Oprogramowanie CAM dla branży inżynierskiej i jego integracja z CAD

Opracowywanie produktów od zawsze obejmowało dwa odrębne procesy: najpierw zaprojektowanie produktu, a następnie jego produkcję. Wykorzystanie oddzielnych, niezintegrowanych narzędzi CAD (projekt) i CAM (produkcja) podczas opracowywania produktów doprowadziło do stworzenia bariery komunikacyjnej między projektantami a producentami. W efekcie zwiększyły się koszty, ilość potrzebnego czasu, a także liczba problemów z jakością, szczególnie kiedy konieczne są zmiany w projekcie lub pojawiają się trudności z produkcją.

Dzięki zintegrowanym rozwiązaniom CAD/CAM można uniknąć kłopotów związanych z tradycyjnym rozdziałem między projektowaniem a produkcją. Zintegrowana platforma CAD/CAM pozwala skrócić czas trwania cykli, kontrolować koszty i poprawić jakość, zachęcając jednocześnie działy projektowania oraz produkcji do współpracy.

Integracja projektu w ramach procesu produkcyjnego

Gospodarka globalna stanowi dziś wyzwanie dla wielu producentów. Niezależnie od branży, w jakiej prowadzą działalność, muszą opracowywać takie produkty, które klienci będą chcieli kupić, wyprodukować je jak najmniejszym nakładem i sprzedać je z zyskiem. Nacisk ze strony konkurencji skłania firmy do ciągłego tworzenia coraz bardziej nowatorskich i wydajnych produktów.

Te uniwersalne cele stoją za technologicznymi postępami w zakresie opracowywania produktów. Przejawia się to szczególnie wyraźnie w dążeniu do integracji projektowania z procesem produkcji. Do niedawna projektanci produktów i grupy producentów działały w zasadzie jako odrębne, autonomiczne organizacje. Niezależnie od tego, czy wytwarzali komponenty, projektowali tuleje i umocowania, czy tworzyli formy, inżynierowie produkcji, operatorzy maszyn i personel odpowiedzialny za produkcję zazwyczaj nie brali udziału w opracowywaniu produktów — do momentu przekazania projektu do produkcji przez inżyniera projektowego.

Przejście w ramach procesu opracowywania produktu z projektowania do produkcji niemal zawsze polegało na przekazaniu projektów 3D i danych narzędziowych, a także powiązanych rysunków 2D. Z uwagi na to, że projektanci i inżynierowie produkcji korzystali z różnych narzędzi obsługujących dane projektowe — jedni używali oprogramowania CAD do opracowania produktu, a drudzy aplikacji CAM do utworzenia ścieżek dla narzędzi i form do maszyn — to przekazywanie nie odbywało się bezproblemowo i wiązało się z importowaniem danych, ich translacją oraz konwersjami. Co więcej, po zakończeniu procesu przekazywania między zespołami projektowymi a produkcyjnymi tworzyła się wirtualna zapora komunikacyjna. Te braki w komunikacji to podstawowy problem, który rozwiązuje zintegrowana platforma CAD/CAM. Trzeba jednak wiedzieć, że pozytywny wpływ tego rozwiązania sięga znacznie dalej.

Co to jest zintegrowane rozwiązanie CAD/CAM? Jest to rozwiązanie CAM, które wykorzystuje system CAD jako główną platformę do obliczeń geometrycznych. Nie ma potrzeby importowania czy konwertowania pliku CAD bądź innego formatu danych, np. IGES lub STEP. Zintegrowana platforma CAD/CAM przeprowadza operacje CAM na pliku CAD i zapewnia pełną współpracę aplikacji CAM z systemem CAD w jednym oknie programu. Z tym nowym rozwiązaniem technologicznym wiążą się liczne zalety, które pozwalają zwiększyć wydajność, kontrolować koszty i rozwiązywać problemy produkcyjne.

Integracja rozwiązań CAD i CAM

Aby zrozumieć, jakie potencjalne korzyści niesie ze sobą zintegrowana platforma CAD/CAM, warto zestawić procesy obiegu pracy tradycyjnego, sekwencyjnego, niezintegrowanego podejścia do projektowania z równoległym procesem opartym na współpracy, który jest możliwy dzięki zintegrowanej platformie CAD/CAM. Każde z tych podejść przeanalizujemy szczegółowo, uwzględniając formowanie wtryskowe i obróbkę mechaniczną.

Podejście bez integracji | Obieg pracy w przypadku systemów CAD i CAM bez pełnej integracji sprowadza się do sekwencyjnego przekazywania danych projektowych. Każda kolejna wymiana dokumentacji między zespołami wiąże się z dodatkowymi kosztami i opóźnieniami. Po zatwierdzeniu projektu do produkcji personel produkcyjny musi zaimportować, przekonwertować lub przekształcić dane do postaci pliku, w którym można zaprogramować ścieżki narzędzi na potrzeby obróbki mechanicznej lub formowania. Wszelkie niedociągnięcia dotyczące geometrii, kosztów materiałów lub produkcji należy zgłosić inżynierowi projektowemu w celu uzyskania rozwiązania i cały proces jest powtarzany.

Tego rodzaju problemy często pozostają niewykryte aż do momentu stworzenia narzędzi i rozpoczęcia produkcji, generując kosztowne przeróbki. Dodatkowo, kiedy zostanie wykryty błąd, jego rozwiązanie wiąże się zazwyczaj z koniecznością stworzenia dodatkowych iteracji projektu, a rozwiązania zastosowane przez zespoły projektowe i produkcyjne wynikają często z pośpiechu — chęci uniknięcia kolejnych iteracji oraz dodatkowej pracy — a nie z dążenia do zachowania wysokiej jakości. W przypadku części odlewanych wymagane są dodatkowe etapy, które pozwolą na stworzenie prototypu formy, bazy i wkładek. Każda kolejna zmiana w projekcie formy — związana np. z błędem szkicu, wypełnienia czy linii neutralnych — wymaga wiele dodatkowego wysiłku w związku z koniecznością komunikowania modyfikacji między zespołami. Zmiany w projekcie czy polecenia zmian technologicznych stwarzają jeszcze więcej trudności, wymagają bowiem rozpoczęcia od początku operacji produkcyjnych.

Niezintegrowane podejście do projektowania w ramach procesu produkcyjnego ma wiele wad:

• największą z nich jest zwiększone ryzyko braku precyzji. Za każdym razem, kiedy trzeba konwertować czy importować plik — czyli przenosić go z jednego formatu danych do innego,
• może wystąpić błąd, a dodatkowo może zabraknąć dokumentacji zmian w projekcie, które wprowadzono ze względów produkcyjnych, a które nie zostaną zasygnalizowane zespołowi projektantów.

Po drugie brak integracji wydłuża proces niemal na każdym etapie. Operatorzy systemów CAM programują ścieżki narzędzi już po fakcie i po wykonaniu niepotrzebnej konwersji lub translacji danych. Rozwiązywanie problemów z produkcją na późnym etapie procesu wiąże się z opóźnieniami. Zmiany w projekcie lub polecenia zmian technologicznych wymagają ponownego zaprogramowania procesu produkcji, a wartości tolerancji i informacje o wymiarach trzeba zaktualizować ręcznie. W przypadku opracowywania formy do rozwiązania problemów z wydajnością konieczne jest wykonanie niepotrzebnych prototypów.

Czas to pieniądz, a zmarnowany czas zwiększa koszt produkcji i zmniejsza zysk. Konieczność rozpoczęcia pracy od nowa i zmiany narzędzi jest równoznaczna z utratą pieniędzy. Praca z niezintegrowanymi narzędziami nie tylko tworzy bariery komunikacyjne, ale również wiąże się z koniecznością przeprowadzenia szkoleń i przeznaczenia środków na utrzymanie.

Jak zauważyliśmy wcześniej, niezintegrowane podejście do projektowania może również ograniczyć pożądany kontakt między zespołami projektowymi a produkcyjnymi. Bariera komunikacyjna powstała w wyniku pracy z użyciem różnych systemów prowadzi do powstania hermetycznych grup w ramach organizacji, z których każda dba o własne terytorium, a nie o współpracę.

Rys. Niezintegrowane podejście do projektowania pod kątem produkcji wiąże się ze stratą czasu i nakładów z uwagi na bariery komunikacyjne i konieczność wprowadzania zmian na późniejszych etapach procesu.

Wady obiegu pracy bez zintegrowanych rozwiązań CAD/CAM:

• Bariery powstałe wskutek konieczności dokonywania translacji danych
• Zagrożona dokładność danych
• Potencjalne trudności z równoczesnym projektowaniem
• Czasochłonność
• Kosztowne utrzymanie i szkolenia

W jaki sposób integracja rozwiązań CAD/CAM usprawnia proces? | Zintegrowana platforma CAD/CAM przekształca liniowy, sekwencyjny obieg pracy, który wiąże się z kosztownymi, czasochłonnymi zadaniami pod koniec projektu, w system oparty na współpracy, w ramach którego kolejne iteracje powstają w sposób wydajny, terminowy i ekonomiczny już na wczesnych etapach procesu. Krytyczny wpływ na usprawnienie projektowania ma tu wspólny format danych i możliwość wygodnego, łatwego informowania o zmianach. Zintegrowany system CAD/CAM tworzy jeden model obsługujący zarówno funkcje projektowe, jak i produkcyjne, w miejsce różnych formatów plików, translacji i konwersji danych, a także różnych modeli CAD oraz CAM. Model CAD pełni w systemie CAM funkcję głównego mechanizmu obliczeń geometrycznych.

Ten system oparty na jednolitym modelu pozwala znieść bariery komunikacyjne między zespołami projektowymi a produkcyjnymi. Pracę na tych samych danych można porównać do rozmowy w tym samym języku. Posługując się takimi samymi aplikacjami, projektanci i inżynierowie mogą tworzyć nowe wersje podczas projektowania, czyli jeszcze przed produkcją narzędzi, co pozwala ograniczyć koszty i marnotrawienie materiałów. Zadania, które kiedyś pochłaniały dużo czasu i wstrzymywały produkcję, teraz wykonywane są szybciej w ramach procesu opracowywania, bez kolejnych manipulacji danymi.

Personel produkcyjny może utworzyć ścieżki dla narzędzi podczas projektowania, a nie już po fakcie, dzięki czemu produkcja jest przygotowana do działania w momencie zatwierdzenia projektu. Projektanci i inżynierowie produkcji pracują na tych samych modelach, dlatego wszystkie zmiany i aktualizacje są automatycznie stosowane do wszystkich powiązanych ścieżek narzędzi i rysunków. Dzięki temu zmiany projektu i zlecenia zmian technologicznych nie są już czasochłonne i kosztowne — stają się prostymi etapami na drodze do podniesienia jakości produktu i procesu produkcji.

To uproszczone podejście oparte na współpracy pozwala skorzystać z wiedzy i doświadczenia profesjonalistów z dziedziny produkcji już na początku procesu, kiedy ich opinia może mieć największe znaczenie dla zidentyfikowania oraz wyeliminowania potencjalnych problemów. Tworzenie iteracji we wspólnym środowisku wirtualnym jest mniej czasochłonne i tańsze, a przy tym zapewnia lepsze efekty. Projektanci i inżynierowie produkcji mogą ściśle ze sobą współpracować, rozumiejąc lepiej punkt widzenia drugiego zespołu, a także wykorzystać okazję do rozwoju zawodowego, która może zaowocować nowymi pomysłami i innowacjami.

Rys. Integracja środowisk CAD/CAM pozwala na wdrożenie podejścia polegającego na współpracy, które zapewnia lepszą komunikację i jakość, a także pozwala zaoszczędzić czas oraz pieniądze.

Zalety obiegu pracy ze zintegrowanymi rozwiązaniami CAD/CAM:

• Brak konieczności wykonywania translacji danych
• Zapewniona dokładność danych
• Wspieranie równoczesnego projektowania
• Mniej potrzebnego czasu w porównaniu z procesem opartym na eksportowaniu i importowaniu
• Niższe koszty — mniej systemów

Zalety integracji rozwiązań CAD/CAM

Równoległy, wydajny obieg pracy możliwy dzięki zintegrowanej platformie CAD/CAM może znacznie zwiększyć wydajność, skrócić cykl projektowania i produkcji, obniżyć koszty oraz podnieść jakość produkcji i samego produktu. Oto konkretne korzyści, które pozwalają zaoszczędzić czas, obniżyć koszty oraz podnieść jakość:

CZAS |

Wyższa jakość — praca na jednolitym modelu i z użyciem jednolitego formatu danych, bez konieczności importowania, dokonywania translacji czy konwersji, zmniejsza ryzyko wystąpienia błędów, pozwala zachować wysoki poziom dokładności i ogranicza opóźnienia związane z błędami projektowymi.

Eliminacja niepotrzebnego wysiłku — dostęp do danych projektowych w jednolitym formacie jest prosty i swobodny; nie ma konieczności konwertowania pliku czy dokonywania jego translacji ani aktualizowania rysunków i powiązanych narzędzi, kiedy wprowadzane są zmiany.

Iteracje przedprodukcyjne — rozwiązywanie problemów z produkcją, jeszcze zanim projekt zostanie oddany do wyprodukowania jest wydajniejsze niż w sytuacji, kiedy projekt trafił już na halę produkcyjną.

Lepsza współpraca — możliwość pracy w tym samym środowisku 3D usprawnia współpracę między zespołem projektowym a produkcyjnym, co w efekcie przyspiesza oddanie projektu do produkcji.

Lepsza obsługa zmian w projekcie i zleceń zmian technologicznych — automatyczne wprowadzanie zmian w modelu CAD do wszystkich powiązanych rysunków i zbiorów danych CAM ułatwia i przyspiesza przetwarzanie zmian w projekcie oraz zleceń zmian technologicznych.

Bardziej wydajna produkcja — tworzenie iteracji już na etapie planowania produkcji w ramach procesu rozwoju, przed rozpoczęciem produkcji, pozwala na zwiększenie wydajności i ograniczenie liczby błędów produkcyjnych.

Większe możliwości automatyzacji — praca w ramach zintegrowanego środowiska CAD/CAM zapewnia większe możliwości zautomatyzowania projektu, np. pozwala na wykorzystanie tabel konfiguracji do wdrożenia wielu konfiguracji produktów lub interfejsów programowania aplikacji w celu zautomatyzowania określonych funkcji.

KOSZT |

Szybsze projektowanie w ramach cyklów produkcyjnych — przyspieszenie tworzenia projektów z uwzględnieniem produkcji pozwala oszczędzać czas i pieniądze.

Wczesna identyfikacja ekonomicznych technik produkcyjnych — znalezienie niedrogich rozwiązań z zakresu produkcji oraz materiałów już na początku procesu może pomóc zaoszczędzić wiele środków.

Mniej przeróbek i zmarnowanych materiałów — rozwiązanie problemów z geometrią, kosztami i produkcją już na początku pracy pozwala ograniczyć ilość zmarnowanych materiałów oraz konieczność przeróbek, co pozwala zaoszczędzić czas i uniknąć niepotrzebnych kosztów.

Niższe koszty związane ze szkoleniami i utrzymaniem — praca w ramach zintegrowane- go systemu CAD/CAM pozwala na łączenie wymogów szkoleniowych i konserwacyjnych oraz powiązanych kosztów.

JAKOŚĆ |

Bardziej skuteczna komunikacja — współpraca nad rozwojem produktu dzięki wydajniejszej komunikacji, w przeciwieństwie do traktowania projektowania i produkcji jako osobnych etapów, może pomóc w podniesieniu jakości i wdrożeniu nowatorskich rozwiązań.

Większa precyzja — praca na jednym, wspólnym modelu z zachowaniem tego samego formatu danych eliminuje ryzyko powstania błędów, które mogłyby negatywnie wpłynąć na jakość.

Mniej problemów z obróbką mechaniczną — rozwiązywanie problemów z obróbką mechaniczną już na początku pracy zmniejsza ryzyko wystąpienia błędów po rozpoczęciu produkcji.

Łatwe wykrywanie problemów z formą — zidentyfikowanie potencjalnych problemów z formą, takich jak nieprawidłowe szkice, niedostateczna grubość ścian, niewłaściwe wypełnienia czy błędne linie neutralne, jeszcze przed rozpoczęciem produkcji może podnieść jakość i zwiększyć sprawność wykonywania odlewu.

Integracja rozwiązań CAD/CAM z pomocą partnerów SOLIDWORKS CAM

Projektanci i inżynierowie produkcyjni mogą wykorzystać narzędzia z zakresu projektowania, szacowania kosztów oraz produkcji, które są dostępne w ramach oprogramowania SOLIDWORKS, do stworzenia projektu produktu uwzględniającego tuleje, umocowania czy narzędzia. Dodatkowo inżynierowie produkcji mogą konfigurować ścieżki dla całych zestawów części, korzystać z narzędzi do szkicowania, wybierać najbardziej ekonomiczne materiały i procesy produkcyjne dla poszczególnych komponentów, a także oceniać możliwość ich produkcji oraz tworzenia formy.

Co najważniejsze, jeśli podczas projektowania trzeba wprowadzić zmiany, cała praca inżyniera produkcji jest zachowywana i aktualizowana — nie ma konieczności eksportowania nowego projektu i importowania go do oprogramowania CAM. Dzięki temu usprawnieniu zmiany w projekcie, które są wprowadzane na późniejszym etapie cyklu rozwojowego, łatwiej jest wdrożyć podczas produkcji — co pozwala dostarczyć lepszy produkt na czas.

Oprogramowanie CAM – Konkretny przykład – bezproblemowe wprowadzanie zmian

Firma Manufacturing Services Inc. od czasu wdrożenia zintegrowanego rozwiązania SOLIDWORKS CAD i SolidCAM CAM odnotowała znaczny wzrost wydajności, szczególnie w sytuacjach, kiedy konieczne są zmiany w projektach części. Ta firma z siedzibą w Lancaster, w stanie Karolina Południowa, wytwarza dla swoich klientów części, prototypy i formy wtryskowe. W zależności od stopnia skomplikowania elementu firma realizuje zlecenie o 15–60 procent szybciej niż przy wykorzystaniu niezintegrowanego rozwiązania. Zmiany w projekcie, takie jak dodanie zaokrągleń albo uzupełnianie szkiców, są znacznie łatwiejsze do wprowadzenia, ponieważ firma Manufacturing Services korzysta z oprogramowania SOLIDWORKS CAD do dopracowania modelu i automatycznego zaktualizowania ścieżek dla narzędzi.

Integracja rozwiązań CAD/CAM dla przedstawicieli branży meblarskiej

SWOOD Design jest dodatekiem do oprogramowania SOLIDWORKS. Usprawnia on procesy projektowania mebli w środowisku 3D, dzięki zastosowaniu dedykowanych funkcji, rozszerzających standardowe możliwości SOLIDWORKS.

Dołączenie, integracja,  dodatku SWOOD CAM wspomaga przejście z fazy projektowania do etapu produkcji. Poprzez wykorzystanie pełnego zakresu dostępnych technologii, użytkownik jest w stanie poprawnie zaprogramować obrabiarkę CNC do drewna. Efektem końcowym pracy w SWOOD CAM jest wygenerowany program NC oraz dokumentacja około produkcyjna. Więcej o oprogramowaniu SWOOD Design i SWOOD CAM.

Dodatkowe zautomatyzowane narzędzia integrujące się z CAM

Inżynierowie produkcji i kosztorysanci zyskują również dostęp do aplikacji SOLIDWORKS Costing – zautomatyzowanego narzędzia do tworzenia kosztorysów, które pozwala na automatyczną wycenę kosztów produkcji określonej części na podstawie określonego środowiska produkcyjne.

Dane produkcyjne, takie jak koszty materiałów, koszty pracy, szybkość i wydajność maszyn oraz koszty instalacyjne, można wprowadzić do szablonu i wykorzystać do automatycznego kosztorysowania części. Dział produkcji może przekazać te informacje zespołowi projektantów, dzięki czemu szacunkowe dane produkcyjne można uzyskać automatycznie podczas opracowywania produktu — wystarczy kliknąć przyciskiem myszy — bez wychodzenia z oprogramowania SOLIDWORKS CAD.

Oprogramowanie SOLIDWORKS CAD zawiera również zestaw funkcji projektowania z uwzględnieniem możliwości produkcji. Pozwalają one sprawdzić, czy między częściami występują luzy, a także wyeliminować przenikania. Korzystając z narzędzia SOLIDWORKS DFMXpress, można sprawdzić, czy istnieją elementy projektu, których nie da się wyprodukować lub których produkcja będzie zbyt droga. Istnieje również możliwość automatycznego sprawdzania problemów dotyczących szkiców, podcięć i grubości ścian w odniesieniu do części wykonanych przy użyciu technologii formowania, odlewania i wykuwania, a także związanych z narzędziami. Dodatkowo, dzięki aplikacji SOLIDWORKS Plastics, można nawet symulować i optymalizować operacje formowania wtryskowego.

Podsumowanie

Uproszczenie projektowania i uwzględnienie procesu produkcji z wykorzystaniem zintegrowanego rozwiązania CAD/CAM to kolejny etap w dziedzinie rozwoju produktów. Aby móc konkurować na rynku, wszyscy producenci muszą dbać o innowacyjność, wydajność i produktywność. Zniesienie bariery między projektantami a inżynierami produkcji tworzy okazję do skutecznej, wydajnej współpracy.

Całkowicie zintegrowane rozwiązanie CAD/CAM — takie, gdzie system CAD służy jako mechanizm obliczania geometrii, a wszystkie operacje oprogramowanie CAM są przeprowadzane na oryginalnym modelu CAD — może posłużyć jako platforma zwiększająca wydajność, pozwalająca kontrolować koszty i zapewniająca wyższą jakość.

Porozmawiajmy o wdrożeniu oprogramowania CAM w Twojej firmie