ES_logo

Disegni tecnici sui modelli 3D

Pubblicato da Enrico Boesso il 12 May 2020

🕓 Tempo di lettura: 8 minuti

Realizzare lo schema di quotatura direttamente sul modello 3D ha la potenzialità di evitare di fare la tradizionale “messa in tavola”. Il che non significa necessariamente risparmiare il tempo di realizzazione del disegno tecnico ma piuttosto di farlo in un “posto” diverso da quello abitualmente utilizzato.

Questo “posto” è il file CAD nativo che contiene la geometria 3D del componente in sostituzione del classico “drawing” 2D. Indipendentemente dal “posto” dove viene realizzato lo schema di quotatura, il tempo per la sua esecuzione deve essere in ogni caso preventivato e previsto nelle fasi di sviluppo prodotto.

In questo articolo vediamo quali sono gli ostacoli e i vantaggi di questa rivoluzione nel disegno tecnico industriale che ancora (troppo) pochi conoscono e che potrebbe guidare la trasformazione digitale delle aziende.

 

La gestione delle tolleranze nei modelli 3D

 

E’ ormai da numerosi anni che i vari software CAD permettono di inserire le informazioni di pertinenza dei disegni tecnici all’interno del modello 3D. Solo per citare alcuni esempi famosi (NB: questo elenco non è completo e del tutto indicativo):

  • Creo (PTC) permette di “quotare” il modello 3D senza la necessità di moduli software aggiuntivi rispetto alla sua versione base,
  • Catia V5 (Dassault Systémes) mette a disposizione l’add-on FTA (Functional & Tolerancing Annotation),
  • Solidworks(Dassault Systémes) consente l’inserimento delle annotazioni tramite la funzione DimXpert oppure con il più evoluto add-on MBD (Model Based Definition),
  • NX (Siemens) tramite le PMI (Product and Manufacturing Information) permette di inserire quote e tolleranze sui modelli 3D di parte e assieme.

Però, nonostante questa possibilità, le aziende che hanno adottato questa pratica si possono contare sulle dita di una mano.

Perché?

Rispondere a questa domanda non è banale e non potrà essere fatto in modo univoco. Ci sono motivazioni comuni tra aziende diverse che si sovrappongono ad altre derivanti dai particolari processi delle singole realtà e quindi non generalizzabili per loro natura. Fatta questa doverosa premessa è però possibile identificare una ragione su tutte, forse la principale, valida allo stesso modo per ogni organizzazione:

“Di uno schema di quotatura sul 3D non so cosa farne!”

L’azione di “quotare” il 3D è vista ancora oggi come un puro esercizio stilistico, privo di un reale valore aggiunto. E’ considerata una pratica gestibile solo dai “caddisti” più esperti e, nell’immaginario collettivo, la sua percepita inutilità è alla pari solo con l’aurea di complessità che l’accompagna.

Niente di più sbagliato e di sottovalutato: La “quotatura” 3D può essere oggi di fondamentale importanza ed essere il driver per una profonda trasformazione digitale dei processi dell’intera azienda.

 

New call-to-action

 

Model based definition

Il Model Based Definition (MBD) è la pratica di inserire all’interno dei file CAD tutte le informazioni pertinenti allo sviluppo prodotto. In quest’ottica i file CAD non sono più rappresentativi della sola geometria tridimensionale dei componenti ma, oltre a questa, sono accompagnati da tutte le informazioni che servono per produrre, controllare, monitorare, gestire, ecc. il componente stesso (molto spesso identificato come part number) . In quest’ottica il file CAD diventa quindi un contenitore di dati digitali (metadati) tra i quali troviamo: materiali, distinte base, dati di processo, dati per il controllo qualità, rugosità, annotazioni delle tolleranze geometriche e dimensionali, ecc.

Il file Ccae_2AD contiene tutte le informazioni per accompagnare il part number durante la fase di sviluppo prodotto, in formato digitale ed accessibile ai vari applicativi coinvolti di volta in volta. Questo significa che durante ogni fase le attrezzature (o meglio, i software che le gestiscono) avranno l’opportunità di accedere ai soli metadati di loro interesse per eseguire le operazioni per cui sono state programmate. Se fatto in modo opportuno il Model Based Definition può portare ad una drammatica automatizzazione dei processi le cui conseguenza sono una riduzione del time-to-market, un aumento della qualità, l’annullamento di errori dovuti al “fattore umano” e una riduzione dei costi di sviluppo e produzione.

Le aziende che adottano il MBD nei loro processi sono dette Model Based Enterprise (MBE).

Sono di seguito riportate alcune delle potenzialità legate alla filosofia del Model Based Defnition, con particolare attenzione al tema della gestione delle tolleranze.

 

Standardizzazione: Step 242

Nell’implementazione del Model Based Definition i metadati sono inseriti all’interno dei file CAD. E’ noto che file CAD realizzati con software differenti hanno spesso grossi problemi di compatibilità e conversione (dove questo è possibile) oppure non c’è proprio modo di far dialogare tra loro sistemi differenti. Dal punto di vista del Model Based Definition questo rappresenta una dei principali ostacoli alla sua diffusione: pensiamo quali possano essere le difficoltà per un fornitore posizionato nella supply chain di aziende che utilizzano software CAD differenti. In ottica MBD tale fornitore sarebbe costretto ad adottare le licenze di tutti i software CAD dei loro clienti con tutti gli svantaggi del caso (costi per il software e per gli utilizzatori).cae_1

Tale problema è stato affrontato e risolto attraverso la standardizzazione del formato di interscambio di questi metadati: è stato infatti sviluppato lo STEP 242 (ISO 10303 AP 242 - “Industrial automation systems and integration – Product data representation and exchange – Part 242: Application protocol: Managed model-based 3D engineering). File CAD strutturati secondo STEP 242 consentono l’interscambio generico non solo della geometria 3D (come avviene con gli altri formati STEP) ma anche di tutte le altre annotazioni in esso contenute. In questo modo è garantito il dialogo tra software CAD differenti o altre tipologie di software a valle della progettazione nel processo di sviluppo prodotto.

Più nel dettaglio è possibile sottolineare come lo STEP 242 rappresenti il mezzo con cui i dati vengono condivisi mentre la struttura standardizzata di tali dati è definita in normative internazionali, in particolare la ASME Y14.41-2012 e la ISO 16792:2006 (entrambe denominate “Digital Product Definition Data Practices”) definiscono la standardizzazione dei dati di pertinenza del MBD all’interno delle normative ASME e ISO rispettivamente.

 

Specifica geometrica di prodotto: conformità alle normative internazionali

In altri articoli di questa serie (tolleranze è tutta questione di costi, tolleranze dimensionali e tolleranze geometriche) è stata sottolineata l’importanza di una corretta specifica geometrica di prodotto. Per ottenerla nella pratica è necessario che i disegni tecnici siano conformi alle normative internazionali (ASME/GD&T o ISO/GPS). E’ noto a chiunque con nessuna o poca esperienza nell’ambito normativo che leggere, interpretare e soprattutto realizzare documentazione tecnica di questo tipo sia tutt’altro che agevole. Conoscere in modo opportuno qual è la specifica geometrica da utilizzare in funzione della particolare applicazione richiede molto studio, pratica e tempo per fare la necessaria esperienza, mettendo in preventivo una serie di “errori di gioventù”.

Ad oggi è però possibile minimizzare tempo ed errori sfruttando il Model Based Definition.

Oggi abbiamo a discopizione software (come ad esempio GD&T Advisor™) in grado di valutare la conformità di uno schema di quotatura alla normativa internazionale a cui fa riferimento. Non solo, lo stesso software è in grado, in assenza del disegno tecnico, di guidare l’utente nella sua realizzazione, sempre nel rispetto delle regole (sia di sintassi che di semantica) imposte dalla normativa. L’unico requisito è quello di “spostare” il disegno tecnico dal drawing 2D alla quotatura 3D abbracciando la filosofia del Model Based Definiton.

Questo strumento garantisce disegni tecnici conformi alle normative (scopo principale, con tutte le ripercussioni già trattate) realizzati in tempi molto inferiori rispetto ad un approccio tradizionale. Dovrebbe essere considerato particolarmente importante ed apprezzato nelle prime fasi di transizione da una quotatura classica (a “coordinate”) ad una quotatura completamente geometrica quando, per mancanza di esperienza, i dubbi possono rallentare (molto) il lavoro ed eventuali errori possono aver ripercussioni tali da far percepire come qualcosa di scarso valore quello che è, in realtà, un enorme opportunità.

 

Analisi delle tolleranze: le simulazioni nell'era del MBD

Catene delle tolleranze, calcoli di propagazione e simulazione sono anch’essi argomenti trattati in questo articolo sull'analisi delle tolleranze. Nell’articolo citato è stato evidenziato l’enorme vantaggio nel disporre di un software di analisi delle tolleranze (come Cetol 6σ™) rispetto ad una procedura di calcolo manuale. La simulazione in questi software permette infatti di gestire in modo agevole dei modelli di calcolo complessi (tridimensionali e con approccio statistico) in tempi compatibili con le necessità del mondo industriale.

I tempi di creazione di tali modelli di calcolo possono essere ulteriormente abbattuti adottando il Model Based Definition.

Partendo infatti da un file CAD di parte e/o assieme con una schema di quotatura costituito da annotazioni semantiche sul 3D è infatti possibile istruire il software affinché tali informazioni siano lette ed importate in automatico all’interno del modello di calcolo. La procedura di creazione del modello viene in questo modo completamente automatizzata, quasi annullando il tempo di set-up del modello ed evitando eventuali errori causati da una procedura manuale.

Evidenti vantaggi si ottengono anche dal punto di vista del “data management”: avere il modello di calcolo “collegato” alle annotazioni delle tolleranze sul 3D significa che la variazione di un valore di una tolleranza nella catena si ripercuote nel modello CAD che viene aggiornato in automatico. In questo modo il file CAD su strumento PLM risulta essere sempre aggiornato e in linea con i risultati della catena (Fig. 1).

figura1

Figura 1. MBD permette l’automatizzazione della creazione di modelli di calcolo delle catene

delle tolleranze e la sincronizzazione automatica dei valori delle tolleranze stesse.

 

Model based manufacturing

Modelli CAD quotati sul 3D possono essere sfruttati anche per automatizzare la produzione dei componenti. Si consideri ad esempio il processo di lavorazione meccanica per asportazione con macchine utensili a controllo numerico. L’approccio tradizionale prevede di partire dal file CAD 3D per definire i percorsi utensile e, anche in funzione delle informazioni a disegno, si decidono ed impostano tutti i parametri di processo: tipo utensile, velocità e profondità di taglio, numero di passate, ecc. Questa procedura è fatta manualmente da un operatore sfruttando l’integrazione dei sistemi CAD-CAM.

In ottica MBD grossa parte di questa procedura manuale è lasciata al software il quale, avendo accesso alle specifiche richieste su ogni singola superficie può essere istruito per impostare in automatico tutti i parametri di processo in grado di soddisfare i requisiti.

 

Model based inspection

Nel caso dei controlli dimensionali il MBD viene sfruttato dai software di elaborazione delle misure per creare in automatico i piani di misura ed elaborare statisticamente i risultati per scansioni successive.

In sede di controllo qualità quello che avviene solitamente è il confronto tra la geometria nominale (CAD) e il componente reale. La geometria di tale componente può essere acquisita con vari metodi e strumenti, su tutti i più famosi e performanti sono le CMM (Coordinate Measuring Machine) e i sistemi di scansione (ottica, laser, a luce strutturata, ecc.). Entrambi questi sistemi acquisiscono le superfici del componente reale in forma di nuvole di punti le quali vengono successivamente “triangolarizzate” per ricostruire le superfici del componente reale.

A questo punto il “nominale” e il “reale” sono confrontati in funzione delle informazioni, requisiti e tolleranze presenti nei disegni tecnici. Per istruire il software su quali controlli effettuare e su come farli un operatore impiega molto tempo per “tradurre” le informazioni del disegno tecnico nel piano di misura che dovrà essere poi eseguito dal software per effettuare il confronto.

Con il MBD la procedura di creazione dei piani di misura viene completamente automatizzata; il tempo e la probabilità di errore del processo manuale si abbattono.


 

Il MBD prevede di digitalizzare tutte le informazioni pertinenti ad un progetto all’interno dei file CAD. Nell’ambito delle tolleranze queste informazioni sono le Product and Manufacturing Information (PMI) e il GD&T rappresenta la “lingua” con la quale queste informazioni sono espresse. Nella pratica il risultato è quello “quotare” il 3D piuttosto che realizzare una messa in tavola su un foglio virtuale.

Se applicate in modo appropriato (cioè PMI collegate alle feature geometriche del modello 3D con delle relazioni semantiche) questi dati possono essere letti, importati ed elaborati in modo automatico dalle applicazioni software che svolgono il loro compito in una fase successiva alla progettazione nel ciclo di sviluppo prodotto (ad esempio in produzione, controllo qualità, monitoraggio in servizio e manutenzione predittiva). Ne deriva un’ automatizzazione dei processi che da un lato riduce il tempo di sviluppo prodotto e dall’altro abbatte la probabilità di presenza dell’errore umano.

Se ti interessa saperne di più su queste tecniche per scoprire come applicarle al vostro processo di progettazione  contattaci, uno dei nostri esperti risponderà a tutte le tue domande. 

 

New call-to-action

Argomenti: Gestione delle tolleranze

Rimani aggiornato sulle ultime novità della simulazione e le sue applicazioni

Articoli più letti

New call-to-action