Producent łożysk spełnia wyśrubowane wymogi dotyczące dokładności, jednocześnie podnosząc wydajność pracy

Wsparcie mobilności

Ludzkość od wieków starała się ułatwić transport materiałów i zwiększyć mobilność osób, zmniejszając tarcie pomiędzy ruchomymi elementami. Konstruktorzy piramid oraz Stonehenge umieszczali drewniane walce pod ogromnymi ciężarami – w ten sposób zmniejszali tarcie, ograniczali siłę niezbędną do ich przesunięcia i byli w stanie przenosić masywne konstrukcje. Powstanie tych cudów świata było możliwe dzięki zastosowaniu jednych z pierwszych znanych ludziom łożysk.

Współczesne łożyska z pierścieniami i kulkami zostały opisane po raz pierwszy w XV wieku przez Leonarda da Vinci na potrzeby projektu helikoptera. Od tego czasu ich projekt, precyzja i mobilność znacząco się rozwinęły, a łożyska znalazły zastosowanie w bardzo wielu obszarach. Miniaturyzacja oraz rosnąca złożoność produktów w branży półprzewodników oraz urządzeń medycznych spowodowała rewolucję w układach ruchomych oraz ich poszczególnych komponentach. Ich precyzja i dokładność w dużej mierze zależy od złożenia łożysk oraz ich integracji z pozostałymi systemami. Precisie Metaal Bearings (PM-Bearings) to jeden z niewielu producentów na świecie, który oferuje wysoce precyzyjne łożyska liniowe.

Lider na rynku precyzyjnych mechanizmów

PM-Bearings specjalizuje się w projektowaniu i produkcji wysoce precyzyjnych łożysk, prowadnic, układów ruchomych i systemów pozycjonujących. Swoje produkty dostarcza klientom z branży półprzewodników, urządzeń medycznych i obrabiarek. Firma powstała w 1966 roku jako producent łożysk liniowych, a od tego czasu jej działalność poszerzyła się o projektowanie, produkcję i montaż personalizowanych, wieloosiowych systemów pozycjonujących, uwzględniających pełną integrację mechatroniczną. Zlokalizowane w holenderskim Dedemsvaart przedsiębiorstwo zatrudnia 140 osób i oferuje swoje usługi klientom na całym świecie. Wśród produktów firmy znajdują się bardzo małe łożyska (o długości 10 mm) jak również systemy o powierzchni 1,2–1,5 metrów kwadratowych, gdzie długość suwu wynosi 1 metr. Portfolio oferowanych produktów obejmuje liniowe komponenty ruchowe, włączając w to precyzyjne prowadnice, stoły pozycjonujące oraz układy łożysk. PM-Bearings stanowi część grupy PM obok innych firm specjalizujących się w obróbce high-tech. Baza jej klientów rozciąga się na cały świat – od Doliny Krzemowej po chińskie Shenzhen.

Koncentracja na potrzebach klienta

Mnogość potrzeb różnych klientów oznacza dla producenta precyzyjnych łożysk bardzo wiele wyzwań. Dotyczy to między innymi konieczności wprowadzania indywidualnych modyfikacji (w większości przypadków nawet do 80% projektu), krótkiego czasu dostawy oraz niezwykłe wysokiej precyzji (np. płynne przesunięcie o dwa mikrony na metr). Do tego dochodzą jeszcze wymagania związane z miniaturyzacją łożysk oraz nietypowymi materiałami, np. ceramiką wykorzystywaną w przypadku elementów niemagnetycznych lub środowisk o bardzo wysokiej próżni.

– Gdy klient przesyła nam specyfikację, termin wykonania często przypada na przysłowiowe „wczoraj” – mówi Jan Willem Ridderinkhof, kierownik ds. R&D i inżynierii w firmie PM-Bearings. – Proste modyfikacje, na przykład przesunięcie otworu, można wprowadzić w krótkim czasie. Jednak coraz większa liczba klientów przedstawia nam zupełnie nowe specyfikacje układów. W branży półprzewodników panuje trend stałego zmniejszania rozmiaru chipów, co dodatkowo komplikuje naszą pracę.

– W przypadku 5-osiowej maszyny do inspekcji płytek krzemowych specyfikacja wymagała czasu ustawienia na poziomie 500 milisekund oraz drgań w granicy 50 nanometrów podczas przesunięcia liniowego – dodaje Ridderinkhof. – Tak wysoki poziom precyzji ma ogromny wpływ na nasz model biznesowy. Nie zajmujemy się już tylko dostarczaniem precyzyjnych łożysk, lecz pełną integracją układów ruchomych.

Firma PM-Bearings doskonale rozumiała, że kontrola całego procesu pracy nad produktem – od projektu po dostawę – ma ogromne znaczenie dla utrzymania przewagi konkurencyjnej. Właśnie dlatego przedsiębiorstwo zdecydowało się na kompleksowy zestaw rozwiązań od Siemens Digital Industries Software – firmy specjalizującej się w zarządzaniu cyklem życia produktu (PLM). W jego skład weszło oprogramowanie NX™ do projektowania CAD, Simcenter™ do symulacji działania, NX CAM do wytwarzania wspomaganego komputerowo oraz Teamcenter® na potrzeby PLM, które sprawia, że wszyscy użytkownicy wykorzystują jednakowe dane i procesy w celu podjęcia prawidłowych decyzji. PM-Bearings korzysta z tych rozwiązań już od ponad 10 lat, posiłkując się wsparciem ze strony dystrybutora Siemens Digital Industries Software – firmy cards PLM Solutions. – Możliwość kontaktu z lokalnym partnerem jest bardzo pomocna – tłumaczy Ridderinkhof. – Dzięki niemu wdrożenie i personalizacja Teamcenter przebiegły bardzo sprawnie. Jeśli chodzi o Simcenter, dystrybutor utrzymuje kontakty ze specjalistami technicznymi firmy Siemens Digital Industries Software.

– Zależy nam, aby nasi klienci mogli tworzyć jak najlepsze produkty – tłumaczy Erik Burghoorn, CEO cards PLM Solutions. – Wykorzystujemy nasze doświadczenie, aby pomóc firmom wdrożyć oprogramowanie oparte na najlepszych praktykach, które spełni ich oczekiwania. cards PLM Solutions pomaga firmom takim jak PM-Bearings zwiększyć wydajność pracy poprzez digitalizację procesów produkcyjnych.

Realizacja koncepcji z wykorzystaniem NX

Wybrać łożysko toczne czy ślizgowe? Czy ruch ślizgowy odbywa się w 100% po linii prostej czy po okręgu? Czy napęd obejmuje silnik? Czy w danych warunkach operacyjnych najlepiej sprawdzi się łożysko metalowe czy ceramiczne? Walter Meijerink, inżynier mechatronik w firmie PM-Bearings, podejmuje takie decyzje każdego dnia, korzystając z oprogramowania NX do konstrukcji łożysk liniowych i układów pozycjonujących z uwzględnieniem specyfikacji dotyczących precyzji, powtarzalności, obciążeń i środowiska operacyjnego. – Jestem odpowiedzialny za przeniesienie wymagań klientów na ostateczne rysunki projektowe – tłumaczy Meijerink. – Oprogramowanie NX CAD pozwala mi w szybki i efektywny sposób rozwijać koncepcje.

Dostępna w Teamcenter funkcja rodziny części pozwala firmie PM-Bearings klasyfikować części w oparciu o wstępnie zdefiniowane kryteria, a nie kody alfanumeryczne. Pomaga to zarządzać dozwolonymi wariantami części oraz ulepszyć zdefiniowane wskaźniki i standardy projektowe. Podobne części o różnej długości można na przykład pogrupować w ramach jednej rodziny. – Rodzina części to bardzo przydatna funkcja – uważa Meijerink. – Mogę szybko połączyć różne części, a to oszczędza mnóstwo czasu. Cały model można łatwo udostępnić analitykom oraz inżynierom CAM, dzięki czemu proces rozwoju produktu jest bardzo krótki. – Kolejną kluczową funkcją NX CAD, która ma dla mnie duże znaczenie, jest możliwość odczytu danych projektowych od klientów, którzy korzystają z innych systemów CAD – dodaje Maijerink.

Szybsze iteracje analizy

– Zintegrowana platforma NX CAD i Simcenter 3D CAE pomaga nam szybciej wykonywać codzienne zadania – tłumaczy Mathys te Wierik, inżynier R&D w firmie PM-Bearings. – Ukończone projekty należy przeanalizować pod kątem wytrzymałości i wydajności. Simcenter świetnie sobie z tym radzi. Mogę łatwo przygotować geometrię na potrzeby symulacji, w razie potrzeby ją uprościć, na przykład dodając płaszczyzny pośrednie, stworzyć siatkę, przesłać zadanie do solwera NX Nastran i przeanalizować otrzymane rezultaty.

– Jeśli to konieczne, mogę bezpośrednio zmodyfikować geometrię, na przykład przesunąć żebra usztywniające – dodaje te Wierik. – Wszystkie powiązane części aktualizują się automatycznie, więc mogę wykonać i porównać analizy, co oszczędza dużo czasu. Po kilku iteracjach zweryfikowany projekt jest przesyłany bezpośrednio do inżyniera CAM, bez potrzeby eksportu i konwersji danych na inny format.

– Dawniej analizą elementów skończonych zajmowała się firma zewnętrzna – wspomina te Wierik. – Na wyniki trzeba było czekać dwa tygodnie. Teraz, dzięki rozwiązaniu Simcenter, uzyskujemy je w ciągu kilku minut lub godzin, w zależności od tego, jak skomplikowane są obliczenia. Przyspiesza to bardzo wiele procesów. Dzięki symulacji wykonywanej wewnętrznie zyskujemy bardzo wiele dodatkowych informacji na temat naszych produktów.

Precyzja co do nanometra

Wyśrubowane wymagania dotyczące precyzji oraz ograniczenia drgań do poziomu nanometrów sprawiają, że PM-Bearings mierzy się z wyjątkowymi wyzwaniami w procesach produkcji. Dokładność, która w dużej mierze zależy od procesu obróbki, ma wpływ na działanie produktów oraz ich wygląd. Skuteczna obróbka ruchomych części na podstawie projektu 3D wymaga przesłania dokładnych instrukcji dla pracowników obsługujących sprzęty na hali produkcyjnej. NX CAM i jego zintegrowane funkcje CAD, programowania CNC oraz symulacji obróbki pomaga PM-Bearings określić kompletny plan wytwarzania jeszcze na długo przed pierwszym cyklem.

Kenny Prins, inżynier CAM odpowiedzialny za planowanie i kontrolę produkcji w firmie PM-Bearings, z doświadczenia wie, że konfiguracja prawidłowego cyklu produkcyjnego za pierwszym podejściem wymaga cyfrowego planowania. – Na początku programowaliśmy wszystko bezpośrednio na maszynie – opowiada Prins. – Każda zmiana oznaczała konieczność sprawdzenia i modyfikacji całego programu, co było czasochłonne i zwiększało ryzyko wprowadzenia błędów. Powiązane przestoje w pracy maszyn i personelu produkcyjnego oznaczały natomiast stratę czasu i pieniędzy. Oprogramowanie NX CAM pozwoliło nam skrócić czas programowania nawet o 80% dzięki zastosowaniu cyfrowego bliźniaka części obrabianej, narzędzi i obrabiarki. W ten sposób utrzymujemy przewagę konkurencyjną.

Podobnie jak inne firmy produkcyjne, PM-Bearings musi szybciej obrabiać i wykańczać wysokiej jakości produkty, dbając jednocześnie o dłuższą żywotność narzędzi. – Gdy zespół konstrukcyjny przekazuje mi gotowy do produkcji model, sprawdzam najpierw, czy nasze narzędzia i maszyny poradzą sobie z danym zadaniem – tłumaczy Prins. – Szybka weryfikacja operacji w oprogramowaniu NX CAM pokazuje, czy maszyna oraz jej osprzęt mogą napotkać na trudności podczas obróbki zaprojektowanej części. Jest to bardzo przydatna funkcja, dzięki której możemy łatwo wyeliminować wszystkie potencjalne problemy produkcyjne na wczesnym etapie procesu planowania. Jeśli wykryjemy problem z możliwością wyprodukowania części, współpracujemy z zespołem konstrukcyjnym w celu modyfikacji projektu. Nasi pracownicy korzystają z oprogramowania Teamcenter, aby usprawnić współpracę oraz procesy udostępniania danych. Proces w zamkniętej pętli pozwala na zastosowanie zmiany do wszystkich etapów: od analizy i planowania, aż do wytwarzania na hali produkcyjnej.

– Kolejna funkcja, z której korzystam codziennie, to elastyczne strategie obróbki w NX CAM – dodaje Prins. – Nie wszystkie cięcia działają tak samo. Precyzja gotowej części bezpośrednio wiąże się z obciążeniami występującymi podczas operacji cięcia. Strategie obróbki różnią się dla frezowania dużego bloku metalu i obróbki małych części o grubości pięciu milimetrów. Oprogramowanie automatycznie proponuje ścieżkę narzędzia, która pozwoli usunąć określony materiał, ale daje nam również możliwość elastycznego wprowadzenia zmian na podstawie posiadanego know-how i dostosowania strategii w celu uzyskania jak najlepszych rezultatów. Zapisując nasze doświadczenia i wykorzystując je ponownie, możemy zastosować skuteczne procesy obróbki, osiągnąć doskonałą jakość części, a jednocześnie wydłużyć żywotność narzędzia.

Precyzja dzięki digitalizacji

– Możliwość udostępniania modeli 3D i dostęp do najnowszych informacji to największe zalety Teamcenter – uważa Ridderinkhof. – Format JT pozwala na wizualizację modelu nie tylko zespołowi CAM, ale również pozostałym pracownikom, włączając w to osoby planujące produkcję i personel hali produkcyjnej. Opcja wyświetlenia modeli, ich obracania, obejrzenia ukrytych komponentów i oceny struktury przydaje się wszystkim – z tych informacji korzystają nawet inżynierowie odpowiedzialni za montaż. Wykorzystują je sprzedawcy, którzy prezentują produkty klientom oraz pracownicy, którzy chcą dowiedzieć się więcej na temat ich konstrukcji. Atrybuty dołączone do obiektu, np. nazwa dostawcy oraz numer części, są stosowane do automatycznego wygenerowania listy BOM w systemie ERP, rozszerzając proces digitalizacji na dział zaopatrzenia i ograniczając możliwość wprowadzenia błędów ludzkich.

– Chcemy utrzymać pozycję lidera w zakresie precyzyjnej obróbki, dlatego musimy stale wyprzedzać konkurencję – dodaje Ridderinkhof. – Aby dostarczać jak najbardziej dokładne łożyska i prowadnice, zdigitalizowaliśmy wszystkie procesy inżynierii i produkcji, korzystając z rozwiązań Siemens Digital Industries Software. Im więcej czasu poświęcamy pracy w oprogramowaniu na samym początku, tym wyższa jest jakość finalnego produktu. Rośnie również ogólna wydajność naszej firmy. Możemy dostarczać wiele różnych łożysk w krótszym czasie, jednocześnie eliminując błędy i zwiększając jakość, co ostatecznie przekłada się na wyższy zysk.