Опыт использования трехмерных моделей в сборочных процессах производства АО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор"

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»

Опыт использования трехмерных моделей в сборочных процессах производства АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»

С. А. Мухин

Для производства многофункциональных изделий необходима разработка сложных для восприятия чертежей и спецификаций. Рассматриваются преимущества использования трехмерных моделей при осуществлении сборочных операций; проблематика обеспечения централизованного доступа к трехмерным моделям и их хранения. Приводятся результаты опыта использования моделей сборочных единиц на производстве предприятия.

трехмерный модель сборочный

Введение

Современное приборостроение -- это стремительно развивающаяся область науки и техники. Чтобы оставаться конкурентоспособными предприятия отрасли должны постоянно совершенствовать свои изделия, что неизбежно ведет к их усложнению. Ввиду того, что в процессе производства изделий, особенно при выполнении сборочных операций, значимую роль все еще играет человек, с ростом сложности продукта растет и риск совершения ошибки, и соответственно, появления брака.

Одно из решений описанной проблемы, ожидаемо, находится в сфере информационных технологий. На сегодняшний день многие проектные организации при разработке новых изделий применяют системы трехмерного моделирования, основу которых составляет не чертеж, а трёхмерная компьютерная модель. Использование 3D-моделей в процессе производства находит отражение в разработках многих крупных индустриальных компаний, таких как Airbus, Boeing, BAE Systems, General Motors и др., стремящихся обеспечить использование виртуальных моделей на всех этапах проектирования, производства и сопровождения изделий. На самых развитых производственных площадках сборка изделий доверена роботам, и лишь в процессах контроля качества основным исполнителем остается человек.

На предприятии АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» трёхмерные модели (ТММ) на данный момент широко применяются в конструкторском подразделении. На производстве для изготовления деталей на участках механической обработки производится множество работ с использованием станков с числовым программным управлением, в которые загружаются данные трехмерного моделирования. Компьютерные ТММ также применяются для печати макетов приборов и обстановки на 3D_принтерах. Технологические подразделения руководствуются ТММ с целью получения более ясного восприятия конструкции изделия и последовательности сборки для последующего составления более качественных технологических процессов и маршрутных карт. Кроме того, на анализ чертежа сложного изделия может уходить достаточно много времени. Трехмерная же модель воспринимается намного быстрее и легче; помимо восприятия, предоставляет возможность «разбирать» изделие на компоненты и получать точное детальное представление о конструкции любых его узлов.

Практическое применение ТММ на этапе технологической подготовки производства и непосредственно на сборочном производстве на сегодняшний день еще развито слабо: рабочие в основном руководствуются чертежами на бумажном носителе (рис. 1). Это обусловлено наличием ряда трудностей и организационных вопросов, которые должны быть решены.

Рис. 1. Этапы разработки и производства изделий на предприятии

АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»

(ДЭ -- документ в электронном виде; ТПП -- технологическая подготовка производства; ОТК -- отдел технического контроля; Б -- бумажная документация)

В настоящей статье поясняется, каким образом ТММ изделия позволяет упростить процесс сборки приборов. Рассказывается об основных проблемах, связанных как с процессом внедрения, так и использования ТММ на производстве.

Преимущества использования трехмерных моделей

Для эффективного применения ТММ в процессе сборки приборов, необходимо обозначить преимущества, которые даёт электронное представление изделия перед классическим бумажным чертежом.

Образ изделия, формируемый пространственным воображением человека на основе двумерных проекций, заменяется виртуальным трехмерным прототипом объекта, что раскрепощает пространственное мышление и способствует более быстрому принятию решений [1].

Свобода в создании сложных геометрических форм и понимание того, что эти формы могут быть реализованы в производстве с помощью интегрированных технологий, стимулируют творчество, повышают интерес к работе.

Заимствование созданных ранее моделей аналогичных изделий и их составных частей, позволяет существенно сократить объем работы.

Созданная трехмерная модель может быть передана в расчетную программу для анализа прочностных, аэродинамических, тепловых или других характеристик детали или изделия в целом.

Современный подход, использующий трехмерное моделирование, открывает для предприятий возможность постоянно совершенствовать конструкторскую и технологическую подготовку производства. Далее рассмотрим основные преимущества ТММ, но уже в проекции на рабочие процессы сборочного производства.

Восприятие. ТММ дает возможность быстрого и точного анализа информации, делая простым восприятие даже довольно сложного изделия (рис. 2). Рабочему не обязательно обладать хорошим пространственным воображением, чтобы правильно понять конструкцию сложного прибора по двумерным проекциям.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2. Трёхмерная модель коммутационного устройства

Сборочный процесс изделия становится возможным без использования спецификации. Работник сборочного участка имеет возможность выбрать любой компонент изделия непосредственно в модели и в тот же момент получить основную информацию (обозначение, наименование и пр.) непосредственно на экране. Это исключает ошибки человеческого фактора, многократно нарастающие в сложных по конструкции изделиях.

Инструмент для работы с ТММ позволяет измерять расстояния между любыми компонентами или объектами изделия.

При этом исчезает необходимость поднимать чертежи компонентов изделия, присутствующих в исследуемой размерной цепи. Достаточно выбрать необходимые элементы непосредственно на экране.

Оперирование компонентами. Для более точного анализа конструкции, детализации отдельных сборочных узлов, рабочий имеет возможность скрыть любые компоненты или группы компонентов изделия, что делает процесс сборки более прозрачным и, соответственно, менее трудоемким.

Построение видов, разрезов и сечений, не предусмотренных на этапе конструирования. На этапе сборки иногда возникает необходимость уточнения конструкции прибора по информации, не заложенной на чертеже в определенных конструктором видах, разрезах и сечениях. При использовании трехмерной модели и сопутствующего программного инструментария, рабочий имеет возможность самостоятельно представить модель в интересующем его ракурсе или разрезе.

Актуальность информации. Интеграция производственных рабочих мест с единой системой управления жизненным циклом изделия позволяет получать актуальную информацию об изделии, исключая дополнительные работы, связанные с учетом и передачей чертежей в производство.

Очевидно, что работа с трехмерной моделью делает процесс сборки приборов более простым, чем с использованием бумажного чертежа, что способствует увеличению качества изделия. Но следует понимать, что ход мыслей оператора (будь он конструктор или рабочий производства), применяющего в своей работе трёхмерное моделирование, кардинально отличается от мышления при классическом методе работы с двумерными чертежами. Соответственно, можно сказать, что в процесс сборки существенно меняются многие общепринятые методы работы. Поэтому, внедрение трехмерных моделей в производственные процессы сопряжено с рядом трудностей как технического, так и организационного характера.

Этапы внедрения трехмерных моделей в производственные процессы

До недавнего времени сборка приборов на предприятии осуществлялась только по бумажным чертежам, поэтому на первом этапе работ по внедрению стояла задача компьютерного оснащения производства. Её решение потребовало оценки вычислительных нагрузок на персональные компьютеры производственных рабочих мест во время работы с трехмерными моделями различной сложности. Необходимость в такой оценке обуславливается требованиями комфортной работы, которая необходима ввиду того, чтобы свести к минимуму излишние напряжения внимания оператора. В результате проведения данного этапа были выработаны минимальные технические требования к оборудованию, требования по эргономике, а также перечень необходимого для работы ПО.

Решение задачи распределения информации по рабочим местам является важным этапом процесса внедрения. Чтобы актуальная информация была доступна любому сотруднику в любой момент времени с любого рабочего места на предприятии, будь то конструкторский, технологический отдел или производственные площадки, модели, чертежи и прочая необходимая документация сдаются на хранение в систему управления жизненным циклом изделия. Трехмерные модели деталей на предприятии уже не первый год успешно сдаются под управление PLM_системы. Однако, процесс выгрузки в систему сборочных единиц сопряжен с рядом трудностей.

В качестве примера одной из них, можно привести конфликт системы, который возникает при попытке привязать трехмерную модель к уже существующей и сданной в архив карточке изделия. В таком случае карточка должна получить следующий порядковый номер, что требует выпуска извещения об изменении, на которое формально нет основания, т. к. изменения в чертеже не производятся. Ситуация усугубляется тем, что подобных конфликтов даже в рамках одного изделия может быть достаточно много, и следовательно, образуется большой объем дополнительной работы. Описанная проблема нашла решение в применении сотрудников отдела информационных технологий, обладающих административными правами.

Как пояснялось ранее, процесс сборки изделий с использованием трехмерных моделей существенно меняет многие общепринятые методы работы. Поэтому эффективность рассматриваемого в настоящей статье мероприятия во многом зависит от технической подготовки сотрудников, оперирующих новым инструментарием. Для достижения максимальной производительности рабочих при осуществлении сборочных операций c использованием ТММ, обучение новым методам работы и инструментам должно быть ясным, связанным и полным, поэтому в рамках работ по внедрению, была разработана специальная методическая основа обучения производства. Она описывает базовые принципы работы с моделью, и приемы ее анализа. Среди них построение сечений, измерение расстояний между объектами, получение необходимой информации о компонентах, просмотр аннотаций и др.

Ввиду смены самой парадигмы производства, существенно изменются и методы проверки и контроля модели. Трехмерному проектированию свойственна широкая вариативность подходов, позволяющих достигнуть одного и того же результата. Одна операция может быть выполнена несколькими способами, при этом может оказаться, что производственное оборудование совместимо только с одним из них. В таком случае, модель, прежде чем попасть на компьютеры производства, должна быть проверена на предмет соответствия принятой на предприятии методики построения деталей и сборочных единиц. Также необходимо контролировать, чтобы электронный образ изделия соответствовал уже имеющейся бумажной документации; на этапе проектирования должны быть локализованы и устранены конфликты построений. Такого рода проверки затрагивают тематику сразу нескольких подразделений (конструкторского, технологического, службы ОТК) и могут быть полноценно реализованы только в том случае, если по каждой тематике имеется ряд четких критериев и приёмов контроля. Поэтому одной из важных задач ближайшего будущего является выработка таких критериев и методов по мере эксплуатации ТММ на производстве. Только в таком случае будут обеспечены совместимость электронных данных с числовым программным управлением имеющихся на предприятии станков.

Заключение

Необходимость в переходе производства на новую парадигму не вызывает сомнений, поскольку потребность в наличии модели у различных подразделений возникает все чаще. В одном случае модели используются для предварительных механических, тепловых и др. расчетов, в другом для лучшего понимания последовательности сборки и составления технологических процессов. Но можно сказать уверенно, что трехмерная модель занимает одно из важнейших мест в процессе проектирования и изготовления приборов. Следовательно, существует необходимость в проведении работ по организации использования результатов трехмерного моделирования в производственных процессах предприятий отечественного приборостроения.

В результате проводимых в настоящее время работ по внедрению ТММ в производство АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» были установлены несколько автоматизированных рабочих мест, собранных по выработанным техническим требованиям и рекомендациям по эргономике. Идет расширенная эксплуатация процесса передачи ТММ под управление PLM_системы. Была составлена методическая основа обучения производства.

Из практических результатов следует отметить, что по ТММ на производстве было успешно собрано и прошло технический контроль более 40 преобразователей напряжения, 2 прибора управления питанием. В ходе работ были выявлены ошибки, которые ранее не было возможным обнаружить на бумажных чертежах. Сборка приборов, по оценкам сотрудников сборочного производства, участвующих в процессе, была выполнена в среднем на 25% быстрее.

К планам ближайшего будущего следует отнести последующую компьютеризацию производственных рабочих мест, проведение обучения на производстве по разработанной методической программе, выработку критериев проверки трёхмерных моделей на этапах проектирования и окончательного технического контроля.

Размещено на Allbest.ru