Применение технологии трехмерного моделирования при освоении новых изделий
Вданной статье речь пойдет об опыте применения российской САПР T-FLEX специалистами инженерного центра ОАО «Южноуральский арматурно-изоляторный завод» (http://www.aiz.ru/). Одной из задач инженерного центра является организация освоения и постановка на производство новых изделий — изоляторов и арматуры для линий электропередач. Инженерный центр объединяет три самостоятельных отдела: отдел проектирования изоляторов, отдел линейной арматуры и отдел литейных технологий.
Первый серьезный шаг в направлении автоматизации процесса проектирования мы сделали в 1999 году. Это было приобретение системы T-FLEX компании «Топ Системы». С тех пор программные продукты T-FLEX CAD 2D и T-FLEX CAD 3D пользуются заслуженной популярностью специалистов отделов инженерного центра и инструментального производства завода. Главное то, что наши растущие требования к программному обеспечению совпадают с развитием этих программ. С переходом системы T-FLEX CAD 3D на ядро Parasolid версия 7.1 стала серьезным инструментом твердотельного моделирования. Несмотря на появляющиеся иногда в процессе работы с T-FLEX CAD 3D сообщения о выполнении программой «недоступной операции», рост интереса к твердотельному моделированию в конструкторской среде сейчас сравним с эпидемией. Даже инструментальщики, решающие локальные задачи с помощью AutoCAD, увидели в T-FLEX CAD 3D v.7.1 новые возможности автоматизации своего труда. Хочется отметить, что мы стабильно получаем обновления и не медлим с переходом на новые версии. С каждым полученным обновлением система работает все стабильнее и дружелюбнее по отношению к своему пользователю.
Надо сказать, что проблем с освоением 2D-проектирования в конструкторской среде не возникает. Специалисту, простоявшему за кульманом большую часть своей жизни, плюсы от перехода к электронному черчению очевидны. Его устраивает, что нормоконтроль перестает придираться к его почерку и толщине линий, что больше времени теперь можно уделить собственно конструированию. Перечень преимуществ может оказаться очень длинным. Достаточно сказать, что эффективность этого направления автоматизации проектирования аналогична переходу бухгалтеров с деревянных счетов на калькуляторы. Будущее за твердотельным моделированием. Казалось бы, что тут доказывать? Ясно, что те организации, которые направляют свои усилия только в сторону 2D, допускают ошибку. Однако большинство наших инженеров остаются приверженцами классической технологии проектирования, освоения и постановки изделия на производство. Они выросли на предприятиях, золотым веком которых были и остаются советские времена. Сама мысль о том, что бумажная конструкторско-технологическая документация может быть второстепенным продуктом, а ее оформление можно выполнить после получения положительного результата изготовления опытного образца, большинством специалистов воспринимается как кощунственная.
Цель, которую мы ставим себе сегодня, — внедрение технологии твердотельного моделирования в первую очередь для изделий литейного производства нашего завода. Однако представление об этой технологии как о комплексном процессе, в основе которого лежит работа с 3D-моделями, а не с чертежами, исказило у многих сотрудников и руководителей четкое понимание ее сути.
Для того чтобы продемонстрировать специалистам преимущества технологии твердотельного моделирования, мы решили выполнить освоение двух аналогичных изделий разными путями, а затем сделать сравнительный анализ по срокам выполнения проектов, затратам на подготовку технологии, количеству ошибок и исправлений конструкторско-технологической документации и наглядно показать разницу. Для этого мы выбрали два изделия линейной арматуры. Основная деталь — корпус — изготавливается по технологии литья по полистирольным газифицированным моделям из высокопрочного чугуна марки ВЧ-50, модифицированного молибденом. Для получения пеномоделей используются пресс-формы. Пресс-форма в данном случае является наиболее трудоемким в проектировании и дорогим в изготовлении элементом технологического процесса.
План-график выполнения работ на ушко однолапчатое У1-16-20, освоение которого началось в январе по классической 2D-технологии, предусматривает разработку полного комплекта конструкторской документации оснастки (два месяца), изготовление отливок для пресс-формы корпуса (один месяц), изготовление одной пресс-формы (один месяц), отливку, корректировку КД и оснастки, сборку, проведение испытаний, оформление документации (два месяца). Бюджет мероприятий на полгода составил 100 тыс. рублей.
План-график на ушко двухлапчатое У2-16-20 по технологии 3D-проектирования укладывается в 60 дней, из которых 20 пойдет на оформление документации, протоколов, актов постановки на производство. Запланированный бюджет — 80 тыс. руб.
Чем же замечательна эта технология, для освоения которой нужно коренное изменение психологии руководителей и специалистов? Чтобы лучше это объяснить, предлагаем подробное описание последовательности наших действий при работе над изделием У2-16-20. Главная особенность процесса — возможность одновременной работы в проекте специалистов разных подразделений, каждый из которых выполняет свою часть.
Первый этап работ — разработку твердотельной модели изделия (рис. 1) и модели отливки ушка (рис. 2) — выполнял специалист отдела линейной арматуры Дмитрий Стародубцев.
С самых ранних этапов проектирования в работе над моделью принимали участие конструктор оснастки и технолог-литейщик. Модель неоднократно корректировалась, но самым приятным оказалось то, что все замечания к модели исправлялись буквально «на лету».
С небольшим отставанием от первого этапа начинается второй — проектирование 3D-модели пресс-формы (рис. 3). Его выполнял конструктор отдела литейных технологий Юрий Мельников. Он использовал 3D-модель отливки для получения формообразующих поверхностей пресс-формы и параллельно готовил эскизы, необходимые для изготовления оснастки. Хотя, в принципе, для большей наглядности эскизы и оформление конструкторской документации можно было поручить менее квалифицированному конструктору (чертежнику). Отметим, что проектирование оснастки с самого начала опиралось на активное участие в работе технологов-литейщиков. Это позитивно сказалось на качестве конструкторской разработки.
Также надо отметить высококвалифицированную работу специалистов инструментального цеха, выполнявших параллельно с проектированием 3D-моделей подготовку производства — разработку технологического процесса изготовления пресс-формы, создание управляющих программ для фрезерной обработки, подготовку режущего и измерительного инструмента, заготовок. Причем технолог инструментального цеха Михаил Поблагуев в качестве координатора принимал непосредственное участие в разработке 3D-моделей. На этапе проектирования модели изделия уже учитывались вопросы обеспечения технологичности изготовления оснастки. Экспорт геометрии пресс-формы из T-FLEX CAD 3D в CAM-систему через формат данных IGES прошел без проблем. Механическая обработка формообразующих поверхностей пресс-формы осуществлялась на достаточно распространенном отечественном вертикально-фрезеровальном станке ГФ-2171С5 с ЧПУ 2С42-65.
Работы по проекту были начаты 25 февраля, а 25 марта мы уже фотографировали опытные оцинкованные образцы ушка двухлапчатого У2-16-20 (рис. 4), пресс-форму для пеномодели отливки ушка (рис. 5) и сами пеномодели (рис. 6). Для анализа, испытаний и оформления конструкторско-технологической документации оставалось еще достаточно времени.
Для наглядности последовательности выполнения работ представляем сетевой график основных этапов, выполнявшихся в ходе реализации этого проекта (рис. 7).
Очевидные преимущества, которые мы получили, используя 3D-модели, можно дополнить наличием у математической модели реальных физических свойств (материал, вес, объем, площадь поверхности и т.д.), возможностью проведения прочностных расчетов, моделирования испытаний, применения технологии быстрого прототипирования, а также использованием фотореалистичных изображений изделий в рекламных целях.
«САПР и графика» 5'2002
