Производитель подшипников выполняет требования к точности и одновременно повышает производительность

Оптимизация перемещения

На протяжении всей истории человечество стремилось уменьшить трение между передвигаемыми объектами, чтобы перемещать их на большие расстояния. Создатели египетских пирамид и Стоунхенджа сумели передвинуть массивные камни, подложив по них цилиндрические деревянные ролики, чтобы уменьшить коэффициент трения и силу, которая нужна для их перемещения. Насколько известно на сегодняшний момент, для строительства этих уникальных сооружений из числа чудес света впервые применили конструкции, похожие на современные подшипники.

Первое упоминание о подшипниках современного вида с кольцами и шариками содержится в чертежах модели вертолета, созданной Леонардо да Винчи (XV век). С тех пор конструкция подшипников существенно изменилась, а точность повысилась, что позволило применять их для самых разных целей. Уменьшение габаритов и рост сложности полупроводников и медицинских устройств привели к революции в проектировании систем перемещения их компонентов. Точность систем перемещения сильно зависит от сборок подшипников и того, как они интегрируются в системы. Precisie Metaal Bearings (PM-Bearings) — это один из немногих в мире производителей прецизионных линейных подшипников.

Лидер в производстве прецизионных линейных подшипников

PM-Bearings специализируется на проектировании и производстве высокоточных линейных подшипников, систем перемещения и столов позиционирования для полупроводников, медицинских устройств и промышленных станков. Компания была основана в 1966 году для производства линейных подшипников, а затем стала проектировать и производить на заказ многоосевые столы позиционирования, а также заниматься их сборкой. Компания расположена в небольшом населенном пункте Дедемсваарт в Нидерландах, ее штат насчитывает 140 человек. PM-Bearings поставляет изделия для клиентов по всему миру. Линейка изделий компании варьируется от очень маленьких подшипников (10мм в длину) до систем с площадью от 1,2 до 1,5 квадратных метров и длиной хода в один метр. Компания предлагает компоненты для систем линейного перемещения, включая прецизионные направляющие, столы позиционирования и многое другое. PM-Bearings является частью PM Group, наряду с другими компаниями, которые специализируются на высокотехнологичной обработке. Клиенты компании располагаются в самых разных регионах и городах мира, от Кремниевой долины до Шэньчжэня.

Фокус на нужды заказчика

Разнообразие потребностей заказчиков доставляет производителям прецизионных подшипников ряд трудностей: спрос на изготовление по индивидуальным требованиям (в большинстве случае это до 80 процентов системного проектирования), сокращение времени вывода изделия на рынок, высокую точность (например, плавное движение с отклонением два микрометра на метр). Кроме того, иногда заказчики просят уменьшить размер подшипников и использовать необычные материалы, включая керамику, которая используется в немагнитной или сверхвысоковакуумной среде.

«Когда заказчик присылает спецификацию, часто оказывается, что крайний срок исполнения был буквально вчера», — говорит Ян Виллем Риддеринкхоф, руководитель отдела исследований и разработки в PM-Bearings. — Простые изменения, такие как перемещение отверстия, можно выполнить всего за несколько операций. Но заказчики все чаще присылают совершенно новые спецификации. В сфере производства полупроводников существует тенденция делать чипы все меньше и меньше, что еще больше усложняет нашу работу».

«Для одной из машин для контроля полупроводниковых пластин с 5-осевой системой мы получили спецификацию на время стабилизации равное 500 миллисекундам и вибрации в пределах 50 нанометров при линейном перемещении, — продолжает Риддеринкхоф. — Такие строгие требования к точности сильно влияют на нашу бизнес-модель. Мы уже не просто поставщики прецизионных подшипников, мы становимся интеграторами систем перемещения».

В PM-Bearings знали, что нужно полностью контролировать реализацию изделия, от этапа проектирования до изготовления, чтобы сохранять конкурентное преимущество. Поэтому компания сделала выбор в пользу комплексного набора решений от специалиста по управлению жизненным циклом изделия (PLM) Siemens Digital Industries Software. Этот набор решений включает программное обеспечение NX™ для проектирования в CAD-системе, Simcenter™ для прогнозирования характеристик, NX CAM для компьютеризированного производства и Teamcenter® для управления жизненным циклом изделия. Это позволяет удостовериться, что все, кто работает с изделием, используют одни и те же данные и рабочие процессы для принятия решений. Компания PM-Bearings использовала эти решения более чем десять лет при поддержке партнеров Siemens Digital Industries Software — компании cards PLM Solutions. «Нам очень важно было иметь контактное лицо по решению в Голландии, — объясняет Риддеринкхоф. — Компания cards PLM Solutions помогла нам развернуть и настроить Teamcenter. Кроме того, она поддерживает связь с экспертами Siemens Digital Industries Software по решению Simcenter».

«Цель cards PLM Solutions состоит в том, чтобы помогать заказчиками создавать наилучшие изделия, — говорит Эрик Бургхорн, CEO cards PLM Solutions. — Мы используем свои знания, чтобы помогать заказчикам внедрять программное обеспечение, соответствующее всем их требованиям. cards PLM Solutions помогает таким компаниям, как PM-Bearings, увеличивать производительность путем дигитализации производственных процессов.

Реализация лучших идей с NX

Линейный подшипник катится или скользит? Скольжение будет линейное или круговое? Движущая сила моторизированная или немоторизированная? Какой материал — металлический или керамический — больше подходит для условий эксплуатации подшипника? Уолтер Мейеринк, инженер по мехатронным системам в PM-Bearings, каждый день принимает решения, проектируя в NX линейные направляющие и системы позиционирования. Он ориентируется на спецификации в вопросах точности, повторяемости, нагрузки и условиях эксплуатации. «Я несу ответственность за то, чтобы превратить требования заказчиков в финальные чертежи, — говорит Мейеринк. — NX CAD помогает мне разработать конструкции быстро и эффективно».

Вместо того, чтобы классифицировать компоненты по алфавитно-цифровым кодам, компания PM-Bearings пользуется функцией Teamcenter «семейство деталей». С ее помощью можно классифицировать детали на основании заранее определенных критериев. Это помогает задавать допустимые вариации деталей и применять определенные метрики и стандарты проектирования. Например, похожие компоненты одной длины можно группировать в одно семейство деталей. «Семейство деталей — это очень полезная функция, — говорит Мейеринк. — Я могу быстро сделать сборку из разных деталей, и это экономит мне много времени». Полной моделью можно легко делиться с инженерами-расчетчиками и специалистами по CAM. Все это ускоряет разработку. «Другая важная в моей работе возможность NX CAD — это чтение данных проектирования заказчиков, которые используют другую CAD-платформу», — добавляет Мейеринк.

Ускорение итераций при проектировании

«Единая платформа NX CAD и Simcenter 3D CAE помогает нам ускорить выполнение ежедневных задач, — говорит Матис те Виерик, R&D инженер в PM-Bearings. — Когда конструкция готова, ее нужно проанализировать. Simcenter прекрасно справляется с этой задачей. Я могу быстро подготовить геометрию для численного моделирования; если нужно, упростить геометрию, например, построить срединные поверхности, сгенерировать сетку, отправить задание в решатель NX Nastran и проанализировать результаты».

«Если нужно, я могу модифицировать геометрию, например, легко переместить укрепляющие ребра прямо внутри Simcenter, — добавляет те Виерик. — Так как все связанные компоненты обновляются автоматически, я могу запустить решение и сравнить результаты анализов. Это экономит много времени. После нескольких итераций проектирования и анализа конструкция, прошедшая валидацию, отправляется напрямую CAM-инженеру, при этом даже не нужно менять формат. »

«Раньше мы пользовались услугами сторонней компании на КЭ-анализа, — говорит те Виерик. — Результаты мы получали через две недели. Благодаря Simcenter мы можем получить результаты за несколько минут или часов, в зависимости от сложности анализа. Это ускоряет многие процессы. Численное моделирование своими силами позволяет нам больше узнать о нашем изделии».

Точность до нанометра

Учитывая строгие требования к точности размеров и минимизации амплитуды вибраций до нанометров, PM-Bearings сталкивается с уникальными производственными задачами. Точность, которая очень зависит от процесса обработки, влияет на внешний вид и рабочие характеристики изделия. Эффективная обработка компонентов прецизионных систем перемещения на основе 3D-конструкции требует четких инструкций для сотрудников цеха и оборудования. NX CAM содержит возможности CAD, программирования станков с ЧПУ и симуляции обработки. Решение помогает PM-Bearings наметить полноценный производственный план задолго до запуска производства.

CAM-инженер Крис Принс (Kris Prins) отвечает за планирование и контроль производства в PM-Bearings. Он знает из своего опыта, что создание плана с помощью цифровых инструментов просто необходимо для того, чтобы успешно произвести изделия с первого раза. «В начале мы все программировали на самом станке, — говорит Принс. — Для внесения каждого изменения нужно было проверять и менять всю программу, это занимало много времени и приводило к ошибкам. Простой станков и сотрудников цеха дорого нам обходился в плане денег и времени. С NX CAD и цифровым двойником изделия, станка и процесса обработки мы снизили время выполнения программ на 80%. Это помогает нам конкурировать с другими компаниями».

Как и многим производственным компаниям, PM-Bearings нужно выполнять фрезеровку, токарную и чистовую обработку быстрее, и при этом увеличивать срок службы инструмента. «Когда я получаю модель для производства от команды проектирования, сначала я стараюсь удостовериться, что наши инструменты и станки могут справиться с такой работой, — объясняет Принс. — Быстрая верификация операций в программном обеспечении NX CAM позволяет узнать, возникнут ли какие-нибудь сложности при обработке изделия. Это очень полезная возможность, которая позволяет легко решить любую возможную проблему на ранних этапах планирования. Когда мы проверяем технологичность и находим проблему, мы работаем с командой проектировщиков, чтобы изменить конструкцию. Наша команда использует программное обеспечение Teamcenter для совместной работы и передачи данных. При таком замкнутом процессе информация об изменении конструкции автоматически передается на производство».

Другая функция, которую я каждый день использую, — это гибкие стратегии обработки в NX CAM, — продолжает Принс. — «Обработка на режущем станке не все одинакова. Точность готового изделия напрямую связана с нагрузкой, вызываемой режущими операциями. Для обработки больших металлических блоков и маленьких деталей толщиной в пять миллиметров применяются разные стратегии. Программное обеспечение автоматически предлагает траекторию инструмента для удаления материала, а также позволяет использовать наше ноу-хау для изменения стратегии обработки, чтобы мы могли получить лучшие результаты. Благодаря повторному использованию наработок мы выстраиваем эффективные процессы обработки, достигаем высокого качества изделий и увеличиваем срок службы инструмента».

Высокая точность благодаря дигитализации

«Обмен 3D-моделью и доступ к последней информации — это самые сильные стороны Teamcenter, — говорит Риддеринкхоф. — Формат JT позволяет визуализировать модель не только CAM-инженерам, но и всем сотрудникам компании, включая отдел планирования и производственный цех. Возможность просматривать модели, поворачивать их, видеть скрытые компоненты и структуру изделия дает преимущества всем сотрудникам; даже специалисты по сборке используют эту информацию. Она будет полезна абсолютно всех сотрудников, от менеджеров по продажам, которые демонстрируют изделия покупателям, до тех, кто занимается обучением сотрудников и показывает, как устроено изделие. Атрибуты объектов, такие как название поставщика и номер детали, используются для автоматической генерации состава изделия в ERP-системе, что позволяет внедрить цифровые технологии в работу отдела закупок и сократить риск возникновения ошибок, связанных с человеческим фактором».

«Мы верны своему принципу — оставаться компанией, которая оказывает услуги высокоточной обработки. Поэтому нам надо опережать конкурентов, — продолжает Риддеринкхоф. — Чтобы создавать прецизионные подшипники и системы позиционирования, мы провели дигитализацию всего процесса разработки и производства с помощью решений Siemens Digital Industries Software. Чем больше времени мы тратим на работу в программном обеспечении в начале производства, тем более качественное изделие мы произведем. Общая производительность компании растет. Мы можем произвести широкий спектр подшипников за меньшее время, снизив количество ошибок и улучшив качество. В результате растет и наша прибыль».