Автоматизированный расчет стоимости производства по 3D-модели на примере SEER-3D

Почему важно оценивать стоимость продукта на этапе проектирования?

Согласно исследованию Университета Крэнфилда (Великобритания), около 80% производственных издержек закладывается на этапе проектирования. Таким образом, возможность оценки себестоимости на основе проектных данных может значительно сократить затраты на более поздних этапах жизненного цикла продукта. Например, военно-промышленной компании Raytheon (США, с 2020 г. Raytheon Technologies Corporation) удалось сэкономить около 1,2 миллиарда долларов за счёт автоматизированной оценки стоимости возможных конструкторских решений.

Кроме сокращения издержек, автоматизированное прогнозирование затрат помогает в принятии бизнес-решений и оптимизации закупок. Результаты расчётов учитываются при оценке требуемых ресурсов, используются в качестве аргумента при выборе между собственным производством или закупкой и в переговорах с поставщиками. Оценка себестоимости на этапе проектирования помогает заранее определить наиболее оптимальные по цене материалы и конструкцию, избежать дорогостоящего перепроектирования, соблюсти или сократить сроки выхода продукта на рынок.

Как повысить точность оценки и сократить издержки?

Эффект от расчёта издержек зависит от его точности, а точность в свою очередь — от качества и количества входных данных о продукте, его геометрических свойствах, материале, инструментах и методах обработки. 

Передача данных в расчётное программное обеспечение может выполняться двумя способами: вручную или автоматически. В первом случае сотрудник самостоятельно вносит сведения о продукте, что занимает много времени и допускает риск ошибки. В свою очередь автоматический процесс подразумевает прямую передачу данных из САПР-инструмента, что в большей степени исключает человеческий фактор и ускоряет процесс до нескольких минут.

Пример ПО для оценки стоимости производства: SEER-MFG от Galorath

Оценочная модель SEER-MFG

Одним из примеров автоматизированной системы расчета стоимости производства является приложение SEER-MFG (SEER for Manufacturing) от компании Galorath Incorporated (США). 

С 1979 г. Galorath Inc. консультирует бизнес и государственные структуры по оптимизации процессов разработки продукта, а также предоставляет программное обеспечение для этих целей. Компания специализируется в сфере производства, информационных технологий, программного и аппаратного обеспечения, электронных и инженерных систем.

Чтобы помочь предприятиям наладить передачу данных между проектированием и производством, компания разработала оценочную модель, которая позволяет спрогнозировать стоимость производства уже на ранних этапах проектирования. Это ноу-хау и легло в основу приложения SEER-MFG.

SEER-MFG, один из программных продуктов компании, используется для комплексной оценки всех аспектов производства: стоимости, сроков, необходимой рабочей силы, материалов и инструментов. Продукт широко применяется во всём мире, в частности в области авиастроения и космической техники (Boeing, Airbus, Textron Aviation).


Рис. 1. Результаты расчёта стоимости производства в SEER-MFG

До 2016 года сбор и внесение данных в SEER-MFG для прогнозирования стоимости выполнялся пользователями вручную. Но 5 лет назад Galorath Inc. обратился в CAD Exchanger за разработкой функционала, который позволил бы автоматически извлекать информацию прямо из 3D моделей.

Извлечение данных напрямую из 3D модели

Для выполнения поставленной задачи команда CAD Exchanger разработала отдельный модуль SEER-3D, который способен прочитать и интерпретировать данные о продукте в формате STEP (расширения .stp и .step). STEP был выбран как общий знаменатель между крупными CAD-системами (CATIA, NX, Creo, SOLIDWORKS, Inventor и др.).


Рис. 2. Импорт 3D-моделей в STEP формате в приложение SEER-3D

После импорта 3D-модели SEER-3D автоматически распознаёт конструктивные элементы и на основании этой информации определяет необходимые производственные операции. На экран приложения выводится трёхмерная интерактивная модель сборки и её распознанных элементов с возможностью вращения, масштабирования и измерения. Следуя пошаговому руководству, пользователь проверяет корректность данных и запускает расчёт стоимости.


Рис. 3. Продуктовая структура сборки в приложении SEER-3D

На сегодняшний день расширение SEER-3D обеспечивает расчёт стоимости деталей для четырёх технологических процессов: 
1. Обработка резанием
2. Аддитивное производство (3D-печать)
3. Операции с композитными материалами
4. Операции с листовым металлом.

Для деталей, произведённых посредством обработки резанием, доступно распознавание таких операций, как токарная обработка, фрезерование и распиловка. Программа различает обработку плоских, цилиндрических и изогнутых поверхностей, а также параметры отверстий и фасок.

 
Рис. 4. Общие настройки для расчёта стоимости обработки резанием в приложении SEER-3D

При расчёте стоимости 3D-печати пользователь может выбрать технологию изготовления детали (струйная печать связующим веществом, прямой подвод энергии и материала, моделирование методом наплавления и пр.), используемые материалы или их сочетания, формат подачи материала (нить или порошок), разрешение печати, толщину стенок, ширину экструзии и другие параметры. В зависимости от этих настроек будут автоматически рассчитаны высота слоя, заполнение модели и опор.

 
Рис. 5. Настройки для расчёта стоимости 3D-печати в приложении SEER-3D

Расчёт стоимости деталей, изготавливаемых из композитных материалов, делается с учётом технологии производства, материалов, количества слоёв при переменной толщине материала, типа оборудования для раскроя и выкладки, параметров удаления воздуха, формования и обрезки.

 
Рис. 6. Настройки материала и слоёв для продуктов из композитных материалов в приложении SEER-3D

Для изделий из листового металла внедрено распознавание основных элементов (сгибы, отверстия, фаски, вентиляционные отверстия, вытяжки, перемычки) и операций, выполняемых до и после гибки (раскройка, штамповка, перфорация, резка, сварка, антикоррозийная и декоративная обработка).

 
Рис. 7. Настройки расчёта стоимости операций с листовым металлом в приложении SEER-3D

Преимущества SEER-3D для оценки стоимости производства

Благодаря тому, что SEER-3D распознаёт геометрию и атрибуты САПР-моделей, пользователи получают исчерпывающую смету, которая учитывает затраты на рабочую силу, материалы и инструменты, уже на этапе проектирования. Точность этой информации оказывает влияние на последующий жизненный цикл продукта и построение работы организации.

Сокращение расходов
Возвращаясь к исследованию Университета Крэнфилда, можно предположить, что инженер-конструктор, обладающий информацией о стоимости его конструкторских решений и распределении этой суммы между отдельными деталями и сборками, имеет возможность сэкономить до 80% на решениях, которые он принимает каждый день.

Благодаря возможности оперативного расчёта различных вариантов производства внутри программы отпадает необходимость в дорогостоящем редизайне. В течение 1 часа можно проверить несколько гипотез и впоследствии выбрать наиболее оптимальную: насколько можно уменьшить объём производственных отходов, если использовать цилиндрическую заготовку, а не кубическую? как изменится стоимость одной завершённой детали, если увеличить количество амортизационных деталей на 10%? что будет, если сверлить отверстия в деталях после соединения в сборку, а не перед этим?

Подробный расчёт может выступать в качестве аргумента в переговорах с поставщиками относительно снижения цен. Так компания Philips Healthcare смогла сэкономить 1,5 миллиона евро за первый год использования SEER-MFG, применяя ПО для определения максимально эффективного конструкторского решения и оценки предложений от поставщиков и подрядчиков.

 
Рис. 8. Линейные, угловые и другие измерения в приложении SEER-3D

Рост продуктивности
Автоматический импорт 3D данных в SEER-3D и возможность сохранения параметров в SEER-MFG ускоряют работу сотрудников и освобождают их время для более важных для бизнеса задач.

Программное обеспечение выполняет расчёт стоимости производства за секунды и таким образом экономит много часов, которые требовались для ручного ввода информации о продукте, его геометрии и способе изготовления. Так, внедрение SEER-3D позволило увеличить скорость оценки издержек на 75% в компании Lockheed Martin и сэкономить 300 человеко-дней за год в компании Alliant Techsystems Inc.

САПР-совместимость
Формат STEP, требуемый для импорта данных в приложение SEER-3D, генерируется большинством программ для 3D-моделирования. При этом, добавление поддержки любого другого формата в будущем потребует добавления всего нескольких строк кода. Это возможно благодаря тому, что “под капотом” SEER-3D находится CAD Exchanger SDK с единым API для работы с 3D-моделями.

Кроме того, работа приложения не зависит от наличия установленных САПР-пакетов. Компания может обеспечить большое количество рабочих мест SEER-3D, не тратя средства на дорогостоящие САПР-лицензии.

Интуитивный интерфейс
В 2021 году компания CAD Exchanger выпустила новую версию интерфейса SEER-3D, которая ещё больше упрощает освоение приложения. Пошаговый мастер проводит пользователя от импорта модели к работе со структурой сборки, от параметров продукта и процессов к расчёту стоимости. Удобное меню позволяет легко ориентироваться в доступных производственных операциях и настройках, не требуя длительного обучения или опыта работы с САПР-системами.

Заключение

Применение таких автоматизированных систем расчета стоимости производства, как SEER-MFG, приносит пользу всем участникам производственного процесса: сметчикам, технологам и конструкторам, сотрудникам закупки и владельцам бизнеса. Члены продуктовых команд могут оптимизировать дизайн и расходы за счет быстрых и точных расчётов, а лица, принимающие решения, получают чёткое представление об обосновании тех или иных затрат и действий.

 
Рис. 9. Работа с отдельными элементами сборки в приложении SEER-3D

Команда CAD Exchanger продолжает развивать функционал SEER-3D, чтобы сделать процесс расчёта ещё более гибким и универсальным. Совсем недавно были добавлены расчёты для сборок с учётом подсборок, деталей и способов их соединения. В ближайшее время планируется внедрить модуль расчёта стоимости литья и штамповки изделий и ряд дополнительных функций (определение толщины стенок, создание видов с разнесёнными деталями и пр.).

Для всех продуктов CAD Exchanger доступны бесплатные 30-дневные ознакомительные версии. Узнать подробности и получить ссылку для скачивания можно на сайте компании.