Цифровое производство

Цифровое производство — это комплексный подход к производству, основанный на компьютерной системе. ^[1]^{[ нужна ссылка ]} Переход к цифровому производству стал более популярным с ростом количества и качества компьютерных систем на производственных предприятиях. Поскольку на производственных предприятиях стало использоваться все больше автоматизированных инструментов, возникла необходимость моделировать, симулировать и анализировать все машины, инструменты и исходные материалы, чтобы оптимизировать производственный процесс. ^[2] В целом, цифровое производство преследует те же цели, что и компьютерно-интегрированное производство (CIM), гибкое производство , бережливое производство и проектирование для технологичности (DFM). Основное отличие состоит в том, что цифровое производство было разработано для использования в компьютеризированном мире.

В рамках Manufacturing USA Конгресс и Министерство обороны США учредили MxD (Manufacturing x Digital), национальный институт цифрового производства, чтобы ускорить внедрение этих цифровых инструментов.

Трехмерное моделирование

Инженеры-производители используют программное обеспечение для 3D-моделирования для проектирования инструментов и оборудования, необходимых для их предполагаемого применения. Программное обеспечение позволяет им проектировать планировку цехов и производственный процесс. Этот метод позволяет инженерам анализировать текущие производственные процессы и искать способы повышения эффективности производства еще до его начала.

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]

Эти модели можно разделить на следующие категории: ^[3]

Статика — 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 куски.
Детерминированные — модели, в которых на основе заданных входных данных генерируется уникальное решение.
Стохастический — модели, в которых решение генерируется с использованием вероятностных параметров.

Приложения моделирования могут быть отнесены к: ^[3]

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

Анализ

Цифровые производственные системы часто включают в себя возможности оптимизации, позволяющие сократить время, затраты и повысить эффективность большинства процессов. Эти системы улучшают оптимизацию графиков производства, планирования производства и принятия решений. Система анализирует обратную связь от производства, например отклонения или проблемы в производственной системе, и генерирует решения для их устранения. ^[4]

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

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

Однако другие исследования обнаружили доказательства не потери рабочих мест, а дефицита навыков. ^[7] Цифровое производство создает сотни новых рабочих мест в производстве, ориентированных на данные — такие роли, как «техник по совместной робототехнике» и «специалист по системам прогнозируемого обслуживания», — но не хватает рабочих с навыками и подготовкой, необходимыми для их заполнения. ^[8]

Инструменты и процессы

Существует множество различных процессов обработки инструментов, которые используются в цифровом производстве. 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] Двумя основными категориями инструментов ЧПУ являются аддитивные и субтрактивные. Крупные успехи в аддитивном производстве были достигнуты в последнее время и находятся на переднем крае цифрового производства. Эти процессы позволяют машинам обрабатывать каждый элемент детали независимо от сложности ее формы. ^[4]

Примеры аддитивного инструмента и процессов

Стереолитография . В этом процессе твердые детали формируются путем затвердевания слоев фотополимера под действием ультрафиолетового света. В этом процессе используется широкий спектр акриловых и эпоксидных смол. ^[10]
Струйная обработка . Хотя наиболее широко используемый процесс струйной печати используется для печати на бумаге, многие из них применяются в технике. Этот процесс включает в себя нанесение печатающей головкой слоев жидкого материала на порошок наполнителя в форме желаемого объекта. После насыщения порошка постоянно добавляется новый слой порошка, пока объект не будет построен. В другом, менее известном процессе нанесения капель материала используется сборный и опорный материал для создания 3D-модели. Строительный материал — термопластик, а материал поддержки — воск. Воск тает после печати многослойной модели. Другой аналогичный метод использует производство на основе капель (DBM) 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 соединения порошкообразного материала с образованием твердой формы.
Отверждение твердого грунта . На платформу наносится слой жидкого фотополимера. Оптическая маска создается и накладывается на полимер. УФ-лампа отверждает смолу, не заблокированную маской. Оставшаяся жидкость удаляется, а пустоты заполняются воском. Жидкая смола наносится на только что созданный слой и процесс повторяется. Когда деталь будет готова, воск из пустот можно выплавить.
Производство ламинированных изделий : листовой материал укладывается на платформу и лазер вырезает желаемый контур. Платформу опускают на одну толщину листа и укладывают новый лист со слоем термоклея между двумя листами. Нагретый валик сжимает листы вместе и активирует клей. Лазер вырезает контуры этого слоя и процесс повторяется. Когда деталь будет готова, остатки листового материала по периметру детали необходимо удалить. Заключительную часть покрываем герметиком. ^[10]
Изготовление плавленых нитей — FFF — наиболее часто используемый вид 3D-печати. Термопластичный материал нагревается сразу после затвердевания и экструдируется на платформу, придавая ему желаемую форму. Платформа опускается, и следующий слой выдавливается поверх предыдущего. Процесс повторяется до тех пор, пока деталь не будет завершена. ^[10]

Примеры субтрактивных инструментов и процессов

Гидроабразивная резка . Водоструйный резак — это инструмент с ЧПУ, в котором используется поток воды под высоким давлением, часто смешанный с абразивным материалом, для вырезания фигур или узоров из многих типов материалов.
Фрезерование . Фрезерный станок с ЧПУ использует вращающийся режущий инструмент для удаления материала из заготовки. Фрезерование можно выполнять на большинстве металлов, многих пластиках и всех типах древесины.
Токарный станок . Токарный станок с ЧПУ удаляет материал путем вращения заготовки, в то время как неподвижный режущий инструмент контактирует 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 также по металлу на станках большей мощности. доступные по цене станки для лазерной резки CO _{2 .} В последнее время среди любителей стали популярны

Преимущества

Оптимизация процесса изготовления деталей. Это можно сделать путем изменения и/или создания процедур в виртуальной и контролируемой среде. Благодаря этому использование новых роботизированных или автоматизированных систем можно будет протестировать в процессе производства перед их физическим внедрением. ^[2]
Цифровое производство позволяет виртуально создать весь производственный процесс до того, как он будет реализован физически. Это позволяет проектировщикам видеть результаты своего процесса, прежде чем тратить время и деньги на создание физического объекта. ^[2]
Эффекты, вызванные заменой машин или инструментов, можно увидеть в режиме реального времени. Это позволяет получить аналитическую информацию для любой отдельной детали в любой желаемой точке производственного процесса. ^[2]

Типы

По требованию

Аддитивное производство . Аддитивное производство — это «процесс соединения материалов для создания объектов из данных 3D-модели, обычно слой за слоем». ^[12] Цифровое аддитивное производство высоко автоматизировано, что означает сокращение человеко-часов и использования оборудования, а, следовательно, и снижение затрат. ^[13] Используя модельные данные из оцифрованных открытых источников, можно производить продукцию 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 материала. 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. И информация, и физические процессы необходимы для того, чтобы быстрое производство было гибким по конструкции, дешевым и эффективным. ^[15]

Облачное проектирование и производство

Облачный дизайн (CBD) — это модель, которая включает в себя сайты социальных сетей, облачные вычисления и другие веб-технологии, помогающие предоставлять услуги облачного дизайна. Этот тип системы должен быть основан на облачных вычислениях, быть доступен с мобильных устройств и иметь возможность управлять сложной информацией. Autodesk Fusion 360 является примером 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 реагирования на потребности клиентов. ^[16] Ряд онлайн-производственных платформ ^[17] позволяет пользователям загружать свои 3D-файлы для анализа и производства DFM.

См. также

Ссылки

^ «Цифровое производство — фабрика будущего уже здесь, в: IndustryWeek» . 10 января 2017 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «PLM-Управление жизненным циклом продукта» .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Мурцис, Димитрис (2015). «Роль моделирования в цифровом производстве: применение и перспективы». Международный журнал компьютерно-интегрированного производства . 28 : 3–24. дои : 10.1080/0951192X.2013.800234 . S2CID 205630086 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Бредт, Джеймс (17 ноября 2000 г.). Бэйнс, Санни; Ираклиотис, Лео Дж. (ред.). «Цифровое производство». Критические технологии для будущего вычислений . 150 : 150. Бибкод : 2000SPIE.4109..150B . дои : 10.1117/12.409215 . S2CID 173185990 .
^ «Дизайн и цифровое производство – PARC, компания Xerox» . Архивировано из оригинала 2 февраля 2016 г. Проверено 14 февраля 2016 г.
^ https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2240363/Report%20-%20How%20Robots%20Change%20the%20World.pdf ^{[ пустой URL PDF ]}
^ «Будущее работы на производстве» .
^ «Таксономия рабочих мест: определение производственных рабочих мест будущего | MXD» .
^ Криссолурис, Г. (20 июня 2008 г.). «Цифровое производство: история, перспективы и перспективы». Журнал машиностроительного производства .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ли, Кану (1999). Принципы систем CAD/CAM/CAE . Ридинг, Массачусетс: Аддисон-Уэсли.
^ Купер, Кеннет Г., 1973- (2001). Технология быстрого прототипирования: выбор и применение . Нью-Йорк: Марсель Деккер. стр. 27, 34. ISBN. 0-8247-0261-1 . OCLC 45873626 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Хуанг, Сэмюэл (июль 2013 г.). «Аддитивное производство и его влияние на общество: обзор литературы». Международный журнал передовых производственных технологий . 67 (5–8): 1191–1203. дои : 10.1007/s00170-012-4558-5 . S2CID 109261207 .
^ Достопочтенный ККБ (1 июля 2007 г.). «Цифровое аддитивное производство: от быстрого прототипирования к быстрому производству». Материалы 35-й Международной конференции МАТАДОР 2007 .
^ «Прямое цифровое производство: промышленный переломный момент, о котором вы никогда не слышали» . 2001-11-30.
^ Ян, Юннянь (июнь 2009 г.). «Технологии быстрого прототипирования и производства: принципы, типичные методы, приложения и тенденции развития». Цинхуа Наука и Технология . 14 : 1–12. дои : 10.1016/S1007-0214(09)70059-8 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Ву, Дачжун; Розен, Дэвид В.; Ван, Лихуэй; Шефер, Дирк (2015). «Облачное проектирование и производство: новая парадигма цифрового производства и инноваций в дизайне» (PDF) . Компьютерное проектирование . 59 : 1–14. дои : 10.1016/j.cad.2014.07.006 . S2CID 9315605 .
^ «Geomiq — онлайн-производство на станках с ЧПУ, литье под давлением, листовой металл» . Геомик . Проверено 8 марта 2020 г.

[1] «Цифровое производство — фабрика будущего уже здесь, в: IndustryWeek» . 10 января 2017 г.

[:3-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «PLM-Управление жизненным циклом продукта» .

[:1-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Мурцис, Димитрис (2015). «Роль моделирования в цифровом производстве: применение и перспективы». Международный журнал компьютерно-интегрированного производства . 28 : 3–24. дои : 10.1080/0951192X.2013.800234 . S2CID 205630086 .

[:2-4] Перейти обратно: ^а ^б Бредт, Джеймс (17 ноября 2000 г.). Бэйнс, Санни; Ираклиотис, Лео Дж. (ред.). «Цифровое производство». Критические технологии для будущего вычислений . 150 : 150. Бибкод : 2000SPIE.4109..150B . дои : 10.1117/12.409215 . S2CID 173185990 .

[5] «Дизайн и цифровое производство – PARC, компания Xerox» . Архивировано из оригинала 2 февраля 2016 г. Проверено 14 февраля 2016 г.

[6] ttps://cdn2.hubspot.net/hubfs/2240363/Report%20-%20How%20Robots%20Change%20the%20World.pdf ^{[ пустой URL PDF ]}

[7] «Будущее работы на производстве» .

[8] «Таксономия рабочих мест: определение производственных рабочих мест будущего | MXD» .

[9] Криссолурис, Г. (20 июня 2008 г.). «Цифровое производство: история, перспективы и перспективы». Журнал машиностроительного производства .

[:6-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ли, Кану (1999). Принципы систем CAD/CAM/CAE . Ридинг, Массачусетс: Аддисон-Уэсли.

[11] Купер, Кеннет Г., 1973- (2001). Технология быстрого прототипирования: выбор и применение . Нью-Йорк: Марсель Деккер. стр. 27, 34. ISBN. 0-8247-0261-1 . OCLC 45873626 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[12] Хуанг, Сэмюэл (июль 2013 г.). «Аддитивное производство и его влияние на общество: обзор литературы». Международный журнал передовых производственных технологий . 67 (5–8): 1191–1203. дои : 10.1007/s00170-012-4558-5 . S2CID 109261207 .

[13] Достопочтенный ККБ (1 июля 2007 г.). «Цифровое аддитивное производство: от быстрого прототипирования к быстрому производству». Материалы 35-й Международной конференции МАТАДОР 2007 .

[14] «Прямое цифровое производство: промышленный переломный момент, о котором вы никогда не слышали» . 2001-11-30.

[15] Ян, Юннянь (июнь 2009 г.). «Технологии быстрого прототипирования и производства: принципы, типичные методы, приложения и тенденции развития». Цинхуа Наука и Технология . 14 : 1–12. дои : 10.1016/S1007-0214(09)70059-8 .

[:0-16] Перейти обратно: ^а ^б Ву, Дачжун; Розен, Дэвид В.; Ван, Лихуэй; Шефер, Дирк (2015). «Облачное проектирование и производство: новая парадигма цифрового производства и инноваций в дизайне» (PDF) . Компьютерное проектирование . 59 : 1–14. дои : 10.1016/j.cad.2014.07.006 . S2CID 9315605 .

[17] «Geomiq — онлайн-производство на станках с ЧПУ, литье под давлением, листовой металл» . Геомик . Проверено 8 марта 2020 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]