ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ПРОИЗВОДСТВinnovatics-tm.ru/Lekcii2/Лекция 1... · Лекция №1. Разработка проектов цифровых

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

Направление - 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

(уровень магистратуры)

Согласно Указу Президента РФ от 01.12.2016 N 642 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» предусмотрен ( п.20а. ) «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создания систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта.»

Цифровое производство – это концепция технологической подготовки производства в единой виртуальной среде с помощью инструментов планирования, проверки и моделирования производственных процессов. Понятие цифрового производства включает :

1. новые бизнес-процессы технологических служб предприятия (а в ряде случаев и технических служб);

2. программное обеспечение, позволяющее реализовать новые бизнес-процессы;3. определенные требования к предприятию.

Цифровое производство — это интегрированная компьютерная система, включающая в себя средства численного моделирования, трехмерной (3D) визуализации, инженерного анализа и совместной работы, предназначенные для разработки конструкции изделий и технологических процессов их изготовления.

ВВЕДЕНИЕ

Технологии цифрового производства – это процессы перевода цифрового дизайна в физический объект. Например, аддитивная технология (Additive manufacturing) -процесс присоединения материала к материалам на основе 3D образцовых данных в противоположность «отнимающим» производственным технологиям по удалению припусков и напусков на обработку.

Вид работы Трудоемкость, час.

1 семестр 2 семестр

Лекции (Л) 0 8

Практические занятия (ПЗ) 0 10

Лабораторные работы (ЛР) 0 24

Контролируемая самостоятельная работа (КСР) 0 4

Курсовая работа (КР) 0 0

Расчетно - графическая работа (РГР) 0 0

Самостоятельная работа(проработка и повторение лекционного материала и материалаучебников и учебных пособий, подготовка к лабораторным ипрактическим занятиям, коллоквиумам, рубежному контролю и т.д.)

0 62

Подготовка и сдача экзамена 0 0

Подготовка и сдача зачета 0 36

Вид итогового контроля (зачет, экзамен) 0 зачет

Целью освоения дисциплины является «модернизация и автоматизация действующих и проектирование новых эффективных машиностроительных производств различного назначения, средств и систем их оснащения, производственных и технологических процессов с использованием автоматизированных систем технологической подготовки производства»

ВВЕДЕНИЕ

Литература:1)Инновационное проектирование цифрового производства вмашиностроении /С.Г.Селиванов, А.Ф.Шайхулова, С.Н.Поезжалова, А.И.Яхин –М.: Инновационное машиностроение. 2016. -264с.2)Международная сетевая магистерская программа создания цифровых предприятий/ Буханченко Сергей Евгеньевич(portal.tpu.ru:7777/departments/kafedra/arm/ns/ms1/pr_tempus.pdf) Томский политехнический университет. 2016.

Лекция №1.Разработка проектов цифровых производств в

машиностроении

1. Разработка проектов цифровых производств в машиностроении2. Системотехника проектирования цифровых производств в

машиностроении3. Разработка проектов цифровых производств в самолетостроении:

технология бесплазовой увязки деталей авиационной техники.4. Разработка проектов цифровых производств в машиностроении на

примере производства вертолетных двигателей

РАЗРАБОТКА ПРОЕКТОВ ЦИФРОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Рис.1-Примеры технологии цифрового производства – процессов перевода цифрового дизайна в физический объект.

Рис.2 - Конструкторско-технологическое проектирование внешней обвязки авиационного двигателя (ГТД)на основе CAD/CAM/CAE-приложений UG, Ansys и КОМПАС



Рис.3 ОБРАЦЫ ЗАГОТОВОК И ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ПРОТОТИПИРОВАНИЯ В ЦЕНТРЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И

ТЕХНОЛОГИЙ ОАО «УМПО»

Рис.4- 3D-принтер, изображенный на фото, может печатать объекты диагональю в несколько метров.


Примеры аддитивных технологий (Additive manufacturing)


Рис.5- Пример создания рам и кузовов, которые полностью напечатаны на 3D-принтере


Рис.6 - Примеры цифровых производств в механообработке деталейСистема DNC (Direct Numerical Control) – система, управляющая группой станков от одной ЭВМ, имеющая общую память для хранения программ, распределяемых по запросам от станков. Такие УЧПУ являются устройствами высшего ранга и служат для организации согласованной работы технологических объектов, включенных в комплекс, например в ГПС.


Рис.7- Пример компоновки роботизированного цифрового производства


В практике самолетостроения введен в эксплуатацию реконфигурируемыйпрограмно-управляемый стенд стыковки, с лазерной системой измерения.

Стенд стыковки фюзеляжа обеспечивает сборку фюзеляжа всех модификаций«Суперджета». Отдельные секции фюзеляжа устанавливаются на опорные колонны,выравниваются, с помощью лазерной системы измерений и автоматическипозиционируются в положение стыковки. Аналогичная технология применяется и длястыковки фюзеляжа с крылом (ОЧК).

а) б)Рис.9 -Стенд стыковки фюзеляжа самолета


Системотехника проектирования цифровых производств в машиностроении

Рис.10- Функциональное моделирование цифрового производства в IDEF3


Рис.11- Функциональное моделирование цифрового производства в IDEF3

МД41.0.41 МД3.3.03

Д3.12.03

1.0.00

Разработка комплекта

проектной ТД 3.3.00

9.0.00 Д3.4.10

Д3.12.04

4.0.00 Д3.4.13

Разработка техно-логической части

проекта 3.4.00

7.0.00 Д3. 4.14

41.0.41, Д3.4.03-06 Проектирова-ние специаль-ного оборудо-вания 3.6.00

Д3.4.11, Д3.4.12

6.0.00 Д3.10.03

Проектирова-ние специаль-ной оснастки

3.8.00

Д3.8.03, Д3.8.04

Д3.11.03

Изготовление специальной

оснастки 3.11.00

Приказ на постановку изделия Д3.1.05–07

Д3.2.03

05.0.41

Технологичес-кий анализ

конструкции изделий 3.1.00

Д3.1.02, Д3.1.03

Д3.1.07

Д3.1.01, Д3.1.04

Д3.2.01, Д3.2.02 МД48.041, Д3.9.01

Разработка комплекта

рабочей ТД 3.5.00

Д 3.5.01 4.0.00

Организация и управление

ТПП 3.12.00

Д3.6.03-04 Д3.12.02

Д3.12.06 20.0.41, 60.0.41 Д3.5.02-03

Изготовление специального оборудования

3.10.00

Разработка технологичес-ких норма-

тивов 3.9.00 43.0.41

Д3.4.08

Д3.10.04 Монтаж и от-ладка техноло-гического комп-лекса 3.13.00

Д3.5.04 01.0.41

Специальное оборудование

Специальная оснастка Опытная партия изделий

Опера-тивная уп-равленчес-кая инфор-мация 3.0.00. Подсистема технологической подготовки производства

Функции управления производством: 1.0.00 Административные функции 2.0.00 Конструкторская подготовка производства 3.0.00 Технологическая подготовка производства 4.0.00 Управление материально-техническим обеспечением 5.0.00 Оперативное управление основным производством 6.0.00 Технико-экономическое планирование 7.0.00 Управление кадрами

8.0.00 5.0.00 Д3.13.01

ПЛ3.7.04 МЛ3.7.05, МД3.7.06

5.0.00

4.0.00

Разработка программ

для станков с ЧПУ 3.7.00

Технологичес-кий анализ

производства 3.2.00

Комплект рабочей КД

2.0.00

4.0.00

Материалы, полуфабрикаты

6.0.00

Рис.12-Структура функций АСТПП

предприятия


Рис.13- Функциональная модель оптимизации проектов цифрового

производства


Программное обеспечение для цифрового производстваПрограммные решения для поддержки цифрового производства:

Tecnomatix — полнофункциональный пакет решений для цифровогопроизводства, объединяющий все технологические аспекты с разработкойизделия: от проектирования технологии изготовления до имитационногомоделирования, контроля и собственно изготовления. Основанная на открытойPLM-платформе, известной как «технологическая платформа Teamcenter»,система Tecnomatix предоставляет многофункциональный набортехнологических решений.NX CAM и CAM Express позволяют программистам обработки получитьнаибольшую отдачу от инвестиций в новейшие, наиболее эффективные иобладающие широкими возможностями станки с ЧПУ. NX CAM предоставляетполный набор функций для программирования высокоскоростной обработкиповерхностей и для работы с многофункциональными, токарно-фрезерными и 5-координатными станками с ЧПУ. CAM Express — мощная система автоматизациипрограммирования обработки с низкой общей стоимостью владения.

https://www.plm.automation.siemens.com/ru_ru/products/tecnomatix/index.shtml

https://www.plm.automation.siemens.com/ru_ru/products/teamcenter/index.shtml

https://www.plm.automation.siemens.com/ru_ru/products/nx/for-manufacturing/cam/index.shtml

https://www.plm.automation.siemens.com/ru_ru/products/solid-edge/manufacturing/camexpress/index.shtml


Компания Dassault Systemes, долгое время совершенствуя решения вобласти проектирования и подготовки цифрового макета изделия, реализоваласвои наработки в области создания программных продуктов для трехмерногопроектирования, выпустив в 2000 году новый бренд – DELMIA (Digital EnterpriseLean Manufacturing Interactive Application).

DELMIA ориентированы, в первую очередь, на технологическуюподготовку производства и предлагают подход, более понятный и, самое главное,изначально подкрепленный конкретными средствами, с помощью которыхзаявляемые принципы могут быть реализованы.

Комплекс решений DELMIA относится к классу MPM-систем(Manufacturing Process Management). В отличие от CAD/CAM/CAE-систем, где вбольшинстве случаев применение конкретного программного инструментадостаточно жестко определяет получаемый на выходе результат (напримерцифровой макет изделия) и распределение ролей четко детерминированосодержанием выполняемых работ (проектировщик компоновки, поверхностей,твердотельной геометрии и т.д.), в MPM-системах эта зависимость гораздо болеегибкая.


Среди многолетних пользователей системы такие мировые лидеры, как Daimler, Peugeot, Nissan, Toyota, Airbus, Boeing. Такой опыт не может не использоваться, поэтому компания Dassault Systemes предлагает типовые сценарии по использованию и внедрению DELMIA в различных отраслях. Кроме того, компания имеет несколько команд внедрения, готовых обеспечить необходимый уровень поддержки любому заказчику.

В зависимости от отрасли программное обеспечение DELMIA может использоваться для решения различных задач, среди которых: проектирование оснастки; планирование производственных процессов; разработка планировок; нормирование операций; моделирование процессов сборки; проведение эргономического анализа; моделирование промышленных роботов, механизмов и станков с ЧПУ; моделирование цеховых материальных и логистических потоков; планирование серийного производства; моделирование логики устройств и программируемых контроллеров; подготовка рабочих и эксплуатационных инструкций .

В системе DELMIA имеется также целый ряд специализированных инструментов, предназначенных для применения в тех или иных отраслях (к примеру подготовка раскроя металла для судостроения или балансировка производственной линии для конвейерного производства).

Летательные аппараты являются не только высоко сложными, но и высокоточными изделиями. Так для сверхзвукового ЛА требования к точности стыков обшивок ± 0,5 мм ( для деталей ± 0,15 мм )при габаритах деталей, измеряемых метрами.В этой связи общемашиностроительные методы обеспечения точности по ЕСДП в самолетостроении пригодны только частично, основными методами увязки агрегатов и планера, а также технологической оснастки, обеспечивающей точность являются:

плазово – шаблонные , где первоисточником увязки является теоретический плаз, а средством увязки могут быть стенды, станки, шаблоны, макеты;метод объемной увязки, где первоисточником увязки является пространственный макет (эталон поверхности) ;бесплазовый метод увязки, где первоисточником увязки является

математическая модель;комбинированные методы :

1. плазово-инструментальный, плазово-шаблонный, плазово-макетный; 2. чертежно-шаблонный, чертежно-инструментальный, чертежно-макетный;3. эталонно-инструментальный, эталонно-шаблонный, эталонно-макетный для увязки

оснастки ; 4. программно-инструментальный, программно-шаблонный, программно-макетный.

Технология бесплазовой увязки деталей авиационной техники

Рис.14- Теоретический плаз обтекателя в упрощенном виде


Дальнейшее развитие плазово-шаблонного метода – это метод объемной увязки, т.е.создание объемных, пространственных макетов (эталонов) поверхностей агрегатов ЛА (рис.).

Рис.15- Пространственный макет (эталон) поверхности агрегата(обтекателя РЛС)

Для изготовления эталона с теоретического плаза копируют ШКК и для каждой оси шпангоутов изготавливают ШКС, которые монтируют на трубу, проходящую вдоль всего макета агрегата. Далее осуществляют заливку промежутков между ШКС эпоксидной композицией (пластмассой или специальными цементами). На поверхности прочерчивают линии стыка обшивок, расположение лючков, осей шпангоутов и стрингеров по данным с теоретического плаза.


На ЛА внутренние объемы строго ограничены, в этой связи для рационального размещения многочисленного бортового оборудования (РЛС, кабина экипажа, двигатель, стойки шасси, топливные баки…), сложных трасс коммуникаций (электро-, пневмо-, гидро-, топливных …систем), приборов и других агрегатов используют либо «технологический самолет», либо изготавливают базовые объемные эталоны агрегатов ЛА ( фюзеляжа, центроплана, отделяемой части крыла и т.п. по параметрам внутреннего контура обшивки.

На этой основе изготавливают «объемный плаз, т.е. «контрэталон», скопированный как слепок с базового эталона. В полости (кессоне) этого контрэталона или «объемного плаза» монтируют макеты бортового оборудования, приборов, аппаратуры, трасс электрожгутов, трубопроводов, макеты деталей каркаса, образцовые обшивки и т.п. Это позволяет устранить рассогласования их размеров, скорректировать теоретические чертежи, габариты оборудования и приборов и т.п. систем.

Рис. 16-Полость (кессон) контрэталонаили «объемного плаза»


С помощью таких комплексов программ, например, с помощью системы «UNIGRAPHICS» :

получают теоретические плазы и осуществляют обработку поверхностей и проемов эталонов;

осуществляют расчет конструктивных точек, разметку базовых осей и обрабатывают контуры ШКК на станках с ЧПУ;

осуществляют обработку теоретических контуров формблоков, обтяжных пуансонов и выполняют обработку ШВК и ШРД;

осуществляют изготовление ШКС и рубильников на станках с ЧПУ;

изготавливают штампы для листовой штамповки;обрабатывают детали на станках с ЧПУ и т.д.


Рис.17- Функциональная модель оптимизации проектов цифрового

производства вертолетных двигателей

Разработка проектов цифровых производств в машиностроении на примере производства вертолетных двигателей



Рис.18- Пример 3D-моделирования производственно-технологического центра цифрового производства вертолетных двигателей в комнате виртуальной реальности

……………………………………………………………………………

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ !

Documents

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ПРОИЗВОДСТВinnovatics-tm.ru/Lekcii2/Лекция 1... · Лекция №1. Разработка проектов цифровых