Виртуальное производство отливок — это не роскошь, а реальность
Возможность использования компьютерного моделирования
Виртуальное производство — схема: вход → ТП → выход
Интеграция виртуального производства в современные системы САПР
Современный рынок диктует необходимость быстрой разработки и отладки технологических процессов заготовительных производств. Неотъемлемыми частями этапа подготовки производства отливок являются изготовление опытной партии изделий, оценка качества и внесение изменений как в конструкцию оснастки, так и в режимы ТП. Это требует больших затрат времени и средств, особенно при использовании металлической оснастки. Большие затраты на доводку технологии складываются из затрат:
- на изготовление варианта оснастки;
- опытную партию отливок;
- перепроектирование оснастки и/или техпроцесса;
- доработку оснастки или изготовление новой.
При этом возможно многократное повторение данных операций, пока не будет обеспечено требуемое качество отливок.
Возможность использования компьютерного моделирования 
Осознание возможности ускорения и удешевления процесса подготовки производства за счет использования компьютерных технологий появилось с внедрением систем автоматизированного проектирования технологических процессов и оснастки. Однако до сегодняшнего дня не существует универсальной системы технологического проектирования, способной разработать оптимальные ТП и оснастку для отливки произвольной конфигурации. Только выделение узких групп типовых деталей (валы, шестерни и т.п.) позволяет алгоритмизировать разработку ТП и оснастки, создать типовой ТП и добиться высокой степени оптимизации режимов. Поэтому даже при использовании компьютерного проектирования процесс разработки литейной технологии остается итеративным (пошаговым). Сохраняются этапы тестовых заливок и доработки оснастки. Скорость приближения этого итерационного процесса к варианту оптимальной или приемлемой технологии зависит от удачности первого предложенного варианта. Безусловно, дальнейшее развитие САПР ТП на основе обобщения существующего опыта разработки литейных технологий позволит полностью автоматизировать процесс проектирования ТП и оснастки для значительной части номенклатуры изделий, однако все-таки не для всех. И это связано не только с многовариантностью решения, но и прежде всего с невозможностью объять необъятное, то есть описать в конечном множестве типовых деталей все многообразие номенклатуры современного (а тем более будущего) литейного производства.
 |
|
Виртуальное производство — схема: вход → ТП → выход
Новые возможности компьютерных систем открылись благодаря развитию моделирования технологических процессов как составной части систем инженерного анализа (CAE). Быстрый рост производительности персональных компьютеров сделал такие системы доступными для использования на рабочем столе технолога. Современные системы моделирования технологических процессов настолько полно учитывают все происходящие при литье процессы, что даже получили название «виртуальное производство», что предполагает не только получение «виртуальных отливок» на выходе, но и возможность управления технологическими режимами с целью поиска оптимального варианта технологического процесса. При этом сохраняется характерная для реального производства итеративность процесса поиска, то есть оптимальный вариант строится пошагово, путем устранения недостатков, выявляемых в результате компьютерных проливок.
Виртуальное производство полностью аналогично реальному, независимо от материала формы и от свойств текущего материала (металла, песчаной смеси, воска и т.д.). На входе мы имеем геометрию, подлежащую заполнению, и технологический процесс заполнения с учетом сил, давлений, температур и скоростных режимов. На выходе мы получаем динамику течения с распределением скоростей, температур и концентраций. Оценить качество спроектированного ТП можно не только по факту проливаемости формы, но и по таким интегральным характеристикам качества, как пористость (или плотность), ликвации, окисные плены.
|
|
Интеграция виртуального производства в современные системы САПР
Безусловно, наиболее мощный толчок к применению ИА дало развитие программных
средств трехмерного проектирования и их интеграция с системами ИА. Возможность
обмена информацией между CAD-пакетом и моделирующей программой исключает необходимость
повторного ввода геометрических данных, позволяет быстро подготовить расчет
и реализовать оптимизационные технологии. Другие преимущества интеграции заключаются
в исключении ошибок ввода данных и в обеспечении возможности быстрой модификации
изделия и соответственно расчетной задачи. Степень интеграции моделирующей программы
и CAD-пакета варьируется от обмена данными через внешние файлы специальных форматов
(типа STL, IGES, STEP и т.п.) до прямого интерфейса с двусторонней ассоциативностью
и внедрения моделирующей программы в пакет проектирования в виде специального
приложения. Большое разнообразие программных средств проектирования делает необходимым
использование специальных форматов для обмена данными между программами. Наибольшую
популярность в последнее время получил STEP-формат, обеспечивающий надежный
обмен данными не только по 2D- и/или 3D-геометрии изделия или сборки, но и по
свойствам материалов, постановке расчетной задачи и ее результатам.
Развитие систем автоматизированного проектирования объективно ведет к интеграции разных направлений: CAD, CAM, CAE, PDM и т.д. Для литейщиков особенно важной является возможность использования созданной в CAD-системе геометрии детали для проектирования в CAE-системе технологического процесса. Несмотря на стремление разработчиков CAD-систем верхнего уровня (Unigraphics, CATIA и др.) включать в состав пакетов модули моделирования течения металлов, сегодня наиболее оправданным с экономической и технической точки зрения является использование автономных (внешних) программ, имеющих значительные функциональные возможности и меньшую стоимость. При этом пользователь получает и большую независимость от используемых на предприятии систем проектирования, поскольку обеспечивается легкий импорт геометрии из наиболее популярных из них.
|
|
Эффективность производства
Активное внедрение любых компьютерных систем начинается только после того, как они оказываются способными приносить экономическую выгоду конкретному производству. При этом на разных предприятиях составляющие экономической эффективности могут быть различными и зависят как от технического состояния производства, так и от его организации, серийности, номенклатуры отливок, типов используемых сплавов и уровня квалификации специалистов.
Экономический эффект в общем случае складывается из следующих составляющих:
- Прямые:
- повышение производительности труда;
- улучшение качества продукции.
- Косвенные:
- снижение материалоемкости;
- повышение технологического выхода годного;
- уменьшение брака;
- сокращение времени технологической подготовки производства.
Экономическая эффективность использования средств инженерного анализа многократно возрастает при смещении момента использования средств инженерного анализа на более ранние этапы процесса проектирования. Это обусловлено возможностью изменения итеративного подхода при проектировании — посредством замены натурных испытаний компьютерным моделированием.
|
|
Выводы
Сегодня в мире идет активное накопление опыта инженерного анализа ТП. Появление и сохранение конкурентоспособности российских предприятий возможно только при активном использовании опыта зарубежных фирм в области компьютерного моделирования и при системном накоплении собственного опыта. Высокая стоимость систем инженерного анализа ТП, несмотря на быструю их окупаемость, ограничивает темпы освоения подобных систем отечественными предприятиями. Необходимость ускоренного внедрения компьютерных систем для моделирования литейных ТП побуждает предприятия к интеграции усилий по разработке и отладке методов виртуального производства. В этих условиях «Русская Промышленная Компания» готова не только помочь во внедрении компьютерных систем, но и оказать инжиниринговую поддержку отечественных производителей.
«САПР и графика» 5'2001
