Témata
Reklama

Počítačové analýzy FEM - virtuální testování prototypu

Každý výrobce obráběcích strojů potřebuje snížit dobu potřebnou k uvedení nového stroje na trh a současně redukovat náklady na jeho vývoj.

Současný trh často vyžaduje několik variant téhož stroje, aby bylo možno efektivně uspokojit široký rozsah požadavků zákazníka. Po konstrukčních odděleních je tedy vyžadováno více práce, na kterou je méně času a méně peněz. Co je potřeba, aby se zkrátil čas vývoje nového stroje, snížily náklady na vývoj a současně zaručila potřebná kvalita stroje?
Reklama
Reklama
Reklama

Virtuální prototyp redukuje náklady

Velká část "nového" stroje je ve skutečnosti modifikací různých uzlů již existujících strojů. Pokud existují digitální modely těchto uzlů, je jejich modifikace na požadované rozměry poměrně snadnou záležitostí. K dispozici jsou většinou i informace o chování původních uzlů v provozu. Při změně rozměrů a ostatních parametrů jednotlivých uzlů (výkon, otáčky, rychlost, zrychlení atd.) se však změní i jejich chování na novém stroji. Proto je třeba nejdříve postavit prototyp "nového" stroje, provést potřebné testy a měření a pak provést potřebné úpravy konstrukce. Při zvýšení otáček, výkonu nebo rychlosti se však mohou vyskytnout zcela nové problémy s vibracemi, teplem, životností atd. Pak je nutno buď postavit další prototypy, nebo se smířit s tím, že nový stroj nedosáhne požadovaných parametrů.
Je to právě nutnost stavět a testovat prototypy, která dramaticky prodlužuje čas potřebný k uvedení nového stroje na trh a výrazně zvyšuje náklady vývoje. Výrazný pokrok v počítačových simulacích metodou konečných prvků (FEM) nyní umožňuje použít metodu virtuálního prototypu. Tento virtuální prototyp je schopen simulovat kinematiku, dynamiku, teplotní problémy i životnost skutečného stroje. Virtuální prototyp existuje pouze v počítači, avšak umožňuje zjistit dostatečně přesně chování stroje. Je možno také předem odhalit většinu nových problémů, které se mohou vyskytnout na skutečném stroji. Velká výhoda je v tom, že je možno tento virtuální prototyp vytvářet už v průběhu konstruování. Není tedy nutné čekat na dokončení výkresů a výrobu skutečného prototypu a jeho testování, aby bylo zřejmé chování skutečného stroje. To vše lze zjistit s dostatečnou přesností už v průběhu konstruování pomocí virtuálního prototypu, který tak může ušetřit nejen čas, ale i náklady potřebné při stavbě skutečného prototypu.
V redukování nákladů na vývoj nového stroje je však možné učinit ještě další krok - například při návrhu odlévaného lože obráběcího stroje se optimalizace provádí s cílem dosáhnout co největší tuhosti a zároveň co nejnižší hmotnosti odlitku. Na otázky možnosti výroby a výrobních nákladů se ve fázi konstrukce a výroby prototypu neklade vždy patřičný důraz. Tyto problémy se většinou řeší až později, kdy se stroj zavádí do sériové produkce a kdy je požadováno optimalizovat technologii výroby stroje z hlediska výrobních nákladů. Tak se může snadno stát, že dojde k rozporu mezi požadavky konstruktéra, výpočtáře a technologa-slévače. Například konstruktérem navržená vnitřní žebra jsou po pevnostní kontrole přemístěna tak, aby došlo k výraznému zvýšení tuhosti odlitku. Tento zásah může být ale nevhodný z hlediska technologie odlévání. V horším případě může být příčinou vad odlitku, v lepším "jen" zkomplikuje a prodraží výrobu. Pokud je v takovém případě nutno konstrukci dodatečně měnit, znamená to opět zvýšení výrobních nákladů.
I tento problém však lze řešit virtuálním prototypem. Bezproblémové odlití konstrukce je přezkoumáno pomocí počítačových programů pro simulaci odlévání souběžně s pevnostními analýzami. Takový postup umožňuje vytvořit konstrukci optimální nejen z hlediska požadovaných užitných vlastností, ale i z hlediska technologie výroby a výrobních nákladů. Využitím těchto možností tedy lze nejen zkrátit dobu vývoje nového stroje, ale i snížit výrobní náklady při jeho sériové výrobě.

Externí konstrukční služby

Simulace chování skutečného stroje však vyžaduje velmi výkonné počítače, moderní programy FEM a vysoce kvalifikované specialisty. Protože produktivita práce těchto specialistů je velmi vysoká, těžko jsou v běžné konstrukci obráběcích strojů využitelní po celý rok. Vytvoření vlastního výpočtového oddělení v konstrukční kanceláři, které nebude plně využíváno po celý rok, by opět výrazně zvýšilo náklady na vývoj stroje. Řešením tohoto problému je využití služeb firmy specializované na výpočty strojů a zařízení metodou konečných prvků. V tom případě lze využít výhody použití výpočtů a virtuálních prototypů a současně platit jen skutečné náklady.
Problémem by mohla být zdlouhavá a složitá komunikace mezi konstruktéry a specialisty FEM, která by opět mohla prodloužit čas a zvednout náklady. To je řešeno využitím komunikace po síti - konstruktér vyplní příslušný formulář přesně popisující zadání výpočtů, požadavky na řešení problému a požadavky na výsledky a odešle je spolu s geometrií analytikovi FEM. Po provedení výpočtů stejným způsobem obdrží výsledky (obrázky, animace, zprávu a doporučení na úpravy). Použitím systému uživatelských hesel jsou sdílená data přístupná pouze oprávněným konstruktérům a specializované firmě. Utajení všech informací před ostatními uživateli je samozřejmostí. Tímto způsobem může specializovaná firma spolupracovat s konstrukční kanceláří, jako kdyby byly v jedné budově, i když ve skutečnosti mohou být vzdálené stovky kilometrů.
Ing. Petr Pokuta
Ing. Jiří Just
Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 30712
Datum: 16. 07. 2003
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Prestižní ocenění Zlatá medaile

Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

Produktivní vrtání otvorů do hliníku

Výrobci automobilů produkují čím dále více dílů z hliníku s cílem snížit hmotnost vozidel i spotřebu paliva. S ohledem na tuto tendenci je proto jasné, že vzniká poptávka po vrtácích použitelných pro výrobu otvorů ve součástkách z hliníkových slitin. Musí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

Související články
Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Automatizovaná upínací technika

Optimalizované technologie a procesy zajišťují ve výrobních firmách stále větší produktivitu. To platí i pro centrické svěráky, které se používají například pro stacionární upínání kulatých a čtvercových obrobků na nejrůznějších obráběcích strojích.

Inovace ve srážení hran velkých ozubených kol

Chamfer Contour Milling skýtá výrobcům velkých ozubených kol pro nákladní automobily flexibilní a hospodárný proces pro jejich stále důležitější operace zkosení hran / odstraňování otřepů.

Univerzální brusky pro broušení na kulato

Úzké tolerance a obtížně obrobitelné materiály - pro hospodárnou výrobu velmi přesných válcových obrobků vertikálním, vnějším a vnitřním broušením na kulato je zapotřebí pokroková strojní technologie. Společnost Okamoto nabízí široké portfolio řešení, která vyhovují všem požadavkům průmyslové výroby. Příkladem jsou univerzální CNC brusky IGM4VSP a UGM5V, které při broušení na kulato dosahují přesností v řádu mikrometrů.

Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Řezné kapaliny zvyšují výkonnost při soustružení závitů

Závity jsou strojně obráběné prvky, se kterými se lze běžně setkat prakticky ve všech průmyslových odvětvích. A přesto, že se soustružnické závitořezné operace využívají už celá desetiletí, stále ještě se daří dosahovat v tomto procesu pokroků, zejména pokud jde o problematické materiály, jako jsou korozivzdorné oceli, žáruvzdorné slitiny (HRSA) nebo titan. Jako příklad lze uvést vývoj soustružnických závitořezných nástrojů, které jsou opatřeny přívodem řezné kapaliny z horní i ze spodní strany, jehož kombinovaná přesnost přináší prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality závitů a otevírá potenciál pro použití vyšších hodnot řezných parametrů. Tento pozitivní vliv ještě více vyniká při obrábění problematických materiálů.

Chytré měření upínací síly

Společnost Kelch uvede ve 3. čtvrtletí 2018 na trh novou generaci přístroje Safecontrol 4.0. Osvědčený systém měření upínací síly ve vřetenu obráběcího stroje je kompletně přepracován a poskytuje nyní uživatelům prostřednictvím vlastní aplikace maximální flexibilitu. Další výhodou je vysoká spolehlivost a v neposlední řadě moderní ergonomický design a jednoduché ovládání.

Nové perspektivy v obrábění titanových draků letounů

Rostoucí využití titanu pro aplikace v leteckém průmyslu je za poslední léta velmi dobře zdokumentováno. Stejně tak se tématem diskuze a zkoumání staly i problémy spojené s efektivním, produktivním a vysoce kvalitním obráběním tohoto oblíbeného materiálu. Každá obrobna chce samozřejmě při frézování titanu optimalizovat výkonnost použité frézy, ale bez vhodných technologií a správného know-how to nemusí být až tak snadné. Díky převratnému objevu se však v současnosti začínají v této oblasti věci měnit.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Zrod (a znovuzrození) břitové destičky

Prakticky veškeré výrobky z kovů se obrábějí pomocí břitových destiček – ať už se jedná o letecký průmysl, výrobu energetických zařízení, nebo oblast spotřebního zboží. Břitové destičky jsou využívány ve velkém měřítku a pro širokou škálu aplikací, od frézování masivních bloků motorů a tvarového obrábění forem využívaných výrobci sportovní obuvi až po obrábění číselníků. Seznam požadavků na břitové destičky je dlouhý: vysoká odolnost proti opotřebení a dlouhá životnost, vysoké rychlosti úběru kovu a maximální spolehlivost, a to i v náročných podmínkách, jako jsou složité dráhy nástrojů nebo hluboké dutiny, špičková výkonnost při obrábění za sucha i za mokra a vynikající kvalita obrobené plochy při dodržení přísných tolerancí.

Technologie pro firmu s dobrou tradicí

Společnost Jihlavan je tradičním výrobcem letecké i pozemní hydrauliky. Má vlastní vývoj leteckých hydraulických přístrojů. Navíc vyrábí pro významné evropské společnosti přístroje dle jejich dokumentace. S jeho výrobním ředitelem Liborem Babákem jsme si povídali zejména o technologiích a trendech a „vychytávkách“ v této oblasti výroby.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit