Пресс-формы являются базовым технологическим оборудованием в обрабатывающей промышленности; сами по себе они представляют собой продукты индивидуального заказа: конструкция полостей и сердечников формируется в зависимости от конкретного изделия, что обусловливает многочисленность этапов НИОКР и производства, длительность цикла и высокие требования к точности. Развитие предприятий, выпускающих пресс-формы, сталкивается со множеством узких мест и ограничивающих факторов; поэтому стандартизация, цифровизация, информатизация, автоматизация и интеллектуализация (сокращённо — «Пять модернизаций» станут обязательным этапом трансформации и модернизации предприятий по производству пресс-форм. При этом реализация «пяти модернизаций» на таких предприятиях сопряжена со значительными трудностями, поскольку пресс-формы как отрасль традиционного машиностроения до сих пор не имеет достаточного научного обоснования и исследований, касающихся системы «пяти модернизаций» для предприятий данной отрасли. Система цифрового завода по производству пресс-форм строится на основе целей и путей реализации «пяти модернизаций» и развивается по пирамидальной схеме — от нижних уровней к верхним, как показано на рисунке.

Система цифрового завода « Пять модификаций ”

 

Стандартизация системы цифрового формообразующего завода заключается в фиксировании операционных процессов и разработке технических стандартов и эксплуатационных норм для каждого этапа — это является основой данной системы. Цифровизация подразумевает применение инженерных технологий компьютерного проектирования и обработки, при которых физические объекты преобразуются в виртуальные модели, что позволяет осуществлять имитационное проектирование, производство и моделирование, а также формировать данные, пригодные для системной передачи. Информатизация предполагает связывание всех производственных операций посредством интегрированных систем, что обеспечивает сбор, передачу и анализ данных и, таким образом, предоставляет информационную поддержку для автоматизации и интеллектуализации оборудования. Автоматизация достигается за счёт использования сенсорных технологий и программного управления, благодаря чему оборудование выполняет заданные операции в автоматическом режиме. Интеллектуализация, в свою очередь, осуществляется путём анализа больших данных: на основе заранее установленных правил генерируются оптимальные решения, автоматически корректируется управление производственным процессом, обеспечивается точная выработка результатов и реализуется гибкое производство.

1. Стандартизация цифрового завода по производству пресс-форм

Цифровой завод по производству пресс-форм прежде всего должен перевернуть традиционную модель выполнения работ: проанализировать, какие этапы осуществляются вручную, а какие можно автоматизировать и интеллектуализировать, и на основе стандартизации сформировать новую модель работы.

Нижний рисунок Для деталей пресс-формы При обработке на станках с ЧПУ в настоящее время большинство цехов по обработке пресс-форм в отрасли организуют производственный процесс таким образом, что один оператор управляет 1 - Две станочные установки отвечают за весь цикл — от комплектации станка режущим инструментом и установки заготовки на рабочее место, через проверку программы и её загрузку на станок, мониторинг процесса пуска и до окончательной обработки с выгрузкой готовой детали. При этом технологический процесс отличается сложностью, низкой производительностью и значительными рисками для безопасности; как правило, он включает 12 операций. В рамках цифровой системы формообразующего производства данную схему можно оптимизировать до 5 операций: логистика, инструментальное обеспечение, закрепление заготовки, DNC (сетевое распределённое ЧПУ) и MDC (сбор и мониторинг производственных данных), что позволяет перейти от традиционной последовательной модели работы, требующей от одного оператора многопрофильной квалификации, к цифровой производственной модели, реализующей «пятикратную модернизацию».

Оптимизация процессов в системе цифрового завода

Путём стандартизации режимов выполнения работ формулируются цели системы цифрового завода по производству пресс-форм, такие как: Система цифрового производства для операций обработки на станках с ЧПУ должна обеспечить достижение следующих трёх целей.

( 1) Повышение коэффициента использования оборудования. Цель системы цифрового завода — снизить требования к квалификации персонала и максимально сократить время внеплановых простоев оборудования: перед обработкой деталей необходимо заблаговременно обеспечить наличие всех необходимых ресурсов; недостатки, выявленные на отдельных этапах, устраняются путём оптимизации технологических процессов — например, совершенствования приспособлений, оптимизации технологий обработки, стандартизации управления программами — с целью минимизации вспомогательного времени простоя станков. Это позволяет повысить уровень бережливого производства и обеспечить оперативное информирование соответствующих специалистов о состоянии работы оборудования и возникновении нештатных отказов в процессе обработки; при этом все случаи внепланового останова оборудования становятся легко видимыми в системе.

( 2) Обеспечение координации производственного процесса. Система цифрового завода реализует комплексное управление всем циклом обработки на станках с ЧПУ, включая подготовку NC-программ и соответствующей технической документации перед обработкой деталей, подготовку режущего инструмента, заготовок и материалов, установку заготовок на станке, а также оформление заявок на ремонт оборудования и т. п. При отправке команд подготовки в соответствии с производственным планом программисты CAM, специалисты по подготовке режущего инструмента, монтажники приспособлений и логисты получают эти команды и параллельно приступают к подготовке своих ресурсов; в конечном счёте система, на основе результатов всех указанных этапов, формирует команду на начало обработки, тем самым автоматизируя большую часть работ, ранее выполнявшихся вручную — координацию, вмешательство и принятие решений.

( 3) Дистанционное управление и замкнутое управление. Для станков с ЧПУ, оснащённых сетевым интерфейсом, благодаря расширенным функциям дистанционного управления DNC необходимые для станка программы в соответствии с запланированным временем начала работы непосредственно передаются в память оборудования, что исключает необходимость ручного вызова управляющей программы; система осуществляет дистанционное управление наиболее важным носителем обработки на станках с ЧПУ — NC-кодом: какие именно обрабатывающие коды будут переданы на станок и в какое время — всё это определяется системой на основе плана, что предотвращает несоблюдение плана при обработке деталей операторами на месте или незаконные действия по самовольному изменению NC-программ.

2. Цифровизация литейного завода

Цифровизация литейного завода состоит из таких модулей, как управление производственным планированием, управление программами, симуляция и верификация программ, управление технологической документацией, сетевое подключение станков, учёт и реализация расходных материалов по системе консигнации, совместная доска управления, мониторинг станков, сбор производственных данных, совместное производство (системная доска управления, визуальное управление), анализ данных и управление оборудованием. Нижний рисунок Модуль управления производственным планом одновременно связан с модулем управления программами, модулем управления технологической документацией и модулем управления расходом материалов по договору комиссии; модуль управления программами и модуль сбора, анализа и мониторинга данных соединены с станками, а модуль управления технологической документацией и модуль управления расходом материалов по договору комиссии — с модулем совместного доски управления. Данные между этими модулями передаются через Передача по протоколу Интернет для обеспечения обмена данными между устройствами и сервером, включая загрузку и выгрузку числовых программ управления, резервное копирование параметров станка и другие функции.

Цифровизация производственных процессов

Модуль управления производственным планом предназначен для разработки производственного плана на основе заказов пользователей. Производственный план может автоматически генерироваться в соответствии с требованиями заказа, после чего подлежит редактированию вручную. По завершении формирования производственного плана он по сети одновременно передаётся в модуль управления программами, модуль управления технологической документацией и модуль управления консигнационными запасами.

Модуль управления производственными процессами предназначен для отправки производственного плана на обрабатывающий центр, где программисты на основе этого плана разрабатывают технологические программы для изготовления продукции, указанной в заказе; эти программы включают планируемое время начала производства, технологический процесс, продолжительность каждого этапа, соответствующие параметры, такт производства, а также перечень необходимых станков, режущих инструментов, электродов и приспособлений для закрепления заготовок.

В модуль управления программами также входит модуль симуляции и верификации программ, предназначенный для проведения на компьютере имитационного моделирования производственного процесса. Этот модуль обладает мощными и практичными функциями редактирования ЧПУ, позволяя осуществлять интеллектуальное сравнение файлов, трёхмерное моделирование траектории движения режущего инструмента и другие операции, с целью проверки отсутствия ошибок в программе, обоснованности производственного процесса, минимизации времени обработки, адекватности установленных технологических параметров, а также оценки соответствия условий выполнения технологического плана и прогнозирования продолжительности обработки. В случае выявления необоснованных или некорректных ситуаций информация передаётся разработчику программы для внесения исправлений с последующей повторной верификацией. Благодаря модулю симуляции и верификации программ можно оперативно выявлять возможные отклонения в ходе подготовки производства и своевременно их устранять и дорабатывать; данный этап обязательно должен быть выполнен перед началом серийного производства. Настройка модуля симуляции редактирования программ позволяет освободить программиста от монотонных задач редактирования, проверки, отладки и передачи программ, тем самым повышая эффективность его работы.

3. Информатизация цифрового литейного завода

Информатизационная система литейного завода может служить руководством для предприятия при планировании и разработке информационных систем, обеспечивая интеграцию данных между производственными процессами и такими функциональными областями, как разработка продукции, управление производством и управление бизнесом. Система основана на Цифровые технологии CAD/CAM/CAE, используемые в качестве методов проектирования и технологической подготовки производства пресс-форм, опираются на информационные системы PLM, SAP, MES и другие как каналы передачи и хранения данных; за счёт оптимизации проектных и производственных процессов достигается сокращение численности персонала при дискретном проектировании и изготовлении пресс-форм, что позволяет создать высокоэффективную систему работы формоизготовительного предприятия. С учётом текущего состояния производства в условиях управления проектами на базе производственных предприятий осуществляется информатизация, направленная на переход от функционального управления к процессному управлению, а также обеспечивается информационная поддержка всего цикла — от планирования продукта до его реализации. Благодаря всестороннему бюджетированию затрат осуществляется проектное управление ресурсами всей цепочки поставок, что позволяет контролировать издержки на каждом этапе, внедрить визуализированное интерфейсное решение для управления проектами, организовать информационный обмен с клиентами и оперативно реагировать на их потребности.

 

Развертывание информационной системы цифрового завода по производству пресс-форм

Информатизированные системы позволяют обеспечить информационное взаимодействие данных на всех этапах — от составления планов и распределения работ до автоматического сбора данных, управления качеством и ресурсами — сокращая традиционные бумажные циклы передачи информации и снижая вероятность ошибок. В качестве исходного звена планирования используется графическое представление, а ключевым технологическим элементом выступает автоматический сбор данных с станков; на основе базовых данных и производственных ресурсов осуществляется детализация, управление и доведение производственных планов до исполнителей. Благодаря тщательному управлению ведётся мониторинг выполнения планов, что формирует замкнутый цикл потоков данных: от производственных планов на каждом этапе изготовления и их реализации до передачи программ, управления программами, сбора производственных данных и обратной связи по производственной информации. Это обеспечивает оперативное реагирование на изменения планов, своевременное отслеживание информации о процессе изготовления продукции, прозрачность управления производством, а также снижение рабочей нагрузки как у руководителей, так и у персонала и повышение общей эффективности работы.

Система цифрового завода за счёт цифровизации и информатизации обеспечивает взаимосвязь всех звеньев, чтобы Серийное внедрение таких систем, как DNC, MDC и MES, ориентировано на станки с ЧПУ как центральный элемент, опирается на производственное планирование в качестве драйвера и преследует цель повышения коэффициента использования оборудования с ЧПУ; при этом особое внимание уделяется эффективности и такту соответствующих подготовительных этапов перед обработкой деталей на станках с ЧПУ, а также оперативному выявлению отклонений в процессе подготовки производства и задержек в выполнении планов. При условии, что система определяет, что все требования к технологическому плану выполнены, она автоматически передаёт на рабочее место программу обработки, технологическую документацию и информацию о перечне режущих инструментов, что способствует повышению производительности предприятий по изготовлению пресс-форм.

4. Автоматизация цифрового литейного завода

В системе цифрового завода по производству пресс-форм, после достижения определённого уровня стандартизации, цифровизации и информатизации, становится возможным переход к автоматизации. Взяв за пример электроэрозионную обработку деталей пресс-форм, можно отметить, что среди всех этапов их изготовления именно эта операция характеризуется самой длинной технологической цепочкой и наименьшей производительностью; она включает такие узлы, как проектирование электрода, закупка материалов для электродов, установка заготовки в приспособление, обработка электрода, контроль электрода, складирование электродов, логистическая транспортировка электродов и сама электроэрозионная обработка. Проведённый анализ стандартных рабочих режимов показывает, что такие узлы, как фиксация и позиционирование электрода, его логистическая транспортировка, складирование, контроль, а также установка заготовки в приспособление, могут быть автоматизированы, что позволит заменить ручной труд автоматическими решениями и повысить эффективность электроэрозионной обработки.

Автоматизированный сценарий зажима и позиционирования электродов

Решения для автоматизированных производственных линий электроэрозионной обработки

5. Интеллектуализация цифрового завода по производству пресс-форм

Интеллектуализация системы цифрового завода по производству пресс-форм требует комплексного применения таких интеллектуальных технологий, как интернет вещей, аналитика больших данных и виртуальное моделирование, с целью замены ручного принятия решений. В рамках системы цифрового завода по производству пресс-форм интеллектуализация представляет собой вершину пирамиды; для её достижения необходимо объединение усилий научно-исследовательских и инженерных специалистов из отрасли производства пресс-форм с экспертами в области интернета вещей, промышленного интернета, искусственного интеллекта и промышленного программного обеспечения, что позволит разработать и внедрить решения, отвечающие требованиям интеллектуализации процессов разработки и производства пресс-форм.

В системе цифрового формообразующего завода логистика выступает в качестве ключевого звена, являясь связующим элементом, который охватывает всё производственное пространство. Интеллектуализация логистики основана на её автоматизации — речь идёт об автоматической транспортировке заготовок с одного участка на другой. Однако для обеспечения автоматической транспортировки при сложных условиях, таких как наличие множества заготовок, множество логистических маршрутов и различия во времени перегрузки, необходимо внедрение технологий сбора данных через Интернет вещей, разработки логических алгоритмов и анализа больших данных с целью принятия автономных решений; именно это и относится к сфере интеллектуализации логистики.

Ниже описывается интеллектуальный сценарий логистики электродов: система логистического диспетчерского управления должна осуществлять транспортировку электродов из блока обработки электродов в склад электродов, тогда как операция электроэрозионной обработки требует забора электродов со склада для проведения электроэрозионной обработки. После анализа данных системой принятия решений логистическая диспетчерская система сначала временно размещает готовые к использованию электроды на стеллажах блока обработки электродов, а затем в первую очередь извлекает с склада электроды, подлежащие электроэрозионной обработке, и автоматически доставляет их к оборудованию электроэрозионной обработки, обеспечивая бесперебойную работу данного процесса. При этом в ходе транспортировки заказы, которые можно объединить по маршруту, выполняются одновременно, что позволяет сократить суммарный пробег при повторных перемещениях и сэкономить энергоресурсы.

Интеллектуализированные сценарии логистики электродов

Циклическое повторное использование электродов также является одним из интеллектуальных сценариев работы склада электродов. С помощью алгоритма автоматического сравнения обрабатываемых электродов с уже находящимися на складе использованными электродами осуществляется сопоставление их форм между новыми электродами, требующими обработки, и отработанными электродами, прошедшими процедуру электрофрезерования; автоматически отбираются заготовки электродов, пригодные для повторного использования. Затем роботизированный манипулятор переназначает и пронумерует эти пригодные к использованию электроды, после чего они вновь поступают в автоматизированный цикл обработки электродов, что обеспечивает циклическое повторное использование отработанных электродов.

 

Склад электродов для их циклического использования

Итоги ： В сфере пресс-форм существует собственный подход к цифровому управлению; однако из‑за многочисленных изменений проекта, непредвиденных отклонений и повторных исправлений в процессе производства пресс‑форм сроки поставки часто оказываются невыполненными. Вместе с тем, если объединить принципы управления проектным производством с возможностями цифровизации самой области пресс‑форм, это может значительно повысить вероятность соблюдения установленных сроков поставки.

Как известно, пресс-формы — это «мать» промышленности и находятся на верхнем уровне цепочки создания стоимости многих продуктов. Даже когда дата выпуска продукта ещё далеко впереди, пресс-формы уже начинают производиться; поэтому соблюдение сроков поставки пресс-форм играет крайне важную роль для своевременного вывода конечного продукта на рынок. Если компания, специализирующаяся на производстве пресс-форм, демонстрирует высокий уровень выполнения обязательств по срокам поставки, это значительно повышает её конкурентоспособность в отрасли.

Ввиду многочисленных перепечаток статьи её истинный первоначальный автор может быть не установлен. В случае возникновения вопросов, связанных с авторскими правами на произведение, пожалуйста, свяжитесь с нами — мы незамедлительно согласуем вопросы авторского права или удалим соответствующий контент!