Pobierz Symulacja procesu technologicznego montażu z ... i więcej Notatki w PDF z Lotnictwo tylko na Docsity!
DOI: 10.19253/reme.2017.02.
SYMULACJA PROCESU
TECHNOLOGICZNEGO MONTAŻU
Z WYKORZYSTANIEM SYSTEMU PLM DELMIA
Łukasz Gola^1
Natalia Ficek
Streszczenie W artykule przedstawiono etapy projektowania procesu technologicznego mon- tażu na przykładzie reduktora walcowego. Szczególną uwagę zwrócono na te etapy, w których wykorzystano system PLM Delmia do symulacji montażu ręcznego reduktora. Przedstawiono miejsce wykorzystania konkretnego modułu pakietu. Przedstawiono również możliwości systemu, gdzie można m.in.: przygotować wirtualne makiety dla procesu monta- żu, podzielić proces na etapy (operacje, zabiegi, czynności montażowe). Słowa kluczowe : montaż, Catia, Delmia, symulacja montażu.
1. Wstęp
W dzisiejszych czasach zauważa się wysoki poziom automatyzacji przemy- słu, a podstawowym wymaganiem stawianym procesom jest jego jakość i wydaj- ność. Coraz częściej stosuje się projektowanie współbieżne, które umożliwia jedno- czesne prowadzenie działań projektowych na różnych płaszczyznach. Zaczynając od komponentów wyrobu poprzez projektowanie procesów produkcyjnych oraz proce- sów wytwarzania po współpracę z dostawcami i rozwój logistyki dotyczącej wyrobu (Pacana, 2010). Zakłady produkcyjne oraz biura konstrukcyjne zmagają się z problemami związanymi z czasem, który jest jednym z podstawowych kryteriów podczas wybo- ru dostawców i podwykonawców. W odpowiedzi na rosnące wymagania przedsię- biorców powstają nowe aplikacje systemów CAx ( Computer Aided x ) umożliwia- jące rozwój komponentów, mechanizmów i procesów w środowisku wirtualnym. Wiodącymi dziedzinami w przemyśle, które najbardziej stymulują rozwój aplikacji (^1) Politechnika Krakowska, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji/ Cracow University of Technology, Institute of Production Engineering and Automation.
54 Łukasz Gola,^ Natalia Ficek Przedsiębiorstwo we współczesnej gospodarce / Research on enterprise in modern economy pozwalających na wirtualne projektowanie jest branża automotive oraz lotnictwo. Ponadto zauważa się, że aplikacje CAx cieszą się dużym zainteresowaniem także w małych zakładach (Chlebus, 2000). W artykule przedstawiono przykłady zastosowania systemu komputerowego Delmia w wersji v5, jako narzędzia wspomagającego technologa – projektanta pod- czas opracowywania dokumentacji technologicznej procesu montażu.
2. Proces technologiczny montażu
Proces technologiczny montażu to część procesu produkcyjnego bezpo- średnio związana z łączeniem poszczególnych części lub jednostek montażowych (zespołów montażowych) w jednostkę montażową wyższego rzędu – to jest na- daniem im prawidłowego położenia w wyrobie. Proces taki realizowany jest we- dług ściśle z góry określonych warunków technicznych i ma na celu nadanie i utrwalenie cech funkcjonalnych części maszyny w zespole montażowym, jak i całym wyrobie. Proces technologiczny montażu charakteryzuje jego określona struktura. Głównym elementem strukturalnym procesu technologicznego montażu jest operacja, czyli część procesu, wykonywana na jednym stanowisku roboczym, przez jednego pracownika (lub ich grupę), na jednym (lub kilku) przedmiotach (jednostkach montażowych), bez przerw na inną pracę. W czasie realizacji opera- cji, zbiór jednostek niższego rzędu zostaje połączony w jednostkę rzędu wyższego. W przypadku złożonych wyrobów operacje mogą być dość skomplikowane, dlate- go w celu uproszczenia ich opisu, dzieli się je na zabiegi. Zabieg montażowy jest częścią operacji, wykonywaną w jednym miejscu połączenia, jednym narzędziem (lub ich zespołem), nad dwiema lub więcej jednostkami montażowymi, bez zmiany ich położenia. Zabiegi można jeszcze podzielić na czynności montażowe, w ramach których można wydzielić ruchy elementarne (Puf, Sołtys, 1980). 2.1. Formalny zapis procesu technologicznego montażu Warunkiem poprawnie zbudowanego procesu technologicznego jest prze- strzeganie ogólnie przyjętych norm i zasad jego projektowania. Aby cały system produkcyjny mógł działać niezawodnie, konieczne jest ciągłe stosowanie się do pro- cedur także w czasie trwania procesu. Spełnienie tego założenia stwarza potrzebę zgromadzenia wszystkich danych dotyczących zaprojektowanego procesu i przed- stawienia ich w odpowiedniej formie. Sprowadza się to do wykonania dokumentacji technologicznej, która obejmuje wszystkie informacje i zalecenia dotyczące procesu. Właściwie opracowana dokumentacja stanowi podstawę do wykonania sprawnego technicznie wyrobu, określenia kosztów jego wytworzenia oraz organizacji i plano- wania produkcji. Zakres i szczegółowość tworzonej dokumentacji zależy głównie od wielkości produkcji. Wpływ na jej ostateczny kształt ma także stopień kwalifikacji pracowników i rodzaj samego wyrobu.
56 Łukasz Gola,^ Natalia Ficek Przedsiębiorstwo we współczesnej gospodarce / Research on enterprise in modern economy — — projektowanie zrobotyzowanych stanowisk produkcyjnych, optymalizacja uło- żenia linii produkcyjnej, symulacja pracy, analiza czasowa cyklów pracy, defi- niowanie oprzyrządowania, sprawdzanie kolizji. Do realizacji badań przedstawionych w niniejszej pracy zostały użyte wybra- ne moduły systemu Delmia: moduł Assembly Process Simulation (symulacja monta- żu), moduł DPM Device Task Definition (definiowanie makiety systemu montażu), moduł Human Builder, Human Task Simulation (definiowanie manekina – wirtual- nego pracownika stanowiska montażu). Ponadto, do przygotowania dokumentacji konstrukcyjnej wyrobu, użyto modułów: — — Part (modelowanie części), — — Assembly (tworzenie złożeń), — — Drawing (dokumentacja płaska 2D). Ostatnich trzech modułów nie opisano w ramach niniejszego pracowania. 3.1. Moduły systemu Delmia Moduł DPM Assembly Process Simulation służy do tworzenia zaawansowa- nych symulacji procesu technologicznego montażu. Podstawowe funkcje realizowa- ne w module to: — — generowanie ścieżek za pomocą wbudowanego algorytmu (możliwość ich edy- towania); — — możliwość wplatania w symulację elementów niezwiązanych z ruchem za po- mocą diagramów PertChart; — — edycja czasu trwania ruchu; — — możliwość sprawdzenia (bez przeprowadzenia powtórnej symulacji), czy edyto- wany element będzie wchodził w kolizję z innymi elementami; — — możliwość ustawienia/zmiany kolejności podstawowych elementów struktural- nych procesu; — — tworzenie odnośników, wymiarowania i adnotacji 3D; — — wstawianie opóźnień, hiperłączy. Moduł DPM Device Task Definition – umożliwia definiowanie pełnej struktu- ry procesu technologicznego montażu za pomocą otwartego modelu PPR ( product- -process-resource ). Model ten umożliwia prostą integrację środowiska pracy całego portfolio produktu i elementów cyfrowej fabryki. Reprezentuje on unikalną bazę danych, która umożliwia zdefiniowanie danych o produktach, procesach i zasobach wymaganych do projektowania, od koncepcji produktu do jego realizacji. Moduł Human Builder pozwala na wizualizację dokładnego cyfrowego wzor- ca ludzi, oferując przyjazny interfejs dla użytkownika. Przejrzyste w użytku menu pozwala na stworzenie męskich i żeńskich manekinów, określając parametry takie jak np. płeć, wiek, centyle czy narodowość. Manekin składa się z 99 niezależnych połączeń, segmentów i elips. Dodatkowo manekiny posiadają w pełni przegubowe
Symulacja procesu technologicznego montażu z wykorzystaniem systemu PLM DELMIA 57 Quarterly Journal – No 2/2017 (21) ręce, ramiona, kręgosłup i szyję. Pozwala to na dokładniejsze odtworzenie natural- nego ruchu. Human Task Simulation jest narzędziem stosowanym do symulacji zadań wy- konywanych przez pracownika. Wirtualny pracownik wykonuje przydzielone zada- nia za pomocą predefiniowanych ruchów, takich jak: chód (przodem, tyłem, bokiem w prawo i lewo), czynność podnoszenia i odkładania, czynność ruchu względem zadanej trajektorii, wchodzenie po schodach i drabinie, podążanie za przedmiotem pracy (Zielińska i in., 2013).
4. Komputerowo wspomagany projekt
procesu technologicznego montażu
na przykładzie reduktora walcowego
Dla potrzeb zbadania funkcjonalności systemu Delmia jako narzędzia wspo- magającego projektowanie procesu technologicznego montażu, opracowano model konstrukcyjny wyrobu (reduktor walcowy przedstawiony na rys. 1) oraz proces technologiczny jego montażu. Przebieg projektowania procesu montażu z uwzględ- nieniem faz wspomaganych komputerowo przedstawiono w formie algorytmu na rys. 2. Zgodnie z przyjętymi założeniami projektowymi, w procesie technologicz- nym wyróżniono pięć operacji: — — 1 – montaż zespołu wałka wejściowego ZM1, — — 2 – montaż zespołu wałka wyjściowego ZM2, — — 3 – montaż korpusu dolnego ZM3, — — 4 – montaż pokryw bocznych ZM4, — — 5 – montaż reduktora ZM5. Do wygenerowania niektórych elementów cyfrowej fabryki wykorzystano zewnętrzny program MTPro firmy BoschRexroth. Cała opracowana dokumentacja procesu zawiera kilkadziesiąt stron A4. W ramach niniejszego opracowania pokaza- no tylko wybrane etapy, w których wykorzystano moduły systemu Delmia. Rys. 1. Model reduktora oraz widok wydzielonych zespołów montażowych i części składowych
Symulacja procesu technologicznego montażu z wykorzystaniem systemu PLM DELMIA 59 Quarterly Journal – No 2/2017 (21) pomina demontaż gotowego wyrobu. W pierwszej kolejności dementowane były poszczególne zespoły montażowe zgodnie z odwróconą kolejnością zaplanowaną na etapie przygotowania graficznego planu montażu. Ruch ścieżki każdej części programowany był „ręcznie” – każda część była odsuwana w określone miejsce w trójwymiarowej przestrzeni roboczej Delmii. Czas ruchu poszczególnej czę- ści wprowadzono na podstawie przeprowadzonego normowania czasu metodą MTM-2. Po zaprogramowaniu wszystkich ścieżek, w sposób automatyczny odwró- cono kolejność ruchu, w rezultacie otrzymując ruch zgodny z zaprojektowaną ko- lejnością montażu. Przykład zaprogramowanych ścieżek ruchu dla Zespołu wałka wyjściowego pokazano na rys. 3. Rys. 3. Graficzna reprezentacja ścieżek dla Zespołu wałka wyjściowego Zarządzanie, kontrola, modyfikacja ruchu możliwe są za pomocą bardzo wy- godnych narzędzi zaimplementowanych do Delmii, tzw. PertChart i wykresu Gantta. W PertChart każdy wcześniej zdefiniowany ruch ma swoją graficzną reprezentację (rys. 4), a dzięki dostępnym opcjom możliwe jest tworzenie połączeń kolejnościo- wych między nimi, definiowanie współbieżnych ruchów. Wykres Gantta umożliwia przegląd zbudowanej symulacji z uwzględnieniem czasów ruchu. Rys. 4. PertChart – graficzna reprezentacja ścieżek ruchu dla Zespołu wałka wyjściowego
60 Łukasz Gola,^ Natalia Ficek Przedsiębiorstwo we współczesnej gospodarce / Research on enterprise in modern economy W wyniku przeprowadzonej symulacji zgodnie z kolejnością zaplanowaną w graficznym planie montażu, w symulacji wykryto 3 kolizje (montaż dwóch wpu- stów oraz montaż łożyska). Taka weryfikacja pozwoliła w trybie sprzężenia zwrot- nego poprawić wcześniej zaplanowaną kolejność montażu. 4.2. Symulacja montażu w DPM Assembly Task Definition, Human Builder, Human Task Simulation W ramach kolejnej weryfikacji projektowanego procesu montażu, przygoto- wano symulację montażu z uwzględnieniem środków pracy oraz wirtualnych pra- cowników. Jako środki pracy należy rozumieć pełne wyposażenie gniazda monta- żowego (tj. stoły montażowe, magazyny buforowe, miejsca odkładcze, przyrządy montażowe, narzędzia montażowe). W projektowanym procesie, montaż reduktora odbywa się na trzech stanowiskach. Na stanowisku ST1 montowany jest ZM1 i ZM na stanowisku ST2 montowane są zespoły montażowe ZM3 i ZM4, na stanowisku ST3 montowany jest reduktor ZM5. Stanowisko ST1 obsługuje pracownik nr 1, sta- nowiska ST2 i ST3 obsługuje pracownik nr 2. W ramach przygotowywanego mo- delu symulacyjnego zdefiniowano wirtualny model gniazda montażu, składający się z wyżej wymienionych stanowisk oraz dodatkowo z magazynów grawitacyjnych, przenośników taśmowych, narzędzi montażowych (młotki, klucze, tuleje montażo- we), przyrządów montażowych (prasy do łożysk). Dodatkowo makieta zawiera wir- tualne modele dwóch pracowników oraz wszystkie komponenty (części) składowe reduktora. Makietę gniazda przedstawiono na rys. 5. Rys. 5. Wirtualna makieta gniazda montażowego
62 Łukasz Gola,^ Natalia Ficek Przedsiębiorstwo we współczesnej gospodarce / Research on enterprise in modern economy ny postury, gdzie każdej postawie przypisywana jest ocena od 1 do 7 punktów: 1–2 pkt. – postawa akceptowalna, 3–4 pkt. – należy ją przeanalizować, 5–6 pkt. – należy ją przeanalizować i wkrótce zmienić, 7 pkt. – należy ją zbadać i natychmiast zmienić. Na rys. 6 przedstawiono wynik analizy RULA dla odkładania pokrywy na przenośnik taśmowy. Pozycja została oceniona na 3. Największe obciążenie można zaobserwować na nadgarstkach. Pozycja ta wymaga poprawy.
4. Podsumowanie
System Delmia to narzędzie komputerowe, które można zaliczyć do klasy systemów Computer Aided Assembly Process Planning (CAAPP). Przeprowadzone badania pozwoliły stwierdzić, iż wybrane moduły tego programu mogą być wyko- rzystane jako narzędzia komputerowego wspomagania przy opracowywaniu projektu technologicznego montażu. Zalety zastosowania tych narzędzi to przede wszystkim: — — możliwość bardzo dokładnego odwzorowania procesu technologicznego i sys- temu montażowego, — — skrócenie czasu opracowania projektu, szybkie wygenerowanie nowej wersji procesu (np. po wprowadzeniu pewnych zmian w strukturze procesu). Zauważone wady: — — niezbyt czytelna biblioteka procesu przy zdefiniowaniu większej liczby operacji i zabiegów, — — duża pracochłonność przygotowania modelu symulacyjnego, — — brak spójnej, logicznej dokumentacji do poszczególnych modułów opartej na konkretnych przykładach. Bibliografia
- Chlebus E. (2000), Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji , WNT Wydawnic- twa Naukowo-Techniczne, Warszawa.
- Duda J. (2012): Modelowanie komputerowo zintegrowanego rozwoju procesów i syste- mów montażowych , Kraków, Politechnika Krakowska, 16–18 października 2012 [do- stęp 23 listopada 2014], dostępny w Internecie: http://www.procax.org.pl/pliki/Arty- kul_2012_DUDA_XI_Forum_Krakow.pdf
- Górska E., Tytyk E. (1996) Ergonomia w projektowaniu stanowisk pracy – materiały pomocnicze do ćwiczeń projektowych , Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1996;
- Grzegórski Z. (1987) Montaż maszyn i urządzeń , podręcznik dla liceów zawodowych, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne.
- Olszewski J. (1997) Podstawy ergonomii i fizjologii pracy , Wydanie II zmienione, Wy- dawnictwo Akademii Ekonomicznej w Poznaniu, Poznań.
- Pacana A., Stadnicka D. (2010) Systemy zarządzania jakością zgodne z ISO 9001 Wdra- żanie, audytowanie i doskonalenie , Politechnika Rzeszowska.
Symulacja procesu technologicznego montażu z wykorzystaniem systemu PLM DELMIA 63 Quarterly Journal – No 2/2017 (21)
- Puff T., Sołtys W. (1980): Podstawy technologii montażu maszyn i urządzeń. Wydawnic- twa Naukowo-Techniczne, Warszawa.
- Zielińska A., Kurczyk D. (2013) Wybrane narzędzie ergonomiczne w środowisku Del- mia , www.ptzp.org.pl/files/konferencje/kzz, dostęp 24.10. SIMULATION OF ASSEMBLY PROCESS PLAN WITH USING COMPUTER PROGRAM DELMIA Abstract The article presents examples of the use of the computer system Delmia (version v5) as a tool to support technologist – designer in the development of technological documen- tation of the assembly process. It shows the benefits of using this system as a class system Computer Aided Assembly Process Planning (CAAPP). Key words: proces plan, assembly, Catia, Delmia.
