Аннотированная 3D модель как замена бумажного 2d чертежа

Аннотированная 3D модель с одной стороны появилась как замена бумажного 2d чертежа, которую можно использовать на производстве и монтаже (так называемое безбумажное производство), а с другой стороны аннотированная 3Д модель развивается как основа для модель-ориентированного подхода в проектировании (model-base definition), когда вся информация о проектируемым объекте хранится в модели. 

MBD (Model-Based Definition) – это метод, позволяющий быть всегда в курсе актуальных изменений в чертежах и отчетах, а также других выходных данных, таких как файлы данных ЧПУ. Он позволяет использовать единый источник информации для достижения этой цели.

MBD не является производством без чертежей

MBD не является «производством без чертежей» или «работой без бумаги», а скорее предполагает, что чертежи не являются единственным источником истины. В любой момент можно выпустить чертежи, если это необходимо для обеспечения цепочки поставок. При правильной реализации MBD является цифровым двойником детали, сборки или конечного продукта. MBD влияет на весь нисходящий поток от проектирования до производства, качества, цепочки поставок и т. д. Он не привязан к одному процессу или практикующему специалисту инженеру-конструктору.

Это очень удобно например для мгновенного автоматизированного расчета цены и срока поставки на круглосуточной международной цифровой производственной платформе с искусственным интеллектом с поддержкой инженерных специалистов Fictiv по заказу изготовления деталей, а еще пару лет назад это казалось сказкой. Выбираем метод производства, материал и покрытие, и уже через некоторое время на нашем экране появляется стоимость заказа.

Давайте углубимся. Сейчас существует разрыв между проектированием, производством и качеством в традиционных рабочих процессах, основанных на чертежах. Исторически, инженерные процессы были сосредоточены вокруг 2D чертежей. Конструктор выполняет разработку конструкторской документации. Трудоемкая часть оформление чертежа выполняется в системах САПР. Инженерные процессы подразумевали создание 2D чертежей для печати на бумажном носителе и последующего использования в производственной технологии. Первая точка потенциального сбоя, ручная транскрипция увеличивает вероятность ошибок. 

Как гласит вечная английская поговорка: «Унция профилактики стоит фунта лечения». Брак, доработка и отзыв продукта происходят из-за человеческих ошибок. Отделы производства и качества должны вручную повторно вводить данные в свое программное обеспечение CMM (координатно-измерительная машина), CAM (автоматизированное производство) или CAI (автоматизированный контроль).

Например, отделы качества и инспекции проводят валидацию продуктов, выходящих из цеха, измеряют детали и принимают решения о соответствии или отказе. Однако эти данные редко возвращаются обратно в экосистему производства для анализа и часто отбрасываются, несмотря на то, что они очень ценны.

Второй момент потенциального отказа, интерпретация чертежей может отличаться от предполагаемого проекта. При внесении изменений в 3D-модель или чертеж могут возникнуть разночтения в данных. Изготовление одной детали может занять от нескольких дней до нескольких недель. Однако до 60% 2D-чертежей не соответствуют 3D-модели. Для того чтобы избежать этого, конструктор должен потратить значительное количество времени на разработку 3D-модели, её корректировку и оформление чертежа, полученного из модели.С дополнительным бременем ручной расшифровки и интерпретации 2D в 3D риск ошибки значительно возрастает.

Оба пункта требуют больше времени для уточнения и исправления. Это приводит к проблеме GIGO (мусор на входе, мусор на выходе).

 Сегодня трехмерное моделирование является неотъемлемой частью проектирования и производства. Однако использование 3D-моделирования совместно с чертежами приводит к значительному увеличению объема документооборота. Это означает, что требуется больше времени для согласования и отслеживания документов, а также для внесения изменений в модель и чертеж.

Как вносят изменения в чертежи по ГОСТ?

Обычно инженер-конструктор проверяет опытную партию продукта, вносит необходимые изменения извещением ГОСТ 2.503-90 и корректирует чертежи. После этого производится повторная проверка изменения чертежа со стороны специалистов, подписывающих его (зав.отделом, тех.контролем, нормо-контролем и т.д). Любое изменение в документе, вызывающее какие-либо изменения в других документах, должно одновременно сопровождаться внесением соответствующих изменений во все взаимосвязанные документы, а также в документы которые находятся в производственном цеху.

Если изменяемый документ на изделие входит в состав документов других изделий, то должна быть обеспечена возможность внесения изменений в документы всех изделий, указанных в карточках учета документов по ГОСТ 2.501 или в карточке учета применяемости документов по ГОСТ 3.1201. Если хотя бы для одного изделия изменение документа окажется неприемлемым, то на изменяемое изделие должен быть выпущен новый документ с новым обозначением.

Изменение конструкторской документации (КД) на всех стадиях жизненного цикла изделия вносят на основании извещения об изменении (ИИ). ИИ выполняют на формах 1 и 1а на листах формата А5, А4, A3 по ГОСТ 2.301 или по ГОСТ 2.004. Изменение в копию документа в бумажной форме, выполненного с документа в электронной форме, осуществляют заменой (перевыпуском) всего документа в целом или его отдельных листов (страниц), а также добавлением или исключением отдельных листов. Допускается вносить изменения в эти документы рукописным или машинописным способом. Все ИИ независимо от содержания предлагаемых изменений должны быть согласованы с представителями заказчика на предприятиях - держателях подлинников. Если умножить сложность детали или сборки на количество различных ревизий и многоуровневый персонал, то получится медленный процесс с недопониманием и проблемами качества.

Модель обычно не проверяют в конструкторских бюро, ее качество, актуальность данных остается на ответственности, компетенции конструктора, а для производства, для станков с ЧПУ нужна именно актуальная 3D-модель.

Одновременное использование 3D-моделей и чертежей приводит к нескольким последствиям. Во-первых, это увеличивает объем конструкторской документации и трудозатраты на ее оформление, согласование, учет и изменения. Во-вторых, это увеличивает объем работы при корректировке конструкции. В-третьих, это требует поддержания актуальности данных в 3D-модели и чертеже, чтобы избежать расхождений между ними.

Придать 3D модели приоритет и значимость

Приоритет при разработке продукта будет постепенно переходить к 3D-модели. Единый источник достоверной информации: производные модели для надежных, семантических PMI, метрологических функций и сопоставлений с любой исходной моделью САПР. В последнее десятилетие был разработан метод называемый цифровое определение продукта на основе моделей (MBD). MBD является прогрессивной технологией, позволяющей эффективно разрабатывать продукты на основе моделей, а не на основе чертежей и других документационных материалов.

Проектирование основанное на модели, мировой тренд, поддерживается в программах таких как Компас-3D, Autodesk Inventor, NX, SolidWorks для сокращения сроков проектирования, улучшения качества 3D-моделей.

Скачать бесплатно образец файла Компас-3D MBD нажав на фото или приложением Яндекс Диск

Скачать бесплатно образец файла Autodesk Inventor MBD нажав на фото или приложением Яндекс Диск

По моим наблюдениям, переход к использованию аннотированных 3D-моделей и заполненных атрибутов модели для передачи информации от конструктора в производство имеет ряд преимуществ. Во-первых, она предоставляет единственный источник информации для чертежей и других выходных данных, что гарантирует соответствие между чертежами и моделью. Централизованное управление данными из различных источников обеспечивает эффективный сбор, например, защиту ценной информации, предотвращение дублирования, контроль доступа к данным и сериализацию файлов результатов для LOTAR (долгосрочное архивирование и поиск). Это включает в себя отслеживание и определение местонахождения данных измерений для любой конкретной детали или характеристики.

Также она позволяет избежать дублирования информации между разными файлами и отчетами, а также ускоряет и облегчает обновление информации.

Автоматизация: определенная совместимость бизнес-процессов и программного обеспечения приводит к возможности автоматизации.

В обрабатывающей промышленности пословица всегда одна и та же: быстрее, лучше и дешевле. Лучшие продукты, лучшие цены, лучшая маржа.

При использовании MBD ошибки обнаруживаются на более ранних этапах жизненного цикла продукта. Существует значительная разница между обнаружением ошибок раньше и позже, потому что корректирующие действия, сделанные на этапе проектирования, экономят до 29 раз по сравнению с этапом эксплуатации.

Команды и отдельные лица работают разрозненно с линейной передачей данных вручную, что приводит к избыточности и несоответствиям данных. Это приводит к недопониманию, низкому качеству и ошибкам, обнаруживаемым на поздних этапах жизненного цикла. Самое главное MBD позволяет инженерам-конструкторам проектировать, измерять, тестировать и совершенствовать в условиях более совместной работы с разными людьми в том числе нетехническими специалистами, чем в разрозненных условиях, что приводит к более быстрым и точным циклам обратной связи.

Более быстрый выход на рынок: автоматизация и сокращение ручного перевода и проверки сокращают производственные циклы.

Эффективность работы: автоматизация обеспечивает повторяемость, меньше полагаясь на участие человека (и возможную ошибку) и освобождая инженера конструктора, чтобы сосредоточиться на другой творческой работе с добавленной стоимостью.

Ни для кого не секрет, что самые успешные компании с 2005 года были лидерами в сборе, анализе и использовании данных.

Революции в бизнесе, такие как Google, Facebook и Amazon, высвободили силу больших данных, чтобы повлиять на их актуальность и умножить прибыль.

MBD (Model-Based Definition) - это технология проектирования, позволяющая описывать производственные данные и процессы в цифровой форме с помощью 3D-моделей с точными геометрическими параметрами и связанными с ними атрибутами, такими как материалы, размеры, цвета, сборочные инструкции, спецификации и т.д.

В Америке конструкторские стандарты для MBD определены в ASME Y14.41-2019 и в Европе ISO 16792:2015, а в России все сведения можно найти в действующих стандартах ЕСКД, таких как ГОСТ 2.052-2015 «Электронная модель изделия. Общие положения.»

Модель MBD предоставляет пользователям несколько преимуществ. 

Во-первых, используя единую информационную базу, она позволяет обеспечить согласованность между чертежами и моделью. Во-вторых, она позволяет избежать дублирования информации между различными файлами и отчетами. Третье, она позволяет быстро и эффективно обновлять информацию, так как изменения в модели автоматически отражаются в отчетах и чертежах.

Почему MBD является более эффективным, чем традиционный метод на основе 2D-чертежей? Это обусловлено тем, что 3D-аннотации в модели CAD являются семантическими, что позволяет другим программным продуктам понимать их. Ключевой целью MBD является функциональная совместимость. Независимость от CAD/CAM/CAE/CAI обеспечивает автоматизацию последующих процессов, сотрудничество между экосистемами, а также полную прозрачность и отслеживаемость до авторитетной 3D модели.

Стоимость низкого качества (COPQ) измеряет затраты, связанные с технологическими сбоями, такими как брак, доработка, повторное тестирование, отзыв и т. д.

Подсчитано, что затраты, связанные с качеством производства, достигают 20% выручки от продаж. Будь то крупный холдинг или небольшая производственная компания, эта неэффективность только усугубляет ситуацию.

Исследования NIST показали, что аннотированная модель может существенно сократить процесс «проектирование-производство-проверка» на 78,4%. Это эквивалентно тому, что выполнить всю запланированную на неделю работу до обеда вторника. Большие данные: производственные данные перемещаются вверх по течению для аналитики и улучшения дизайна САПР.

Экономия затрат: до 80 % общего количества часов, сэкономленных на аннотировании, планировании контроля и процессах контроля вместе, означает меньшее количество ресурсов, необходимых для конкретной задачи, и снижение накладных расходов.

Несмотря на то, что использование больших данных, искусственного интеллекта и машинного обучения в цифровом производстве все еще находится на ранней стадии использования в производстве, примеры из других отраслей, от розничной торговли до SaaS, продемонстрировали огромные преимущества использования данных.

Аналогичный пример можно провести с American Airlines в 1960-х годах, когда она была одной из первых авиакомпаний, автоматизировавших свою систему бронирования.

Хотя первоначально целью как может показаться было ускорить бронирование, но данные, собранные по рейсам, городам, сезонам, часам и спросу, помогли компании корректировать цены на билеты в режиме реального времени, что позволило увеличить прибыль за счет эффективности.

Что еще лучше, их система бронирования стала отдельным бизнесом, когда она использовалась в качестве основы для других общенациональных систем бронирования турагентов, что позволило American Airlines в первую очередь расставлять приоритеты для своих рейсов, а также получать эксклюзивную информацию о конкурентах, получая лицензионные сборы от турагентов.

Этот метод предоставляет возможность избежать необходимости вручную перепроверять и изменять 2D-чертежи, что значительно ускоряет процесс разработки продуктов.

Совместимость: позволяет повторно использовать авторитетный файл САПР в другом программном обеспечении разными отделами и компаниями.

Вместо распространения PDF или печати чертежей для всех участников цепочки поставок, будет предоставлен пакет технических данных (TDP), включающий в себя аннотированную модель либо в исходном формате (например, Компас 3d) или в нейтральном с точки зрения CAD формате STEP AP242, спецификации материалов в формате Excel или CSV, а также электронные файлы: записки, схемы и документы по контролю первого изделия (FAI), которые могут быть использованы в другом ПО.

Различные форматы файлов данных из разных программ либо являются проприетарными, либо не имеют надежных возможностей данных для создания истинного MBD. Несовместимость и недоступность препятствуют подключению данных на протяжении всего жизненного цикла продукта — прослеживаемость и автоматизация в цифровом потоке.

Из-за этого многие из современных производственных процессов зависят от ручного расшифровки и проверки, что препятствует прогрессу в обновлении рабочих процессов.

Индустрия 4.0. Промышленный интернет вещей. Модельное предприятие. Цифровая трансформация. Цифровые двойники/поток. Эти концепции говорят об автоматизации, искусственном интеллекте, машинном обучении и умных технологиях.

Однако для того, чтобы эти передовые технологии существовали, данные должны беспрепятственно передаваться между различными машинами, программным обеспечением, устройствами и хранилищами. Развитие концепция MBD в сравнении — это как польза от атомной энергетики.

Файлы STEP AP242 в производстве.

Файлы STEP AP242 чаще всего используются в производстве, поскольку они содержат большой объем информации при относительно небольшом размере файла. 

КОМПАС-3D содержит инструменты создания в 3D-модели необходимых и достаточных данных для ее производства по технологии MBD позволяет конструкторам наносить атрибуты ГОСТ 2.052-2015, необходимые для производства, на 3D-модели. Эти атрибуты включают надписи, заметки, размеры, допуски, геометрические допуски, технические требования, шероховатость и другие. 

С помощью КОМПАС-3D можно создавать детализированные 3D-модели узлов и деталей из различных материалов, которые выступают в качестве источника данных для чертежей, отчетов и файлов данных ЧПУ. Это позволяет гарантировать актуальность информации в чертежах и отчетах, а также улучшает производительность и эффективность разработки.

3D-модель STEP AP242 может включать в себя:

1. GD&T (геометрические размеры и допуски).
2. Спецификация материалов (BOM).
3. Чистота поверхности.
4. Символы сварки.
5. Инструкция по изготовлению, качеству и сборке.
6. Общие примечания и другие метаданные.
7. Управление версиями.
8. Уведомления о юридическом/собственническом/экспортном контроле.
9. Другая окончательная автоматизация цифровых данных.

Таким образом, все изменения, вносимые в модель, автоматически отражаются в чертежах и отчетах, что позволяет избежать повторного введения информации и изменения данных в разных файлах.

Когда эти файлы открываются в ПО для приложение CAM (автоматизированное производство) и переводится через постпроцессор на другие языки, такие как G-код, который выполняется станком с ЧПУ или инспекции для координатно-измерительных машин (CMM), программа распознает геометрию и 3D-аннотации, которые имеют ссылки на нее.

Необходимо создать планы контроля измерений, а также указать идентификаторы требований к допускам и, наконец, создать контрольные документы. Для отдела контроля файл STEP AP242 может использоваться для универсальной передачи информации между партнерами по цепочке поставок о том, как и что измерять, а также для сообщения результатов измерения.

Более 90% визуального контроля качества выполняется вручную на данный момент, что является медленным, дорогим и непоследовательным. Благодаря требованиям семантической проверки из модели реальность автоматических визуальных проверок с помощью ИИ и измерительных машин становится возможной. Более качественные проверки с алгоритмами оптимизации измерений.

Исключая нужду в ручном вводе информации из чертежей в ПО, используемое на последующих этапах, ускоряется и обеспечивается бесперебойность работы всей цепочки. Прозрачность и функциональная совместимость на протяжении всего процесса.

В результате чертежи содержат важную информацию о видах объектов и изделий, а также технологическую информацию (PMI), включая габариты, геометрические допуски, примечания, обозначения шероховатости поверхностей, таблицы, такие как спецификации материалов (BOM).

Скачать бесплатно образец файла STEP AP242 нажав на фото или приложением Яндекс Диск

QIF 3.0 содержит данные PMI.

QIF 3.0 (система информации о качестве) —  нейтральный формат файлов САПР построен на открытых стандартах ANSI и ISO и содержит семантику PMI (информация о производстве изделия) и другие метаданные, созданный для последующей совместимости и прослеживаемости на протяжении всего жизненного цикла продукта, особенно в автоматизированных процессах и инженерных приложениях.

QIF 3.0, как и STEP AP242, представляет собой файл 3D CAD, который содержит PMI (информацию о производстве продукта).

QIF является ключевым средством начала диалога для компаний, начинающих процесс MBD/MBE

QIF является ключевым средством начала диалога для компаний, начинающих процесс MBD/MBE (производство на основе моделей), особенно для информации, связанной с метрологией, в PLM (управление жизненным циклом продукции) и PDM (управление данными о продукции).

Скачать бесплатно образец файла QIF нажав на фото или приложением Яндекс Диск

Этот формат версии 3.0 позволяет людям и компьютерам считывать данные MBD (определение на основе модели) эффективно и без ошибок. Применение QIF позволяет производителям использовать модель в качестве единого источника информации для дизайна, технологической документации и производства.

QIF 3.0 (система информации о качестве) — нейтральный формат файлов САПР построен на открытых стандартах ANSI и ISO

QIF построен на базе XML вывода параметров в виде форматированного списка, для простой интеграции и взаимодействия с другими системами, веб-/интернет-приложениями и другими формальными стандартами — настоящий унифицированный и универсальный подход.

Кроме возможностей формата PDF, файлы 3D PDF включают 3D представления модели. Для управления моделью в формате 3D PDF используются инструменты 3D-просмотра. 3D PDF файл также поддерживает данные аннотаций, но подойдет только для визуального просмотра.

Скачать бесплатно образец файла 3D PDF нажав на фото или приложением Яндекс Диск

ASME Y14.5 и ISO GPS (Геометрические спецификации продукта): эти стандарты регулируют использование геометрических размеров и допусков — GD&T. Четкое понимание принципов GD&T поможет гарантировать, что ваши процессы, основанные на MBD, четко определены, эффективны и стабильны.

ASME Y14.41: этот стандарт содержит рекомендации по созданию цифрового описания продукта в 3D.

ASME Y14.47: этот стандарт предоставляет схемы для организации моделей САПР.

Преимущества MBD рентабельность инвестиций и цифры.

Лидеры в этой области собрали данные о рентабельности инвестиций, связанные с MBD/цифровыми двойниками. MBD уже успешно работает в трех пилотных отраслях: аэрокосмической и оборонной и автомобильной. 

MBD больше ориентирован на качество. С точки зрения качества, автоматизация проверок с помощью MBD не составляет труда: FAIR (отчеты о проверке первого изделия), PPAP (процесс утверждения производственных деталей), программа CMM (координатно-измерительная машина) и т. д. дали немедленные и потрясающие результаты. Вот некоторые результаты:

PTC и Bosch Power Tools сократили время программирования ЧПУ и контроля КИМ на 60-70%.

Raytheon сократила рабочий процесс контроля КИМ на 81% с 16 часов ручной расшифровки до 3 часов c MBD.

McKinsey & Company обнаружила, что технологии цифровых двойников могут увеличить доход до 10 %, сократить время выхода на рынок на 50 % и улучшить качество продукции до 25 %.

Пилотный проект с участием Lockheed Martin, Rolls Royce и других компаний сократил рабочий процесс КИМ на 97 % с 5 часов до 10 минут.

Больше итераций и прорывных улучшений процессов. Был проведен ряд тематических исследований, связанных с MBD. Тем не менее, большинство из них остаются закрытыми на данный момент из-за того, что OEM-производители хотят сохранить конкурентное преимущество.

Традиции замедляют прогресс.

Хотя концепция MBD существует с начала 2000-х годов, MBD еще не получила широкого распространения. Вот причины:

1. Концепция MBD полностью отличается от 2D-чертежей, которые требуют новых рабочих процессов, навыков и инструментов.
2. Инженерам-конструкторам нужно будет знать GD&T и выполнять больше предварительных работ с моделью для большего влияния на последующих этапах, чего они часто не видят.
3. Хотя окупаемость инвестиций и выгоды перевешивают затраты, MBD является серьезной инвестицией.
4. Инженеры-технологи и поставщики должны иметь возможность получать и просматривать данные MBD, что может быть затруднительно для цеха, когда рабочие находятся рядом со станком и не предусмотрено оборудованного места.

Ⓠ Как выглядит успешный пилотный проект MBD?

Ⓐ Это должен быть S.M.A.R.T. (конкретный, измеримый, достижимый, актуальный и ограниченный по времени) проект. Начиная с малого, например, с создания FAI или CMM, можно получить самые выгодные результаты.

Ⓠ Какие показатели мы можем собрать для нашего текущего процесса, чтобы сравнить их с процессом на основе MBD?

Ⓐ Во-первых, сокращается рабочее время. Его проще всего зафиксировать и проще всего рассчитать. Во-вторых, сокращение задержек и экономическая выгода от вывода продукта на рынок. В-третьих, доступность более качественных данных и нематериальная окупаемость инвестиций могут быть использованы для получения информации об интеллектуальном производстве.

Ⓠ Как MBD помогает производителям? Как насчет малого бизнеса и поставщиков?

Ⓐ Для производителей MBD снижает затраты благодаря автоматизации, профилактическим или корректирующим действиям на более ранних этапах жизненного цикла продукта. Малым предприятиям и поставщикам больше не нужны неоднозначные проекты и данные для создания и измерения детали.

Что наиболее важно, подход MBD не закодирован в «племенных знаниях для особенных». MBD воспроизводим, точен, автоматизирован и менее подвержен ошибкам.

Начинать с малого — лучший метод, поскольку он начинается с сосредоточения внимания на более непосредственных и очевидных преимуществах, особенно при работе с ранее существовавшей работой, которая является ручной и трудоемкой.

Используя модельно-ориентированное проектирование, можно создать элементы, которые могут быть использованы во всей организации для производства, поставки, хранения и других целей, что существенно упрощает процесс разработки изделия.

MBD повышает эффективность процессов, сокращает количество переделок, создает более качественные продукты с более коротким временем выхода на рынок и влияет на конечный результат, использование данных хорошего качества для решения бизнес-задач или улучшения бизнес-продуктов. К сожалению, для большинства производителей эти данные пока не используются.

Индустрия 4.0: четвертая промышленная революция с упором на беспроводную связь, цифровая нить, связь и умное производство. Для производственной отрасли внедрение больших данных в качестве основной компетенции не только повышает экономию средств и времени для получения немедленной выгоды, но и имеет безграничный потенциал и рентабельность, поскольку производители используют будущие варианты использования с автоматизацией, IoT, аналитикой и искусственным интеллектом.

Эти конференции полностью посвящены MBD или имеют хорошие доклады, связанные с MBD.

• MBES (Саммит предприятий на основе моделей).
• 3DCIC (Конгресс по 3D-сотрудничеству и взаимодействию).
• GPDIS (Глобальный саммит по совместимости данных о продуктах).

Если у вас есть какие-либо вопросы о MBD, задавайте их в комментариях.

Я ботаник MBD от инструментов до пилотных проектов и процессов, рад помочь или указать вам правильное направление в решении инженерных задач.