Имитация означает веру

Инструменты моделирования значительно упрощают производителям оптимизацию своих процессов, визуализируя весь производственный путь от моделирования металлообработки с ЧПУ до 3D-проектирования и создания заводских изображений. Благодаря современным инструментам моделирования проектировщики траекторий и инженеры-технологи могут легко увидеть, где именно траектории ЧПУ могут дать сбой, и исправить ситуацию на лету, что значительно ускоряет моделирование и проверку процесса металлообработки.

Некоторые из последних изменений в системах моделирования включают новые возможности, которые применяются к растущим процессам аддитивного производства, которые строители используют для быстрого прототипирования и аддитивного производства производственных компонентов. Новое программное обеспечение для моделирования ЧПУ адаптируется к этим аддитивным процессам, что значительно упрощает расчет и моделирование времени, необходимого для создания деталей в аддитивных послойных процессах как для прототипирования, так и для производства металлических деталей.

В более традиционной субтрактивной обработке производители также продолжают сосредотачиваться на продолжающейся тенденции к распространению богатства с помощью инструментов моделирования более высокого уровня, с «демократизацией» и распространением использования моделирования, включая автоматизированное проектирование (CAE), обычно используемое в основном высококвалифицированные специалисты по всей производственной цепочке проектирования/производства.

Моделирование аддитивных и вычитательных операций

Новейшие инструменты моделирования и проверки ЧПУ, включая Vericut от CGTech (Ирвин, Калифорния) и NCSimul от Spring Technologies (Бостон), добавляют дополнительные возможности для моделирования и проверки процессов почти так же, как и для традиционной обработки.

«Аддитивное производство — это новейшая тенденция, и все больше и больше производителей включают этот метод в свой каталог возможностей», — сказал Джин Граната, менеджер по продуктам CGTech для Vericut. «CGTech в настоящее время работает с технологическими партнерами, такими как GE, Dassault Aviation, Mazak, Университет Шеффилда и Коннектикутский центр передовых технологий [CCAT], чтобы сотрудничать и развивать наш модуль AM, который планируется выпустить в Vericut 8.1, который должен выйти позже в этом году. год.”

Новый Vericut добавляет оптимизированные траектории с использованием данных, загруженных из облака. «В нашем последнем выпуске программного обеспечения Vericut 8.0.2 мы обновили наш модуль оптимизации траекторий Force, основанный на физике, который теперь получает входные значения непосредственно из облачных инструментов и использует несколько новых функций, которые упрощают настройку оптимизации», — отметил Граната. . «Благодаря микроанализу условий резания, с которыми сталкивается программа ЧПУ, Force гарантирует, что программы ЧПУ имеют оптимальную скорость подачи и идеальную толщину стружки, которые не превышают безопасных пределов силы или мощности. Это значительно повышает производительность».

Технические улучшения в новом Vericut включают более 100 пользовательских запросов в Vericut 8.0.2, которые упрощают настройку и улучшают взаимодействие с пользователем, помогая продлить срок службы инструментов и избежать дорогостоящего повреждения шпинделя станка. «Некоторые конкретные улучшения включают в себя обновления в модуле оптимизации силы, Tool Manager теперь импортирует больше доступных данных об использовании и производительности инструмента, а продукт Vericut Drill and Fastener [VDAF] Simulation выигрывает от обновленного графического пользовательского интерфейса [GUI]», — добавил Граната. . «Все эти усовершенствования призваны помочь нашим клиентам максимально эффективно проверять и оптимизировать свой код ЧПУ».

«Хотя моделирование для аддитивных технологий является относительно новым, оно открывает большие перспективы для производственных заказчиков», — отметил Сильвер Пройзи, генеральный менеджер Spring Technologies, разработчик NCSimul Machine и связанных с ним предложений по моделированию. «Для аддитивного моделирования мы моделируем движение машин и рассчитываем время, необходимое для наслоения металла», — сказал Пройзи.

Пройзи отметил, что Spring Technologies в основном сосредоточилась на процессах аддитивного производства металлов, работая с поставщиками уровня 1 и уровня 2 в аэрокосмическом и оборонном секторах, включая производителей двигателей и шасси, которые разрабатывают модели для использования возможностей программного обеспечения NCSimul для этих аддитивных процессов. .

По словам Пройзи, моделирование любого производственного процесса имеет решающее значение, и с помощью программного обеспечения Spring NCSimul 4CAM производственные операции становятся более гибкими в цеху. По словам Пройзи, одним из преимуществ NCSimul является то, что пользователи могут моделировать производственный процесс резки или добавления в реальном G-коде, и если есть какие-то сокращения или перемещения, которые не следует делать, можно легко вернуться и перестроить процесс. «Вам не нужно перезапускать процесс, вы можете редактировать симуляцию «на лету», что позволяет вам перестроить деталь», — сказал он.

Другие поставщики программного обеспечения для моделирования, вступающие в аддитивную игру, включают тяжеловесов программного обеспечения Dassault Systèmes (Париж) и Siemens PLM Software (Плано, Техас).

Выход Dassault на арену AM включает инженера по аддитивному производству компании, доступного как в облачной, так и в локальной версии, который позволяет производителям подготавливать и проверять процессы AM. Программное обеспечение экономит время пользователей, позволяя архивировать лучшие практики для повторного использования, автоматически оптимизируя положение деталей и разрабатывая различные стратегии для аддитивного процесса.

Утверждается, что версия 3DExperience 2017x трансформирует проектирование, моделирование и производство с гораздо более высоким уровнем интеграции. С новой ролью Function Generative Designer дизайнеры предоставляют функциональную спецификацию (включая 3D-оболочку, сценарий загрузки, материалы, целевые показатели снижения веса, желаемый производственный процесс), а нажатие кнопки запускает моделирование и создает оптимизированную концептуальную форму. Это позволяет дизайнерам и инженерам воспользоваться преимуществами гибкости аддитивного производства по сравнению с более традиционными производственными процессами, такими как фрезерование, литье и ковка. Две новые роли цифрового производства и производства для аддитивного производства определяют и оптимизируют настройку и процесс для сплавления в порошковом слое и промышленной 3D-печати, а также для программирования лазерного пути.

В январе 2017 года Siemens AG (Мюнхен) и разработчик добавок Materialise NV (Левен, Бельгия) объявили о партнерстве, в рамках которого компании будут сотрудничать в интеграции программного обеспечения Siemens PLM NX с технологиями Materialise в секторе AM. В соответствии с соглашением компании интегрировали технологию Materialise в программное обеспечение NX CAD/CAM/CAE, что позволило ему точно проектировать CAD-модели для процессов 3D-печати методом порошковой сварки и струйной печати. По словам компаний, получившееся программное обеспечение ускоряет процесс создания полностью напечатанных на 3D-принтере деталей на 30% и более.

Сделка представляет собой огромный шаг вперед в том, чтобы сделать аддитивное производство основной производственной практикой для клиентов, сказал в своем заявлении Цви Фойер, старший вице-президент по программному обеспечению для проектирования производства Siemens PLM Software. «До сих пор процесс аддитивного производства требовал от производителей работы с двумя отдельными системами — одной для проектирования продукта, а другой для подготовки этого проекта к 3D-печати», — сказал Фойер. «Проблемы перевода данных и отсутствие ассоциативности между этими двумя системами привели к тому, что процесс занял много времени и подвержен ошибкам. Устраняя эти проблемы, мы помогаем расширить внедрение аддитивного производства в качестве универсального производственного инструмента».

Теперь NX использует технологию из набора материалов для 3D-печати Materialise Magics 3D Print Suite, позволяя использовать широко распространенные процессы аддитивного производства для производства конечных деталей, включая сплавление в порошковом слое, а также струйную обработку материалов, что обещает еще больше ускорить эволюцию аддитивного производства от прототипирования до полномасштабного производства. технология изготовления. Это решение плавно и ассоциативно связывает NX с технологией решетки Materialize, проектированием опорных конструкций, трехмерным вложением, подготовкой сборочного лотка и технологией каркаса процессоров сборки для аддитивного производства. Это исключает перевод данных, преобразования и гарантирует, что изменения в цифровых моделях дизайна продукта автоматически и ассоциативно отражаются в заданиях на 3D-печать. Результатом является более высокая точность модели, более высокое качество и гораздо более быстрый процесс проектирования и производства.

Обмен CAE с массами

Среди последних тенденций моделирования более широкое внедрение инструментов CAE, включая такие инструменты, как вычислительная гидродинамика (CFD), анализ методом конечных элементов (FEA) и оптимизация топологии, начало продвигаться в производственных операциях, так как все больше инженеров вне CAE специалисты используют возможности этих технологий моделирования.

«Некоторые тенденции, влияющие на производство в целом, также отражаются в программном обеспечении для моделирования. К ним относятся аддитивное производство и связанные с ним методы моделирования, оптимизация топологии и моделирование композитов на стороне продукта», — отметил Рави Шанкар, директор по глобальному маркетингу продуктов моделирования, Siemens PLM Software. «Аддитивное производство также имеет значение для создания инструментов для различных традиционных производственных процессов. Кроме того, методы моделирования также применяются к производственному процессу, например моделирование сборки, моделирование робототехники, моделирование потока материалов, а также моделирование человека и эргономика».

Моделирование позволяет гораздо раньше обнаруживать потенциальные проблемы и позволяет компаниям избегать таких проблем до их возникновения, отметил Шанкар. «Это напрямую влияет на производительность, сокращая время простоя производства, обеспечивая более быструю обработку, увеличивая срок службы инструмента и его использование, а также снижая затраты на материалы», — сказал он.

Шанкар добавил, что процесс оцифровки необходим для создания хорошего продукта, произведенного аддитивным способом. «У Siemens есть несколько инициатив по оптимизации проектирования, моделирования и производства аддитивных продуктов», — сказал он. «К ним относятся последние инновации для генеративного проектирования, которые позволяют разработчикам, использующим NX, использовать методы оптимизации топологии для создания легких, органических форм, уточнять эти проекты с помощью конвергентного моделирования, а затем управлять производственными процессами. Аналогичным образом, для композитов «Сименс» предлагает решения для оптимизации укладки композитов, моделирования процесса драпировки и воздействия на детали, моделирования эффектов отверждения и пружинения и т. д.».

Несмотря на то, что был достигнут прогресс в «демократизации» CAE-инструментов, как описал исследователь CAD/CAM CIMdata Inc. (Анн-Арбор, Мичиган) несколько лет назад в своем исследовании моделирования, предстоит пройти довольно долгий путь для дальнейшего внедрения такие симуляции, по словам Шанкара. «Мы, безусловно, видим, что некоторые компании лидируют в плане внедрения технологий моделирования, но мы также видим большой потенциал для расширения использования и повышения ценности этих технологий для инженеров-технологов», — добавил Шанкар. «Технологии моделирования используются для структурного анализа, моделирования течения и охлаждения форм, производства композитов и других задач. В большинстве случаев ими по-прежнему занимаются специалисты по моделированию. Поэтому мы считаем, что демократизация CAE, хотя и находится в процессе, еще не полностью реализовала свой потенциал».

Оптимизированное сверление

Обработка дорогих коррозионно-стойких материалов чрезвычайно сложна для сверл, и в недавнем исследовании, проведенном исследователями из Технического университета Дортмунда (Дортмунд, Германия), использовались инструменты анализа потока жидкости и структурного анализа от Ansys Inc. (Питтсбург) для анализа распределения потока охлаждающей жидкости и добиться более длительного срока службы инструмента.

В Институте технологии обработки (ISF) Технического университета Дортмунда группа исследователей под руководством профессора Дирка Бирманна проанализировала методы продления срока службы сверл для использования с суперсплавом Inconel 718. Низкая теплопроводность этого сплава означает, что большое количество необходимо отводить тепло от зоны расточки внешними методами, иначе инструмент может деформироваться. Это может привести к ухудшению качества отверстия или поломке твердосплавного сверла. Относительно низкие скорости сверления до 50 м/мин используются для поддержания более низких температур в зоне резания, но по-прежнему требуется жидкий хладагент. Чтобы направить охлаждающую жидкость туда, где она необходима, она прокачивается через два крошечных канала внутри земли, сплошной спиральный рисунок бурового долота.

Чтобы понять сложное взаимодействие между конструкцией сверла, охлаждающей жидкостью и заготовкой из инконеля, команда ISF использовала инструменты моделирования от Ansys для оптимизации процесса, выполнив анализ взаимодействия жидкости и конструкции (FSI). Процесс включал создание полных сеток жидкости, затем инженеры использовали программное обеспечение Ansys CFX для вычислительной гидродинамики (CFD) для моделирования распределения охлаждающей жидкости в области жидкости. Команда также использовала Ansys Mechanical с добавленным граничным условием сил охлаждающей жидкости, рассчитанным CFX, для завершения анализа FSI. Включая все различные модели CFD и Mechanical, ISF завершила свой вычислительный анализ в течение четырех недель. «Сверление сплава инконель тщательно контролируется, чтобы предотвратить быстрый износ и повреждение станков», — отметил Бирманн. «Команда модифицировала процесс охлаждения, чтобы увеличить срок службы инструмента примерно на 50 %».

Проверка цифровой фабрики

Помимо аддитивных и CAE-разработок, потребность производителей в быстром проектировании планировок заводских цехов как никогда высока. Новые инструменты цифрового моделирования производства, такие как FastSuite Edition 2 от Cenit North America (Auburn Hills, MI), помогают производителям проектировать заводские схемы и заранее проверять все производственные процессы, ускоряя процесс и оптимизируя проекты.

«IoT или Индустрия 4.0 представляют собой радикальные изменения, которые потрясают самые основы производственного цеха. Цифровое заводское программное обеспечение и 3D-инструменты продвигают эти изменения», — отметил Ли Ван Эвери, старший менеджер по работе с клиентами Cenit в Северной Америке. «Программное обеспечение для цифровых заводов помогает компаниям эффективно внедрять интеллектуальное производство. В настоящее время программное обеспечение должно быть совместимо со всеми CAD-системами и работать с роботами и машинами любых производителей. Это обязательное условие для отношений с клиентами, которые становятся все более и более разнообразными благодаря более сложным и требовательным системам».

Ван Эвери отметил, что сегодняшнее программное обеспечение для трехмерного моделирования позволяет визуализировать и проверять процессы и производственные задачи. «Производственные предприятия редко создаются с нуля, а часто перепланируются в процессе производства. Наличие виртуальных заводов и заводов-моделей в качестве точного представления реальных производственных систем не только геометрически и кинематически, но и в отношении логического поведения и управления производственными единицами гарантирует гибкие, самоорганизующиеся производственные единицы», — сказал он. .

«Цифровая фабрика позволяет внедрять новые производственные процессы, концепции заводов и технологии, которые были бы слишком дорогими или даже невозможными без решений, основанных на моделировании», — добавил он. «Чем больше роботизированных приложений используется — не только для простых задач обработки, но и для сложных производственных этапов — тем больше преимуществ от использования инструментов программирования и моделирования. Программные решения прокладывают путь к этим сложным приложениям, предоставляя оператору необходимую среду программирования и моделирования для создания приложений, которые ранее представлялись с помощью ручного обучения или не демонстрировали необходимого качества процесса.

Вместо создания быстрой компоновки с использованием компонентов 3D CAD из каталога, а затем программирования сценариев и макросов для моделирования потока материала и поведения ячейки, FastSuite Edition 2 использует мехатронные компоненты и ресурсы для определения компоновки и в то же время по словам Ван Эвери, определяет схематическую логику производственного острова. «Таким образом обеспечивается совпадение смоделированного и реального поведения, потому что моделирование основано на той же логике, которая использовалась при программировании ПЛК, и, следовательно, позже соответствует реальному поведению системы».

По словам Ван Эвери, новое программное обеспечение Cenit FastSuite предоставляет удобные функции для интеграции новых, специфичных для проекта компонентов в компоновку. «Этот процесс должен быть быстрым и простым для пользователей, не обладающих знаниями в области программирования».

Инфраструктура программного обеспечения основана на открытых стандартах, добавил он, с последовательным использованием AML (Automation Markup Language) в качестве описательного языка, например, для системных моделей, что, по словам Ван Эвери, позволяет значительно упростить взаимодействие с инженерами-партнерами посредством стандартизированного, системно-нейтрального обмен полными системными данными или данными оборудования, включая кинематические и логические определения. Кроме того, PLC Open гарантирует, что системная логика, лежащая в основе первых концепций моделирования, также может быть использована для последующего программирования ПЛК. Программное обеспечение использует общую память, в которую элементы управления записывают данные моделирования и из которой 3D-визуализация затем считывает данные моделирования.

«Производственные процессы, такие как завальцовка, герметизация, склеивание или покраска, требуют виртуальной среды программирования и моделирования, чтобы ими также можно было эффективно управлять, когда поступают небольшие партии или происходят технические изменения, требующие обновления новых автономных программ для роботизированных модулей. — заявил Ван Эвери. «Тогда есть еще один аспект, демонстрирующий преимущество современной цифровой фабрики:гораздо эффективнее повторно использовать не только данные САПР, но и метаданные, предоставленные инженерами [например, для крепежа], вместо того, чтобы переопределять их в производстве. каждый раз».

С точки зрения производства, Line Designer — это передовое приложение для проектирования и визуализации компоновок производственных линий в программном обеспечении NX, сказал Шанкар из Siemens. «Интегрированная платформа Siemens PLM Software позволяет инженерам легко связать разработанную компоновку с производственным планированием. Таким образом, макет, созданный с помощью Line Designer, можно использовать для проверки производственного процесса с использованием программного обеспечения Tecnomatix для цифрового производства. Используя приложение Process Simulate, вы можете проверять широкий спектр роботизированных приложений, что позволяет вам моделировать полные производственные системы, включая проверку ячеек и оптимизацию размещения роботов. Моделируя производственные процессы, вы можете определить оптимальный производственный процесс».