Koneistettavan kappaleen mallipohjainen tuotemäärittely

Abstract

Mallipohjainen tuotemäärittely eli MBD (Model Based Definition) on tuotteen määrittelemiseen käytettävä menetelmä, jonka avulla vältetään perinteisen 2D-piirustuksen laatiminen ja käyttäminen tuotetiedon välittämisessä tuotteen elinkaaren aikana. MBD:ssä kaikki tuotteen määrittelytieto, kuten valmistamiseen tarvittava tieto, sisällytetään sen 3D-malliin. Mallissa määrittelytieto esitetään 3D-annotaatioina, jotka voidaan yhdistää tarkasti mallin 3D-geometriaan. 3D-mallin sisältämää määrittelytietoa on mahdollista hyödyntää automaattisesti tuotteen elinkaaren eri vaiheissa käytettävissä järjestelmissä.

Tässä diplomityössä tarkastellaan mallipohjaisen tuotemäärittelyn mahdollisuuksia ja etuja perinteiseen tuotemäärittelyyn verrattuna. Perinteisellä tuotemäärittelyllä tarkoitetaan tuotteen määrittelemistä piirustuksen ja pelkän 3D-geometrian sisältävän 3D-mallin avulla. Työssä keskitytään pääasiassa koneistettavien kappaleiden tuotemäärittelyn tarkasteluun. Työ koostuu teoriaosuudesta, kirjallisuusselvityksestä sekä käytännön kokeesta. Teoriaosuudessa esitetään mallipohjaiseen tuotemäärittelyyn liittyvää teoriaa sekä tarkastellaan koneistettavan kappaleen määrittämiseen tarvittavaa tietoa. Kirjallisuusselvityksessä etsitään mallipohjaiseen tuotemäärittelyyn liittyviä etuja. Kirjallisuudesta etsitään myös mahdollisia MBD:n tuomia haasteita. Käytännön kokeessa selvitetään, voidaanko MBD:tä käyttämällä saavuttaa ajallista säästöä koneistettavan kappaleen suunnittelussa, valmistuksessa ja tarkastuksessa. Kokeessa tarkastellaan myös mahdollisuuksia kappaleen valmistamiseen ja tarkastamiseen mallipohjaisesti ilman piirustusta.

Kirjallisuusselvityksen perusteella MBD:n keskeisimpiä hyötyjä ovat määrittelytiedon uudelleenkäyttö sekä määrittelytiedon esittäminen yhdessä lähteessä. Lisäksi määrittelytiedon tulkinta on mallipohjaisessa tuotemäärittelyssä yksinkertaisempaa kuin perinteisessä tuotemää-rittelyssä. Suurimmat haasteet MBD:ssä liittyvät käytettäviin järjestelmiin, tiedonsiirtoon sekä uusiin käytäntöihin ja tarvittavaan osaamiseen.

Työn käytännön koe toteutettiin Tampereen yliopiston laboratoriossa. Koe suoritettiin kahdella eri kappaleella, jotka poikkesivat toisistaan geometrian monimutkaisuuden osalta. Kokeessa kappaleet suunniteltiin, valmistettiin ja tarkastettiin sekä MBD:tä että perinteistä tuotemäärittelyä käyttäen. Suunnittelun osalta kokeessa tarkasteltiin määrittelytiedon luomiseen käytettyä aikaa. Valmistuksessa tarkasteltiin työstöohjelman laatimiseen käytettyä aikaa ja tarkastuksessa mittausohjelman laatimiseen käytettyä aikaa. Kokeen tuloksena havaittiin, että suunnitteluvaiheessa MBD:n avulla voidaan säästää merkittävästi aikaa, kun piirustusta ei tarvitse laatia. Perinteisessä tuotemäärittelyssä piirustuksen tekemisessä kuluu aikaa erityisesti täydellisen mitoituksen tekemiseen. Valmistuksessa ja tarkastuksessa MBD:n avulla ei saavutettu ajallista säästöä. Työstö- ja mittausohjelmien laatimiseen käytetyillä järjestelmillä ei ollut mahdollista laatia ohjelmia automaattisesti 3D-malliin sisällytetyn määrittelytiedon pohjalta, jolloin valmistus ja tarkastus tapahtuivat käytännössä samalla tavalla molemmilla menetelmillä eikä käytetyissä ajoissa esiintynyt merkittäviä eroja. Työstö- ja mittausohjelmien laatimiseen ja suorittamiseen käytetystä kokonaisajasta suurin osa kului CAM- ja CAI-ohjelmointiin. Ohjelmointia nopeuttamalla voitaisiin siten saavuttaa merkittävää säästöä myös valmistukseen ja tarkastukseen kuluvassa kokonaisajassa. Kappaleet voitiin kuitenkin valmistaa ja tarkastaa ilman piirustusta, vaikka määrittelytietoa ei voitu hyödyntää MBD:n periaatteen mukaisesti.