Компьютерные технологии при внедрении новой продукции

                Компьютерные технологии при внедрении новой продукции

       Процесс разработки и запуска в производство пластмассовой детали получаемой методом литья под давлением можно условно разделить на следующие этапы:

1. Составление требований к детали или изделию, в состав которого должна входить эта деталь (Техническое задание на изделие).
2. Разработка компоновки и дизайна детали или изделия (Дизайн изделия).
3. Разработка конструкции детали (Конструирование изделия).
4. Составление требований к оснастке (Техническое задание на пресс-форму).
5. Разработка конструкции оснастки (Конструкторская документация пресс-формы).
6. Закупка заготовок и комплектующих деталей.
7. Изготовление деталей и сборка пресс-формы.
8. Первые испытания пресс-формы.
9. Доработка пресс-формы, финиширование поверхностей матрицы пресс-формы.
10. Приемочные испытания пресс-формы.
11. Изготовление первой промышленной партии деталей. Выявление и доработка скрытых дефектов оснастки (Процесс обкатки пресс-формы).
12. Серийный выпуск деталей литьем под давлением на изготовленной оснастке.

      Все этапы, указанные выше, могут происходить только в хронологической последовательности, один за другим. Общий срок запуска в производство нового изделия складывается из большого количества этапов разработки – с 1 по 5 этап и этапов испытаний и доработки оснастки – с 8 по 11 этап. Получается, что 5 из 12 этапов никак не зависят от скорости и точности работы инструментального производства, а напрямую зависят от эффективности организации работ и квалификации инженерных кадров. Сроки же проведения этапов с 8 по 11 очень сильно зависят от качества работ, выполненных на первых 5 этапах, причем, чем на более раннем этапе допускается ошибка, тем к более серьезным проблемам это приводит на последующих этапах.

      Если рассматривать усредненные сроки работ, то оказывается, что на российских предприятиях время выполнения этих первых 5-и этапов запуска в производство нового изделия составляет от 3-х до 6-и месяцев.

      Перечислим методы, ускорения сроков разработки изделия и оснастки:

1. Четкость планирования работ (применение современных компьютерных методов планирования PDM/CAP/CIM/...).
2. Использование одного программного обеспечения на всех этапах математического моделирования, построения чертежей и подготовки программ для обработки (CAD/CAM).
3. Использование систем компьютерного анализа прочности деталей, процессов литья пластмасс и систем пресс-формы, компьютерные базы данных и справочные системы, компьютерные системы для обучения (CAE).

      Остановимся подробней на задачах, которые позволяют решить системы компьютерного анализа CAE (Computer Aided Engineering).

      При проектировании деталей изделия, конструктор сталкивается с проблемой поиска компромисса между сложностью и материалоемкостью конструкции с одной стороны и необходимой прочностью и работоспособностью с другой. От того насколько точно будет установлена грань между прочностью и материалоемкостью детали сильно зависит себестоимость материала детали при производстве. В  случае, когда серийность деталей достигает миллионов единиц продукции в год, возможная экономия исчисляется сотнями тысяч долларов. Компьютерный анализ прочности позволяет достигнуть оптимального решения и свести к минимуму последующие доработки и расходы на сырье. Наиболее распространенные программы, которые используются для конечно-элементного расчета прочности – ANSYS и COSMOS. Разработчики этих программ выпускают модули, интегрируемые в наиболее распространенные CAD программы, такие как SolidWorks, Pro/ENGINEER, Unigrafics, CATIA. Это позволяет быстро освоить данные программные приложения и эффективно, без потерь данных проводить необходимые расчеты.

      Проектирование оснастки так же сопряжено с большим количеством решений, которых не возможно точно найти сразу, если не применять методов компьютерного анализа. Основные проблемы, которые могут возникнуть в результате ошибок проектирования, при первых испытаниях пресс-формы приведены на Рисунке 1.

 

 

Недолив	Облой	Матовые пятна/мутность на впуске
Следы течения	Струйное заполнение	Волнистая поверхность
Подгары	Пузыри, пустоты	Серебристые полосы
Утяжки	Некачественные линии спая	Воздушные ловушки
Длительный цикл литья	Следы от выталкивателей	Размерный брак
Коробление	Растрескивание	Нестабильность размеров при хранении и эксплуатации

Рис. 1

Многие отечественные производители очень часто вынуждены тратить большое количество времени на доработку оснастки после первых испытаний. Выявить причины возникновения конкретного дефекта не всегда просто. Компьютерный анализ может помочь сэкономить много времени в случае проектирования новой оснастки и устранения проблем на уже изготовленной.

      Наиболее распространенной системой компьютерного анализа процессов литья термопластов считается система Moldflow. Перечень задач, которые позволяет решать компьютерный анализ, при проектировании приведен ниже:

1. Анализ впрыска, выдержки под давлением и выдержки на охлаждение (позволяет оптимизировать расположение и размеры мест впрыска, что уменьшает возможность проявления литейных дефектов; размеры литниковых каналов, что позволяет свести к минимуму отходы пластика при производстве).
2. Анализ охлаждения пресс-формы (позволяет сократить время цикла производства, что снижает расходы на работу термопластавтомата; снизить вероятность коробления пластиковой детали после съема из пресс-формы; исключить возможность поломки дорогостоящих закаленных формообразующих частей пресс-формы из-за перепада температур).
3. Анализ усадки и коробления (позволяет снизить вероятность коробления пластиковой детали после съема из пресс-формы, предугадать возможные места возникновения утяжин и исключить их путем доработки конструкции, см. рис.2).

Рис. 2

4. Анализ усадки и исполнительных размеров формообразующих частей (позволяет правильно выбрать усадочные коэффициенты и исключить возможность неточных размеров отливок).
5. Анализ поведения изделия при эксплуатации (позволяет исключить возникновение нестабильности размеров детали при хранении и эксплуатации).
6. Анализ ориентации волокна (нужен для расчета литья деталей из наполненных конструкционных пластиков).
7. Автоматическая оптимизация профилей скорости и давления (позволяет оптимизировать литейные режимы).
8. Анализ литья с газом (позволяет рассчитать литейные процессы в случае использования метода литья с газовой поддержкой).
9. Анализ литья со вспениванием (позволяет рассчитать литейные процессы в случае использования пластика со вспениванием).

      Применение вышеописанных расчетов позволяет существенно снизить трудоемкость работ по доработке пресс-формы, увеличить ресурс изготавливаемой оснастки до капитального ремонта, уменьшить себестоимость литейных деталей и улучшить их качество. Как показывает практика, в совокупности применение компьютерного анализа при проектировании нового изделия и оснастки позволяет снизить общее время подготовки производства на 30-35% .

      Другая важнейшая составляющая, влияющая на качество и сроки работ по подготовке производства нового изделия – контроль за работами на этапах закупки материалов, изготовления и сборки деталей оснастки и последующих этапах испытаний, доработки и производства. Так, например, если формообразующая деталь была изготовлена из некачественной заготовки – это может привести к необходимости ее изготовления заново. Трудоемкость этих работ может составить до 30% от трудоемкости изготовления всей пресс-формы. Помочь решить проблему контроля качества в машиностроительном производстве могут компьютерные технологии управления качеством (Computer Aided Quality - CAQ).

      Эта система призвана обеспечить наблюдение за качеством производственных процессов на всех этапах жизненного цикла изделия. В общем случае, CAQ представляет собой сложную многоуровневую измерительно-вычислительную сеть, в которой осуществляется разнообразное перемещение измерительной информации. Особое значение применение подобных систем приобретает в случае, когда в процессе подготовки производства принимают участие большое количество подрядчиков.

      Для того чтоб внедрить компьютерную систему управления качеством (CAQ-наблюдателя) для конкретного производства требуется решить следующие проблемы:

1. Создание достоверных моделей состояния конкретных технологических процессов и производств, полнота которых достаточна для обеспечения заданного качества;
2. Разработка стратегии наблюдения за параметрами технологического процесса и участвующих в нем потоков, достаточной для требуемой полноты моделей состояния;
3. Разработка стратегии оценивания наблюдаемых параметров;
4. Разработка стратегии выработки решения на оптимальное управление.

 Для производства, которое занимается изготовлением оснастки и литьем под давлением операции, которые подобная система отслеживает можно разбить на следующие виды:

1. Входной контроль материалов и стандартных компонентов.
   1. Контроль геометрических параметров.
   2. Контроль химического состава.
   3. Контроль твердости.
   4. Контроль сопроводительных документов (сертификатов, Data sheet, и т.д.).
   5. Контроль влажности (для пластикового сырья).
2. Контроль геометрических размеров оригинальных изготавливаемых деталей.
3. Диагностика процессов изготовления и обнаружение отклонений в процессе производства (ЧПУ обработка, закалка, электроэрозия и т.д.).
4. Контроль при серийном производстве.

      Внедрение подобной системы может существенно снизить трудоемкость работ благодаря своевременному выявлению любого отклонения от производственного процесса.

      Использование описанных в этой статье компьютерных технологий поможет существенно снизить сроки разработки и внедрения новой продукции, приведет к повышению качества работы на всех ее этапах и в экономическом смысле снизит себестоимость продукции и повысит прибыль предприятий.

 

Автор: Патрикеев Иннокентий Владимирович (Генеральный директор ООО "Инпат")