САПР для виробництва упаковки та тари
Данило Подільський, Сергій Маркелов, Андрій Мазурін
Незважаючи на тяжке становище нашої промисловості загалом, виробництво тари та упаковки не лише залишилося актуальним завданням на українському ринку, а й за останні два-три роки отримало значний стимул для свого розвитку. Неабиякою мірою це стало можливим завдяки впровадженню різних CAD/CAM-систем, що дозволяють у мінімальні терміни втілити задум дизайнера у готову продукцію.
Завдяки унікальним можливостям проектування та виготовлення складних форм комплекс програм Power Solution британської фірми Delcam plc стійко займає в цій галузі провідні позиції. Це і виробництво кліше для пакувальної поліграфії, і форми для екструдерних і термопластавтоматів у виробництві пластикової тари, вакуумне формування, випуск склотари.
Основу сімейства програмних продуктів Power Solution складають:
- PowerSHAPE - CAD-система для тривимірного твердотільного та поверхневого моделювання (її застосування особливо ефективно в інструментальному виробництві, коли справа стосується проектування та виготовлення складного оснащення);
- PowerMILL - CAM-система для підготовки керуючих програм тривимірної механообробки (що дозволяє швидко отримувати точні керуючі програми для чорнової, напівчистової та чистової обробки поверхонь виробу будь-якого ступеня складності);
- PowerINSPECT - система для обробки даних, отриманих на контрольно-вимірювальних машинах, та автоматичного порівняння результатів вимірювань готового виробу з його математичною (вихідною) моделлю (ефективно використовується сьогодні на низці західних виробництв у комплекті з вимірювальною рукою Romer);
- CopyCAD – система зворотного проектування від зразка до моделі (дозволяєперетворювати дані, отримані з координатно-вимірювальних машин, лазерних сканерів, копіювальних верстатів та інших систем оцифрування, поверхневі комп'ютерні моделі для подальшої роботи з ними в CAD/CAM-системах);
- ArtCAM - пакет програм, призначений для побудови тривимірних рельєфів за плоскими малюнками або кресленнями, а також для створення програм для фрезерних верстатів з ЧПУ (система забезпечує швидке і точне виготовлення рельєфних поверхонь).
Багатьом українським фахівцям сімейство програмних продуктів Power Solution більше знайоме за ранніми версіями систем, що ввійшли до нього під загальною назвою DUCT. Застосування Power Solution на українських підприємствах є досить перспективним завдяки оптимальному поєднанню таких показників, як ціна та функціональні можливості системи. З досвідом застосування її для виробництва упаковки фірмою «Перінт» (Санкт-Петербург) та для виробництва склотари на спеціалізованому інструментальному виробництві ВАТ «ЕКРАН» (м. Новосибірськ) ми хочемо вас ознайомити.
Проектування та виробництво упаковки фірмою «Перінт»
Фірма «Перинт» належить до фірм, що успішно розвиваються в сучасних умовах української економіки та оперативно реагують на всі вимоги ринку завдяки впровадженню нових комп'ютерних технологій, які дозволяють всебічно опрацьовувати дизайн виробу, оптимізувати його форму відповідно до технологічних вимог, точно розрахувати масу та обсяг. , підготувати керуючі програми для верстатів з ЧПУ
З 1994 основною продукцією фірми стала упаковка для харчових продуктів. Сьогодні «Перінт» випускає 14 видів упаковки (переважно банки для харчових продуктів). Усі ливарні форми їх виробництва були цілкомвиготовлені на власній інструментальній ділянці.
З 1997 року внаслідок зростання конкуренції із зарубіжними фірмами — розробниками упаковки замовники стали пред'являти підвищені вимоги до виробів, що купуються: прозорість, низька вага, наявність «контрольок» (обмежувачів на банках, без видалення яких не можна зняти кришку) тощо. Все це призвело до зміни технології лиття - з'явилися гарячеканальні ливарні форми, які відрізняються від простих ливарних форм складнішою конструкцією, але дозволяють значно покращити якість готового виробу. Змінилася й технологія проектування оснастки. Стало ясно, що без впровадження сучасних комп'ютерних технологій справлятися зі зростаючим обсягом робіт буде все важче і важче.
Тому постало питання про придбання комп'ютерної програми на допомогу конструктору. Після тривалого аналізу САПР CAD/CAM-систем, що є на ринку, фахівці фірми зупинили свій вибір на системі PowerSHAPE фірми Delcam. У 1998 році на базі PowerSHAPE було організовано перше автоматизоване робоче місце конструктора технологічного оснащення.
У перший рік використання програмного забезпечення фірми Delcam на інструментальному виробництві «Перінт» було відзначено суттєве зменшення помилок, які допускаються проектувальниками при конструюванні ливарних форм: покращилася сполучність напівформ, спростилося складання тощо. Більш того, використання PowerSHAPE дозволило значно скоротити терміни проектування виробу. Багато операцій значно спростилися, наприклад, під час розробки виробів із «контролькою» система допомагала конструктору швидко налагодити механізм затримки наймача. І таких прикладів безліч.
За допомогою вхідних у PowerSHAPE модулів PS-Draft і PS-Mold було підготовлено та випущено велику кількістькреслень для конструкторської документації на прес-форми.
В даний час фірмою "Перінт" придбано координатно-фрезерний верстат, для якого в PowerMILL проектуються керуючі програми. Завдяки новому координатно-фрезерному верстату з'явилася можливість виготовляти виріб зі складним профілем без використання додаткових пристроїв та універсального обладнання та звести до мінімуму слюсарні операції.
На думку фахівців Перінт, використання продуктів Delcam plc для виробництва упаковки має широкі перспективи з наступної низки причин. Системи Power Solution не вимагають потужних робочих станцій, вони надійно працюють на звичайних персональних комп'ютерах серед операційної системи Windows NT. Програми повністю русифіковані та постачаються з документацією українською мовою. Всі програмні продукти легкі в освоєнні, прості та зрозумілі в експлуатації.
Наприклад, PowerSHAPE при редагуванні моделі розтягування окремих її елементів схоже на ліплення з пластиліну; велика кількість функцій створення поверхонь дозволяє швидко і точно "натягнути" поверхні на будь-який набір контурів. Можливість вибору потрібного рішення з багатьох варіантів побудови контуру або поверхні також надає системі підвищену функціональність. Для побудови стін та обліку міжелектродних зазорів застосовується зручно організована процедура багатоповерхового еквідистантного зміщення. Система PowerSHAPE має безліч функцій, що забезпечують побудову гладких поверхонь та плавних переходів між ними: зокрема, легко будуються заокруглення змінного радіусу.
Для перевірки моделі використовуються засоби контролю гладкості поверхонь, наявності поднутрений та підбору допустимого радіусу фрези. PowerSHAPE пропонує багато функцій, якінеобхідні для проектування складного технологічного оснащення, прес-форм, штампів та ливарних моделей: автоматична побудова ліній та поверхонь роз'єму, побудова поверхонь ухилів, автоматичне виділення елементів матриці та пуансону за будь-якою моделлю, побудова електродів за виділеними елементами деталі тощо.
Модуль PS-Draft дозволяє за побудованою моделлю згенерувати креслярські види, перерізи, виносні елементи та швидко оформити конструкторську документацію.
Модуль проектування прес-форм PS-Mold дозволяє за допомогою стандартного каталогу DME (є також інші каталоги: HASCO, DMS, EOC, DANLY та ін.) підібрати необхідні елементи та розробити конструкцію оснастки, отримати складальні та деталювальні креслення та специфікацію.
За понад півтора роки роботи з програмами Power Solution ні керівництво фірми, ні безпосередні користувачі жодного разу не пошкодували про зроблений крок. Висока функціональність і надійність у роботі цього програмного забезпечення, гарна якість супроводу санкт-петербурзьким офісом фірми Delcam, регулярне постачання нових версій — все це визначає плани керівництва фірми «Перінт» на подальшу співпрацю з компанією Delcam plc, придбання нових робочих місць, оснащених в зокрема, системою PowerMILL.
Проектування склотари
З погляду автоматизації процесів проектування склотари всі існуючі CAD/CAM-системи слід оцінювати за низкою специфічних, із боку виробництва склотари, вимог. Це відноситься і до матеріалів, і до використовуваних технологій.
Насамперед CAD/CAM-система повинна з високим ступенем точності та достовірності дозволяти враховувати такі параметри, як вага виробу (у нашому випадку пляшки), його дизайн, об'єм, що наливається.рідини при заданому рівні наливу та низці специфічних технологічних вимог.
Крім того, використання в якості матеріалу форм дорогого чавуну спеціальних марок накладає на систему вимоги гнучкості та якості підготовки програм для верстатів з ЧПУ з можливістю використання токарного та фрезерного обладнання.
Дворічний досвід використання CAD/CAM-систем DUCT5 і Power Solution на спеціалізованому інструментальному виробництві ВАТ «ЕКРАН» (м. Новосибірськ) показав її практично повну відповідність всім вимогам конструкторів і технологів, що пред'являються з боку конструкторів і технологів, для проектування та виготовлення оснастки під видування скла. Програмні рішення фірми Delcam дозволили також врахувати в процесі проектування оснастки не тільки теплові коефіцієнти розширення форми при температурі плавлення скла 1200 градусів, а й нерівномірне по довжині усадку пляшки при її охолодженні.
Крім того, комплект програм Power Solution добре зарекомендував себе і як інструмент, що дозволяє швидко та ефективно проектувати твердотільні та поверхневі моделі (в системі PowerSHAPE), розробляти унікальний дизайн пляшок, раніше практично недосяжний з використанням навіть висококваліфікованої ручної праці, що потребує воістину титанічних за часом та витрат зусиль, для забезпечення необхідного обсягу, ваги та рівня наливу пляшки.
В даний час комплект на один тип пляшки для однієї лінії складається з семи повністю ідентичних форм (14 напівформ), чого неможливо було досягти при традиційному підході до вирішення задачі. При цьому слід враховувати, що в залежності від замовлення ліній на виробництво одного типу пляшки може знадобитися кілька.
Не варто також забувати, що для стійкої роботи насучасному ринку асортимент пляшок з дизайну та обсягу повинен безперервно оновлюватися, а це накладає додаткові вимоги до скорочення термінів конструкторсько-технологічної підготовки та виготовлення інструментального оснащення. Тому підприємство не може ефективно розвиватися та існувати без використання подібної CAD/CAM-системи та наявності парку верстатів із ЧПУ.
Перше знайомство фахівців ВАТ «ЕКРАН» з комп'ютерними технологіями в галузі проектування склотари розпочалося з контактів із фірмою BRK (Великобританія), світовим лідером з виробництва спеціалізованого в галузі склотари технологічного обладнання. Фірма BRK виявилася одним із найстаріших користувачів програмних рішень фірми Delcam plc. Її технології використовувалися BRK при проектуванні форм для видування скла.
Фірма BRK є також розробником власної CAD-системи PROMOD, яка орієнтована на проектування стандартних форм скляних пляшок і дозволяє, відштовхуючись від таких параметрів пляшки, як об'єм, довжина або діаметр, швидко видати розробку на необхідну форму. Щоправда, програма PROMOD працювала лише зі стандартними пляшками круглого та прямокутного перерізу, але, що найважливіше, вона видавала чорнову кульку під ці пляшки.
Чорна кулька (чорнова форма) та правильність її проектування є, напевно, основним для технології проектування склопляшки. Від якості проектування залежить, чи вийде пляшка чи ні. Кулька проектується щоразу лише під конкретну форму конкретної пляшки. У нашій країні проектування кульки ведеться, як правило, вручну за методиками, розробленими у 40-50-х роках. Але спроектувати кульку під нетрадиційну за дизайном форму пляшки навіть досвідченому технологу дуже складно.Це часто вимагає неодноразових перерахунків та внесення великої кількості змін, що іноді призводять до відмови від спочатку задуманого дизайну пляшки. У цих умовах при виробництві нової склотари питання наявності у підприємства такого досвідченого технолога є одним із ключових.
Ознайомившись з існуючими методиками з проектування кульок, можна дійти однозначного висновку, що чорнова кулька є результатом тривимірного нелінійного за довжиною перерахунку 3D-моделі пляшки за певними алгоритмами, які викладені, наприклад, у вітчизняних методиках або використовуються в системі PROMOD. Отже, CAD/CAM-система для проектування склопляшки повинна мати можливості щодо реалізації подібних алгоритмів.
І DUCT5, і PowerSHAPE, володіючи практично повним набором арифметичних, алгебраїчних та векторних операцій над будь-яким тривимірним об'єктом (точка, вектор, 3D-крива, поверхня Безьє третього порядку, тіло) і маючи потужну розвинену командну мову, поряд з повною відкритістю системи може дозволити спроектувати як саму пляшку та її дизайн, так і чорнову кульку для пляшки практично будь-якого ступеня складності!
Поряд із застосуванням токарного та фрезерного обладнання з ЧПУ це може дозволити досить невеликому інструментальному виробництву гнучко та швидко виконувати розробку та виготовлення форм на будь-який тип склопляшки з урахуванням усіх технологічних вимог та практично будь-якого дизайну.