Automatyzacja projektowania i programowania CAM w celu skrócenia o 30% czasu programowania obrabiarek CNC

Zwiększenie możliwości działania dla branży motoryzacyjnej

Samochody bardzo się zmieniły w ciągu ostatnich dziesięcioleci, podobnie jak metody ich wytwarzania. To, co kiedyś było produkowane masowo, od komponentów po gotowe produkty, jest teraz w dużym stopniu zindywidualizowane. Producenci samochodów potrzebują urządzeń produkcyjnych zdolnych do wytwarzania złożonych części i złożeń w dużych ilościach i z zagwarantowaniem elastyczności umożliwiającej szybkie i częste przezbrajanie.

Będąca pionierem w projektowaniu i produkcji innowacyjnych obrabiarek o wysokie jakości firma GROB-WERKE GmbH & Co. KG (GROB) wyprodukowała swoją pierwszą frezarkę do gwintów w 1933 r. Od tego to rodzinne przedsiębiorstwo stało się liderem w dziedzinie innowacyjnych systemów produkcji i automatyzacji, zaopatrującym głównie czołowych producentów samochodów oraz ich dostawców. Oferta produktów firmy GROB obejmuje zarówno wolnostojące 5-osiowe centra obróbcze, jak i linie transferowe do produkcji części mechanicznych. Można w niej również znaleźć również systemy do produkcji napędów hybrydowych i elektrycznych, w tym silników elektrycznych, a także linie montażowe modułów akumulatorowych i ogniw paliwowych.

W swoich pięciu zakładach inżynieryjnych i produkcyjnych firma GROB wykorzystuje oprogramowanie Plant Simulation, NX i Teamcenter z dwukierunkową integracją systemu ERP do planowania, projektowania, walidacji i generowania programów CNC. (zdjęcie za zgodą firmy Grob)

Inżynieria globalna

Firma GROB w dużej mierze zawdzięcza swój sukces umiejętności przewidywania zmieniających się wymagań rynku i reagowania na nie innowacyjnymi rozwiązaniami. Te strategie wsparło wczesne wdrożenie przyszłościowych narzędzi informatycznych i systemów, które ułatwiają inżynierom projektowanie, konstruowanie i wytwarzane maszyn i urządzeń do produkcji samochodów.

Około 2000 r. firma GROB zaczęła stosować systemy do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) z wykorzystaniem modelowania 3D zarówno do projektowania koncepcyjnego, jak i szczegółowego. Firma sięgnęła po oprogramowanie NX™, aby zastąpić rysunki 2D, często jeszcze wykonywane w postaci papierowej. „Nasi konstruktorzy w zakładach produkcyjnych w Niemczech, Włoszech, Chinach, Brazylii i USA ściśle współpracują ze sobą”, mówi Christian Lisiecki, dyrektor i kierownik działu systemów obróbki maszynowej w firmie GROB. „Ustandaryzowanie danych CAD z wykorzystaniem oprogramowania NX było globalnym projektem, który miał zostać wdrożony w całej firmie”.

Ten wczesny projekt digitalizacji obejmował również oprogramowanie do zarządzania cyklem życia produktu (PLM). Firma GROB wybrała ofertę oprogramowania PLM dostępną w pakiecie Teamcenter ® ze względu na głęboką integrację systemu NX i doskonałą wydajność w przypadku instalacji wielostanowiskowych. Wraz z oprogramowanie NX wdrożono też globalnie pakiet Teamcenter. „Teamcenter stanowi jedno źródło informacji dla wszystkich inżynierów zajmujących się projektowaniem w placówkach firmy GROB na całym świecie”, stwierdza Lisiecki. Firma korzysta również z aplikacji Teamcenter o nazwie Machine Resource Library (MRL), która umożliwia klasyfikowanie danych dotyczących produkcyjnych zasobów inżynieryjnych i zarządzanie nimi. „Oferowane przez nią funkcje obiegu informacji pozwalają nam tworzyć efektywnie działające zespoły projektowe w naszych lokalizacjach na całym świecie”, opowiada Lisiecki.

Chociaż początkowo wymiana list materiałowych BOM między oprogramowaniem Teamcenter i systemem do planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP) odbywała się za pomocą innych, mniej nieefektywnych środków, obecnie te informacje są przesyłane za pomocą aplikacji Teamcenter Gateway for SAP Business Suite (T4S). „Wyeliminowanie dotychczasowych silosów danych skróciło czas potrzebny na kompilację list materiałowych o co najmniej 80%”, mówi Lisiecki. „Pozwoliło również o 95% ograniczyć liczbę notorycznych błędów i niezgodności”.

Inżynierowie firmy GROB używają systemu NX CAM do generowania i symulowania programów CNC. (zdjęcie za zgodą firmy Grob)

Kompleksowy cyfrowy bliźniak

Inżynierowie firmy GROB tworzą kompleksowego cyfrowego bliźniaka każdej maszyny lub linii produkcyjnej, używając oprogramowanie NX do wielu zadań wykraczających poza modelowanie. Za pomocą oprogramowania NX NASTRAN wykonują analizy metodą elementów skończonych (MES), a przy użyciu aplikacji NX CFD – symulacje analiz mechaniki płynów(CFD). Używają też oprogramowania innych firm do projektowania schematów obwodów i szafek oraz zintegrowanej z oprogramowaniem NX aplikacji do trasowania przewodów 3D do projektowania i wytyczania przebiegu przewodów hydraulicznych i wiązek elektrycznych w złożonych zespołach. Ponieważ znaczna część maszyn firmy GROB jest zbudowana z blachy, przydatnym elementem jest też aplikacja NX Sheet Metal Design, oferująca odpowiednie środowisko do projektowania złożonych części blaszanych.

„Dzięki bogactwu specjalistycznych aplikacji oprogramowanie NX pozwala inżynierom wykonywać różne zadania w zakresie projektowania bez opuszczania znajomego środowiska”, mówi Florian Zingerle, inżynier projektowania i kluczowy użytkownik oprogramowania NX w firmie GROB. „Stała praca w ramach globalnej struktury oferowanej przez Teamcenter umożliwia im tworzenie cyfrowego wątku od wstępnego projektu aż do etapu produkcji”.

Projektowanie maszyn i zautomatyzowanych urządzeń w firmie GROB nie ogranicza się do oprogramowania NX. Inżynierowie używają też aplikacji Plant Simulation w portfolio Tecnomatix® do projektowania koncepcyjnego już w ramach procesu sprzedaży. Korzystanie z tej aplikacji umożliwia symulowanie przepływu materiałów i wykorzystania maszyn, co skutkuje optymalizacją już na etapie koncepcji i stanowi solidny punkt wyjścia dla wszystkich późniejszych prac związanych z projektowaniem. Inżynierowie używają aplikacji Process Simulate, również dostępnej w portfolio Tecnomatix, do symulacji robotów, które integrują ze swoimi projektami, aby weryfikować czasy cykli i eliminować ewentualne kolizje.

Firma GROB wykorzystała oprogramowanie NX do zautomatyzowania zadań związanych z projektowaniem i programowaniem obrabiarek CNC dzięki funkcjom obróbki opartej na cechach, rozpoznającym 95% standardowych typów otworów i 70–80% innych cech stosowanych w jej projektach. (zdjęcie za zgodą firmy Grob)

Oprogramowanie NX, Teamcenter and Tecnomatix jest częścią platformy biznesowej Siemens Xcelerator obejmującej oprogramowanie, sprzęt i usługi.

Inżynierowie GROB używają oprogramowania Mechatronics Concept Designer™, będącego częścią rodziny NX, do tworzenia i walidacji alternatywnych koncepcji projektowych dla złożeń o kluczowym znaczeniu. Na drugim końcu etapu rozwoju maszyny lub linii produkcyjnej używają tego oprogramowania do wirtualnego sterowania produktem. Cyfrowy bliźniak maszyny, zawierający również definicje kinematyczne, zostaje połączony za pośrednictwem platformy symulacyjnej Siemens Simit z programowalnym sterownikiem logicznym (PLC) w celu przeprowadzenia symulacji sprzętowej w pętli zamkniętej (HiL). Wirtualne sterowanie znacznie skraca czas realizacji, zwłaszcza jeśli projekty większych linii produkcyjnych linii obejmują także maszyny innych firm, które są dostarczane bezpośrednio do klienta. Firma GROB przeprowadza wirtualne sterowanie maszynami i liniami w swoich biurach, co znacznie skraca czas poświęcany i prace optymalizacyjne wykonywane u klienta.

Inżynierowie GROB wykorzystują narzędzie Mechatronics Concept Designer do wirtualnego sterowania. (zdjęcie za zgodą firmy Grob)

Zautomatyzowane generowanie części

Firma GROB wykorzystuje system NX CAM głównie do tworzenia programów komputerowego sterowania numerycznego (CNC). Inżynierowie nie przesyłają samych programów CNC, ale modele 3D między zakładami produkcyjnymi, używając oprogramowania Teamcenter jako centrali dystrybucyjnej informacji. Te modele są następnie przekształcane lokalnie w programy CNC z uwzględnieniem lokalnego parku maszynowego i dostępnych narzędzi.

Wiele konstrukcji ma różne warianty, różniące się na przykład liczbą i rozmiarami otworów lub gniazd. Firma GROB wykorzystała opcję funkcji zdefiniowanej przez użytkownika (UDF) w oprogramowaniu NX do stworzenia biblioteki reguł obróbki zawierającej definicje standardowych typów, gniazd i powierzchni wraz z narzędziami wymaganymi w procesie ich obróbki. Zaowocowało to znacznymi oszczędnościami na różnych etapach procesu tworzenia produktu. „Wykorzystanie oprogramowania NX CAM do obróbki opartej na cechach pomogło nam zautomatyzować prace związane z projektowaniem i programowaniem obrabiarek CNC”, mówi Zingerle. „Funkcja automatycznego rozpoznawania cech, rozpoznająca 95% standardowych typów otworów i 70–80% innych standardowych cech, skróciła czas programowania obrabiarek CNC o 30% i przyczyniła się do znacznego zmniejszenia liczby różnych używanych narzędzi”.

„Osiągnięcie tak wysokiego poziomu automatyzacji i integracji danych zajęło nam trochę czasu i wymagało trzech kluczowych czynników”, mówi Lisiecki. „Pierwszym z nich było oprogramowanie platformy biznesowej Siemens Xcelerator, charakteryzujące się długoterminową stabilnością i uniwersalną interoperacyjnością; drugim niezawodne i ciągłe wsparcie aplikacji ze strony firmy Siemens, partnera znającego nasze wymagania, a trzecim specjalistyczna wiedza wspomagająca ciągłe doskonalenie produktów oraz dużą elastyczność działania”.

Martin Wagner kieruje grupą ds. technologii informatycznych (IT), zajmującą się oprogramowaniem technicznym i konwersją projektów części klienta do wykorzystania w cyfrowym bliźniaku firmy GROB. Wagner podaje przykład funkcji zaprogramowanej wewnętrznie, która wymaga eksperckiej wiedzy w dziedzinie IT i różnych typów oprogramowania: „Wymiana danych między oprogramowaniem Teamcenter i systemem ERP wykracza poza przesyłanie list materiałowych BOM w interfejsie T4S. Obejmuje również automatyczne dostosowywanie sekwencji części do wymagań, na przykład zaopatrzeniowych, po czym lista materiałowa jest przekazywana z powrotem do działu inżynieryjnego do automatycznego ponownego uzgodnienia”.

Pracownicy produkcyjni firmy GROB polegają na prawidłowych informacjach z przeglądarek Teamcenter JT™ przedstawianych w postaci elektronicznej, nie na papierze. Wykorzystując otwartą aplikację NX do wyodrębniania cech z modeli NX, specjaliści z działu IT firmy GROB wdrożyli automatyczne generowanie trasowania obiegu informacji. „Dane są wystarczająco szczegółowe, aby odróżnić nakrętki spawane od nitonakrętek i wskazywać ich orientację”, mówi Stefan Schur, lider grupy, z działu wsparcia produkcji w firmie GROB. „Oparte na systemie NX i generowane automatycznie trasowanie obiegu informacji pozwoliło praktycznie wyeliminować błędy podczas produkcji”.

Innym przykładem automatyzacji projektowania jest to, że utworzenie nowej wersji projektu w oprogramowaniu Teamcenter uruchamia proces zmiany w systemie ERP. W praktyce oprogramowanie jest używane (wraz ze wszystkimi dodatkowymi rysunkami) do tworzenia dokumentu informującego o zmianach.

Firma GROB używa systemy NX nie tylko do projektowania i produkowania swoich maszyn. Gdy opracowała nowatorską technologię wytwarzania przyrostowego (AM) pod kątem szybkiej i ekonomicznej produkcji części aluminiowych, zintegrowała kompleksowe rozwiązanie do obsługi tej metody wytwarzania dostępne w oprogramowaniu NX. Jest ono połączone z oprogramowaniem typu slicer, które generuje wszystkie informacje niezbędne do produkcji części. Użytkownicy tych innowacyjnych maszyn do druku 3D wykorzystują oprogramowania NX również do tworzenia struktur podporowych. „Dzięki oprogramowaniu firmy Siemens nasza transformacja cyfrowa objęła również doświadczenia klienta”, podsumowuje Lisiecki.

Pracownicy produkcyjni firmy GROB polegają na prawidłowych informacjach z przeglądarek Teamcenter JT przedstawianych w postaci elektronicznej, nie na papierze. (zdjęcie za zgodą firmy Grob)