Techniki CAx. dr inż. Michał Michna

Transkrypt

1 Techniki CAx dr inż. Michał Michna

2 Literatura 2

3 Literatura 3

4 Literatura 1. Chlebus E. Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji, WNT Miecielica M., Wiśniewski W.: Komputerowe wspomaganie projektowania procesów technologicznych. Wydawnictwo Naukowe PWN/MIKOM Przybylski W., Mariusz D.: Komputerowo wspomagane wytwarzanie maszyn. Podstawy i zastosowanie. WNT Sydo M. Wprowadzenie do CAD, Wydawnictwo Naukowe PWN/MIKOM, Jaskulski A. Autodesk Inventor 2011 PL/2011. Metodyka projektowania. Wydawnictwo Naukowe PWN, Jaskulski A. AutoCAD 2011/LT Kurs projektowania parametrycznego i nieparametrycznego 2D i 3D. Wersja polska i angielska Wydawnictwo Naukowe PWN,

5 Techniki CAx - geneza 5

6 Techniki CAx Globalna gospodarka konkurencja w wymiarze globalnym jakość wyrobów, poziom techniczny produkcji (maszyn, urządzeń, metod) Poszukiwanie metod zmniejszania kosztów i zwiększenia wydajności produkcji Rozwój technologii, maszyn, urządzeń, metod i narzędzi wspomagających projektowanie i produkcję 6

7 Techniki CAx Obniżanie kosztów krótsze cykle rozwoju produktów i procesów ich produkcji minimalizację stanów zapasów i sprawną logistykę, zastosowanie efektywnych i innowacyjnych koncepcji realizacyjnych w produkcji LP (Leon Produktion) - produkcja racjonalna, JIT (Just in Time) sterowanie zaopatrzeniem zgodnie z zasadą dokładnie na czas, TQM (Total Quality Management) - kompleksowe zarządzanie jakością, VF (Virtual Factory) - przedsiębiorstwa wirtualne. 7

8 Techniki CAx Cykl życia produktu Samochody 5 do 7 lat AGD do 5 lat Elektronika domowa 3 od 5 lat Komputery do 2 lat Cykl życia produktu W pełni sprawny technicznie, funkcjonalny, cechy niezmienione od czasu wyprodukowania Zmiana oceny przydatności według aktualnego stanu techniki, specyfiki kulturowej, cywilizacyjnej 8

9 Techniki CAx czas cyklu produkcyjnego Aktualny stan i kierunki rozwoju przedsiębiorstwa jakość koszty Teraźniejszość Przyszłość człowiek ekologia źródła zaopatrzenia elastyczność źródło [1] 9

10 Techniki CAx Rozwój standaryzacji ISO 9000 sterowania jakością ISO produkcja ekologiczna ISO (STEP) standard wymiany danych modelu Modelowanie produktu i proces wytwarzania Format wymiany danych Integracja systemów komputerowych typu Cax Obniżenie kosztów produkcji Duży koszt wdrożenia 10

11 Techniki CAx Priorytety działań przedsiębiorstwa czas realizacji zleceń czas przygotowania produkcji terminowość stopień kooperacji krótki czas reagowania na zmiany jakość produktu przepływ informacji koszt zarządzania wydajność produkcji stany magazynowe koszty osobowe źródło [1] 25,0 35,0 45,0 55,0 65,0 75,0 85,0 95,0 11

12 Techniki CAx Podwojenie produkcji obniżenie kosztów jednostkowych 15-25% Wprowadzenie na rynek nowego produktu 6 miesięcy przed konkurencją Wzrost rentowności 25-30% Zwiększeni nakładów na rozwój o 50% Obniżenie rentowności o 5-10% 12

13 Techniki CAx PPC (Production Planning And Control) Planowanie i Sterowanie Produkcją Systemy pełniące nadrzędną rolę w przetwarzaniu danych w wielu obszarach przedsiębiorstwa Główne funkcje planowanie przygotowywanie i sterowanie procesami wytwórczymi zaopatrzenia materiałowe obciążenia stanowisk i gniazd wytwórczych aktywna kontrola produkcji w toku Gdzie i kiedy? 13

14 Techniki CAx CAD (Computer Aided Design) Komputerowo Wspomagane Projektowanie Narzędzia i techniki wspomagające prace w zakresie: projektowania, modelowania geometrycznego, obliczeniowej analizy FEM, co? 14

15 Techniki CAx CAD (Computer Aided Design) Komputerowo Wspomagane Projektowanie Narzędzia i techniki wspomagające prace w zakresie: tworzenia i opracowywania dokumentacji konstrukcyjnej, opracowywania dokumentacji technologicznej przeznaczonej do obróbki na konwencjonalnych obrabiarkach co? 15

16 Techniki CAx CAE (Computer Aided Engineering) Komputerowo Wspomagane Prace Inżynierskie Narzędzia inżynierskie, umożliwiające komputerową analizę sztywności i wytrzymałości konstrukcji oraz symulację procesów zachodzących w zaprojektowanych układach Systemy problemowo zorientowane i aplikacje z różnych dziedzin techniki, aplikowane najczęściej na sprzęcie PC Czy będzie działać? 16

17 Techniki CAx CAP (Computer Aided Planning) Komputerowo Wspomagane Planowanie Metody i narzędzia wspomagające projektowanie technologiczne, tzn. opracowanie dokumentacji technologicznej z uwzględnieniem modelu geometrycznego przedmiotu, jego stanów pośrednich, narzędzi, oprzyrządowania, rodzaju maszyn parametrów obróbki Jak to wytworzyć? 17

18 Techniki CAx CAP (Computer Aided Planning) Komputerowo Wspomagane Planowanie Systemy CAP wspomagają, prace związane z programowaniem urządzeń sterowanych numerycznie: obrabiarek, robotów, współrzędnościowych maszyn pomiarowych, systemów transportowych. Jak to wytworzyć? 18

19 Techniki CAx CAPP (Computer Aided Process Planning) Komputerowo Wspomagane Planowanie Procesów Ta klasa systemów jest szersza niż klasa CAP. W zakresie zastosowań CAPP mieszczą się także wszystkie metody i techniki technologicznego przygotowania produkcji realizowanej w konwencjonalnych technologiach, wspomaganych technikami komputerowymi i systemami ekspertowymi. 19

20 Techniki CAx CAM (Computer Aided Manufacturing) Komputerowo Wspomagane Wytwarzanie Techniki i narzędzia wspomagające tworzenie i aktywizowanie programów NC na poziomie wydziału produkcyjnego Nadzór, sterowanie urządzeniami i procesami wytwarzania i montażu na najniższym poziomie systemów wytwórczych 20

21 Techniki CAx CAM (Computer Aided Manufacturing) Komputerowo Wspomagane Wytwarzanie Obejmują urządzeń sterowanych numerycznie: obrabiarek, współrzędnościowych maszyn pomiarowych, robotów, systemów transportowych innych urządzeń obsługiwanych np. za pomocą sterowników PLC. 21

22 Techniki CAx CAQ (Computer Aided Quality Control) Komputerowo Wspomagane Sterowanie Jakością Metody i techniki komputerowego wspomagania projektowania, planowania i realizacji procesów pomiarowych, a także procedur kontroli jakości 22

23 Techniki CAx CAQ (Computer Aided Quality Control) Komputerowo Wspomagane Sterowanie Jakością Systemy te, najczęściej sprzężone z systemami CAD przez model geometryczny lub przez programy bądź procedury pomiarowe, są zintegrowane z systemami PPC, CAP i CAM, głównie w części odnoszącej się do pomiarów na współrzędnościowej maszynie pomiarowej. 23

24 Techniki CAx wymiana danych System CAD 1 System CAD 2 System CAD 3 Wymiana danych CAP PPC CAM CAQ Planowanie obróbki Planowanie montażu Planowanie pomiarów Programowanie urządzeń NC Planowanie produkcji Wyposażenie Materiał Inne źródła Sterowanie produkcją Zlecenia Stan aktualny terminy Programowanie i sterowanie Obrabiarkami Robotami Systemami pomiarowymi Systemami transportowymi Projektowanie wytworu Określenie parametrów jakości Pomiary Statystyka protokół źródło [1] 24

25 Techniki CAx wymiana danych CAD PPC 44% CAP CAQ 23% CAM źródło [1] 25

26 Sterowanie Planowanie PPC Sterowanie zleceniami Kosztorysowanie Projektowanie CAD/CAM CAE Klasyfikacja systemów Cax Y-CIM model Planowanie produkcji Konstruowanie CAD Schemat Y wg Scheer a Gospodarka materiałowa Harmonogramowanie Planowanie technologiczne Szeregowanie zadań wytwórczych Uruchamianie zleceń produkcyjnych Sterowanie wytwarzaniem Programowanie urządzeń NC Sterowanie urządzeniami NC Logistyka CAP CAM Akwizycja danych procesu wytwórczego Gospodarka materiałowa Sterowanie montażem Kontrola realizacji zleceń Utrzymanie parku maszynowego Dystrybucja wyrobów Sterowanie jakością CAQ źródło [1] 26

27 Systemy CAx EDM/PDM (Engineering Data Management/Product Data Management) Zarządzanie Danymi Inżynierskimi / Zarządzanie Danymi Produktu komputerowe systemy, techniki i narzędzia, opracowane na podstawie informatycznych metod przetwarzania danych, zbudowane na bazie modelu procesu wytwórczego z pełną specyfikacją modelu produktu W przyszłości zgodne z normą STEP Systemy komputerowe oparte na zintegrowanych modelach danych 27

28 Systemy CAx TDM Team Data Management /zarządzanie danymi w pracy grupowej, Total Data Management / totalne zarządzanie danymi Technical Data Management / zarządzanie danymi technicznym Systemy komputerowe oparte na zintegrowanych modelach danych 28

29 System CIM CIM (Computer Integrated Manufacturing) Komputerowo Zintegrowanego Wytwarzanie. Powiązane funkcjonalnie i poprzez modele danych poszczególne systemy CAx CIM PPS CAD CAM CAQ CAP 29

30 System CIM Kadry Zaopatrzenie Administrowanie i rozwój Kalkulacja kosztów Księgowość Eksploatacja CIM PPC CAD Rozwój produktu Konstrukcja Dostawca Planowanie ilościowe oraz terminów Inicjowania zleceń CAM CAP Procesy obróbki i montażu Programy NC Sterowanie i nadzorowanie CAA CAQ Plany kontroli jakości Analiza jakości CAT Badania odbiorcze Klient Magazynowanie i transport źródło [1] 30

31 System CIM skrócenie czasu przygotowania i realizacji produkcji z jednoczesnym jej ciągłym unowocześnieniem i wdrażaniem innowacyjnych technologii, szybkie i elastyczne reagowanie na potrzeby rynku, uzyskanie planowanej terminowości dostaw produktów na rynek, 31

32 System CIM obniżenie kosztów produkcji w fazach przygotowania i realizacji poprzez optymalizację i właściwą strukturę przepływu informacji w przedsiębiorstwie; optymalne zarządzanie realizacją zleceń produkcyjnych dzięki: krótkim cyklom produkcyjnym, krótkim terminom realizacji zleceń produkcyjnych, minimalnym zapasom materiałowym ze względu na wysoki stopień wykorzystania potencjału produkcyjnego. 32

33 System CIM przedsiębiorstwo wirtualne Koncepcja Projektowanie Przygotowanie produkcji Wytwarzanie Producent Organizacja i zarządzanie danymi produktów i procesów (CAD, CAM, PDM, PPC) Wymiana danych (CAD, CAM, PDM) i listy montażowe Dostawca Organizacja i zarządzanie danymi produktów i procesów (CAD, CAM, PDM, PPC) Koncepcja Projektowanie Przygotowanie produkcji Wytwarzanie 33

34 Rozwój technik CAx Rozproszone dane Krótki czas na podejmowanie strategicznych decyzji Inteligentne narzędzia wspomagające podejmowanie decyzji Moduły inteligentne Monitorowanie Symulacje Diagnostyka systemów wytwórczych 50% poprawa efektywności 34

35 Komputerowe techniki wspomagania projektowania 35

36 Techniki Cax - projektowanie Projektowanie złożona działalność inżynierska, w której przenikają się doświadczenie inżynierskie, analiza konstrukcji, organizacja, analiza kosztów i podejmowanie decyzji Cel projektowania opis nowego obiektu - tworzenie modelu obiektu, umożliwiającego jego bezpośrednią realizację. Techniki komputerowego wspomagania wytwarzania integracja technik Cax reengineering restrukturyzacja, reorganizacja, modernizacja 36

37 Proces projektowania Sformułowanie zadania Potrzeba zadanie techniczne Przegląd możliwych rozwiązań Wyszukiwanie wśród istniejących rozwiązań Pomysł obliczenia szacunkowe Idealizacja problemu Projektowanie Model matematyczny Analiza modelu Charakterystyki obiektu 39

38 Proces projektowania Analiza kosztów Wybór kryterium jakości Optymalizacja Wyszukiwanie ekstremum kryterium przy zadanych warunkach Projektowanie elementów Projekt szczegółowy Model wirtualny Dokumentowanie Opracowanie dokumentacji technicznej i technologicznej 40

39 Metody projektowania Rozwój procesów projektowania i wytwarzania 1. Metody konwencjonalne 2. Projektowanie wspomagana komputerowo 3. Zintegrowane metody projektowania i wytwarzania źródło [1] 41

40 Systemy CAx w procesie projektowania Koncepcja Projektowanie Rozwijanie Wytwarzanie Pomysł CAD Projektowanie narzędzi CAM Koncepcja Wygląd produktu Dokładne modelowanie elementów Rysunki techniczne Analiza Wymagania Modelowanie złożeń DMU CAE Sprawdzanie Wspomaganie wszystkich faz rozwoju produktu przy pomocy techniki komputerowej 42

41 Zastosowanie komputerów Tworzenie baz danych Przechowywanie, przetwarzanie, wyszukiwanie i prezentacja danych Przygotowanie dokumentacji technicznej Konstrukcyjno technologicznej Produkcyjnej Możliwość pracy zdalnej/rozproszonej Wykorzystanie sieci Internet oraz Intranet 43

42 Ewolucja komputerowych systemów CAx Podstawowe Narzędzia (2D) Programy FEM aeronautyka, lotnictwo (program Apollo) Języki programowania APT/NC Komercjalizacja i upowszechnienie (3D) Standardy i normalizacja wymiany danych Systemy 2D, 2.5D, 3D Sprzężenie systemów graficznych i obliczeniowych 1975 Integracja Złożone systemy 2D/3D zintegrowane funkcjonalnie Sprzężenie CAD/CAP/CAM Zarządzanie w konstruowaniu Banki danych Systemy ekspertowe

43 Koncepcja projektowania współbieżnego Struktura funkcjonowania Koncepcja produktu Symulacja produktu Wymagania Koncepcja Komponenty i oprzyrządowanie Inżynieria produkcji Analiza konstrukcyjna Opracowanie Prototypowanie Badania analiza ocena Dokumentacja Udoskonalanie Wdrażanie 45

44 Koncepcja projektowania współbieżnego Struktura funkcjonowania Koncepcja produktu Symulacja produktu Komponenty i oprzyrządowanie Inżynieria produkcji Analiza konstrukcyjna Prototypowanie Badania analiza ocena Dokumentacja 46 koncepcja / zapytanie / decyzja

45 Koncepcja projektowania współbieżnego Concurrent engineering CE projektowanie współbieżne Wytwarzanie konwencjonalne Projekt wstępny Koncepcja produktu Opracowanie konstrukcyjne Doskonalenie i optymalizacja Opracowanie technologiczne Wytwarzanie i kontrola Wytwarzanie w systemie CIM Konstruowanie CAD Przygotowanie produkcji CAP/CAM Wytwarzanie CAM/CAQ Zmniejszenie pracochłonności o 70% 47

46 Koncepcja projektowania współbieżnego Konstruowanie FEM Symulacje Obliczenia Systemy ekspertowe CAP CAM Przygotowanie produkcji CAD CAQ Zarządzanie produkcją PPC Środki produkcji Koszty/terminy 48

47 Zastosowanie narzędzi CAx Szybkie prototypowanie 8 Obliczenia i symulacje 13 Sterowanie jakością 24 Obróbka NC 36 Dokumentacja 52 49

48 Technologie wytwarzania Rozwój metod i systemów produkcji Wirtualne przedsiębiorstwo Wysoko wydajne wytwarzanie CAx, narzędzia inż. Współbieżne wytwarzanie TQM, narzędzia inżynierskie TQM, MRP II, narzędzia inż. Produkcja na czas Oszczędne wytwarzanie CAD/CAM, DNC, robotyka Komputerowo wspomagane wytwarzanie Gniazda prod., CNC, robotyka Elastyczne wytwarzanie Linie produkcyjne, automatyzacja Produkcja masowa XXI wiek 50

49 Techniki CAx - ZALETY stworzenie produkcji bez barier, minimalizacja nakładów poniesionych na fazę technologiczną przygotowania produkcji, zmniejszenie kosztów wytwarzania i ceny produktów, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości aby promować swoje produkty niektóre przedsiębiorstwa występują o certyfikaty zgodności z normami grupy ISO 9000, których uzyskanie jest praktycznie niemożliwe bez zastosowania produkcji z oprogramowaniem CAD/CAP/CAM sieci komputerowe świetnie spełniają funkcję kontroli stanu procesu produkcyjnego, procesów pomocniczych i finansowania, gdyż czynności te wymagają sprawnej wymiany danych miedzy różnymi systemami informacyjnymi, tzw. wyspami informacyjnymi 51

50 Techniki CAx - WADY Kompatybilność formatów przechowywania danych Zaangażowanie i poparcie całej załogi przedsiębiorstwa Wymaga wprowadzenia w strukturze funkcjonalnej i strukturze zatrudnienia wprowadzenie CIM jest kosztownym przedsięwzięciem, które podnosi próg rentowności w firmach; aby było to opłacalne firmy często muszą zwiększyć poziom produkcji i sprzedaży długi okres oczekiwania na efekty od kilku do kilkunastu miesięcy od wprowadzenia CIM 52

51 ALSTOM Power Sp. z o.o. Alstom - Elbląg TDM w zakresie bazy narzędzi, Exapt plus oraz CATIA w zakresie generowania programów OSN, Baan IV w zakresie planowania i sterowania produkcją gospodarki materiałowej oraz technologii, PDM Metaphase w zakresie zarządzania elektronicznym archiwum dokumentacji oraz struktury konstrukcyjnej. Bazą do tworzenia technologii są rysunki oraz dane konstrukcyjne w postaci elektronicznej transmitowane do technologii w ramach systemu CAD-CAM. 53