Научтруд
Войти

ЭВОЛЮЦИЯ РАЗВИТИЯ МОДЕЛЕЙ ДЕТАЛЕЙ В АСПЕКТЕ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Научный труд разместил:
Lev
15 августа 2020
Автор: Янин Николай Павлович

Список литературы / References

1. Fortz Bernard, Gouveia Luis, Joyce-Moniz Martim. Optimal design of switched Ethernet networks implementing the Multiple Spanning Tree Protocol, Discrete Applied Mathematics, Volume 234, 2018, Pages 114-130. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166218X16303353)/ (дата обращения: 15.05.2020).
2. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. СПб.: Питер, 2012.
3. STP в Cisco. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://xgu.ru/wiki/STP_%D0%B2_Cisco/ (дата обращения: 3.05.2020).
4. Магомедова Р.М., Раджабов Ф.Р. Мобильное приложение поддержки ведения портфолио студентов // Проблемы современной науки и образования, 2014. № 4 (22). С. 10-11.

ЭВОЛЮЦИЯ РАЗВИТИЯ МОДЕЛЕЙ ДЕТАЛЕЙ В АСПЕКТЕ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА Янин Н.П. Email: Yanin693@scientifictext.ru

Янин Николай Павлович - аспирант, кафедра автоматизации и управления технологическими процессами и производствами, Московский государственный технологический университет Станкин, г. Москва

Аннотация: в условиях создания цифровой промышленности в соответствии с концепциями Индустрии 4.0 и формированием сквозных цепочек добавочной стоимости, особую актуальность имеет процесс создания и развития цифровых моделей деталей и изделий. В соответствии с современными представлениями требуется разработка цифровых двойников и цифровых теней деталей и изделий для различных отраслей и областей применений. В статье рассмотрены методы, используемые на сегодняшний день, современные подходы и структуры для решения этих задач и перспективные предложения.

THE EVOLUTION OF THE DEVELOPMENT OF PART MODELS IN THE ASPECT OF CREATING DIGITAL PRODUCTION

Yanin N.P.

Yanin Nikolay Pavlovich - Postgraduate Student, DEPARTMENT OF AUTOMATION AND CONTROL OF TECHNOLOGICAL

PROCESSES AND PRODUCTION, MOSCOW STATE TECHNOLOGICAL UNIVERSITY STANKIN, MOSCOW

Abstract: in the context of creating a digital industry in accordance with the concepts of Industry 4.0 and the formation of end-to-end value chains, the process of creating and developing digital models ofparts and products is of particular relevance. In accordance with modern concepts, the development of digital doubles and digital shadows of parts and products for various industries and applications is required. The report examines the methods used to date, modern approaches and structures for solving these problems, and promising proposals.

УДК 004.942

Сейчас «цифровым двойником» изделия называют его виртуальную модель, которая на различных уровнях описывает реально существующий объект или деталь, выступая как цифровой двойник готового изделия, или является прототипом будущего объекта, который только проектируется. Важно отметить, что информация, которая может быть получена при использовании, тестировании или другом физическом взаимодействии с существующем изделием, должна быть получена и на основе модели тестирования его «цифрового двойника». Разберем основные параметры, которые включает в себя «цифровой двойник»:

• Геометрическую и структурную модель объекта.

• Набор расчетных данных деталей, узлов и изделия в целом (математические модели, описывающие все происходящие в объекте физические процессы).

• Систему управления жизненным циклом изделия.

• Информацию о технологических процессах изготовления и сборки отдельных элементов (технологию изготовления, модели обработки).

«Цифровой двойник» изделия может использовать модифицированную численную модель с измененными характеристиками износа или производительности. Информация от датчиков, подключенных к реальному объекту, может передаваться «цифровому двойнику» изделия в качестве граничных условий в режиме реального времени с целью моделирования, анализа и прогноза поведения объекта в рамках его служебного назначения, ресурса и других параметров.

При рассмотрении моделей изделий, которые используются сегодня на предприятиях, в первую очередь стоит обратить внимание на системы твердотельного моделирования, так как могут быть эффективными не только при их использовании конструкторами-проектировщиками. Не меньшую эффективность они могут показать и при их применении в технологических подразделениях. Особенность работы технологических отделов заключается в том, что они являются последним этапом подготовки производства, далее следует воплощение идеи конструктора в металле. Конструкторская документация, поступающая к технологу может иметь различные недостатки и ошибки, и если они выявляются только на стадии производства, то это приводит к тому, что затраты на ее исправления возрастают на порядок. Применение системы твердотельного моделирования для контроля сборки изделия и использования в построении обработки наиболее эффективная область использования.

Современные мощностные возможности компьютерной техники и математические методы моделирования геометрии твердого тела создали реальную предпосылку расширения областей применения САПР, фактически, создавая подобие цифрового двойника. Переход от двухмерного проектирования к твердотельному моделированию открывает для любого производства уникальные возможности для совершенствования конструкторской и технологической подготовки производства, прежде всего заключающееся в многократном улучшении точности обработки поверхностей и сокращении времени создания управляющих программ для станков ЧПУ, а также позволяя повысить технологичность производства, выявляя неэффективную обработку или целые операции с помощью визуализации обработки. Повышение качества изделия требует многократного улучшения точности обработки поверхностей и создания высокоточных траекторий инструментов, а для этого нужно генерировать огромные объемы данных, т.к. режущему инструменту при этом необходимо сделать намного больше проходов по каждой траектории. Поэтому на первый план выходит вопрос решения задачи о сокращении времени создания программ для станков ЧПУ. Технологические модули, входящие в CAD / CAM / CAE -системы представляют собой функциональную интегрированную среду, поддерживающую практически все технологические процессы, используемые в машиностроительном производстве: фрезерования, сверления, токарной обработки, электроэрозионной обработки, производства литейных форм, пресс-форм и штампов. В качестве исходной информации для генерации траекторий движения инструментов используется геометрическая модель изделия, которая может быть синтезирована в данной системе или импортирована из других систем геометрического моделирования. Все это применимо, если производство работает в едином продукте CAD / CAM / CAE, который обеспечивает взаимодействие без проблем с форматами и расширениями файлов. Использование единого программного продукта позволяет получить практически полноценную цифровую модель. Для примера стоит привести систему PTC Creo Parametric - масштабируемое, обеспечивающее взаимодействие параметрическое решение для максимального повышения инновации, повышения качества 3D-проектирования изделий и сокращения времени окупаемости. Программное обеспечение позволяет предоставлять наиболее точные и детальные цифровые модели наивысшего качества. Помимо прочего, цифровые модели обладают полной ассоциативностью, то есть внесенные в изделия изменения отображаются во всех документах. Это является важным критерием в цифровом изделии так как это позволяет определять, когда приступать к существенным инвестициям в поставки материалов и распределять производственные мощности. Обладая обширной библиотекой расширений CAD, CAID, CAM и CAE, а так же продукты другие продукты PTC Creo Parametric, которые обладают возможностью роста и расширения цифровых возможностей проектирования и технологической поддержки жизненых циклов изделий. Управление жизненным циклом изделий - это фундамент, позволяющий использовать преимущества цифрового потока/двойника, порождающего проектирования, аддитивного производства, промышленного

Интернета вещей и дополненной реальности для реализации инноваций. Приложения продукта служат для упорядочивания мультисистемных данных и позволяют специалистам устранить разрозненность хранилищ данных, сократить время вывода продукции на рынок, снизить затраты и повысить качество.

Основные преимущества PTC Creo Parametric:

• Повышение производительности при более эффективных и гибких возможностях 3D-проектирования;

• Простое и быстрое создание 3D-моделей любой детали и сборки;

• Специальный набор инструментов для работы с большими сборками;

• Автоматическое создание производственных чертежей, при полной уверенности в том, что они всегда отражают текущее изделие;

• Повышение привлекательности внешнего вида с помощью возможностей по созданию поверхностей;

• Легкое видоизменение нейтральных данных и данных не из CAD PTC от клиентов и поставщиков, позволяющее избежать необходимости преобразования файлов или повторного создания 3D-моделей с нуля;

• Мгновенный доступ к библиотеке деталей, включая винты, болты, гайки и шайбы;

• Получение мгновенного доступа к комплексным учебным материалам и руководствам по продукту.

Но зачастую на предприятии нет единого продукта и/или уровня разработки, обеспечивающего описанное выше взаимодействие. Ниже приведена схема (рис. 1), которую зачастую используют на предприятиях, использующих различные CAD/САМ системы, не имеющие единого пространства.

Получение задания на разработку

Разработка модели

Выбор заготовки и создание стратегии обработки, побор инструмента и оснастки (технологическая

подготовка) -[

Постпроцессор, проверка и отладка управляющей программы

Готовая управляющая программа для обработки

Запуск в производство

Рис. 1. Схема подготовки управляющей программы

Позволяет на сегодняшний день сделать выполнение и использование электронных моделей в CAD/CAM системах максимально эффективно как для проектирования элемента в сборочной единице, так и технологической подготовки производства, но использование подобных моделей не является цифровым двойником детали или изделия. Стоит отметить и отсутствие возможности планирования, контроля и прогнозирования сроков и этапов разработки и изготовлении при использовании вышеупомянутой системы. Решением данной проблемы может стать разработка и использование систем, в современной литературе обозначаемых термином - Цифровой двойник (Digital Twin) - это виртуальная интерактивная копия реального физического объекта или технологического процесса, которая позволяет эффективно управлять им, оптимизируя операции. Например, цифровой двойник определенного цеха или линии позволяет моделировать расположение оборудования, перемещение сотрудников, рабочие процессы и внештатные ситуации. Именно интерактивность отличает понятие цифрового двойника от термина «информационная модель изделия» (ИМИ) по ГОСТ 2.053-2006. ГОСТ 2.053-2006, в свою

очередь, характеризует ИМИ как совокупность данных и отношений между ними, описывающую различные свойства реального изделия, интересующие разработчика модели и потенциального или реального пользователя. В отличие от ИМИ, цифровой двойник не ограничивается сбором данных, полученных во время разработки и изготовления продукта, а продолжает собирать и анализировать информацию в течение всего жизненного цикла реального объекта, например, с помощью устройств Internet Of Things (IoT).

Цифровые двойники можно разделить на 3 категории:

- Прототип (Digital Twin Prototype, DTP) - виртуальный аналог реального физического объекта. Он содержит все данные по этому продукту, включая информацию со стадий проектирования и производства, например, требования к изделию, трехмерную модель объекта, описание технологических процессов, условия утилизации и т.д.

- Экземпляр (Digital Twin Instance, DTI) - данные, описывающие физический объект. Например, аннотированная трехмерная модель, сведения о материалах и компонентах изделия, информацию о рабочих процессах, итоги тестов, записи о проведенных ремонтах, операционные данные от датчиков, параметры мониторинга и пр.

- Агрегированный двойник (Digital Twin Aggregate, DTA) - система, которая объединяет все цифровые двойники и их реальные прототипы, позволяя собирать данные и обмениваться ими в реальном времени.

Таким образом, цифровой двойник можно рассматривать в качестве виртуального прототипа реального объекта или процесса, который содержит все данные о нем, включая историю и информацию о текущем состоянии. Интерактивный анализ этих данных позволяет получать информацию о загрузке и производительности в реальном времени, что дает возможность более четкого планирования, контроля и прогнозирования сроков и этапов разработки и изготовлении. На сегодняшний день этот подход является самым современным и перспективным.

Список литературы / References

1. Бунаков П.Ю., Широких Э.В. Сквозное проектирование в машиностроении. Основы теории и практикум. М.: ДМК Пресс, 2010. 120 с.: ил.
2. Липкин Е. ИНДУСТРИЯ 4.0: Умные технологии - ключевой элемент в промышленной конкуренции М.: ООО «Остек-СМТ», 2017. 224 стр.
3. Шваб Клаус. Ш33 Технологии Четвертой промышленной революции: [перевод с английского] / Клаус Шваб, Николас Дэвис. Москва: Эксмо, 2018. 320 с.: ил. (Top Business Awards).
4. Черепашков А.А., Носов Н.В. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении. Учеб. для студ. вузов. Волгоград: Издательский дом «Ин-Фолио», 2009. 640 с.
5. Брендл Деннис. ««Умное» производство: Конвергенция различных составляющих». № 6 (66), 2016 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://controlengrussia.com/industry-4-0/smart_manufacturing/ (дата обращения: 17.07.2020).
6. Бунаков П.Ю. Высокоинтегрированные технологии в металлообработке / П.Ю. Бунаков, Э.В. Широких. М.:ДМК Пресс, 2011. 208 с.
ЦИФРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ ИЗДЕЛИЯ ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ ДЕТАЛИ ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ digital manufacturing digital product model digital part model digital double life cycle