Idea Cyfrowego Prototypu w indywidualny sposób przekłada się na różne branże przemysłowe. W poprzednim artykule analizowaliśmy przykład realizacji cyfrowego modelu siedziska auta osobowego. W dzisiejszym artykule chciałabym zająć się innym sektorem przemysłu, tym razem maszynowego, aby pod jego kątem ocenić przydatność rozwiązania Autodesk.
Program Autodesk Mechanical pozwala łączyć dane rysunkowe pochodzące z bardzo różnych źródeł i opracowań
Przemysł maszynowy to szerokie pojęcie, które mieści w sobie systemy, instalacje i wyposażenie, używane do generowania, składania, wytwarzania, automatyzacji i obróbki w odniesieniu do materiałów, produktów, energii i elektryczności. Inaczej mówiąc sektor zajmuje się przetwarzaniem surowców w towary i usługi, które są niezbędne do naszego codziennego życia. Sektor ten jest bardzo zróżnicowany i pośrednio związany z wszystkimi innymi gałęziami przemysłu, jak motoryzacja, produkty konsumenckie czy transport. Zupełnie inaczej niż w przypadku motoryzacji, to nie koncerny dominują na rynku globalnym ale ogromna ilość dostawców specjalizujących się w rozmaitych segmentach niszowych.
Duża dynamika tego sektora bezpośrednio wynika z rosnącego globalnego zapotrzebowania konsumentów na rozmaite produkty przy równoczesnym poszerzaniu rynku o wciąż nowe obszary. To, co dodatkowo charakteryzuje branżę, to wysoka wrażliwość na cenę energii i surowców, a także mnogość norm, wymogów i certyfikatów, które należy uwzględnić podczas projektowania maszyn.
Aby utrzymać się na rynku firmy muszą zmierzyć się z szeregiem wyzwań, z których można wskazać cztery kluczowe.
Zdobywanie i podtrzymywanie kontraktów
Podstawowym warunkiem utrzymania się na tym rynku jest zdolność szybkiego reagowania i precyzyjnego dostosowywania do pojawiających się zapytań ofertowych. Najczęściej kontrakty są związane z rozwojem i rekonfiguracją istniejących podsystemów, dostarczonych przez firmy trzecie, a cały proces odbywa się w ścisłej współpracy z klientem. W tym celu niezbędna jest możliwość łatwej wymiany wszelkich istotnych informacji w zakresie projektu. Dane o produkcie muszą być dostępne poprzez wydajny system zarządzania we wszystkich cyklach rozwoju i życia produktu.
Innowacyjność
Innowacyjność w przemyśle maszynowym wynika zazwyczaj z oczekiwań klienta końcowego w zakresie oszczędności kosztów operacyjnych i zwiększonej niezawodności. Wiele firm opiera się na modularnych systemach i komponentach elektromechanicznych, ponieważ łatwiej nimi zarządzać i ewentualnie zbudować na ich podstawie nową konfigurację. Przy takim modelu pracy sprawdza się wydajny system zarządzania danymi, ułatwiający wielokrotne wykorzystanie tych samych elementów w wielu projektach. Im więcej udoskonaleń tym większa potrzeba dodatkowych symulacji i testów. Jednocześnie istnieje wyraźny trend aby maszyny i urządzenia poza oczekiwaną funkcją miały przyjemny wizualny styl, co razem sprowadza się do wspólnego mianownika w postaci cyfrowego prototypu.
Niezawodność, wydajność i bezpieczeństwo
Procesowi integracji systemów towarzyszy potrzeba zapewnienia odpowiedniego bezpieczeństwa i wydajności pracy urządzenia. Jest to priorytetem przy podejmowaniu wszelkich decyzji w całym cyklu pracy nad projektem. A ponieważ to funkcja determinuje ostateczną formę projektu maszyny, narzędzia inżynierskie powinny sprzyjać takiemu sposobowi projektowania aby od samego początku możliwa była bieżąca kontrola działania, symulowanie zachowania w różnych warunkach i wczesna eliminacja błędów. Dzięki temu można mieć pewność, że obrana ścieżka jest właściwa i nie grozi zbyt poważna zmiana ogólnej koncepcji. Przy jednoczesnym rozwoju różnych wariantów konieczne są narzędzia ułatwiające jednoznaczną identyfikację, że analizowana jest właściwa wersja.
Zgodność z normami i wymogami technicznymi
Aby urządzenie uzyskało odpowiednie certyfikaty i atesty musi spełniać ostre kryteria obowiązujące w danym kraju czy regionie. Wraz z postępem prac w projekcie pojawia się mnóstwo załączników w postaci rozmaitej dokumentacji. Załączone pliki muszą być łatwo dostępne dla wszystkich w centralnym zbiorze danych. Podczas wszelkich uzgodnień i konsultacji bardzo ważna jest możliwość łatwej wymiany informacji, najlepiej łączącej słowo i obraz dla zapewnienia maksymalnej jednoznaczności przekazu.
Na tle powyższych uwarunkowań rysują się dość duże wymagania względem narzędzi projektowych stosowanych w całym procesie. Spróbujmy prześledzić konkretny przykład zastosowania rozwiązania Autodesk Digital Prototyping w firmie, dostarczającej stacje testowe dla dużego producenta plastikowych elementów. Projekt składa się z czterech napędzanych pneumatycznie stacji diagnostycznych, czterech robotów i kompletnego oprzyrządowania wraz ze sterowaniem. Cały system ma zostać umieszczony w zakładzie w miejsce przestarzałego urządzenia.
Dostawcy takich maszyn prezentują przykład doskonałej zdolności do utrzymania się na dzisiejszym rynku, w którym udział zależy wprost od stałego zdobywania nowych kontraktów i dostarczania gotowych projektów na czas i niedrogo.
Faza ofertowa i koncepcja
Firmy działające w przemyśle maszynowym muszą reagować na pojawiające się zapytania szybko i precyzyjnie. Wprawdzie nie ma dwóch takich samych projektów ale posiadają one zawsze pewne wspólne komponenty i możliwość wykorzystania gotowych rysunków z poprzednich projektów pomaga dokładniej określić czas i koszty.
Autodesk Productstream ułatwia to zadanie, gdyż przy jego użyciu cała własność intelektualna zostaje zapisana w postaci jednej, zorganizowanej bazy danych, oferującej szybki dostęp do plików, z opcją błyskawicznego wyszukiwania zarówno ogólnego, jak i złożonego z wielu kryteriów. Funkcjonalność kopiowania projektów służy do ich replikacji z zachowaniem właściwej organizacji plików. Listy materiałowe Productstreama można wyeksportować do działu zamówień aby przyspieszyć szacowanie kosztów.
Poza ustaleniem czasu i kosztów oferta wymaga często przygotowania koncepcyjnych rysunków 2D z rozplanowaniem urządzeń w zakładzie. Taką dokumentację można stworzyć za pomocą programu AutoCAD Mechanical. Dodatkowo funkcjonalność TrueConnect pozwoli na włączenie do rzutów danych wygenerowanych bezpośrednio z modeli 3D Inventora. Ta możliwość szybkiego łączenia danych w jednej aplikacji eliminuje konieczność ponownego przerysowywania, rozwiązuje też problem współistnienia różnych standardów danych inżynierskich w obrębie organizacji. Zebrane dane ofertowe można połączyć w jeden uniwersalny plik DWF, który potrafipomieścić rysunki płaskie, modele, animacje, zestawienia oraz wiele innych informacji i do którego odczytania służy powszechnie dostępna przeglądarka.
Szczegółowy projekt
Po wygraniu kontraktu pora na konfrontację głównych zadań inżynierskich z terminem kontraktu. W tym przykładzie pierwszym zadaniem jest utworzenie stalowej platformy na której stanie stacja. Generator ram Autodesk Inventor został zaprojektowany specjalnie dla takich zastosowań. Na strukturę z kształtowników najłatwiej zamienić szkielet złożony z linii, dodatkowo, utworzony w ten sposób adaptacyjny związek między szkicami 2D i 3D a szkieletem pozwoli w przyszłości łatwo zmodyfikować ramę poprzez edycję szkicu. Używane profile pochodzą z biblioteki elementów znormalizowanych. Można wykonać wszystkie niezbędne przycięcia i spasowania, a lista elementów z prawidłowo obliczoną długością i kątami przycięć może być użyta również do kalkulacji cenowych.
Po ukończeniu ramy można kontynuować projektowanie stołu stacji. W tej fazie przydatny będzie pakiet narzędzi Design Acceleratora, automatyzujący najczęściej powtarzane zadania rysunkowe i inżynierskie. W szczególności kreator połaczenia śrubowego może zostać użyty do przyłączenia elementu blokady położenia do stołu. Połączenie śrubowe automatyzuje proces wyboru śrub, podkładek, nakrętek jak również utworzenie otworów. Wybrane komponenty można zapisać jako szablon – aby przyspieszyć tworzenie podobnego połączenia w przyszłości.
Mechaniczne podsystemy
Jednym z poważniejszych wyzwań w projektowaniu maszyn przemysłowych jest potrzeba symulacji pracy urządzeń bez komfortu posiadania gotowego fizycznego urządzenia. Aby wykonać pełne symulacje potrzebny jest prototyp cyfrowy. Środowisko Dynamicznej Symulacji w Autodesk Inventor Professional oferuje w tym zakresie ogromne możliwości, jako że łączy Inżynierię Wspomaganą Komputerowo (CAE) z Projektowaniem Wspomaganym Komputerowo (CAD). Pozwala kontrolować współczynniki takie jak siły, momenty, prędkości, przyspieszenie i grawitację aby zasymulować zachowanie produktu w realnym świecie. Dzięki temu można podjąć właściwe decyzje jeszcze w fazie projektowej. W tym przypadku można sprawdzić siły, jakie wystąpią na testowanym elemencie w chwili, kiedy następuje uderzenie w część jednocześnie z trzech stron. Na podstawie wyników można przyjąć odpowiednie charakterystyki działania sił aby wywierały odpowiedni nacisk nie miażdżąc testowanej części. Próby można wykonywać dowolną ilość razy, co znacząco obniża potencjalne koszty badań.
Projekt systemu sterowania
Przy projektowaniu elektrycznych systemów sterowania potrzebna jest szczególna staranność, ponieważ to od nich zależy właściwa praca urządzenia. Aby zachować spójność projektu warto użyć specjalizowanego narzędzia jakim jest AutoCAD Electrical. Ponieważ w procesie przekazu informacji o systemach sterowania wciąż standardem są rysunki 2D, program ten pracuje właśnie w taki sposób. Rozbudowane narzędzia, obejmujące ponad 2000 symboli schematycznych, automatyczne numerowanie przewodów, etykietowanie ko-mponentów i funkcjonalność „od punktu do punktu” zostały stworzone aby znacząco przyspieszyć proces rysowania. Narzędzia konfiguracji standardów pozwalają dostosować produkt pod kątem konwencji oznaczania przewodów i ID komponentów. Zdolność AutoCAD-a Electrical-a wprowadzania zmian w obrębie całego projektu (wszystkich rysunków DWG, składających się na projekt) pozwala przykładowo na szybkie dostosowanie starszego projektu aby pasował do wymogów bieżącego zlecenia – można np. zmienić standard oznaczeń z JIC na IEC z uwzględnieniem odpowiedniej zmiany skali symboli z cali na milimetry.
Przy adaptowaniu starszych projektów ogromną rolę odgrywa Autodesk Productstream, w szczególności funkcjonalność kopiowania projektów w parze ze zmianą wybranych właściwości dla nowych plików w bazie.
Dokumentacja i wizualizacja
Kiedy kompletowanie wyposażenia jest ukończone można przystąpić do tworzenia końcowej dokumentacji. W przypadku produktu o takim stopniu skomplikowania i rozmiarze rysunki muszą rozwiać wszelkie wątpliwości związane ze sposobem wykonania poszczególnych elelementów i montażem. Stacja składa się z komponentów, które zostaną podzlecone kolejnym firmom zewnętrznym, przykładowo dotyczy to ramy z ceowników. Ponieważ outsourcing staje coraz powszechniejszym zjawiskiem, wysoka jakość dokumentacji zyskuje coraz większe znaczenie – każdy błąd jest kosztowny. W minimalizacji ryzyka pomyłek pomaga integracja środowisk 2D i 3D Inventora. Każda zmiana w modelu jest widoczna we wszystkich rysunkach z nim skojarzonych. Do rysunków płaskich można pobrać także wymiary z modelu, co skraca czas potrzebny na opisywanie.
Zestawienia materiałowe i zarządzanie wersjami
Wprowadzanie zmian w trakcie cyklu projektowania jest nieuchronne i może wynikać z różnorakich powodów – np. z konieczności dostosowania do przepisów lub też wykrycia błędu konstrukcyjnego. Dlatego szczególnie ważne jest stosowanie elastycznego systemu projektowania i zarządzania dokumentacją, który ułatwia proces przekazu informacji i uaktualniania całej dokumentacji po wprowadzeniu zmiany.
Program Autodesk Design Review ułatwia komunikację między wszystkimi osobami zaangażowanymi w proces zmiany, zarówno od strony działu inżynierskiego jak i osób kierujących projektem. Informacje można nanosić bezpośrednio na rysunkach DWF np. na elementach wymagających korekty, w widokach 3D jak i 2D, wykluczając możliwość powstania jakichkolwiek niejasności. Samo wprowadzenie zmiany w modelu Inventora spowoduje automatyczne uaktualnienie wszystkich zależnych rysunków, gwarantując spójność informacji. Autodesk Productstream służy między innymi do zarządzania cyklami życia produktów. Składniki ukończonego projektu mają status „w produkcji” i nie da się ich modyfikować. Wprowadzenie zmiany w produkowanym urządzeniu wymaga przywrócenia możliwości edycji przez uprawnione osoby poprzez ustalenie statusu „praca w toku”. Zakończenie zmiany inżynierskiej wymaga nadania zmienionym plikom z modelami, rysunkom i zestawieniom najpierw statusu „przeglądanie” a po zatwierdzeniu zmian ponownie statusu „w produkcji”.
Sposób montażu urządzenia najlepiej pokazać poprzez animowane sekwencje prezentacji
Montaż i opieka serwisowa
Nieprzerwana i bezawaryjna praca maszyny to jedno z podstawowych oczekiwań odbiorców. Dla zapewnienia prawidłowego montażu i serwisowania krytyczne jest przygotowanie odpowiednich materiałów instruktażowych. Odpowiednich, to znaczy wyczerpujących, krok po kroku, maksymalnie zilustrowanych, na tyle uniwersalnych żeby były zrozumiałe niezależnie od szerokości geograficznej.
Środowisko tworzenia prezentacji w Autodesk Inventor służy do tworzenia precyzyjnych animacji, pokazujących sposób montażu lub demontażu modelu 3D w odpowiedniej kolejności, w komplecie z podstawowym instruktażem tekstowym, zawierającym dodatkowe wskazówki. Animacje w formie filmów można opublikować do uniwersalnego formatu pliku DWF, aby przyszli użytkownicy mogli zbadać model dokładniej niż np. przy użyciu filmu video. Pliki DWF można zagnieżdżać w dokumentach programu Microsoft Word, jako interaktywne uzupełnienie cyfrowej dokumentacji podstawowej, również tej załączonej do projektu w bazie Productstream’a.
Poza prezentacjami nie należy zapominać o module do wizualizacji Inventor Studio, służącym do tworzenia wysokiej jakości renderingów statycznych i animacji, które także mogą być załączone do dokumentacji. To kolejny przykład na wykorzystanie posiadanego Cyfrowego Prototypu.
Wspomniany Autodesk Productstream posiada szerokie zastosowanie, także poza firmą dostarczającą maszyny, w postaci zdalnej aplikacji webowej. Odpowiednio autoryzowany personel odbiorcy maszyn może korzystać z udostępnionych zasobów na bieżąco przez internet.
Podsumowanie
Pakiet oprogramowania Autodesk obejmuje cały proces powstawania produktów od fazy ofertowej przez precyzyjne modelowanie części, systemów sterowania elektrycznego, symulację, zarządzanie danymi, a nawet wsparcie dla wewnętrznej współpracy zespołów ludzi, tworząc kompleksowe rozwiązanie dla branży przemysłu maszynowego. Warto szczególnie podkreślić, że w opisanym modelu, w którym wszystkie aplikacje pochodzą od jednego dostawcy, następuje minimalizacja utraty danych pomiędzy poszczególnymi ogniwami łańcucha, a to przekłada się bezpośrednio na oszczędność czasu i zmniejszenie kosztów.
IA MSD Anna Nowak
Man and Machine Software
