dr in. Jacek Domiczuk
Politechnika Lubelska, Instytut Technologicznych Systemów Informacyjnych
WPYW PROJEKTOWANIA 3D I SYMULACJI
KOMPUTEROWYCH NA BUDOW
ZAUTOMATYZOWANYCH LINII OBRÓBCZYCH
W artykule przedstawiono wykorzystanie metod projektowania 3D i metod wspo-magajcych projektowanie w rozwoju nowoczesnych konstrukcji sucych do zautomatyzowanego procesu obróbki i montau. Przedstawiono przykady wyko-rzystania modelowania przestrzennego do optymalizacji konstrukcji sucej po-prawie bezpieczestwa obsugi, popo-prawie funkcjonalnoci, skróceniu czasów re-alizacji procesów obróbki, poprawie niezawodnoci i redukcji kosztów wytwarza-nia. W artykule zamieszczono równie schemat zarzdzania projektem z uwzgldnieniem podstawowych elementów komputerowego wspomagania pro-jektowania.
THE INFLUENCE OF 3D DESIGNING AND COMPUTER SIMULATION ON THE PRODUCTION OF AUTOMATED MANUFACTURING LINES The article presents the application of 3D computer aided designing methods and other methods supporting the engineer in the development of modern tools for automated machining and assembly. Moreover, it highlights the benefits of the modelling technique in project optimization as improving functionality and the safety of operation as well as shortening the machining time, improving reliability and reducing production costs. Finally, the article draws the management outline basing on the principles of Computer Aided Designing.
1. WPROWADZENIE
Do niedawna prowadzenie prac projektowych wymagao znacznego nakadu czasu, a wykorzystanie metody 2D nie sprzyjao rozwojowi automatyzacji. Pojawienie si projekto-wania 3D pozwolio na lepsze wykorzystanie technologii sprzyjajcych elastycznemu monta-owi i samej automatyzacji montau jak i procesom obróbki [1, 2]. Konstruowanie i wytwa-rzanie linii obróbkowych nie stwarza obecnie problemów, jeli chodzi o jej zoono i uniwersalno. Dostpny na rynku asortyment zespoów gotowych w poczeniu z nowymi technologiami projektowania pozwala w stosunkowo szybkim czasie budowa zespoy robo-cze z elementów standaryzowanych, co nie pozostaje bez znarobo-czenia, jeli chodzi o koszt i czas wytworzenia. Dostpno modeli 3D oferowanych przez firmy produktów dodatkowo uatwia prace konstruktorów opracowujcych produkty finalne.
2. PROJEKTOWANIA PRZESTRZENNE A AUTOMATYZACJA 2.1. Wykorzystanie modelowania 3D
pracujcych w okrelonym cyklu, wzajemnie od siebie zalenych (rys. 1.), moe powstawa bez wykonywania prototypów. Jest to szczególnie istotne w przypadku wykonywania zauto-matyzowanych linii obróbczych, które z zasady s niepowtarzalnymi rozwizaniami i w któ-rych dowiadczenie konstruktora w poczeniu ze znajomoci zasad automatyki, znajomo-ci dostpnych na rynku asortymentów, pozwala na budow zoonych ukadów realizuj-cych szereg funkcji wzajemnie ze sob powizanych w sposób zapewniajcy du wydajno.
Rys. 1. Widok ogólny linii obróbczej
Wykorzystanie techniki modelowania przestrzennego pozwala: - znaczco skróci czas realizacji projektu,
- wykrywa i eliminowa punkty krytyczne konstrukcji, - zapewnia montowalno elementów i zespoów,
- przeprowadza badania wytrzymaociowe w oparciu o analizy numeryczne MES.
Przykad wykorzystania analizy numerycznej w doskonaleniu konstrukcji przedstawiono na rys. 2. Rysunek ten przedstawia wspornik który poddano modyfikacji na etapie projektowa-nia w celu zwikszeprojektowa-nia jego sztywnoci do oczekiwanego poziomu.
Rys. 2. Przykad wykorzystania analizy MES w doskonaleniu konstrukcji. a) wspornik w wydaniu podstawowym, b) wspornik usztywniony
Oprócz typowych narzdzi sucych do modelowania, nowoczesne systemy zaopatrzone s w narzdzia wspomagajce takie jak podrczniki inynierskie, które pozwalaj na przeprowa-dzanie szeregu oblicze inynierskim z automatycznym generowaniem modeli detali w opar-ciu o uzyskane wyniki.
2.2. Wykorzystanie symulacji komputerowej a)
c) b) a)
Rys. 3. Zespó podawania detalu w kolejnych etapach realizacji cyklu. a), b), c), d), e) – etapy realizacji cyklu
Przykad wykorzystania symulacji komputerowej przedstawiono na rys. 3. Rysunek ten przedstawia zespó podawania detalu obrabianego na lini obróbkow w kolejnych sekwen-cjach tego cyklu. Taka wizualizacja pozwala przeledzi w wirtualnej rzeczywistoci realiza-cj tego procesu i udoskonali go w przypadku wykrycia wad.
Modelowanie 3D i analizy inynierskie s szczególnie przydatne w aplikacjach wykorzystu-jcych roboty. Pozwalaj one oceni moliwoci realizacji procesu, dla którego dedykowany jest dany robot. Zoptymalizowa realizacj jego zadania poprzez wybór najkorzystniejszej
d)
Rys. 4. Przykad realizacji cyklu obróbkowego przez zespó robotów
Analiza pracy ukadu w wielu przypadkach staje si czynnikiem motywujcym konstruktorów do ulepsze, które zmierzaj do wikszej automatyzacji maszyn gdy potwierdzaj skutecz-no uytych technologii i metod obróbki. Stosowanie modelowania 3D wywiera równie duy wpyw na ostateczny wygld konstrukcji, która oprócz duej kompatybilnoci cechuje si znaczcymi walorami estetycznymi. Konstrukcje tego typu s równie bezpieczne, gdy ju na etapie projektowania przewiduje si rozmieszczenie elementów zabezpieczajcych tak by zapewniay zgodno danej maszyny z wymogami norm.
3. PODSUMOWANIE
Projektowanie oparte na parametryzacji elementów maszyn stwarza nowe moliwoci rozwo-ju produktów [4]. Na etapie konstrukcji produktu jest moliwe skontrolowanie wielu cech: – sprawdzenie wykonalnoci detali,
– opracowanie technologii wykonania, – opracowanie technologii montau,
– eliminacja bdów w fazie projektowania,
– wykorzystanie oblicze inynierskich w fazie modelowania, – przeprowadzenie analiz wytrzymaociowych,
– przeprowadzenie analiz kinematycznych ukadu, – okrelenie zapotrzebowania na materia,
– okrelenie niezbdnych rodków transportu.
Posiadanie wirtualnego modelu daje moliwo szybkiego uruchamiania produkcji, opraco-wywania technologii wykonania produktu [6], wprowadzenia korekt. Ogólny schemat zarz-dzania projektem przedstawia rys. 5. Nowoczesny system wytwarzania wyrobu opartego na trójwymiarowej konstrukcji prezentowany w artykule daje gwarancje szybkiego wdroenia produktu, niezalenie od wielkoci produkcji. Pozwala wykorzystywa najnowsze osignicia z dziedziny automatyzacji minimalizujc ryzyko niepowodzenia. Na etapie konstruowania uwzgldnia si wymogi wynikajce z przyjtych technologii wykonania, wprowadza si dzia-ania optymalizujce konstrukcj ze wzgldów zarówno wytwórczych, funkcjonalnych jak i
Rys. 5. Schemat zarzdzania projektem
proce-1. Staropolski W.: Wybrane zagadnienia komputerowego modelowania konstrukcji inynier-skich. Kraków, Wydaw. PK, 2003.
2. Chlebus E.: Techniki komputerowe CAx w inynierii produkcji. Warszawa, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2000.
3. Pajk E.: Zaawansowane technologie wspóczesnych systemów produkcyjnych. Pozna, Wydaw. Politechniki Poznaskiej, 2000.
3. Bdkowski J., Kowalski G., Masowski A.: Elementy grafiki komputerowej w projektowa-niu zaawansowanych symulatorów robotów mobilnych - Pomiary-Automatyka-Robotyka 2/2008. Przemysowy Instytut Automatyki i Pomiarów, s. 425-432.
4. Domiczuk J., Zubrzycki J., Taranenko V.: The practical usage of 3d designing. Materials of international scientifical-technical conference „Automation: problems, ideas, decisions”. Uniwersytet Doniecki. 17-22 wrzesie 2007. Sevastopol, s. 338-341.
5. Domiczuk J., Taranenko V.: Application of virtual assembly. Materials of international scientifical-technical conference „Automation: problems, ideas, decisions”. Uniwersytet Doniecki. 17-22 wrzesie 2007. Sevastopol, s. 334-338.
6. Duda J.: Wspomagane komputerowo generowanie procesu obróbki w technologii mecha-nicznej. Kraków, Wydaw. PK, 2003.
