Цифровое производство - Digital manufacturing

Цифровое производство - это комплексный подход к производству, основанный на компьютерной системе [1].[нужна цитата ] Переход к цифровому производству стал более популярным в связи с увеличением количества и качества компьютерных систем на производственных предприятиях. Поскольку на производственных предприятиях стали использоваться все более автоматизированные инструменты, возникла необходимость моделировать, моделировать и анализировать все машины, инструменты и исходные материалы, чтобы оптимизировать производственный процесс.[2] В целом можно увидеть, что цифровое производство преследует те же цели, что и компьютерно-интегрированные производства (CIM), гибкое производство, бережливого производства, и дизайн на технологичность (DFM). Основное отличие состоит в том, что цифровое производство было разработано для использования в компьютеризованном мире.

Как часть Производство США, Конгресс и Министерство обороны США учредили MxD (Manufacturing Times Digital), национальный институт цифрового производства, чтобы ускорить внедрение этих цифровых инструментов.

Трехмерное моделирование

Инженеры-технологи используют 3D моделирование программное обеспечение для разработки инструментов и оборудования, необходимых для их предполагаемого применения. Программное обеспечение позволяет им разрабатывать компоновку производственных помещений и производственный поток. Этот метод позволяет инженерам анализировать текущие производственные процессы и искать способы повышения эффективности производства еще до начала производства.

Моделирование

Моделирование можно использовать для моделирования и тестирования поведения системы. Моделирование также предоставляет инженерам инструмент для недорогого, быстрого и безопасного анализа, позволяющего проверить, как изменения в системе могут повлиять на производительность этой системы.[3]

Robcad - популярное программное обеспечение, используемое в цифровом производстве. Модели автоматизированного оборудования и производственных линий можно создавать и моделировать в реальном времени.

Эти модели можно разделить на следующие:[3]

  • Статический - Система уравнений в определенный момент времени
  • Динамический - Система уравнений, включающая время как переменную.
  • Непрерывный - динамическая модель, в которой время течет линейно.
  • Дискретный - динамическая модель, в которой время разделено на фрагменты.
  • Детерминированные - модели, в которых уникальное решение генерируется для заданного входа.
  • Стохастический - модели, в которых решение генерируется с использованием вероятностных параметров.

Приложения моделирования можно отнести к:[3]

  • Дизайн продукта (например, виртуальная реальность)
  • Разработка процессов (например, помощь в разработке производственных процессов)
  • Планирование ресурсов предприятия

Анализ

Системы цифрового производства часто включают возможности оптимизации для сокращения времени, затрат и повышения эффективности большинства процессов. Эти системы улучшают оптимизацию графиков производства, планирование производства и принятие решений. Система анализирует обратную связь от производства, такую ​​как отклонения или проблемы в производственной системе, и генерирует решения для их устранения.[4]

Кроме того, многие технологии анализируют данные моделирования, чтобы вычислить оптимальную конструкцию еще до ее создания.[5]

Продолжаются дискуссии о влиянии таких систем на производственную рабочую силу. Эконометрические модели показали, что каждый вновь установленный робот вытесняет в среднем 1,6 производственных рабочих. Эти модели также предсказывают, что к 2030 году из-за роботизации может быть сокращено до 20 миллионов дополнительных производственных рабочих мест по всему миру.[6]

Однако другие исследования обнаружили доказательства не потери работы, а недостатка навыков.[7] Цифровое производство создает сотни новых рабочих мест в сфере производства, ориентированных на данные - таких как «специалист по совместной робототехнике» и «специалист по системам прогнозного обслуживания» - но не хватает рабочих с навыками и подготовкой, необходимыми для их заполнения.[8]

Инструменты и процессы

Цифровое производство использует множество различных инструментальных процессов. Однако каждый цифровой производственный процесс предполагает использование компьютеризированных станков с числовым программным управлением (ЧПУ ). Эта технология имеет решающее значение в цифровом производстве, поскольку она не только обеспечивает массовое производство и гибкость, но также обеспечивает связь между моделью САПР и производством.[9] Две основные категории инструментов с ЧПУ - аддитивная и вычитающая. Значительные успехи в аддитивном производстве были достигнуты в последнее время и находятся на переднем крае цифрового производства. Эти процессы позволяют машинам обращаться к каждому элементу детали независимо от сложности ее формы.[4]

Примеры аддитивных инструментов и процессов

Пример процесса изготовления ламинированного объекта Изготовление ламинированного предмета: принципиальный чертеж. 1 рулон подачи. 2 Ламинированный рулон с подогревом. 3 Луч лазерной резки. 4 Призматическое рулевое устройство. 5 Лазер. 6 Ламинированная форма. 7 Подвижный стол. 8 Рулон для отходов (с вырезом).
  • Стереолитография - В этом процессе твердые части формируются путем отверждения слоев фотополимера ультрафиолетовым светом. В этом процессе используется широкий спектр акриловых и эпоксидных смол.[10]
  • Струйная обработка - Хотя для печати на бумаге наиболее широко используется струйный процесс, многие из них применяются в технике. Этот процесс включает нанесение печатающей головкой слоев жидкого материала на порошок наполнителя в форме желаемого объекта. После того, как порошок насыщен, новый слой порошка добавляется постоянно, пока объект не будет построен. Другой менее известный процесс осаждения капли материала использует строительный и поддерживающий материал для создания 3D-модели. Строительный материал - термопласт, а поддерживающий материал - воск. После печати многослойной модели воск тает. Другой подобный метод использует (DBM) производство капель для создания моделей из термопласта без поддержки с 5-осевым позиционированием капли. [11]
  • Лазерное спекание и сплавление - В этом процессе используется тепло, выделяемое инфракрасными лазерами, для связывания порошкообразного материала вместе с образованием твердой формы.
  • Твердое заземление - На платформу нанесен слой жидкого фотополимера. Создается оптическая маска, которая накладывается на полимер. УФ-лампа отверждает смолу, которая не блокируется маской. Оставшаяся жидкость удаляется, а пустоты заполняются воском. Жидкая смола наносится на только что созданный слой и процесс повторяется. Когда деталь закончена, воск можно расплавить из пустот.
  • Производство ламинированных предметов - Листовой материал укладывается на платформу, и лазер вырезает нужный контур. Платформа опускается на один лист толщиной, и новый лист укладывается со слоем термоклея между двумя листами. Нагретый валик сжимает листы и активирует клей. Лазер обрезает контуры этого слоя, и процесс повторяется. Когда деталь будет закончена, необходимо удалить остатки листового материала по периметру детали. Финальная часть покрывается герметиком.[10]
  • Изготовление плавленых волокон- FFF - это наиболее часто используемая форма трехмерной печати. Термопластический материал нагревают сразу после затвердевания и экструдируют на платформу в желаемой форме. Платформа опускается, и следующий слой выдавливается на предыдущий слой. Процесс повторяется, пока деталь не будет завершена.[10]

Примеры субтрактивных инструментов и процессов

Станок гидроабразивной резки с ЧПУ является примером инструментов с компьютерным управлением, которые необходимы для цифрового производства.
  • Гидравлическая резка - Водоструйный резак - это инструмент с ЧПУ, который использует струю воды под высоким давлением, часто смешанную с абразивным материалом, для вырезания фигур или узоров из многих типов материалов.
  • Фрезерование - Фрезерный станок с ЧПУ использует вращающийся режущий инструмент для удаления материала с заготовки. Фрезерованием можно обрабатывать большинство металлов, многие пластмассы и все породы дерева.
  • Токарный станок - Токарный станок с ЧПУ удаляет материал, вращая заготовку, в то время как неподвижный режущий инструмент входит в контакт с материалом.
  • Лазерная резка - Лазерный резак - это инструмент с ЧПУ, который использует сфокусированный лазерный луч для резки и гравировки листового материала. Резку можно производить по пластику, дереву, а на машинах большей мощности - по металлу. В последнее время среди любителей стали популярны доступные по цене резаки с лазером CO2.

Преимущества

  • Оптимизация процесса изготовления деталей. Это можно сделать путем изменения и / или создания процедур в виртуальной и контролируемой среде. Таким образом, использование новых роботизированных или автоматизированных систем может быть протестировано в производственной процедуре, прежде чем будет реализовано физически.[2]
  • Цифровое производство позволяет виртуально создавать весь производственный процесс, прежде чем он будет реализован физически. Это позволяет дизайнерам видеть результаты своего процесса, прежде чем вкладывать время и деньги в создание физического объекта.[2]
  • Эффекты, вызванные сменой станков или инструментов, можно увидеть в режиме реального времени. Это позволяет собирать аналитическую информацию для любой отдельной детали в любой желаемый момент во время производственного процесса.[2]

Типы

По запросу, по требованию

  • Производство добавок - Аддитивное производство - это «процесс соединения материалов для создания объектов из данных 3D-модели, обычно слой за слоем».[12] Цифровое аддитивное производство отличается высокой степенью автоматизации, что означает сокращение количества человеко-часов и использования оборудования, а, следовательно, снижение затрат.[13] За счет включения модельных данных из открытых оцифрованных источников продукты можно производить быстро, эффективно и дешево.[14]
  • Быстрое производство Подобно аддитивному производству, быстрое производство использует цифровые модели для быстрого производства продукта, который может быть сложной по форме и неоднородным по составу материалов. Быстрое производство использует не только цифровой информационный процесс, но и цифровой физический процесс. Цифровая информация управляет физическим процессом добавления материала слой за слоем, пока продукт не будет готов. Как информация, так и физические процессы необходимы для того, чтобы быстрое производство было гибким по конструкции, дешевым и эффективным.[15]

Облачное проектирование и производство

Облачный дизайн (CBD) относится к модели, которая включает сайты социальных сетей, облачные вычисления и другие веб-технологии для оказания помощи в услугах облачного дизайна. Этот тип системы должен быть основан на облачных вычислениях, быть доступным с мобильных устройств и уметь управлять сложной информацией. Autodesk Fusion 360 - это пример CBD.[16]

Облачное производство (CBM) относится к модели, которая использует доступ к открытой информации из различных ресурсов для разработки реконфигурируемых производственных линий для повышения эффективности, снижения затрат и улучшения реакции на потребности клиентов.[16] Ряд онлайн производственные площадки[17] позволяет пользователям загружать свои 3D-файлы для анализа и изготовления DFM.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Цифровое производство - фабрика будущего уже здесь, в: IndustryWeek». 10 января 2017 г.
  2. ^ а б c d «PLM - Управление жизненным циклом продукта».
  3. ^ а б c Мурцис, Димитрис (2015). «Роль моделирования в цифровом производстве: приложения и перспективы». Международный журнал компьютерного интегрированного производства.
  4. ^ а б Бредт, Джеймс (17 ноября 2000 г.). «Цифровое производство». Критические технологии для вычислительной техники будущего. 150.
  5. ^ https://www.parc.com/services/focus-area/manufacturing/
  6. ^ https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2240363/Report%20-%20How%20Robots%20Change%20the%20World.pdf?utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz--S_yv5LZTWzdC5IER_NtSl3PcknlmRKCRLWkiY7DXoc24tLeHNQmxbfIluLCA4PrkWMen4_J_hWSH49WG3OQvHF61Jlg&_hsmi=74013545&utm_content=74013545&utm_source=hs_automation&hsCtaTracking=07b1855a-24f4- 4b99-bcb8-b0d2a13b715e% 7C53b7a48e-9591-4179-8eab-694443190b4f
  7. ^ https://www2.deloitte.com/us/en/insights/industry/manufacturing/future-of-work-manufacturing-jobs-in-digital-era.html
  8. ^ https://www.mxdusa.org/projects/jobs-taxonomy-defining-manufacturing-jobs-of-the-future/
  9. ^ Chryssolouris, G (20 июня 2008 г.). «Цифровое производство: история, перспективы и перспективы». Журнал машиностроения.
  10. ^ а б c Ли, Куну (1999). Принципы систем CAD / CAM / CAE. Ридинг, Массачусетс: Эддисон-Уэсли.
  11. ^ Купер, Кеннет Г., 1973- (2001). Технология быстрого прототипирования: выбор и применение. Нью-Йорк: Марсель Деккер. С. 27, 34. ISBN  0-8247-0261-1. OCLC  45873626.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  12. ^ Хуанг, Самуэль (июль 2013 г.). «Аддитивное производство и его влияние на общество: обзор литературы». Международный журнал передовых производственных технологий.
  13. ^ Хон, К.К.Б. (1 июля 2007 г.). «Цифровое аддитивное производство: от быстрого прототипирования до быстрого производства». Материалы 35-й Международной конференции МАТАДОР 2007.
  14. ^ «Прямое цифровое производство: индустриальный поворотный момент, о котором вы никогда не слышали». 2001-11-30.
  15. ^ Ян, Юннянь (июнь 2009 г.). «Быстрое прототипирование и технология производства: принцип, репрезентативная техника, приложения и тенденции развития». Цинхуа Наука и технологии. 14.
  16. ^ а б Ву, Дачжун; Розен, Дэвид В .; Ван, Лихуэй; Шефер, Дирк (2015). «Облачное проектирование и производство: новая парадигма в цифровом производстве и инновациях в дизайне» (PDF). Системы автоматизированного проектирования. 59: 1–14. Дои:10.1016 / j.cad.2014.07.006.
  17. ^ "Geomiq - Интернет-производство для ЧПУ, литья под давлением, листового металла". Geomiq. Получено 2020-03-08.