Концепция бесчертежной технологии. Моделе-ориентированное проектирование

Моделе-ориентированное проектирование по сути означает бесчертежную технологию проектирования.

Раньше результатом труда инженера являлся комплект чертежей, который через виды и сечения полностью характеризовал геометрическую форму детали, а также через обозначения шероховатости, допусков и отклонений формы и расположения определял технические условия для их эксплуатации. Этот комплект чертежей был самодостаточным для изготовления детали в производстве.

Появление объемного компьютерного моделирования ввело новый элемент описания геометрии детали - 3D модель, которая облегчила понимание и восприятие конструкции детали за счет визуализации детали в трехмерном пространстве. Деталь можно посмотреть с разных ракурсов, сделать любое сечение, увидеть ее в окружении сборки.

В отличие от чертежа, 3D модель содержит точные номинальные размеры, которые всегда можно померить и, соответственно, их не обязательно указывать. Но отсутствие механизмов определения технических условий (ТУ) элементов детали на 3D модели вызывало необходимость параллельного создания чертежа с нанесенными допусками, шероховатостью и другими ТУ.

В результате одна и та же деталь описывалась двумя способами – 3D моделью и чертежом. Если мы вносим изменения в модель, надо обязательно внести их и в чертеж и наоборот. При этом рекламируемая их ассоциативность не гарантирует ошибок. Например, введение нового отверстия не означает одновременное назначение на него допусков, отсюда всегда нужно ручное вмешательство.

Таким образом, существенные преимущества 3D моделирования не позволили отказаться от объема работ по изготовлению чертежей и дополнительно вызвали необходимость контроля за их соответствием с 3D моделью. Отсюда, чертеж до сих пор является основным средством определения детали, по которому ведется согласование и изготовление, а 3D модель является вспомогательным средством определения геометрии и, как правило, не покидает конструкторского бюро.

При этом на разных этапах жизненного цикла приходится заново по чертежам делать 3D модели, например, для инженерных расчетов, для разработки программ для станков с ЧПУ, для проектирования штампов и пресс-форм и прочее, а также перепроверять модели на актуальность при модификации изделия.

Положение изменилось с введением в практику 3D моделирования инструментов нанесения на модель технических условий – PMI (Product Manufacturing Information). Допуски, шероховатость и отклонения формы и расположения стало возможным наносить на объемную модель. Таким образом и чертеж, и модель стали нести в себе исчерпывающую информацию, достаточную, как для определения геометрии детали, так и для ее изготовления в соответствии с заданными ТУ.

Появилась возможность отказаться от чертежа, как источника информации для изготовления детали. Исчезает огромный объем работ по изготовлению чертежей и перемоделированию, а главное, исчезают ошибки рассогласования моделей и чертежей.

На первый взгляд у нас складывается идеальная ситуация перехода к современному определению изделия на основе компьютерных 3D моделей. Если раньше компьютерная модель была вспомогательным средством проектирования для конструктора, то сейчас чертеж становится вспомогательным средством описания для некомпьютеризированных мест в цехах.

Что же препятствует переходу к работе с моделью.

  1. В отличие от чертежей, оформление которых жестко регламентируется ЕСКД, вплоть до формы стрелок размерных линий, оформление моделей практически не регламентируется. Каждый конструктор волен выбрать какие цвета он использует, на каких слоях он будет хранить элементы модели, системы координат, размеры и прочее. Отсюда трудности с интерпретацией моделей другими инженерами.
  1. Недостаточно проработаны нейтральные форматы представления 3D модели с нанесенными техническими условиями. Если модели начнут ходить по всему жизненному циклу изделия, то всем службам нужен единый, желательно нейтральный формат. Пока мы видим формат JT, введенный Siemens и начинаемый поддерживаться другими разработчиками CAD, например, SolidWorks и Компас последних версий, правда неясно, как они работают с PMI.
  1. Отсутствуют простые средства просмотра и аннотирования моделей с PMI, которыми могут пользоваться все заинтересованные службы на предприятии. Бесплатный просмотрщик JT пока слабоват в части анализа и аннотирования моделей. Перспективным представляется использование визуализаторов в составе PLM-систем, в которые могут быть вовлечены все службы предприятия от конструкторов и технологов до снабженцев. Именно здесь откроются все преимущества работы с моделью в части согласования, проведения изменений и концентрации информации об изделии по всему жизненному циклу.
  1. Отсутствуют средства редактирования моделей для технологов, задача который взять модель, выделить на ней обрабатываемые поверхности, измерить размеры и нанести их на операционный эскиз для передачи в цех. Использование полных CAD нерационально из-за их избыточности и стоимости. По сути изготовление эскизов – это то же изготовление упрощенных чертежей, которое ляжет теперь на технологов, которые естественно могут этому сопротивляться. Надо дать им простой и эффективный инструмент подготовки информации для цехов и разрешить использовать скриншоты вместо 2D чертежей.

Несмотря на эти временные проблемы уже сейчас можно начать переход к бесчертежной технологии.

  1. Не дожидаясь появления стандартов работ с 3D моделью можно принять стандарт предприятия, где описать правила оформления 3D модели, которые обязательны для всех конструкторских служб. Таким путем пошли, например, в предприятия авиации и двигателестроения.
  2. На первом этапе поставить задачу исключить чертежи между технологами и конструкторами. Для этого надо:
    • заставить конструкторов наносить на модели технические условия, а технологов научить читать эти модели и создавать на их основе операционные эскизы;
    • разрешить технологам использовать аннотированные скриншоты с 3D моделей для операционных эскизов;
    • признать, что на современном уровне распространенности компьютерной техники в производстве, в цеха придется отдавать информацию на бумажном носителе.