпущено большое количество чертежей для конструкторской документации на пресс-формы.

В настоящее время фирмой «Перинт» приобретен координатно-фрезерный станок, для которого в PowerMILL проектируются управляющие программы. Благодаря новому координатно-фрезерному станку появилась возможность изготавливать изделие со сложным профилем без использования дополнительных приспособлений и универсального оборудования и свести к минимуму слесарные операции.

По мнению специалистов «Перинт», использование продуктов Delcam plc для производства упаковки имеет широкие перспективы по следующему ряду причин. Системы Power Solution не требуют мощных рабочих станций, они надежно работают на обычных персональных компьютерах в среде операционной системы Windows NT. Программы полностью русифицированы и поставляются с документацией на русском языке. Все программные продукты легки в освоении, просты и понятны в эксплуатации.

Например, в PowerSHAPE при редактировании модели растягивание отдельных ее элементов похоже на лепку из пластилина; большое число функций создания поверхностей позволяет быстро и точно «натянуть» поверхности на любой набор контуров. Возможность выбора нужного решения из многих вариантов построения контура или поверхности также придает системе повышенную функциональность. Для построения стенок и учета межэлектродных зазоров применяется удобно организованная процедура многоповерхностного эквидистантного смещения. Система PowerSHAPE имеет множество функций, обеспечивающих построение гладких поверхностей и плавных переходов между ними: в частности, легко строятся скругления переменного радиуса.

Для проверки модели используются средства контроля гладкости поверхностей, наличия поднутрений и подбора допустимого радиуса фрезы. PowerSHAPE предлагает много функций, которые необходимы для проектирования сложной технологической оснастки, пресс-форм, штампов и литьевых моделей: автоматическое построение линий и поверхностей разъема, построение поверхностей уклонов, автоматическое выделение элементов матрицы и пуансона по любой модели, построение электродов по выделенным элементам детали и т.д.

Модуль PS-Draft позволяет по построенной модели сгенерировать чертежные виды, сечения, выносные элементы и быстро оформить конструкторскую документацию.

Модуль проектирования пресс-форм PS-Mold позволяет при помощи стандартного каталога DME (имеются также другие каталоги: HASCO, DMS, EOC, DANLY и пр.) подобрать необходимые элементы и разработать конструкцию оснастки, получить сборочные и деталировочные чертежи и спецификацию.

За более чем полтора года работы с программами Power Solution ни руководство фирмы, ни непосредственные пользователи ни разу не пожалели о сделанном шаге. Высокая функциональность и надежность в работе этого программного обеспечения, хорошее качество сопровождения санкт-петербургским офисом фирмы Delcam, регулярная поставка новых версий — все это определяет планы руководства фирмы «Перинт» на дальнейшее сотрудничество с компанией Delcam plc, приобретение новых рабочих мест, оснащенных, в частности, системой PowerMILL.

Проектирование стеклотары

С точки зрения автоматизации процессов проектирования стеклотары все существующие CAD/CAM-системы следует оценивать по ряду специфичных, со стороны производства стеклотары, требований. Это относится и к применяемым материалам, и к используемым технологиям.

Прежде всего CAD/CAM-система должна с высокой степенью точности и достоверности позволять учитывать такие параметры, как вес изделия (в нашем случае бутылки), его дизайн, объем наливаемой жидкости при заданном уровне налива и ряде специфичных технологических требований.

Кроме того, использование в качестве материала форм дорогостоящего чугуна особых марок накладывает на систему требования гибкости и качества подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ с возможностью использования токарного и фрезерного оборудования.

Двухлетний опыт использования CAD/CAM-систем DUCT5 и Power Solution на специализированном инструментальном производстве ОАО «ЭКРАН» (г. Новосибирск) показал ее практически полное соответствие всем предъявляемым со стороны конструкторов и технологов требованиям для проектирования и изготовления оснастки под выдув стекла. Программные решения фирмы Delcam позволили также учесть в процессе проектирования оснастки не только тепловые коэффициенты расширения формы при температуре плавления стекла 1200 градусов, но и неравномерную по длине усадку бутылки при ее остывании.

Кроме того, комплект программ Power Solution хорошо зарекомендовал себя и как инструмент, позволяющий быстро и эффективно проектировать твердотельные и поверхностные модели (в системе PowerSHAPE), разрабатывать уникальный дизайн бутылок, ранее практически недостижимый с использованием даже высококвалифицированного ручного труда, требующего поистине титанических по времени и затратам усилий, для обеспечения требуемого объема, веса и уровня налива бутылки.

В настоящее время комплект на один тип бутылки для одной линии составляется из семи полностью идентичных форм (14 полуформ), чего невозможно было добиться при традиционном подходе к решению задачи. При этом следует учитывать, что, в зависимости от заказа, линий на производство одного типа бутылки может понадобиться несколько.

Не стоит также забывать, что для устойчивой работы на современном рынке ассортимент выпускаемых бутылок по дизайну и объему должен непрерывно обновляться, а это накладывает дополнительные требования к сокращению сроков конструкторско-технологической подготовки и изготовлению инструментальной оснастки. Поэтому предприятие не может эффективно развиваться и существовать без использования подобной CAD/CAM-системы и наличия парка станков с ЧПУ.

Первое знакомство специалистов ОАО «ЭКРАН» с компьютерными технологиями в области проектирования стеклотары началось с контактов с фирмой BRK (Великобритания), мировым лидером по производству специализированного в области стеклотары технологического оборудования. Фирма BRK оказалась одним из старейших пользователей программных решений фирмы Delcam plc. Ее технологии использовались BRK при проектировании форм для выдува стекла.

Фирма BRK является также разработчиком собственной CAD-системы PROMOD, ориентированной на проектирование стандартных форм стеклянных бутылок и позволяющей, отталкиваясь от таких параметров бутылки, как объем, длина или диаметр, быстро выдать разработку на требуемую форму. Правда, программа PROMOD работала только со стандартными бутылками круглого и прямоугольного сечения, но, что самое важное, она выдавала черновую пульку под эти бутылки.

Черновая пулька (черновая форма) и правильность ее проектирования является, наверное, основным для технологии проектирования стеклобутылки. От качества проектирования зависит, получится бутылка или нет. Пулька проектируется каждый раз только под конкретную форму конкретной бутылки. В нашей стране проектирование пульки ведется, как правило, вручную по методикам, разработанным в 40-50-х годах. Но спроектировать пульку под нетрадиционную по дизайну форму бутылки даже опытному технологу бывает очень сложно. Это зачастую требует неоднократных перерасчетов и внесения большого числа изменений, приводящих иногда к отказу от первоначально задуманного дизайна бутылки. В этих условиях при производстве новой стеклотары вопрос наличия у предприятия подобного опытного технолога является одним из ключевых.

Ознакомившись с существующими методиками по проектированию пулек, можно прийти к однозначному заключению, что черновая пулька является результатом трехмерного нелинейного по длине пересчета 3D-модели бутылки по определенным алгоритмам, которые изложены, например, в отечественных методиках или используются в системе PROMOD. Следовательно, CAD/CAM-система для проектирования стеклобутылки должна располагать возможностями по реализации подобных алгоритмов.

И DUCT5, и PowerSHAPE, обладая практически полным набором арифметических, алгебраических и векторных операций над любым трехмерным объектом (точка, вектор, 3D-кривая, поверхность Безье третьего порядка, тело) и располагая мощным развитым командным языком, наряду с полной открытостью системы может позволить спроектировать как саму бутылку и ее дизайн, так и черновую пульку для бутылки практически любой степени сложности!

Наряду с применением токарного и фрезерного оборудования с ЧПУ это может позволить довольно небольшому инструментальному производству гибко и быстро выполнять разработку и изготовление форм на любой тип стеклобутылки с учетом всех технологических требований и практически любого дизайна.

«САПР и графика» 5'2000