Dzięki wdrożeniu modelu prototypowania cyfrowego w firmie Richlin Machinery niemal zniknęły problemy z mechanicznym niedopasowaniem części
Dbając o zachowanie konkurencyjności na rynku, zarówno małe, jak i duże przedsiębiorstwa produkcyjne dokładają wszelkich starań, aby zmaksymalizować efektywność działania. Dzięki takim technikom, jak prototypowanie oraz projektowanie procesów produkcyjnych w przestrzeni cyfrowej, wiadomo, jak będą produkowane wyroby, zanim jeszcze ich projekty przejdą do fazy produkcji.
W pewnej średniej wielkości firmie opierającej się na działalności projektowej koncepcja prototypowania cyfrowego wsparła transformację całego modelu biznesowego. Chodzi o firmę Richlin Machinery (Farmingdale, USA), produkującą części i maszyny dla przemysłu. U progu nowego tysiąclecia jej prezes, Jeff Richlin, dostrzegł kryzys rynku standardowych obrabiarek, ponieważ odbiorcy zaczęli sprowadzać niewielkie, gotowe elementy z Chin i innych państw o niskich kosztach produkcji.
– Amerykańskie przedsiębiorstwa, które dotąd obrabiały potrzebne im części na terenie USA, nagle zaczęły przesuwać produkcję poza granice kraju – wspomina Jeff Richlin. – Sprzedaż zaczęła gwałtownie spadać.
Gdy eksploatowany do tej pory rynek przeniósł się za granicę, Richlin szczegółowo rozważył perspektywy swojej firmy i odkrył pewną niszę: maszyny wykonywane na zamówienie. Stwierdził również, że zwycięstwa w przetargach oraz konstruowanie maszyn i urządzeń dostosowanych do ściśle określonych potrzeb odbiorcy może firmie zapewnić technika trójwymiarowego, wspartego komputerowo projektowania (CAD 3D).
Do roli oprogramowania CAD 3D wybrano pakiet Inventor firmy Autodesk w wersji profesjonalnej, oferujący funkcje prototypowania cyfrowego. To przede wszystkim dzięki temu rozwiązaniu, zaliczanemu do kategorii zarządzania cyklem życia produktu (PLM), firma Richlin Machinery z powodzeniem mogła wykonywać na zamówienie maszyny np. do zautomatyzowanego przeładunku materiału.
Oprogramowanie Inventor umożliwia pracownikom firmy szybką odpowiedź na zapytania ofertowe. – Na podstawie podanych wymagań możemy opracować cyfrowy, trójwymiarowy model produktu i wysłać go klientowi – tłumaczy Jeff Richlin. – Po dodatkowych ustaleniach dotyczących projektu klient zazwyczaj ocenia trójwymiarowy model, akceptuje go, a następnie prosi o opracowanie dokładniejszego modelu cyfrowego.
Klienci otrzymują projekty w „lekkim” formacie DWF firmy Autodesk lub korzystają z animowanych demonstracji w formacie Audio Video Interleave. Metoda ta nie tylko usprawnia komunikację z klientem w zakresie nadzoru nad projektem, ale także pozwala uniknąć potencjalnych problemów w produkcji. – Pracując z cyfrowym prototypem, mamy pewność, że wszystkie elementy pasują do siebie, poprawnie wykonują swoje funkcje, zapewniają właściwą pracę mechanizmów i nie kolidują ze sobą – wyjaśnia Richlin.
Do najważniejszych wyzwań, z jakimi muszą się zmierzyć firmy wykorzystujące oprogramowanie 3D, należy wydajność pracy przy dużych i złożonych projektach oraz zarządzanie złożonymi relacjami między projektami CAD
Klient nasz pan
Autodesk, który w ostatnim roku finansowym osiągnął przychód 1,84 mld USD, to największy na świecie dostawca oprogramowania CAD. Podczas gdy inni wytwórcy narzędzi projektowych promują rozwiązania PLM pod hasłem stymulatorów innowacji, Autodesk skupia się raczej na potrzebach średnich przedsiębiorstw, przechodzących z narzędzi dwuwymiarowych na trójwymiarowe. – Transformacja z domeny 2D do 3D trwa dłużej, niż oczekiwano – nie pozostawia złudzeń Robert „Buzz” Kross, wicedyrektor Autodesk Manufacturing Solutions.
O przyspieszeniu migracji do nowocześniejszych narzędzi świadczy jednak wzrost przychodów oddziału rozwiązań dla przemysłu produkcyjnego Autodesku w ostatnim kwartale o 30% w stosunku do tego samego okresu roku poprzedniego. Zdaniem Krossa najwyższe w tym segmencie rynku zwiększenie przychodów wynika przede wszystkim z sukcesów pakietu Inventor.
Przewodnia koncepcja Autodesku – prototypowanie cyfrowe – przypomina ideę zarządzania cyklem życia produktu, ale bez złożonych zagadnień właściwych bardzo dużym przedsiębiorstwom. Koncepcja ta nie ogranicza się do wytworzenia fizycznego prototypu na podstawie danych cyfrowych. Według specjalistów Autodesku prototyp cyfrowy oznacza „pojedynczy cyfrowy model produktu wykorzystywany na wszystkich etapach produkcji, skupiający w jednym miejscu koncepcje projektantów oraz inżynierów i pracowników produkcji”.
Opierając się na rosnącej mocy obliczeniowej współczesnych komputerów oraz integracji rozwiązań, specjaliści Autodesku zapewniają użytkownikom m.in. dwukierunkowy przepływ koncepcji i danych projektowych, większy udział funkcji analitycznych w procesie projektowania, a także tłumaczenie danych projektowych na język maszyn i urządzeń produkcyjnych. O szczególnej zdolności maksymalnego wykorzystania dostępnej mocy obliczeniowej świadczą np. funkcje podglądu z wykorzystaniem algorytmu wizualizacji polegającym na śledzeniu promieni światła w wirtualnym modelu przestrzennym (ray tracing) w czasie rzeczywistym dostępne w programie Autodesk AliasStudio.
Dr. Andrew Anagnost z działu produktów CAD/CAE Autodesku zauważa, że w przedsiębiorstwach wykorzystujących koncepcję prototypowania cyfrowego odnotowano takie usprawnienia, jak dostępność wielu fizycznych prototypów, skrócenie czasu wprowadzania produktu na rynek o 45 dni, a także zmniejszenie o ok. dwie trzecie liczby zmian projektu w porównaniu ze średnią w sektorze produkcji.
Problemy z wydajnością aplikacji mogą wynikać z niedostatecznej szybkości procesorów, braku pamięci lub zastosowania niewłaściwej karty graficznej. Z kolei ograniczenia pamięci to typowe wady
systemów 32-bitowych, z którymi radzą sobie jednak systemy
64-bitowe
Koniec luzów
Zanim w firmie Richlin Machinery wdrożono model prototypowania cyfrowego pakietu Inventor, problemy z mechanicznym niedopasowaniem części należały do codzienności. Po przestawieniu się firmy na nowy model pracy kwestie „wcisku” i „luzu” nadal mogą dać o sobie znać, ale zdarza się to bardzo rzadko.
Jak wyjaśnia Jeff Richlin, w zrealizowanym niedawno zamówieniu na maszynę składającą się ze 170 części pojawiły się jedynie trzy niewielkie i łatwe do usunięcia rozbieżności między cyfrowym prototypem a końcowym produktem. – Bazując na cyfrowym prototypie, mamy niemal stuprocentową gwarancję, że wszystkie elementy projektu będą do siebie idealnie pasowały – zapewnia Jeff Richlin.
Największą jednak korzyścią, jaką z prototypowania cyfrowego wynosi producent maszyn wykonywanych na zamówienie, jest możliwość aktywnej realizacji wymagań klienta. – Dzięki technice prototypowania cyfrowego możemy łatwo określić potrzeby zamawiającego – wyjaśnia Jeff Richlin. – Gdy wstępny projekt wraca do klienta, często okazuje się, że zamawiającemu chodzi o nieco inne rozwiązanie i projekt wymaga doprecyzowania.
Inne firmy projektowe również korzystają z aplikacji, za pomocą których przedsiębiorstwa oferujące standardowe produkty mogą symulować i usprawniać procesy związane z montażem części. Takie narzędzia, jak Delmia firmy Dassault Systemes oraz oprogramowanie Tecnomatix – należące obecnie do oferty Siemens PLM Software, służą do tworzenia w sposób najbardziej efektywny projektów dopracowanych pod każdym względem jeszcze przed dopuszczeniem do fazy produkcji.
Dzięki skupieniu w jednym narzędziu szczegółowych danych projektowych w trójwymiarowym modelu użytkownicy mają szansę dostrzec niuanse, które przy użyciu zwykłych rozwiązań zostałyby przeoczone. – Technika prototypowania cyfrowego gwarantuje, że projekt uwzględni wszelkie istotne współczynniki tolerancji – zapewnia Jeff Richlin. – Nasi specjaliści nie będą musieli montować części „z luzem” czy „na wcisk” ani spiętrzać „wcisków”, aby zrównoważyć „luzy”, co z pewnością nie wzbudziłoby zachwytu klienta.
Autor: Michał Andrzejczak
|
Prototypowanie cyfrowe – strategia najlepszej produkcji
dr Andrew Anagnost, wiceprezes działu produktów CAD/CAE, Manufacturing Solutions, Autodesk
Nawet najlepszy kalkulator nie zastąpi inżynierowi solidnej wiedzy i doświadczenia, a samo oprogramowanie do trójwymiarowego modelowania bryłowego nie zagwarantuje najlepszej jakości produkcji. Potwierdzają to opublikowane w 2007 r. wyniki badania „Digital Product Development Benchmark Report” przeprowadzonego przez Aberdeen Group wśród najbardziej efektywnych producentów.
W raporcie wykazano, że najlepsi producenci są w stanie osiągać założone przychody, koszty, terminy wprowadzenia na rynek i jakość w przypadku 91% swoich wyrobów. W takich firmach z 22% większym prawdopodobieństwem niż w pozostałych na wszystkich etapach tworzenia produktu wykorzystywano pojedynczy prototyp cyfrowy. Dzięki możliwości rezygnacji z jednego lub więcej prototypów fizycznych producenci skracali termin wprowadzenia wyrobu na rynek nawet o 14 tygodni, oszczędzając przy tym od 7600 do przeszło 1 mln USD.
Na czym polega sztuczka? Badanie wykazuje, że samo projektowanie 3D nie decyduje znacząco o różnicy między najlepszymi a średnimi firmami. Ale modelowanie bryłowe jest jednym z aspektów prototypowania cyfrowego, techniki będącej podstawą sprawniejszego projektowania i produkowania wyrobów.
Najlepsze metody postępowania
Według Aberdeen Group liderzy rynku do komunikacji między projektantami a produkcją częściej wykorzystywali rozwiązania cyfrowe niż dokumenty papierowe. Tacy producenci tworzą w praktyce coś, co nazywam „cyfrowym tokiem prac”, a co umożliwia swobodny przepływ informacji w obu kierunkach na wszystkich ważniejszych etapach projektowania i produkcji. Mając elektroniczny dostęp do informacji projektowych i wykonawczych, z możliwością wprowadzania zmian i poprawek, zespoły zyskują pewność, że pracują na informacjach aktualnych i otrzymują je bez opóźnienia.
Wielokierunkowy przepływ informacji prowadzi do powstania układu sprzężenia zwrotnego zwiększającego wydajność. Aberdeen wskazuje, że znajomość środowiska produkcyjnego ułatwia oszacowanie stopnia złożoności produkcji już na najwcześniejszych etapach projektowania wyrobu.
Połączenie trzech etapów produkcji
Działanie „cyfrowego toku prac” jest zakłócane przez różnice w trzech podstawowych etapach tworzenia wyrobów: koncepcji, projektowania i produkcji. Udrożnienie zatorów komunikacyjnych wynikających z tych różnic przyczyni się do szerszego stosowania prototypowania cyfrowego.
Na etapie koncepcji projektu większość pracy wykonuje się z użyciem tablicy lub papieru, a te „formaty” nie są łatwo przenoszone do arkuszy kalkulacyjnych, edytorów tekstów czy innych programów rejestrujących informacje o wyrobie, zanim przybierze on postać wymierną. Projektanci przemysłowi często swoje pomysły odwzorowują początkowo w modelinie.
Potem zaczyna się ciężka praca nad przekształceniem informacji „analogowych” w dane, na podstawie których inni będą mogli opracowywać produkt. Jeżeli wzornictwo i wizualizację realizuje się cyfrowo, dane te można, choć nie zawsze trzeba, wykorzystać później w aplikacjach projektowych. Ale przyjmując z góry założenie stosowania zgodnego oprogramowania lub innych mechanizmów integracji danych, producenci mogą udrożnić przepływ informacji między etapami koncepcyjnym a konstrukcyjnym.
A to umożliwia stosowanie najlepszych zasad postępowania, które według badań Aberdeen Group rygorystycznie stosują najbardziej efektywni producenci. Przede wszystkim dokumentują w postaci elektronicznej wymagania konstrukcyjne na najwcześniejszych etapach koncepcji, dzięki czemu stają się one „przenaszalne” między różnymi działami firmy. Oceniają też łatwość wytworzenia wyrobu, zanim przystąpią do szczegółowego projektowania konstrukcyjnego, kiedy zmiany nie wymagają jeszcze uruchomienia formalnych procedur ich wprowadzania.
Tradycyjne działania konstruktorów na drodze od koncepcji do konstrukcji też stwarzają wiele przeszkód. Od konstruktorów przez całe lata wymagano rozwiązywania problemów funkcjonalnych za pomocą narzędzi odzwierciedlających geometrię. Dlatego często rozwiązują takie problemy za pomocą narzędzia innego rodzaju, a następnie we współpracy ze specjalistami od oprogramowania CAD dokonują translacji swoich rozwiązań funkcjonalnych na kształty geometryczne.
Badania Grupy Aberdeen wykazują, że najlepsi producenci wyposażają swoich konstruktorów w oprogramowanie automatyzujące tworzenie modeli i testowanie konstrukcji w całym procesie projektowania. Najlepsze firmy produkcyjne cztery razy częściej niż inne stosowały w dokumentacji produkcyjnej modele konstrukcyjne lub całkowicie zaprzestały stosowania rysunków konstrukcyjnych.
Liderzy stosują także system elektronicznych powiadomień informujący różnych uczestników procesu produkcyjnego o pojawieniu się informacji, uzupełniający proces komunikacji wielokierunkowej i umożliwiający optymalizację czynności wykonywanych na każdym etapie, np. zamawiania materiałów i zlecania wprowadzenia zmian.
Gdy rysunki techniczne dotrą na produkcję, zespoły produkcyjne często wyjaśniają wszelkie wątpliwości z zespołami projektantów za pomocą poczty elektronicznej lub dokumentów papierowych, używając przy tym także prototypów fizycznych. Proste ucyfrowienie większej ilości informacji i udostępnienie ich wszystkim zainteresowanym zapewnia stworzenie „cyfrowego toku prac”, który działa jeszcze doskonalej, jeżeli jest wzbogacony narzędziami programowymi do zarządzania danymi na etapie produkcji.
Firma Aberdeen stwierdziła, że to rozwiązanie zapewnia korzyści wszystkim zaangażowanym w tworzenie wyrobów. Konstruktorzy przemysłowi mogą skorzystać z wiedzy działu produkcji na temat łatwości wytwarzania produktu. Najlepsi producenci częściej ponownie wykorzystują istniejące projekty, dzięki czemu szybciej wprowadzają produkty na rynek. A zaawansowane narzędzia do symulacji funkcjonalnej, używane przez ich konstruktorów mechaników i elektryków oprócz trójwymiarowego modelowania bryłowego dodatkowo ułatwiają odpowiadanie na pytania napływające z działów produkcji.
Najlepsze w swojej klasie
Dlaczego w takim razie prototypowanie cyfrowe jest wciąż bardziej wyjątkiem niż regułą? Według Chada Jacksona, dyrektora ds. badań i usług w dziale innowacji produktów i prac projektowych Aberdeen Group, wprawdzie najlepsi producenci nie zawsze stosują wszystkie elementy trójwymiarowego modelowania, ale wykorzystują symulację.
Zamieszanie w dziedzinie technik projektowania jest tym większe, że duża część oprogramowania do modelowania bryłowego nastawiona jest na geometrię 3D – która jest tylko jednym z aspektów prototypu cyfrowego. Tymczasem najnowocześniejsze aplikacje funkcjonalnie symulujące konstrukcje trójwymiarowe mogą zarówno wzbogacić, jak i rozszerzyć „cyfrowy tok prac”, tworząc brakujące pomosty między koncepcją, konstruowaniem a produkcją, przenosząc szczegółowe informacje i zmniejszając uzależnienie od prototypów fizycznych na etapie poszukiwania rozwiązań problemów podczas projektowania. Takie rozwiązanie według Aberdeen Group uznawane jest za „najlepsze w swojej klasie”. |
Autor: Roberto Michel, MBT USA