Technologiczne Przygotowanie Produkcji

CAx – wprowadzenie 5/5 (1)

CAM (ang. Computer Aided Manufacturing – Komputerowe Wspomaganie Wytwarzania) to programy lub systemy informatyczne integrujące etapy projektowania oraz wytwarzania. W rzeczywistości przemysłowej programy i systemy CAM są typu off-line. Przeznaczone są do opracowywania programów obróbkowych dla obrabiarek CNC.

Oprogramowanie CAM wykorzystuje dane z programów CAD (ang. Computer Aided Designing – Komputerowe Wspomaganie Projektowania). Dane między CAD a CAM mogą być transferowane bezpośrednio lub poprzez programy pośredniczące zwane procesorami.

Efektem pracy programów/systemów CAM jest program obróbkowy (szczegółowe instrukcje tzw. G-code), który steruje obróbką na obrabiarkach sterowanych numerycznie (ang. CNC – Computer Numerical Control).

Zalety programów i systemów CAM:

  • Zdefiniowany plan produkcyjny.
  • Wydajniejsze wykorzystanie dostępnego oprzyrządowania technologicznego (HSM/HSC, 5 osi, EDM, inne).
  • Opracowanie programów obróbkowych; weryfikacja i optymalizacja programów G-code – podnoszenie wydajności produkcji, automatyzacja w zakresie dokumentacji technologicznej.
  • Współczesna zaawansowane systemy CAM mogą być zintegrowane z innymi programami i systemami z rodziny CAx (np. zarządzanie cyklem życia produktu – PLM – ang. Product Life Management). Taka organizacja udostępnia technologom dodatkową wiedzę o procesie produkcyjnym.
  • Możliwość pracy w systemach DNC (ang. Direct Numerical Control). Bezpośrednie sterowanie numeryczne bazuje na rozwiązaniach sieciowych.

Na grafice poniżej przedstawiono poglądowo powiązania i relacje między różnymi obszarami (planowania i sterowania) oraz zasobami, cyklem życia produktu oraz pracami inżynierskimi, ukazując na tym tle rozwiązania CAx.

PLM (ang. Product Lifecycle Management) – zarządzanie cyklem życia produktu. Jest to strategia informacyjna polegająca na wypracowaniu i wdrożeniu spójnej struktury danych poprzez konsolidację różnego rodzajów systemów, o różnym przeznaczeniu. Strategia ta obejmuje pełny okres życia produktu, od momentu idei, poprzez projektowanie, produkcję, sprzedaż, serwis, eksploatację, wycofanie z rynku. Podmiotem tej strategii jest produkt. PLM to kompleksowe podejście do innowacyjności opartej na dostępie wszystkich pracowników przedsiębiorstwa do wspólnego repozytorium informacji i procesów dotyczących produktów.

Scheer A.-W. et al., Prozessorientiertes Product Lifecycle Management, Springer 2006

Scheer A.-W. et al., Prozessorientiertes Product Lifecycle Management, Springer 2006

Rozwój programów i systemów wspierających prace inżynierskie ma kilka uzasadnień:

  1. Potrzeby rynku, w tym oczekiwania konsumentów. Rozwój możliwości projektowych (CAD) wymusza rozwój technik wytwarzania, w tym programów i systemów CAM. Odbiorcy końcowi oczekują nowoczesnych i ciekawych produktów. Zasady rządzące popytem i podażą powodują, iż producenci chcą dostarczyć klientowi produkt, który będzie innowacyjny.
  2. Czas odgrywa istotną rolę, zarówno w ujęciu konkurencyjności, jak i w wymiarze technologicznych (skrócenie czasu) obniżania kosztów. Wyeliminowanie budowania prototypów nie wydaje się możliwe, lecz ograniczenie kosztów poprzez skuteczne ograniczenie liczby prototypów już tak i jest celem.
  3. Jakość – skracanie okresu projektowego, wykorzystywanie programów i systemów CAx wymaga zapewniania wysokiej jakości nie tylko samego produktu, lecz także samego procesu jego powstawania (PLM).
  4. Obsługa serwisowa i eksploatacyjna. Dzięki nowoczesnym rozwiązaniom informatycznym jest możliwe monitorowania jednostek prądotwórczych w elektrowniach wiatrowych oraz łożyskowania wałów w układzie napędowym okrętów oceanicznych. W obu tu wymienionych przypadkach szczególnie monitorowane są układy łożyskowania.
  5. Zwiększające się parametry wydajnościowe współczesnego sprzętu komputerowego same są źródłem rozwoju rozwiązań CAx.

Podkreślenia wymaga bardzo istotny fakt związany szczególnie z CAD i CAM. Kluczową rolę odgrywa w tym przypadku matematyka. Modelowanie to nic innego jak rozwiązywanie zagadnień konstrukcyjnych, technologicznych z wykorzystaniem algorytmów matematycznych. Modelowania z sensu własnego znaczenia polega na upraszczaniu, przyjmowaniu założeń by w ogóle uzyskać jakieś rozwiązanie. Zatem żadne modelowanie nie jest w stanie oddać rzeczywistości.

Przykładem niech tu będzie obróbka wirtualna (ang. Virtual Machining) bazująca na programach i systemach CAM, a której zadaniem jest maksymalne odwzorowanie przebiegu procesu obróbkowego, tak by uniknąć wystąpienia błędów podczas obróbki rzeczywistej. Uniknąć błędów w pełni się nie da, ale zminimalizować ich wystąpienie już tak. Współcześnie stosowane techniki wytwarzania (np. szybkościowa obróbka skrawaniem) wymagają już uwzględniania oddziaływań dynamicznych, przynajmniej między narzędziem a przedmiotem obrabianym. Nie istnieje, żaden uniwersalny model matematyczny, który sprawdza się we wszystkich rodzajach obróbki skrawaniem i każdym przypadku zadania technologicznego. Przemysł lotniczy ze względu na realizowane obróbki jest beneficjentem tak rozumianej obróbki wirtualnej. Powodem, kryterium tu są koszty obróbki.

 

CAD

ang. Computer Aided Design – komputerowe wspomaganie projektowania.
Programy i systemy wspomagające projektowanie inżynierskie, przede wszystkim w zakresie modelowania geometrycznego części i zespołów oraz opracowywania i edycji dokumentacji konstrukcyjnej.

CAE

ang. Computer Aided Engineering – komputerowe wspomaganie obliczeń i analiz inżynierskich.
Programy i systemy wspomagające projektowanie i związane z nim obliczenia i analizy (głównie metoda elementów skończonych).

CAP

ang. Computer Aided Planning – komputerowe wspomaganie planowania.
Programy i systemy wspomagające projektowanie technologiczne.

CAM

ang. Computer Aided Manufacturing – komputerowe wspomaganie wytwarzania.
Programy i systemy integrujące wytwarzanie i projektowanie. W przemyśle CAM to przede wszystkim programy i systemy do opracowywania programów obróbkowych w trybie off-line dla obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC).

CAQ

ang. Computer Aided Quality assurance - komputerowe wspomaganie zapewnienia jakości.
Informatyczne narzędzia tego typu wspomagają projektowania, planowanie oraz realizację procesów pomiarowych oraz procedur kontroli jakości.

PDM

ang. Product Data Management – zarządzanie danymi produktu.
Systemy do akwizycji i udostępniania danych o produkcie. Zarządzanie przepływem dokumentacji elektronicznej w przedsiębiorstwie.

PLM

ang. Product Lifecycle Management – zarządzanie cyklem życia produktu.
Systemy wspomagające wszystkie procesy związane z powstaniem, wytworzeniem i obsługą produktu - cykl życia produktu.

Cechy współczesnych programów i systemów CAx: CAD/CAM/CAE:

  • Parametryczność – modele części oraz zespołów opisane są przez parametry. Każdy parametr ma nazwę i wartość. Modyfikacja modelu następuje przez zmianę wartości parametrów, a wprowadzanie zmian jest możliwe na dowolnym etapie projektowania. Istnieje możliwość takiego określenia wzajemnych powiązań między parametrami, iż zmiana jednego automatycznie powoduje przeliczenie i modyfikację pozostałych parametrów.
  • Integracja wewnętrzna (asocjatywność) – każda modyfikacja wprowadzona na dowolnym etapie projektowania powoduje zmiany we wszystkich składowych projektu. Przykładem jest: zmiana wymiaru w modelu części co zostaje automatycznie odzwierciedlone w złożeniu oraz dokumentacji konstrukcyjnej. Możliwa jest również droga odwrotna, że zmiany dokonujemy na rysunku w ramach dokumentacji konstrukcyjnej, co zostaje przeniesione do modelu bryłowego części oraz złożenia.
  • Wymiana danych z innymi programami z rodziny CAx. Transfer danych jest podatny na powstawanie błędów. Jest to działanie wymagające starannej kontroli.
  • Programy i systemy CAx bazują na budowie modułowej, z których organizowane są pakiety dedykowane dla wymagań użytkownika.

Oprogramowanie inżynierskie umownie można podzielić na trzy kategorie (grafika poniżej).

Kategorie oprogramowania inżynierskiego.

Kategorie oprogramowania inżynierskiego.

Źródła:

  • Feld M., Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części maszyn, WNT 2000
  • Kapiński S., Skawiński P., Sobieszczański J., Sobolewski J.Z., Projektowanie technologii maszyn, OWPW2002
  • Wypysiński R., Programowanie interaktywne w zintegrowanym systemie CAD/CAM
    http://biznes.benchmark.pl/artykul/interaktywne-programowanie-maszyn-cnc-z-poziomu-systemu-cad-cam
  • Zalewski A., Skracanie czasu obróbki na frezarkach CNC na podstawie okresowej analizy warunków skrawania, Inżynieria Maszyn, R. 17, z. 2, 2012
  • Materiały handlowe i informacyjne firmy SIEMENS
    http://www.plm.automation.siemens.com/pl_pl/plm/cam.shtml
  • Scheer A.-W. et al., Prozessorientiertes Product Lifecycle Management, Springer 2006
  • Sydor M., Wprowadzenie do CAD. Podstawy komputerowo wspomaganego projektowania, PWN/MIKOM, 2009.
  • Radhakrishnan P., Subramanyan S., Raju V., CAD/CAM/CIM, New Age International, 2008
  • Poradnik Konstruktora Maszyn i Urządzeń. Praca zbiorowa. Rozdział-Programy do projektowania maszyn, Wydawnictwo Verlag Dashöfer,2013
  • Przybylski W., Deja M., Komputerowo wspomagane wytwarzanie maszyn. Podstawy i zastosowanie.
    WNT, 2007
  • Chlebus E. red., Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji, WNT, 2000
  • Orłowski C., Lipski J., Loska A.: Informatyka i komputerowe wspomaganie prac inżynierskich, PWE, 2012
  • materiały oraz wiedza dr inż. Tadeusz Rudaś, dr inż. Maciej Horczyczak, Politechnika Warszawska, Wydział Inżyenierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania, Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem.
  • Materiały handlowe firmy SKF.

About author

morek

Rocznik 1973. W 1993 skończyłem Technikum Elektryczne Nr 1. W 1998 roku Wydział Mechaniczny Technologiczny i Automatyzacji (obecnie WIP) PW. 1997-2000 konstruktor narzędzi skrawających w F.W.P. VIS S.A. 2004 - doktorat z technologii kół zębatych. Technologie wytwarzania i procesy technologiczne to moja pasja.

Related Articles

Leave a reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

YouTube

Kategorie

Nadchodzące wydarzenia

  1. EUROTOOL

    Listopad 28 - Listopad 30
  2. FASTENER POLAND

    Listopad 28 - Listopad 30