• Истории успеха

От натурных испытаний к 3D-симуляции

НПО «Аконит» – машиностроительное предприятие, специализирующееся на комплексных решениях в области транспортировки сыпучих материалов. Среди клиентов НПО «Аконит» – крупнейшие российские компании, такие как «Северсталь», «Уралкалий», НЛМК, а также предприятия, расположенные по всей территории России.

Как правило, НПО «Аконит» берет на себя полный цикл работ по выпуску оборудования – от приема техзадания, проектирования, производства до организации логистики, пусконаладочных работ и вывода оборудования на проектную мощность.

Один из главных элементов конвейера, производство которого наладили специалисты НПО «Аконит», – это роликоопоры. Сначала предприятие выпускало стандартные роликоопоры, их конфигурация была неизменна с конца 70-х годов прошлого столетия. В 2019 году руководство НПО «Аконит» приняло решение разработать и запустить собственную, оптимизированную модель роликоопор – более выгодную для завода с экономической точки зрения. Для решения этой задачи компания использовала Autodesk Inventor и Autodesk Inventor Nastran, которые стали базовым ПО для конструкторов НПО «Аконит» с 2017 года.

Новая роликоопора, смоделированная в Autodesk Inventor

Переход на новое ПО

В начале своей деятельности компания проектировала изделия в 2D-CAD-программах, преимущественно в «Компас». ПО всех устраивало, поскольку проектировать приходилось типовые комплектующие, повторяющие оборудование старых советских предприятий. Со временем стало понятно, что этот подход себя изжил. Перед НПО «Аконит» стояли иные задачи, связанные с разработкой принципиально новой техники, требующей собственных конструкторских идей.
«Кроме того, на рынке росла конкуренция, требования со стороны клиентов увеличивались, – рассказывает Спартак Ковригин, заместитель главного конструктора НПО «Аконит». – Одно из ключевых требований наших клиентов – это соблюдение сроков поставки. Оборудование, которое мы производим, должно встраиваться в действующее производство. Зачастую для его монтажа необходимо останавливать линию. Работа в 2D не позволяла точно прогнозировать срок разработки оборудования. Конструктивные ошибки давали о себе знать уже на этапе сборки изделий в производстве, приходилось возвращаться к проектированию. Периодически это приводило к срыву сроков поставки».

В результате команда НПО «Аконит» приняла решение внедрять 3D-инструменты для моделирования. Выбор пал на Autodesk Inventor в комплексе с PDM-системой Autodesk Vault. К тому моменту компания владела большим архивом наработок, библиотек элементов, поэтому была необходимость не только разрабатывать качественную документацию, но и эффективно управлять ею.

Ленточный конвейер производства НПО «Аконит»

Первые рабочие проекты были сделаны в Inventor в 2017 году. «С каждым новым изделием мы накапливали опыт моделирования, – вспоминает Спартак Ковригин. – Если вначале атрибутика изделий сводилась к габаритам и массе, то постепенно стала более обширной, что сейчас позволяет в том числе находить в архиве и использовать старые наработки и тем самым экономить время. Каждый проект – это большой объем информации. В среднем конвейер содержит от 20 до 50 тыс. элементов. Крупные объекты – свыше 100 тыс. элементов».

Уже на первом заказе компания получила экономию себестоимости в 500 тыс. руб.

Важной задачей на каждом проекте НПО «Аконит» являются прочностные расчеты. С начала 2019 года для них используется Autodesk Inventor Nastran, который, по мнению специалистов компании, обладает еще большими возможностями, чем встроенный расчетный модуль Inventor.

Роликоопоры нового образца

Новое программное обеспечение позволило реализовать важную для компании задачу – запустить в производство роликоопоры с новым конструктивом. Требовалось сократить себестоимость изделия за счет снижения массы (расхода металла) и снижения технологичности – сокращения операций, необходимых для его изготовления. Также перед конструкторами стояли следующие задачи:

• добиться точной повторяемости изделий, что позволит автоматизировать их выпуск (до этого выпуск каждого изделия проходил вручную);
• сократить время производства всего цикла, от проектирования до выпуска готового изделия;
• добиться компактной упаковки и сохранности объекта при транспортировке для экономии на логистике.

Для производства роликоопоры предприятие многие годы использовало штампованное железо (швеллеры и уголки). Уменьшать вес роликоопоры конструкторы НПО «Аконит» решили с помощью перехода на гнутый лист. При этом важным было сохранить изначальную жесткость конструкции.

Работа началась с моделирования существующей роликоопоры в Autodesk Inventor и ее расчета в Autodesk Inventor Nastran. За время проектирования изделие претерпело 9 итераций. Для первой итерации была использована базовая форма изделия, но применен листовой материал для всех элементов роликоопоры. При анализе было зафиксировано, что трудоемкость изготовления уменьшилась, снижение по весусоставило 9%, а коэффициент запаса прочности сократился с 1,5 до 1,2. Кроме того, на изделии обнаружили сложные для прокраски зоны. Стало очевидно, что это только начало пути. Необходимо было определить технологию дальнейшей работы.

«Новые итерации мы планировали разрабатывать цифровым способом, однако доверие к результатом расчета в Nastran со стороны коллектива и внутреннего заказчика было не полным, поэтому было решено проверить расчеты на натурных испытаниях, – говорит Спартак Ковригин. – Испытания в цеху подтвердили все показатели, полученные в Nastran. Чтобы окончательно убедиться в их точности, была заказана независимая экспертиза в лаборатории, специализирующейся на военной технике. Она также подтвердила верность выполненных в Nastran расчетов. Поэтому все последующие итерации мы рассчитывали только в цифровом виде и серьезно сэкономили на производстве физических образцов».

Значительные изменения получила пятая итерация роликоопоры. Если ранее она имела треугольное основание, то теперь основание стало трапециевидным. Изменилась форма задней стойки и средняя часть изделия. Расчет показал, что снижение веса составило 27%. Однако при планировании  раскроя в Autodesk Nesting оказалось, что этот вариант давал много отходов и предполагал большое количество сварных соединений. Кроме того в изделии сохранились трудноокрашиваемые полости.

Экономная укладка роликоопор в четыре ряда. Изображение предоставлено НПО «Аконит»

Оптимальную форму изделия НПО «Аконит» получило на 9-й итерации. Расчет показал снижение массы на 33%, материалоемкости на 21% и трудоемкости на 24%. Коэффициент запаса прочности стал выше, чем на первоначальном изделии (1,64 против 1,58). На этой итерации также была решена задача логистики. «Базовый инструментарий 3D-моделирования позволил нам сконфигурировать изделие, а потом симулировать его укладку в кузове грузовика, – расскаывает Спартак Ковригин. – Мы увидели, что роликоопору в ее новом варианте стало возможно укладывать не в 2, а в 4 яруса, что дает значительную экономию на логистике (меньше перевозится «воздуха»)».

На разработку новой роликоопоры НПО «Аконит» потратило менее двух месяцев.

«Без применения Autodesk Inventor Nastran, с натурными испытаниями, этот процесс занял бы не менее полугода, – подводит итог Спартак Ковригин. – Мы избавились от 8 физических итераций, а это и время, и деньги. Кроме того, работа на основе 3D-модели позволила нам найти большее количество вариантов. С применением физических образцов нашего ресурса хватило бы максимум на 2-3 итерации».

Осенью 2020 НПО «Аконит» получило первый заказ на 1000 роликоопор новой конфигурации. На нем компания добилась экономии себестоимости в 500 тыс. руб. В 2021 году НПО «Аконит» планирует ввести отдельную производственную линию на своем новом заводе в Татарстане, которая будет выпускать исключительно роликоопоры нового образца в автоматическом режиме.