Automatizace návrhu a programování CAM pro zkrácení času programování CNC o 30 procent

Posílení automobilového průmyslu

Automobily se v posledních desetiletích výrazně změnily, stejně jako způsob jejich výroby. To, co se dříve vyrábělo sériově od komponent až po hotový výrobek, se nyní vyznačuje vysokou mírou přizpůsobení. Výrobci automobilů potřebují výrobní zařízení schopné vyrábět velké množství složitých komponent a sestav s dostatečnou flexibilitou pro rychlou a častou výměnu obrobků.

Společnost GROB-WERKE GmbH & Co. KG (GROB) je průkopníkem v konstrukci inovativních a vysoce kvalitních obráběcích strojů a svůj první závitový frézovací stroj vyrobila v roce 1933. Od té doby se rodinný podnik stal předním výrobcem inovativních výrobních a automatizačních systémů především pro přední světové výrobce automobilů a jejich dodavatele. Portfolio produktů společnosti GROB sahá od samostatných 5osých obráběcích center až po transferové linky pro výrobu mechanických dílů. Nabízí také výrobní systémy pro hybridní a elektrické pohony, včetně elektromotorů, a sestavovací linky pro bateriové moduly a palivové články.

Společnost GROB používá pro plánování, návrh a ověřování projektů a vytváření CNC programů řešení NX a Teamcenter s obousměrnou integrací systému ERP, čímž pokrývá pět inženýrských a výrobních závodů po celém světě. (obrázek zveřejněn se svolením společnosti GROB)

Globální inženýrství

Společnost GROB vděčí za svůj úspěch z velké části své schopnosti předvídat měnící se požadavky trhu a reagovat na ně inovativními řešeními. Tato strategie byla podpořena včasným zavedením softwarových nástrojů a systémů orientovaných na budoucnost, které pomáhají inženýrům navrhovat, konstruovat a vyrábět výrobní zařízení pro automobilový průmysl.

Společnost GROB zavedla počítačem podporované navrhování (CAD) pomocí 3D modelování pro koncepční i podrobné návrhy kolem roku 2000. Společnost používala řešení NX™, aby nahradila 2D výkresy, které se často stále vytvářely na papíře. „Naši konstruktéři úzce spolupracují s našimi výrobními závody v Německu, Itálii, Číně, Brazílii a USA,“ říká Christian Lisiecki, ředitel a vedoucí oddělení obráběcích systémů společnosti GROB. „Standardizace CAD pomocí řešení NX byla globálním projektem, který měl být zaveden v celé společnosti.“

Součástí tohoto raného projektu digitalizace byl také software pro správu životního cyklu výrobků (PLM). Společnost GROB si vybrala portfolio systému PLM Teamcenter® pro jeho hlubokou integraci s řešením NX a vynikající výkon v různých oblastech. Spolu s řešením NX bylo řešení Teamcenter zavedené po celém světě. „Řešení Teamcenter je jediným směrodatným zdrojem pro všechny konstruktéry společnosti GROB po celém světě,“ říká Lisiecki. Společnost GROB využívá řešení Machine Resource Library (MRL), což je aplikace řešení Teamcenter, která poskytuje klasifikaci a správu dat pro výrobní technické zdroje. „Pracovní postupy této aplikace nám umožňují vytvářet efektivní projektové týmy napříč našimi globálními pobočkami,“ dodává.

V dobách minulých se kusovníky vyměňovaly mezi řešením Teamcenter a systémem pro plánování podnikových zdrojů (ERP) společnosti pomocí jiných a méně efektivních způsobů. Nyní se však informace mezi těmito oddělenými systémy přenášejí pomocí řešení Teamcenter Gateway pro SAP Business Suite (T4S). „Odstranění do té doby izolovaných datových oblastí zkrátilo dobu potřebnou k sestavení kusovníku nejméně o 80 procent,“ říká Lisiecki. „Snížil se také počet notoricky známých chyb při neshodě o 95 procent.“

Inženýři společnosti GROB používají řešení NX CAM pro tvorbu programů CNC a simulace. (obrázek zveřejněn se svolením společnosti GROB)

Komplexní digitální dvojče

Inženýři společnosti GROB vytvářejí komplexní digitální dvojče každého výrobního stroje nebo linky pomocí řešení NX pro mnoho úkonů nad rámec modelování. Provádějí analýzy konečných prvků (FEA) pomocí softwaru NX NASTRAN a simulace výpočetní dynamiky kapalin (CFD) pomocí řešení NX CFD. Pro návrh schémat zapojení a rozváděčů používají software třetích stran a při navrhování a trasování hadiček pro kapaliny a elektrických svazků ve složitých sestavách spoléhají na aplikaci pro 3D trasování integrovanou v řešení NX. Jelikož se spousta komponent zařízení společnosti GROB vyrábí z plechu, využívají její pracovníci také řešení NX Sheet Metal Design, což je prostředí přizpůsobené pro návrh složitých plechových komponent.

„Díky množství specializovaných aplikací umožňuje řešení NX inženýrům řešit různé konstrukční úkony, aniž by museli opustit obvyklé prostředí,“ říká Florian Zingerle, konstruktér a uživatel řešení NX ve společnosti GROB. „Trvalá práce v globálním rámci řešení Teamcenter jim pomáhá splétat digitální vlákno od předběžného návrhu až po výrobu.“

Navrhování strojů a automatizačních zařízení společnosti GROB se však neomezuje pouze na řešení NX. Inženýři používají řešení Plant Simulation z portfolia řešení Tecnomatix® pro koncepční návrh již v procesu prodeje. Řešení Plant Simulation umožňuje společnosti GTOB simulovat tok materiálu a využití strojů, což vede ke koncepčním optimalizacím. To poskytuje pevný základ pro všechny následné konstrukční práce. Řešení Process Simulate, které je také součástí portfolia řešení Tecnomatix, se používá pro simulace robotů integrovaných do návrhů k ověření doby cyklu a vyloučení kolizí.

Společnost GROB použila řešení NX k automatizaci návrhů a programování CNC s obráběním na základě prvků, které rozpoznává 95 % standardních typů otvorů společnosti GROB a 70 až 80 % dalších prvků. (obrázek zveřejněn se svolením společnosti GROB)

Řešení NX, Teamcenter a Tecnomatix jsou součástí obchodní platformy Siemens Xcelerator, která zahrnuje software, hardware a služby.

Inženýři společnosti GROB využívají řešení Mechatronics Concept Designer™, které je součástí rodiny řešení NX, k vytváření a ověřování alternativních koncepcí návrhu důležitých sestav. Toto řešení se po výrobě stroje nebo vytvoření linky také používá pro virtuální uvedení do provozu. Digitální dvojče stroje, doplněné kinematickými definicemi, je prostřednictvím simulační platformy Siemens Simit připojené k programovatelnému logickému automatu (PLC) pro simulace typu hardware-in-the-loop (HiL). Virtuální uvedení do provozu výrazně zkracuje dodací lhůty, zejména pokud větší návrhy linek zahrnují stroje třetích stran, které jsou dodávány přímo zákazníkovi. Společnost GROB provádí virtuální uvedení do provozu ve svých kancelářích, což výrazně snižuje čas strávený na stavbách a optimalizuje práci na nich.

Inženýři společnosti GROB používají řešení Mechatronics Concept Designer pro virtuální uvedení do provozu. (obrázek zveřejněn se svolením společnosti GROB)

Automatické generování komponent

Společnost GROB používá k vytváření programů pro numerické řízení (CNC) především řešení NX CAM. Inženýři si mezi výrobními závody nevyměňují programy CNC, ale 3D modely, přičemž jako centrální informační centrum používají řešení Teamcenter. Tyto modely jsou na místě převedeny do programů CNC s ohledem na místní strojní zařízení a dostupné nástroje.

Mnoho návrhů se dodává ve variantách, které se liší například počtem a velikostí otvorů nebo kapes. Společnost GROB využila možnosti uživatelsky definovaných prvků (UDF) v řešení NX k vytvoření knihovny pravidel obrábění obsahující standardní typy otvorů, kapes a definic povrchů, včetně nástrojů potřebných pro obráběcí úkony. To vedlo k výrazným úsporám v různých fázích procesu výroby výrobků. „Využití řešení NX CAM pro obrábění založené na prvcích nám pomohlo automatizovat návrh a programování CNC,“ říká Zingerle. „Automatické rozpoznávání prvků, které rozpoznává 95 procent standardních typů otvorů společnosti GROB a 70 až 80 procent dalších prvků, zkrátilo dobu programování CNC o 30 procent a výrazně snížilo počet použitých různých nástrojů.“

„Dosažení tak vysoké úrovně automatizace a integrace dat nám zabralo nějaký čas a vyžadovalo tři zásadní faktory,“ říká Lisiecki. „Zaprvé k tomu byly zapotřebí softwarové produkty obchodní platformy Siemens Xcelerator s jejich dlouhodobou stabilitou a univerzální interoperabilitou. Zadruhé jsme potřebovali spolehlivou nepřetržitou aplikační podporu ze strany společnosti Siemens, která je obeznámená s našimi požadavky. A zatřetí jsme potřebovali vlastní odborné znalosti umožňující neustálé zlepšování s velkou agilitou.“

Martin Wagner vede skupinu informačních technologií (IT), která podporuje technický software a převádí návrhy komponent zákazníků pro použití v digitálním dvojčeti společnosti GROB. Jako příklad funkcí programovaných přímo ve firmě, které vyžadují IT odborníky znalé všech různých typů softwaru, Wagner uvádí: „Výměna informací mezi řešením Teamcenter a systémem ERP znamená více než jen přesun kusovníků přes rozhraní T4S. Pořadí komponent se automaticky upraví podle požadavků například oddělení nákupu, načež se kusovník předá zpět do inženýringu k automatickému přizpůsobení.“

Výrobní pracovníci společnosti GROB se spoléhají na platné informace z prohlížečů Teamcenter v datovém formátu JT na monitorech, nikoli na papíře. Pomocí otevřené aplikace řešení NX pro extrakci prvků z modelů řešení NX implementovali IT odborníci společnosti GROB automatické generování směrování pracovních postupů. „Jsou dostatečně podrobné, aby rozlišovaly mezi svařovacími a nýtovacími maticemi a uváděly jejich orientaci,“ říká Stefan Schur, vedoucí skupiny pro podporu výroby ve společnosti GROB. „Automaticky generované směrování pracovních postupů založené na řešení NX prakticky eliminovalo chyby v dílně.“

Dalším příkladem automatizace návrhu je to, že jakákoli verze návrhu řešení Teamcenter spustí proces změn v systému ERP. V praxi to znamená, že tento software se používá (spolu se všemi ostatními výkresy) k vytvoření dokumentu s vyznačením změn.

Společnost GROB používá řešení NX nejen k návrhu a výrobě svých zařízení. Když společnost vyvinula novou technologii aditivní výroby (AM) pro rychlou a ekonomickou výrobu hliníkových komponent, integrovala do ní řešení NX a aditivní výrobu typu vše v jednom. Vše je propojené se softwarem řezacího nástroje stroje, který generuje všechny informace potřebné k výrobě komponent. Uživatelé těchto inovativních strojů pro aditivní výrobu používají řešení NX také k vytváření nosných konstrukcí komponent. „Díky softwaru od společnosti Siemens se naše digitální transformace rozšířila i na zákaznickou zkušenost,“ říká Lisiecki.

Výrobní pracovníci společnosti GROB se spoléhají na platné informace z prohlížečů Teamcenter JT na monitorech, nikoli na papíře. (obrázek zveřejněn se svolením společnosti GROB)