CAD за производство на опаковки и контейнери

Даниил Подолски, Сергей Маркелов, Андрей Мазурин

Въпреки тежкото състояние на нашия бранш като цяло, производството на контейнери и опаковки не само остава неотложна задача на българския пазар, но през последните две-три години получи сериозен тласък за своето развитие. До голяма степен това стана възможно благодарение на въвеждането на различни CAD / CAM системи, които позволяват да се преведе идеята на дизайнера в готови продукти в най-кратки срокове.

Със своите уникални възможности за проектиране и производство на сложни форми, софтуерният пакет Power Solutions на Delcam plc е твърдо водещ в тази област. Това е производство на клишета за печат на опаковки и форми за екструдери и шприц машини в производството на пластмасови контейнери и вакуумно формоване и производство на стъклени съдове.

В основата на фамилията софтуерни продукти Power Solution са:

PowerSHAPE - CAD-система за триизмерно твърдо и повърхностно моделиране (използването й е особено ефективно в инструменталното производство, когато става въпрос за проектиране и производство на сложна инструментална екипировка);
PowerMILL е CAM-система за изготвяне на контролни програми за триизмерна обработка (което ви позволява бързо да получите точни контролни програми за грубо обработване, полуобработка и довършителни повърхности на продукт от всякаква степен на сложност);
PowerINSPECT - система за обработка на данни, получени от контролно-измервателни машини и автоматично сравняване на резултатите от измерването на готов продукт с неговия математически (първоначален) модел (ефективно се използва днес в редица западни индустрии, в комплект с измервателно рамо Romer);
CopyCAD е система за обратно инженерство от проба до модел (позволявапреобразуване на данни, получени от машини за измерване на координати, лазерни скенери, копирни машини и други системи за дигитализиране в повърхностни компютърни модели за по-нататъшна работа с тях в CAD / CAM системи);
ArtCAM е софтуерен пакет, предназначен за изграждане на триизмерни релефи от плоски чертежи или чертежи, както и за създаване на управляващи програми за CNC фрезови машини (системата осигурява бързо и точно производство на релефни повърхности).

Много български специалисти познават по-добре фамилията софтуерни продукти Power Solution от ранните версии на включените в нея системи под общото наименование DUCT. Използването на Power Solution в български предприятия изглежда много перспективно поради оптималната комбинация от показатели като цена и функционалност на системата. С опита от използването му за производството на опаковки от фирмата "Перинт" (Санкт Петербург) и за производството на стъклени контейнери в специализираното производство на инструменти на OJSC "EKRAN" (Новосибирск), бихме искали да ви запознаем.

Дизайн и производство на опаковки от Perint

Перинт е една от компаниите, които успешно се развиват в съвременните условия на българската икономика и своевременно отговарят на всички изисквания на пазара, благодарение на въвеждането на нови компютърни технологии, които позволяват цялостно разработване на дизайна на продукта, оптимизиране на формата му в съответствие с технологичните изисквания, точно изчисляване на масата и обема, изготвяне на програми за управление на CNC машини.

От 1994 г. хранителните опаковки се превръщат в основен продукт на компанията. Днес Perint произвежда 14 вида опаковки (предимно консерви за храна). Всички шприцформи за производството им бяха изцялонаправени в нашия собствен магазин за инструменти.

От 1997 г., поради засилената конкуренция с чуждестранни разработчици на опаковки, клиентите започнаха да налагат повишени изисквания към закупените продукти: прозрачност, ниско тегло, наличие на „контроли“ (ограничители на кутии, без премахване на които е невъзможно да се свали капакът) и др. Всичко това доведе до промяна в технологията на леене - появиха се форми за горещо леене, които се различават от обикновените леярски форми по по-сложен дизайн, но могат значително да подобрят качеството на крайния продукт. Технологията за проектиране на инструменталната екипировка също се промени. Стана ясно, че без въвеждането на съвременни компютърни технологии справянето с нарастващия обем работа ще бъде все по-трудно.

Ето защо възникна въпросът за придобиването на компютърна програма, която да помогне на дизайнера. След дълъг анализ на наличните на пазара CAD/CAM системи, специалистите на компанията избраха системата PowerSHAPE на Delcam. През 1998 г. PowerSHAPE беше използван като основа за създаване на първото автоматизирано работно място за дизайнер на инструменти.

През първата година от използването на софтуера Delcam в производството на инструменти на Perint имаше значително намаляване на грешките, допускани от дизайнерите при проектирането на леярски форми: съвместимостта на половините на матрицата се подобри, сглобяването беше опростен и т.н. Освен това въвеждането на PowerSHAPE значително намали времето за проектиране на продукта. Много операции бяха значително опростени, например при разработването на продукти с "контрол", системата помогна на дизайнера бързо да отстрани грешките на механизма за забавяне на теглича. И има много такива примери.

С помощта на модулите PS-Draft и PS-Mold, включени в PowerSHAPE, голям бройчертежи за конструкторска документация за форми.

В момента Perint е закупила джиг фреза, за която се проектират управляващи програми в PowerMILL. Благодарение на новата шаблонна фреза стана възможно да се произвежда продукт със сложен профил без използването на допълнителни устройства и универсално оборудване и да се сведат до минимум шлосерските операции.

Според специалистите на Perint използването на продуктите на Delcam plc за производство на опаковки има широки перспективи поради следните причини. Системите Power Solution не изискват мощни работни станции, те работят надеждно на обикновени персонални компютри под операционна система Windows NT. Програмите са напълно русифицирани и се доставят с документация на български език. Всички софтуерни продукти са лесни за научаване, лесни и ясни за използване.

Например в PowerSHAPE, когато редактирате модел, разтягането на отделните му елементи е подобно на глина за моделиране; голям брой функции за създаване на повърхности ви позволява бързо и точно да "разтягате" повърхности върху всеки набор от контури. Възможността за избор от широка гама от опции за контур или повърхност също допринася за гъвкавостта на системата. За изграждане на стените и отчитане на междуелектродните пролуки се използва удобно организирана процедура на многоповърхностно еквидистантно изместване. Системата PowerSHAPE има много функции, които осигуряват изграждането на гладки повърхности и плавни преходи между тях: по-специално лесно се изграждат филета с променлив радиус.

За проверка на модела се използват инструменти за контрол на гладкостта на повърхностите, наличието на подрязвания и избора на допустим радиус на фреза. PowerSHAPE предлага много функции, коитонеобходими за проектиране на сложни инструменти, форми, матрици и модели за шприцване: автоматично конструиране на линии и разделителни повърхности, конструиране на наклонени повърхности, автоматичен избор на матрица и щанцови елементи за всеки модел, конструиране на електроди според избрани елементи на част и др.

Модулът PS-Draft ви позволява да генерирате чертежни изгледи, разрези, детайлни елементи на базата на конструирания модел и бързо да съставите проектна документация.

Модулът за проектиране на матрици PS-Mold позволява използването на стандартния каталог DME (има и други каталози: HASCO, DMS, EOC, DANLY и т.н.) за избор на необходимите елементи и разработване на дизайн на инструментална екипировка, получаване на монтажни и детайлни чертежи и спецификации.

За повече от година и половина работа с програмите Power Solution нито ръководството на компанията, нито преките потребители никога не са съжалили за предприетата стъпка. Високата функционалност и надеждност на този софтуер, доброто качество на поддръжката, предоставена от офиса на Delcam в Санкт Петербург, редовната доставка на нови версии - всичко това определя плановете на ръководството на Perint за по-нататъшно сътрудничество с Delcam plc, придобиването на нови работни места, оборудвани по-специално със системата PowerMILL.

Дизайн на стъклени съдове

От гледна точка на автоматизацията на процесите на проектиране на стъклени контейнери, всички съществуващи CAD / CAM системи трябва да бъдат оценени според редица специфични изисквания от страна на производството на стъклени контейнери. Това се отнася както за използваните материали, така и за използваните технологии.

На първо място, CAD/CAM-системата трябва с висока степен на точност и надеждност да вземе предвид такива параметри като теглото на продукта (в нашия случай бутилката), неговия дизайн, обема на излятататечности при дадено ниво на пълнене и редица специфични технологични изисквания.

В допълнение, използването на скъп чугун от специални класове като формовъчен материал налага на системата изискванията за гъвкавост и качество при изготвянето на управляващи програми за машини с ЦПУ с възможност за използване на стругово и фрезово оборудване.

Двугодишен опит в използването на CAD/CAM системи DUCT5 и Power Solution в специализираното производство на инструменти на EKRAN OJSC (Новосибирск) показа, че той почти напълно отговаря на всички изисквания за проектиране и производство на инструменти за издухване на стъкло от дизайнери и технолози. Софтуерните решения на Delcam също позволяват да се вземат предвид не само термичните коефициенти на разширение на формата при температура на топене на стъклото от 1200 градуса, но и свиването на бутилката, което е неравномерно по дължина, когато се охлади.

В допълнение, софтуерният пакет Power Solution се е доказал като инструмент, който ви позволява бързо и ефективно да проектирате твърди и повърхностни модели (в системата PowerSHAPE), да разработите уникален дизайн на бутилка, преди практически непостижим дори с висококвалифициран ръчен труд, изискващ наистина титанично време и усилия, за да осигурите необходимия обем, тегло и ниво на пълнене на бутилката.

В момента комплектът за един вид бутилка за една линия се състои от седем напълно идентични форми (14 половин форми), което не би могло да се постигне с традиционния подход за решаване на проблема. В същото време трябва да се има предвид, че в зависимост от поръчката може да са необходими няколко линии за производство на един тип бутилка.

Също така не трябва да се забравя, че за стабилна работа наВ съвременния пазар асортиментът на произвежданите бутилки като дизайн и обем трябва непрекъснато да се актуализира, а това налага допълнителни изисквания за намаляване на времето за проектно-технологична подготовка и изработка на инструментална екипировка. Следователно едно предприятие не може ефективно да се развива и съществува без използването на такава CAD / CAM система и наличието на машинен парк с ЦПУ.

Първото запознаване на специалистите от ЕКРАН с компютърните технологии в областта на дизайна на стъклени контейнери започна с контакти с BRK (Великобритания), световен лидер в производството на технологично оборудване, специализирано в областта на стъклените контейнери. BRK доказа, че е един от най-старите потребители на софтуерните решения на Delcam plc. Нейните технологии са използвани от BRK при проектирането на форми за раздуване на стъкло.

BRK също така е разработчик на собствена PROMOD CAD система, която е фокусирана върху проектирането на стандартни форми на стъклени бутилки и позволява, като се започне от такива параметри на бутилката като обем, дължина или диаметър, бързо да се издаде дизайн на необходимата форма. Вярно е, че програмата PROMOD работи само със стандартни кръгли и правоъгълни бутилки, но най-важното е, че дава начертателен куршум за тези бутилки.

Грубият куршум (груба форма) и правилността на неговия дизайн е може би основният за технологията за проектиране на стъклени бутилки. От качеството на дизайна зависи дали бутилката ще се получи или не. Куршумът е проектиран всеки път само за конкретната форма на конкретна бутилка. В нашата страна дизайнът на куршум по правило се извършва ръчно по методите, разработени през 40-50-те години. Но може да бъде много трудно дори за опитен технолог да проектира куршум за нетрадиционна форма на бутилка.Това често изисква многократни преизчисления и голям брой промени, понякога водещи до изоставяне на първоначално замисления дизайн на бутилката. При тези условия при производството на нови стъклени съдове един от ключовите е въпросът дали предприятието разполага с такъв опитен технолог.

След като се запознахме със съществуващите методи за проектиране на куршуми, може да се стигне до недвусмислено заключение, че проектът на куршум е резултат от триизмерно нелинейно преизчисляване на 3D модела на бутилката според определени алгоритми, които са изложени, например, в домашни методи или се използват в системата PROMOD. Следователно CAD/CAM система за проектиране на стъклени бутилки трябва да може да прилага такива алгоритми.

Както DUCT5, така и PowerSHAPE, притежаващи почти пълен набор от аритметични, алгебрични и векторни операции върху всеки триизмерен обект (точка, вектор, 3D крива, повърхност на Безие от трети ред, тяло) и разполагащи с мощен разработен команден език, заедно с пълната отвореност на системата, могат да ви позволят да проектирате както самата бутилка, така и нейния дизайн, както и проект на куршум за бутилка с почти всякаква степен на сложност!

Заедно с използването на CNC оборудване за струговане и фрезоване, това може да позволи на сравнително малко производство на инструменти за гъвкаво и бързо разработване и производство на форми за всякакъв вид стъклена бутилка, като се вземат предвид всички технологични изисквания и почти всеки дизайн.