Projektowanie następnej generacji

Digitalizacja wpływa na wszystko w naszym życiu oraz na sposób, w jaki firmy dostarczają produkty na rynek, począwszy od rozwoju i wytwarzania produktu do wartości wydłużonej na przestrzeni cyklu życia produktu.

Modele biznesowe istniejące w obecnej epoce cyfrowej ulegają zaburzeniu pod wpływem tańszych robotów, zautomatyzowanej produkcji i technik wytwarzania przyrostowego. Inteligentniejszy sposób dostarczania produktów kolejnej generacji ma zasadnicze znaczenie dla przetrwania. Cyfrowy bliźniak [ang.: "digital twin"] pozwala na szybsze i dokładniejsze projektowanie, bardziej kompleksowe testowanie i obszerniejsze poznanie sposobu zachowywania się tych urządzeń w realnym świecie, i jest to osiągalne poprzez ujęcie wszystkiego w sposób cyfrowy, od etapu projektowania poprzez cały proces produkcji i wsparcia.

Cyfrowe modele są katalizatorem bliźniaka cyfrowego, ale należy zadać pytanie, w jaki sposób, uwzględniając techniki wytwarzania przyrostowego i inżynierii odwrotnej na bazie modeli siatkowych i tradycyjnych brył 3D lub modeli CAD na bazie precyzyjnych reprezentacji brzegowych, należy połączyć te dwa światy, a następnie zapewnić płynną interakcję z tymi modelami? Odpowiedź stanowi projektowanie następnej generacji.

Projektowanie następnej generacji wykorzystuje wzrost popularności modelowania siatkowego i obejmuje nowe funkcjonalności projektowania generatywnego, inżynierii wstecznej, drukowania w technologii 3D i technologii synchronicznej. Jeżeli muszą Państwo traktować te nowe kluczowe techniki jako osobne, wyspecjalizowane dodatki, zwiększenie zakresu modelowania siatkowego spowoduje zmniejszenie Państwa produktywności, a nie jej poprawę.

Projektowanie generatywne, które wykorzystuje techniki, takie jak optymalizacja topologii, może tworzyć doskonały projekt równoważący wytrzymałość i ciężar i tym samym zapewniający maksymalnie efektywne wykorzystanie materiałów, których cena nieustannie rośnie. Według ostatniego raportu, 47 procent producentów spodziewało się, że koszty materiałowe wzrosną nawet o 5% w ciągu 12 miesięcy; dlatego precyzja projektu ma kluczowe znaczenie w redukcji niepotrzebnych kosztów i odpadów materiałowych. Dodatkowo, projekty generatywne często redukują ciężar, przynosząc oszczędności we wszystkich obszarach od wysyłki po montaż wszelkich wymaganych komponentów. Organiczne kształty projektu generatywnego wyróżniają się i często są odpowiednio dobrane dla procesu odlewania lub wytwarzania przyrostowego z zachowaniem wysokiej rozdzielczości, ale mogą też wymagać edytowania w miejscu, w którym są montowane w obudowie zaprojektowanej w sposób bardziej tradycyjny. To oznacza wprowadzanie geometrii siatkowej tworzonej za pomocą narzędzi do projektowania generatywnego do bardziej konwencjonalnych aplikacji CAD bez oczekiwania na powolne i często niedokładne konwersje w celu umożliwienia skutecznego działania.

Podobnie skanowanie 3D transformuje stosowaną od dawna praktykę inżynierii wstecznej; szacuje się, że wartość tego sektora wyniesie 6 miliardów dolarów do 2022 roku ze względu na to, że zdolność do digitalizacji istniejących już komponentów, które zostały zaprojektowane przed wdrożeniem narzędzi CAD, powinna zapewniać znacznie większą efektywność niż odtwarzanie tych projektów. Akcesoria przeznaczone na szeroki rynek części zamiennych, wytwarzane przez inne firmy, to dynamicznie rozwijający się segment rynku, ale muszą one być precyzyjnie dopasowane.

Narzędzia do zautomatyzowanego generowania powierzchni oznaczają, że nie trzeba poświęcać całych dni na naprawianie powierzchni w chmurze skanowanych punktów, aby dane skanowane stały się przydatne; jednak tu też konieczne może okazać się aktualizowanie projektów, aby umożliwić dodawanie otworów lub uchwytów mocujących do zespołu. Niektórzy dostawcy zaczynają też dzielić się częściej modelami geometrii siatkowej niż pełnymi plikami CAD 3D, które mają więcej informacji projektowych aniżeli oni chcieliby ujawnić, a w przypadku skorzystania ze strony społecznościowej w celu uzyskania projektów udostępnionych są to często projekty siatkowe, które trzeba połączyć ze znanymi już reprezentacjami brzegowymi w pozostałej części własnego projektu. Zgadza się to zwłaszcza w przypadku akcesoriów, które chcemy pokazać w całkowicie wymodelowanej scenie, a które nie nadają się do tradycyjnego modelowania CAD.

W teorii, edycja i ponowne wykorzystywanie importowanych modeli powinno przyspieszać i upraszczać projektowanie produktu, ale wielu inżynierów nie ma zaufania do pracy z modelami siatkowymi, zwłaszcza wtedy, gdy chodzi o tworzenie projektów, które stanowią większą część procesu wytwarzania przyrostowego i druku 3D. Oznacza to, że mogą oni stracić szansę wykorzystania całego potencjału techniki, która oferuje znacznie więcej niż tylko szybkie i elastyczne prototypowanie. W przypadku niektórych materiałów, takich jak tworzywa utwardzane lub metale spiekane, w zakresie projektów, które podlegają mniejszym obciążeniom i naprężeniom, części są gotowe do zastosowania produkcyjnego.

McKinsey przewiduje, że do 2015 roku aż 50% tworzyw formowanych metodą wtrysku będzie powstawać przy użyciu form drukowanych metodą 3D, ale niektórzy producenci, zwłaszcza w gospodarkach rozwijających się, przechodzą od razu na druk 3D w zakresie dużego asortymentu komponentów w systemach tworzonych na zamówienie, przy czym przychody globalnego przemysłu druku 3D szacuje się na 20 lub nawet 35 miliardów dolarów do 2020 roku (według Deloitte i IDC).

Umożliwia to tworzenie zupełnie nowych modeli biznesowych; niektóre mniejsze firmy projektowe mogą podzlecać całość prac związanych z produkcją i wypełnianiem firmom świadczącym usługi w zakresie drukowania przyrostowego. Jednak, jeżeli tworzenie projektów dostosowanych do wytwarzania przyrostowego oznacza transformację geometrii siatkowej na i z reprezentacji brzegowych w celu modyfikacji lub produkcji części, może okazać się, że czas oszczędzony na produkcji zmienia się w czas poświęcany na korygowanie projektu.

Niezależnie od tego, czy tworzymy model do druku 3D od podstaw, czy też włączamy elementy projektu wykorzystujące geometrię siatkową, technologia synchroniczna stanowi idealną technikę modelowania, ponieważ spełnia ona cel funkcji projektowania – taki, jak zachowanie równoległości dwóch powierzchni komponentu lub koncentryczności otworu w uchwycie mocującym – przy jednoczesnym wyeliminowaniu wysoce strukturyzowanych ograniczeń tradycyjnego modelowania bazującego na historii (które po prostu nie występują w modelach siatkowych i nie są dostępne dla importowanych danych CAD). Bez potrzeby planowania, kolejność, w jakiej projektuje się właściwości we wczesnej fazie projektowania, może przypominać raczej szkicowanie, więc nie muszą Państwo czekać na sfinalizowanie szczegółów projektu produktu, uzyskując więcej czasu w procesie projektowania na eksperymentowanie i innowacje lub po prostu znacznie szybciej wprowadzając produkt na rynek, aby móc raczej zacząć zarabiać pieniądze niż wydawać je na badania i rozwój. Mogą Państwo ponownie wykorzystywać projekt komponentu bez konieczności dbania o kolejność zaprojektowania poszczególnych elementów lub stosować granice i zasady w celu szybkiego implementowania rysunku 2D do modelu 3D zamiast żmudnego przeprojektowywania go według pierwotnych specyfikacji.

Niezależnie od tego, czy chodzi o komponent generowany, skanowany, pobierany czy też konwencjonalnie projektowany, modelowanie konwergentne tworzy pomost między sferą modelowania siatkowego i tradycyjnego modelowania typu CAD, pozwalając na wyciąganie danych z innych systemów i manipulowanie modelem, tak jak gdyby była to rodzima geometria CAD. Powtarzalne wykorzystywanie projektów komponentu może pomóc w redukcji kosztów, umożliwiając zachowanie konkurencyjności cenowej lub realizację większej ilości produktów bez konieczności zwiększania obsługi.

Drukowanie 3D, projektowanie generatywne i skanowanie 3D dostarcza Państwu nowych możliwości zwiększenia szybkości działania, dokładności i wydajności, ale nie przeobrażą się z technik specjalistycznych w powszechnie stosowane, o ile nie zostaną zintegrowane z narzędziami, z których korzystają Państwo często. Jest to ważne zwłaszcza dlatego, że te nowe techniki, choć bardzo wydajne, stanowią uzupełnienie bardziej tradycyjnych opcji; ich okazjonalne stosowanie umożliwi osiągnięcie znacznie większej produktywności pod warunkiem, że nie trzeba każdorazowo przełączać się na różne narzędzia poprzez nieznany interfejs – lub ponownie konwertować modeli w obie strony pomiędzy systemami, co może spowodować utratę integralności i wierności modelu i oznaczać konieczność znacznie większego porządkowania.

Skupienie tych wszystkich narzędzi razem poprzez digitalizację środków modelowania konwergentnego może dostarczyć Państwu taki proces projektowania, który rozpoczyna się szybciej, wymaga znacznie mniejszego zakresu uciążliwych operacji manualnych między etapami, minimalizuje wpływ wzrostu cen surowców oraz przyspiesza i ułatwia wprowadzanie zmian; oznacza zatem prawdziwą produktywność. W pełni cyfrowy proces projektowania obniża koszty projektowania i przynosi oszczędność czasu, usprawniając proces przygotowywania i optymalizowania projektu w ramach całego cyklu pracy, dzięki czemu możliwe jest przygotowanie złożonych konstrukcji przy niższym koszcie operacyjnym, a także szybsze wprowadzenie ich na rynek, umożliwiając potencjalną transformację całego stosowanego przez Państwa modelu biznesowego.

Autor: Russell Brook Dyrektor ds. Marketingu, dział inżynierii masowej (Mainstream Engineering), EMEA Russell jest odpowiedzialny za rozwój i wdrażanie programów marketingu Solid Edge oraz Femap, a także strategii w strefie Siemens PLM Software. Russell dołączył do zespołu Solid Edge Team w 1997 roku, a od 2004 roku jest członkiem zespołu marketingowego.