5 - 2003

Oбеспечение процессов сквозного параллельного проектирования и подготовки производства средствами Pro/ENGINEER

на примере совместного проекта компании СОЛВЕР и ГУП «Конструкторское бюро приборостроения»

Радислав Бирбраер, Андрей Морозов, Андрей Колмаков, Вячеслав Столповский

Методология

Объект проектирования «пистолет ГШ-18»

Объект проектирования «пистолет П-96М»

Объект проектирования «автомат А91»

Выводы по результатам проекта

Солвер предлагает

Инженерно-консалтинговая компания СОЛВЕР (SOLVER) продолжает публикацию цикла статей о реализованных ею проектах автоматизации проектирования и производства на ведущих отечественных предприятиях различных отраслей промышленности.

Сегодня, в условиях жесткой конкуренции на рынке вооружений, важной задачей для отечественных оборонных предприятий является выпуск в короткие сроки эффективного и надежного оружия и военной техники. И если высокий уровень разработок новейших образцов российского оружия признан во всем мире, то обеспечение его оперативного выпуска для многих оборонных предприятий является непростым делом из-за недостаточной технической и технологической оснащенности.

Для решения этих проблем необходим принципиальный переход от традиционных методов проектирования и от попыток автоматизации лишь некоторых его процессов (решение расчетных задач, моделирование отдельных деталей, изготовление чертежей, создание УП для оборудования с ЧПУ и т.п.) к комплексной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства на основе современных программно-технических средств. Безусловно, осуществление такого перехода связано со многими трудностями: необходимо не только правильно выбрать базовый программный комплекс, но и заставить слаженно работать всю цепочку конструкторско-технологической подготовки — запрограммировать ее на эффективную работу. При решении подобных задач на помощь предприятиям приходят профессиональные консультанты в области автоматизации управления и подготовки производства.

О результатах такого сотрудничества инженерно-консалтинговой компании СОЛВЕР и одного из лидеров оборонной промышленности — ГУП «Конструкторское бюро приборостроения» (г. Тула) в рамках проекта внедрения и пойдет речь в этой статье.

Ранее компания СОЛВЕР и КБП уже осуществили несколько совместных экспериментальных проектов. Поскольку результаты выполненных проектов полностью удовлетворили руководителей и специалистов КПБ, то вопрос о выборе базового программного обеспечения и партнера-консультанта для построения САПР на предприятии был уже предрешен.

Методология

Методология внедрения систем сквозного параллельного проектирования и подготовки производства на базе программного комплекса Pro/ENGINEER разработана и опробована специалистами компании СОЛВЕР. Ее эффективность и результативность подтверждена десятилетним опытом сотрудничества компании с ведущими российскими машиностроительными предприятиями. Внедрение САПР на основе программно-аппаратных средств, предлагаемых СОЛВЕР, позволило предприятиям-заказчикам значительно повысить качество, а значит, и конкурентоспособность выпускаемой продукции, сократить расходы и сроки подготовки изделия к производству, дало возможность более оперативно реагировать на быстро меняющуюся конъюнктуру рынка.

Внедрение автоматизированной системы проектирования и подготовки производства в КБП и его филиале — «Центральном конструкторско-исследовательском бюро спортивного стрелкового оружия» (ЦКИБ СОО) осуществлялось в три этапа.

На первом этапе была проведена организационная подготовка к внедрению, включающая составление и утверждение технического задания, выбор объектов проектирования, создание проектных групп и управляющего совета. Изначально упор делался не на демонстрацию возможностей программного комплекса Pro/ENGINEER и его встраиваемость в уже существующие технологические цепочки (это было проделано в рамках предыдущих экспериментальных проектов), а на обязательность внедрения реальных объектов проектирования, на охват всей цепочки конструкторско-технологической подготовки изделий к производству с вовлечением всех участвующих в ней подразделений и с отработкой эффективных связей между ними.

На втором этапе были осуществлены поставка программно-аппаратных средств (в том числе и дополнительных, временных — для проведения обучения в учебном центре КБП), настройка системы, обучение пользователей. В целом к обучению и консультациям было привлечено 50 специалистов предприятия. Обучение продолжалось на протяжении всего периода внедрения системы; были рассмотрены следующие темы: «Вводный курс работы в Pro/ENGINEER», «Основные принципы моделирования», «Основы черчения в Pro/ENGINEER», «Поверхностное моделирование», «Моделирование изделий из листового материала», «Расчеты напряженно-деформированного состояния и кинематики с использованием модулей Pro/MECHANICA», «Расчеты размерных цепей в модуле CETOL», «Проектирование пресс-форм», «Разработка управляющих программ для фрезерной обработки», «Разработка постпроцессоров в Pro/ENGINEER», «Администрирование процессов проектирования средствами Pro/INTRALINK», «Разработка маршрутно-операционных технологий средствами TECHCARD». В ходе обучения специалисты КБП, участвующие в проекте, получили необходимые знания, чтобы приступить к его реализации. Консультации проводились на этапах начального моделирования деталей, расчетов кинематики и напряженно-деформированного состояния, проектирования пресс-форм, создания геометрии прожигных электродов, создания управляющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ.

Эти мероприятия позволили успешно осуществить третий этап внедрения, целью которого было создание автоматизированной системы сквозного конструкторско-технологического проектирования и подготовки производства на основе поставленных программно-аппаратных средств, а также отработка методов проектирования и взаимосвязей между подразделениями, участвующими в ее процессах.

В начало В начало

Объект проектирования «пистолет ГШ-18»

Конструирование

Пистолет ГШ-18 (рис. 1) является личным оружием офицерского состава ВС и спецподразделений МВД России. Стрельба из пистолета ведется одиночными выстрелами и позволяет поражать живую силу противника на расстояние до 50 м.

Пистолет состоит из четырех основных сборок, четырех подсборок и 36 оригинальных деталей.

В процессе трехмерного моделирования была уточнена геометрия некоторых деталей и выявлены их пересечения между собой в различных положениях механизма (рис. 2). Ранее для обеспечения собираемости такой конструкции в производстве применялась слесарная доработка. Использование Pro/ENGINEER позволило внести необходимые коррективы в конструкцию и провести анализ различных вариантов внешнего дизайна деталей (например, детали «рукоятка») еще на стадии конструирования.

Инженерные расчеты

Для уточнения изменения угловой скорости ствола при отпирании было проведено соответствующее исследование средствами модулей Pro/ENGINEER и Pro/MECHANICA.

В качестве исходных данных для расчета динамики движения служили материалы твердотельного моделирования деталей ствольной группы пистолета (рис. 3), проведенного на рабочем месте конструктора, и расчетные графики изменения давления в стволе, полученные предварительно по результатам расчетов внутренней баллистики.

Решение динамической задачи позволило получить графики изменения угловой скорости и угла поворота ствола при отпирании (рис. 4а и 4б), анимационную картину движения ствола на этапе отпирания, а также графики изменения нагрузок, действующих на отпирающий выступ ствола.

Прототипирование

Прототипы деталей, изготовленные на этапе проектирования, помогут проверить изделие на собираемость, оценить его эргономику, отработать несколько вариантов конструкции и т.п. Компания СОЛВЕР изготовила прототип детали «рукоятка» из ABS-пластика (рис. 5) по ее математической модели. Прототипирование1 осуществлялось на установке FDM 3000 фирмы Stratasys (США) и было выполнено за 22 часа.

Механическая обработка

В связи со сложностью геометрии и наличием винтовых поверхностей изготовление деталей «вкладыш» и «ствол» было выполнено на оборудовании с ЧПУ по УП, разработанным в Pro/ENGINEER (рис. 6).

В начало В начало

Объект проектирования «пистолет П-96М»

Конструирование

9-миллиметровый пистолет П-96М (рис. 7) — это личное оружие для использования охранными структурами предприятий, организаций и учреждений, работникам которых законодательными актами Российской Федерации разрешено ношение огнестрельного оружия. Стрельба из пистолета ведется одиночными выстрелами на расстояние до 25 м.

Данный пистолет является модификацией модели П-96С и состоит из пяти основных сборок, пяти подсборок и 36 оригинальных деталей. В Pro/ENGINEER были спроектированы все новые, а также многие уже разработанные, но претерпевшие серьезные изменения детали. Эти изменения проводились с учетом анализа трехмерной модели и анализа расположения деталей в различных положениях механизма. В результате все старые чертежи были заменены на вновь созданные и проверенные в Pro/ENGINEER (рис. 8).

Проектирование пресс-форм
В рамках проекта были смоделированы пресс-формы для изготовления деталей «подаватель» (рис. 9), «крышка магазина» и «рукоятка». Использование Pro/ENGINEER позволило сократить количество итераций проектирования, выявить и устранить неточности геометрии на стадии моделирования (а не на стадии изготовления, как было раньше). В процессе проектирования активно использовались возможности модуля анализа заливки Pro/PLASTIC ADVISOR. В зависимости от выбранного материала, условий заливки, расположения литника были проанализированы распределение температур в момент окончания заливки (рис. 10а), распределение и падение давления (рис. 10б и 10в), расположение линий холодного спая, воздушных раковин. С разработанных и изготовленных затем пресс-форм были получены качественные отливки (рис. 11).

Разработка УП. Прототипирование. Изготовление опытной партии

При отработке вариантов конструкции деталей «подаватель», «крышка магазина», «рукоятка» (рис. 12) и других их прототипы были изготовлены методом фрезерования на станках с ЧПУ. Эта же технология была применена и при изготовлении опытной партии пистолетов. УП были разработаны с применением модулей Pro/ENGINEER, проверены на наличие ошибок, оптимизированы в ПО Vericut2 (рис. 13). Результаты работы показали, что уровень освоения ПО специалистами предприятия позволяет создавать УП для изготовления достаточно сложных деталей.

В начало В начало

Объект проектирования «автомат А91»

Конструирование
Работы по трехмерному моделированию деталей автомата (рис. 14) проводились на основе традиционных чертежей. В Pro/ENGINEER были смоделированы большинство деталей автомата и две сборки, а также внесено большое количество изменений в старые варианты чертежей.
Инженерные расчеты
Для оценки напряженно-деформированного состояния казенника специалистами предприятия был проведен прочностной расчет средствами модуля Pro/MECHANICA. В качестве исходных данных для расчета прочности запирающего узла автомата были взяты твердотельные модели деталей. Картина напряженно-деформированного состояния казенника оценивалась как при формализованном (в виде эпюры распределенной нагрузки), так и при приближенном к реальному (через контактное воздействие боевых упоров затвора и казенника) способах задания затворной нагрузки (рис. 15а и 15б). В результате исследования был выявлен реальный характер напряженно-деформированного состояния очень сложной по конструкции и схеме нагрузок сборки. Для снижения уровня напряжений в наиболее нагруженных элементах казенника была проведена его конструктивная доработка, результаты которой были использованы позже — при проектировании новой модели автомата аналогичной конструкции.
Дополнительные проекты
Количество стоящих перед КБП задач, решение которых необходимо было автоматизировать, выходило за рамки описываемого нами проекта внедрения. Вот почему параллельно работам по основным объектам внедрения были выполнены несколько проектов по другим направлениям.
Разработка и изготовление пресс-формы для детали «Кулачок»
В качестве продолжения работ, выполненных СОЛВЕР ранее в рамках экспериментального проекта, и в связи с необходимостью внесения размерных изменений, была проведена модификация математической модели детали «кулачок». Затем на основе нее были созданы модели прожигных электродов. На все детали пресс-формы (рис. 16) с формообразующими поверхностями были созданы УП для станков с ЧПУ, проверенные и оптимизированные в Vericut (рис. 17).
Разработка математических моделей деталей и сборочных единиц гранатомета
В Pro/ENGINEER были осуществлены разработка моделей деталей и сложных сборок гранатомета АГС-30, наложение кинематических связей на элементы конструкции (рис. 18). Далее по полученным сборкам были созданы «разобранные» виды (Exploded View) для изображений их на чертежах (рис. 19а и 19б) и использования при создании каталога и учебно-технических плакатов гранатомета.
Создание иллюстрированного каталога гранатомета
При работе с заказчиками для маркетинговых служб КБП большое значение имеет использование иллюстрированных каталогов. Такой каталог должен содержать необходимые данные для эффективного обслуживания изделий, поиска неисправностей и обеспечения запасными частями в течение жизненного цикла изделий. Неотъемлемой частью каталога являются изометрические изображения всех составных частей изделия, дающие наиболее полное представление о его структуре. Для решения этих задач вновь были успешно применены возможности Pro/ENGINEER (рис. 20).
Модели, разработанные в Pro/ENGINEER, можно также использовать при создании маркетинговых материалов и компьютерных интерактивных руководств по изделиям. Например, видеоролик процесса разборки-сборки пистолета ГШ-18, созданный средствами модуля Pro/ENGINEER Mechanism Design Extension, был использован в качестве иллюстрации к докладу заместителя Генерального конструктора и начальника предприятия В.П.Грязева на Всероссийской научно-технической конференции «История и перспективы современного развития пистолетных комплексов в России», проходившей в декабре 2001 года.
Создание постпроцессоров для металлорежущего оборудования с ЧПУ
В состав модулей системы Pro/ENGINEER, установленных в КБП и ЦКИБ СОО, входит генератор постпроцессоров, позволяющий создать УП в формате конкретной стойки ЧПУ. Сотрудниками КБП совместно со специалистами СОЛВЕР были успешно разработаны постпроцессоры на основные стойки управления станков, используемых в цехах предприятия.
Проектирование прожигных электродов
Проектные работы, выполненные для нескольких деталей (чертежи которых были разработаны традиционным способом), включали: проектирование отливки с учетом уклонов (рис. 21а), наложение условий усадки, получение средствами модуля Tool Design Option геометрии формообразующих поверхностей (рис. 21б). Далее, после выполнения операции смещения на величину межискрового зазора, была получена геометрия электродов (рис. 21в), послужившая основой для создания УП для станков с ЧПУ.
Разработка маршрутно-технологической документации
Разработка маршрутно-операционной документации осуществлялась средствами программного комплекса TECHCARD, по которому специалистами СОЛВЕР было проведено обучение и настройка системы. На рис. 22 в качестве примера показаны рабочий этап проектирования техпроцесса и одна из маршрутных карт, разработанных и оформленных в соответствии с действующими нормативно-техническими требованиями.
Управление проектами
Управление проектами на уровне проектных групп было предложено осуществлять средствами ПО Pro/INTRALINK3, освоение которого продолжается.
В начало В начало

Выводы по результатам проекта

Результаты работ, проведенных в рамках проекта КБП и СОЛВЕР, подтвердили, что средствами программного комплекса Pro/ENGINEER можно успешно решать все основные задачи сквозного параллельного проектирования и подготовки производства. Использование знаний и опыта специалистов СОЛВЕР при осуществлении проекта позволило не только убедиться в этом, но и качественно и в короткие сроки решить конкретные производственные задачи.
В начало В начало

Солвер предлагает

Инженерно-консалтинговая компания СОЛВЕР предлагает машиностроительным предприятиям сотрудничество с целью повышения эффективности их бизнеса.

Принципиальный подход, отличающий СОЛВЕР от других консалтинговых фирм — поставщиков программного обеспечения и оборудования, заключается в экспериментальном подтверждении предлагаемых комплексных и взаимоувязанных решений. При осуществлении совместных с заказчиками проектов внедрения (автоматизированных систем управления, проектирования и подготовки производства, технологий либо оборудования) такой подход позволяет до предела сократить риски достижения поставленных задач.

Мы не только поможем решить ваши конкретные производственные проблемы, но и сделаем это быстро и качественно, потому что располагаем необходимыми знаниями, опытом и средствами для выполнения подобных работ. Наша установка на долгосрочное партнерство, на высокий уровень взаимопонимания позволит вам успешно развивать свой бизнес в современной быстро меняющейся экономике.

В начало В начало

«САПР и графика» 5'2003