Аналитика - Статьи

Применении СаПР в производстве пластиковой упаковки


Андрей Ирзин



Использование программных продуктов семейства Power Shape, ArtCam и Power Mill в области моделирования и производства сложных пресс-форм.

На сегодняшний день на рынке CAM/CAD систем творится подлинная революция. Появление абсолютно новых пакетов, обновление версий существующих систем, добавление новых модулей, расширяющих возможности старых программ — все это вылилось в настоящий бум автоматизированного проектирования.

Компании-производители программного обеспечения, стремясь расширить свое влияние на рынке, обрушивают на головы пользователей море информации (и рекламы) о своих продуктах. Проводятся бесчисленные семинары и презентации. Представители компаний и продавцы рассылают рекламные каталоги, разъезжают по предприятиям, предлагая свои услуги в деле выбора той или иной системы проектирования.

Разобраться в этой лавине информации становится тяжело даже специалистам. Являясь в своем роде уникальной компанией, мы столкнулись с тем фактом, что информация рекламного характера ориентирована в основном на машиностроительное производство. В большинстве примеров проектирования пресс-форм и матриц речь идет о проектировании относительно простых изделий. В нашей статье мы расскажем об опыте применения программных продуктов DelCam в сфере компьютерного моделирования и последующего изготовления сложных пресс-форм, применяемых для производства изделий из полистирольных пленок. Речь, в частности, пойдет о тортовой упаковке, пищевых контейнерах, конфетных коррексах и аналогичной продукции.

Хотелось бы обратить ваше особое внимание и на тонкости проектирования высокохудожественной упаковки.

Для начала определим суть основной задачи нашего производства. Наша компания изготавливает пластиковую упаковку для заказчиков, как правило, производителей кондитерской продукции. После комплексного предварительного анализа участку по разработке и производству новых видов продукции ставится задача:

— в кратчайшие сроки разработать и изготовить пробные образцы пресс-форм в количестве N номенклатур.

Конкретизируя суть предстоящей работы, определим тип моделируемого изделия. Искренне надеемся, что каждый, кто читает эти сроки, видел, во что укладываются шоколадные конфеты в коробках среднего и высшего ценового диапазона. Эти изделия, именуемые коррексами, выполняют две основных функции — фиксация (удержание) конфет с целью сохранения их первоначального вида и художественно-эстетическое оформление коробки. Обе этих функции неразрывно связаны между собой. Усложняет задачу материал коррекса. Как правило, это полистирольная металлизированная пленка толщиной 0,17-0,2 мм, имеющая относительно малую механическую прочность. Задача нашего участка разработать и впоследствии смоделировать такую конфигурацию поверхностей коррекса, чтобы изделие имело достаточную механическую прочность и привлекательный внешний вид. Неотъемлемым элементом дизайна коррекса будут многочисленные и всевозможные ребра жесткости, замаскированные под элементы дизайна упаковки (узоры, плавные профили и т. д.). Вот Вам первое специфическое отличие в деле проектирования конфетных (и не только) коррексов:

Сказанное подразумевает, что изделие должно содержать в себе максимум сложных криволинейных поверхностей. К ним относится также рифление, плоскостная гравировка и гравировка по криволинейным поверхностям. Количество полигонов в качественно смоделированном коррексе может достигать миллиона.

Еще одна особенность. Объемы работ. Динамика развития рынка, в частности конфетных коррексов (в соответствии с вышеприведенным примером), такова, что изделие (с большим количеством сложных криволинейных поверхностей) устаревает морально в среднем через полгода. Бывали в крупных супермаркетах? Оценили количество различных коробок конфет? Зайдите через полгода, количество номенклатур возможно увеличится или останется прежним, но заменится практически полностью. Добавьте к этому тот факт, что цена одного такого коррекса (с большим количеством сложных криволинейных поверхностей) составляет сущие копейки. Цена коррексов автоматически регулирует количество компаний, занимающихся их производством, поэтому чтобы выживать и развиваться необходимо выдавать на гора постоянно новые модели, изменять дизайн и номенклатуру изделий. Нередки случаи, когда нужно предоставлять заказчику несколько моделей на выбор. На фоне максимального снижения себестоимости изделий возникает проблема качественного и быстрого моделирования. В этом и состоит второе специфическое отличие коррексного проектирования:

Команде с ограниченным числом сотрудников ( 3-4 художника-конструктора ) приходится брать на себя задачу по разработке и моделированию 2-4 изделий в сутки. Только таким образом можно обеспечить продвижение компании на рынке пластиковой упаковки.

Последнее из глобальных отличий. Представьте себе болт. Обыкновенный болт. После того, как Вы смоделируете в некоей трехмерной среде некоторое количество различных болтов, Вы сможете получать новые модификации болтов путем комбинаций элементов уже смоделированных. Большинство параметров болта имеет технологические ограничения (квадратных в сечении болтов не бывает), в рамках которых могут быть созданы базы данных по элементам болтов. Специфика рынка кондитерских изделий, в частности шоколадных конфет, предполагает невозможность создать некую базу данных по ячейкам конфет, ибо форма шоколадной конфеты ограничена в большей части фантазией разработчиков, нежели ограничениями технологий и форму эту сменить для Заказчика плевое дело. Такая же ситуация с логотипами компаний-Заказчиков, которые имеют тенденцию дробиться, сливаться и т. д., изменяя при этом свои логотипы, марки и товарные знаки. Вообще, Заказчик имеет обширные возможности по изменению дизайна, технология изготовления коррексов налагает минимум ограничений на их внешний вид. Бесчисленное количество конфигураций ячеек под конфеты, непредсказуемые пожелания Заказчиков в плане размещения конфет, наложения объемных узоров, изменения логотипов и т. д., приводят к тому, что:

Практически (за редчайшими исключениями) невозможно стандартизировать элементы конфетного коррекса c целью ускорения и удешевления проектирования. Подавляющее большинство коррексов проектируется с нуля в связи с необходимостью соответствовать пожеланиям Заказчика (его фантазии плюс требования технологии механической прочности коррекса).

Это основные отличия или, можно сказать, нюансы проектирования конфетных коррексов. Некоторые не столь очевидные особенности перечислять не будем, дабы не расходовать зря Вашего внимания. Сформулируем основные требования к системе компьютерного моделирования, претенденту на место лучшей системы коррексного проектирования:

— простота в освоении и использовании (удобный интерфейс); — возможности «прецизионного» моделирования; — богатство функций 3D моделирования; — скорость работы; — стабильность работы; — экономия вычислительных ресурсов; — разумная цена; — совместимость с основными графическими пакетами, CAD/CAM системами и системами машинной обработки;

На всякий случай сформулируем то, что от системы не требуется или, точнее сказать, требуется достаточно редко, чтобы за это платить. Наличие нижеуказанных функций несомненно хорошо, но желательно, пользуясь совместимостью (последний пункт) основной программы выполнять эти функции в других приложениях или модулях. Опыт показывает, что большинство «легковесных» программ работают стабильней и быстрее.

— оформление полноформатных чертежей стандарта ISO, ГОСТ и т. д. (на это есть AutoCAD и иже с ним); — богатые возможности анимации и визуализации; — «сквозное» проектирование (среднее время проектирования- две рабочих смены, поэтому нет необходимости поручать работу над изделием двум и более сотрудникам); — поддержка сборок «до 4000 отдельных деталей» (наш участок разрабатывает только пресс-форму, всю остальную оснастку разрабатывает КБ); — поддержка баз данных по стандартным деталям и инструменту (этот вопрос ранее освещен); — параметрическое моделирование (большинство функций этих, несомненно блестящих, систем будут нами невостребованными, а проигрыш в производительности будет заметен);

Примерно в 2000 г. мы уже определили подобные характеристики требуемого комплекса проектирования. В то время наша технология получения пресс-форм для нашего производства заключалась в ручном фрезеровании заготовок из твердых пород дерева посредством бормашины и гравировально-фрезерного станка с ручным управлением. При этом не могло быть и речи о высоком качестве поверхностей, при взгляде на готовое изделие создавалось ощущение действительно ручной работы. Ограничением ручного фрезерования являлось использование относительно мягких материалов для заготовки, что приводило к шероховатости изделия и, как следствие, мутности получаемой готовой упаковки. Ни о каком металле, даже алюминии речи быть не могло. Если требовалось изменить раскладку конфет (даже минимально), приходилось изготавливать всю пресс-форму заново. При таком методе работы мы всецело зависели от специалистов узкого профиля, художников-резчиков по дереву. Такая зависимость приводила к ограниченности внешнего вида изделия умениями резчика. При всех этих недостатках технологии, достоинства у метода ручного фрезерования, как вы понимаете, отсутствовали. Всё это подвигло руководство компании коренным образом пересмотреть технологию получения эталонных пресс-форм. Было принято решение о приобретении трехкоординатных фрезерных обрабатывающих центров и, соответственно, системы автоматизированного проектирования под них. Параллельно нашими специалистами был проведен предварительный анализ рынка САПР в России. Следует заметить, что очень скоро стало ясно — своими силами в вопросе приобретения своей САПР не обойтись. Финансовые возможности компании предоставляли внушительные ресурсы на покупку и вопрос заключался в качестве и надежности системы. Особо оговаривалась возможность обучения сотрудников, не являвшихся квалифицированными конструкторами (напомним, резчиков по дереву), в сжатые сроки, принципиально новым для них методам работы. В свете этого предложения по приобретению каких-либо пиратских программ даже не рассматривались. На основе предварительного анализа в качестве консультанта по данному вопросу была выбрана компания «ДелКам-Урал». Эксперты компании провели тщательный разбор наших требований и выдали коммерческое предложение о покупке САПР PowerShape v2.700. В комплект к ней также была предложены системы генерации управляющих программ машинной обработки PowerMill v2.35 и ArtCAM. Была проведена подробная презентация этих программ именно в свете наших пожеланий, с демонстрацией методов работы. Поскольку в коммерческое предложение входило также обучение наших сотрудников и предлагаемые системы соответствовали нашим запросам, мы заключили контракт.

Что же такое PowerShape? Это САПР, имеющая модульную структуру, предельно оптимизированная под NURBS моделирование. По сути говоря, это программное обеспечение является абсолютным лидером по количеству и качеству функций и возможностей работы с NURBS-сплайнами. Вместе с тем программа имеет, если можно так выразиться, «простецкий» интерфейс, количество настроек и опций сведено к разумному минимуму. Операция, позволяющая вырезать непосредственно в трехмерных объектах отверстия произвольной формы, безо всяких затей именуемая «3-D ножницами», вообще не имеет аналогов по простоте исполнения и эффективности работы. Высоко эффективной надстройкой к интерфейсу пользователя оказался, так называемый, «разумный курсор», функциональность которого является оптимальным балансом между эффективностью и простотой использования. Настройка привязки существенно облегчает процесс точного моделирования. Система обладает полным набором функций трехмерного моделирования с заданной точностью. Большинство сложных операций моделирования выполняется предельно просто. Рационально построенное дерево меню напоминает AutoCAD R14. Программа имеет оконный интерфейс, но одновременно на экране отображается только одно окно. Стандартный механизм записи и выполнения макросов позволяет создавать собственные конфигурации GUI, писать сложные дополнительные графические операции из элементарных функций. Система также обладает зачатками параметрического моделирования, позволяя присваивать изменяемые переменные ключевым параметрам объектов. Модуль импортирования включает в себя форматы популярных САПР и систем машинной обработки. Повторимся, система имеет минимальный, в тоже время, предельно востребованный, набор возможностей. В качестве примера приведем возможность оформления эскизов. Модуль PS-Draft позволяет выводить на печать полноформатный эскиз, включает в себя оригинальный механизм проставления размеров прямо в 3Dсцене в определенной проекции. Эскиз, полученный в этом модуле можно сделать предельно понятным даже неспециалисту, однако полноформатный чертеж в нем получить невозможно. Вообще эта программа является узкоспециализированной, фактически позволяя моделировать удобные для последующей обработки модели. Функциональность всего комплекса в целом расширяют отдельные модули, кажется на все случаи жизни, такие как PS-Mold (проектирование литьевой оснастки), PS-Mill (фрезерная обработка), PS-Exchange (конвертация файлов), PS-Lang (перевод всего комплекса на национальные языки) и так далее.

Чтобы эта статья не превратилась в бесплатную рекламу, добавим того, без чего невозможен бесстрастный обзор, а именно критики. Идеальных продуктов не бывает, не исключение и система PowerShape. Из субъективных недостатков можно выделить высокую цену программы. Цена эта находится на уровне «тяжелых» САПР западной разработки. Модули, расширяющие возможности, приобретаются за дополнительную плату. Более того, цена некоторых отдельных модулей не отличается от цены основной программы (по правде говоря, также не отличается и функциональность этих модулей). К объективным недостаткам можно отнести не всегда стабильную работу программы. Относительно часто возникают фатальные ошибки, непредвиденные окончания сеанса работы. Не исключение случаи, когда математика программы не справляется с обсчетом сложных поверхностей. Иногда происходят обрывы линий, поверхностей в результате сложных преобразований. К чести разработчиков, стабильность программы соответствует уровню функциональности (сложности математических преобразований). Стабильность работы того же SolidWorks куда выше, однако даже признанные специалисты не могут выполнять в нем работу для нас с той же эффективностью, что и наши художники. Другим недостатком комплекса в целом можно считать высокую требовательность к вычислительным ресурсам. Сравнительный пример: работа на PIII-600/128RAM превращается в пытку, стоит смоделировать более-менее сложный, необходимый нам объект. PowerShape весьма чувствителен к объему процессорного кэша и количеству оперативной памяти на борту.

В целом система PowerShape является сбалансированным продуктом, что называется, без излишеств, наиболее соответствующим нашим требованиям. Длительность практически самостоятельного обучения работе составляет около месяца, примерно еще через четыре месяца PowerShape становится незаметным продолжениям рук и позволяет творить шедевры на поток. Ни один из протестированных нами продуктов не смог достичь подобного результата. Основное отличие заключается в том, что наши сотрудники (бывшие обыкновенные художники), не являющиеся дипломированными конструкторами и (или) продвинутыми пользователями свою работу выполняют на уровне перечисленных специалистов. В этом и есть основное достоинство столь узкоспециализированной системы.

Андрей Ирзин

2003-05-24


5 последних отзывов (Всего: 8)

  • 2012-10-19 Kiley
    Your answer shows real intelglience.
  • 2012-10-18 Aladine
    I suppose that suodns and smells just about right.
  • 2011-09-12 Lyza
    This piece was cogent, well-wirettn, and pithy.
  • 2011-09-11 Jace
    Way to go on this essay, hpeled a ton.
  • 2010-12-28 ElotheEldewly
    Друзья ! Меня уволили с работы… Сколько исполнять незнаю. Не могли бы вы дать мне скольконибудь советов ?


  • показать все отзывы


    Ваш отзыв:

    Ваше имя:

    Ваш e-mail:

    Ваш отзыв:

    Наверх | Карта сайта

    Copyright © ООО "Основание-2" 2003
    614113, Пермь, ул. Ласьвинская 98, тел. (342) 250-20-25