Задание:
1. Изучить назначение, задачи и сущность прототипирования НММ.
2. Уяснить виды и особенности методов и приемов, основные тенденции развития прототипирования компоновочного построения НММ.
3. Ознакомиться с примерами прототипирования колесных машин.
Основные положения
Прототипи́рование (англ. prototyping от др.-греч. πρῶτος — первый и τύπος — отпечаток, оттиск; первообраз) — быстрая «черновая» реализация базовой функциональности для анализа работы системы в целом.
На этапе прототипирования малыми усилиями создается работающая система (возможно неэффективно, с ошибками, и не в полной мере). Во время прототипирования видна более детальная картина устройства системы. Используется в машино- и приборостроении, программировании и во многих других областях техники.
Прототипирование, по мнению некоторых разработчиков, является самым важным этапом разработки изделия.
После этапа прототипирования обязательно следуют этапы пересмотра архитектуры системы, разработки, реализации и тестирования конечного продукта.
Прототипирование не обязательно выполняется в рамках тех же технологий, что и разрабатываемая система.
Как правило, прототип становится приложением к ТЗ на разработку изделия.
Качества которыми должен обладать эффективный прототип:
· Этап создания прототипа не должен быть затяжным.
· Эффективные прототипы являются одноразовыми. Они предназначены для того чтобы донести идею до заинтересованного лица. После того как идея была донесена, прототип может быть отвергнут.
· Эффективные прототипы являются сфокусированными, это означает что следует обращать внимание на сложные части при создании прототипов.
· Необходимо обращать внимание на элементы взаимодействия, которые принесут пользу вашему продукту.
Процесс создания прототипа
Процесс создания прототипа состоит из четырёх шагов:
1. Определение начальных требований.
2. Разработки первого варианта прототипа, который содержит только общую компоновку системы.
3. Этап изучения прототипа заказчиком и конечным пользователем. Получение обратной связи о необходимых изменениях и дополнениях.
4. Переработка прототипа с учетом полученных замечаний и предложений.
Виды прототипов
Существует 4 основных вида прототипов. Между собой они различаются на основе сферы применения модели, для которой делается прототип.
1. Промышленные прототипы, например электроники. Обычно они называются мастер-моделью.
2. Архитектурные презентационные макеты города, дома или отдельной комнаты.
3. Транспортные – прототипы любого транспортного средства (автомобиль, корабль, самолет и т.д.).
4. Товарный прототип – модель, которую используют для выставок и презентаций.
На этапе прототипирования выявляются важные структурные ошибки, вносятся поправки в компоновку частей-модулей системы и перераспределяется функциональность между модулями системы.
Технология быстрого прототипирования.
Развитие вычислительной техники, способной оперировать трехмерными образцами в сочетании с концентрированными мощными точечными источниками энергии (в том числе и лазерными), позволило создать целое направление технологий быстрого прототипирования (Rapid Prototyping — RP).
Технологии быстрого прототипирования стремительно вошли в современные отрасли промышленности (автомобилестроение, авиацию, медицину, электронику, ювелирное производство и многие другие).
Такое бурное внедрение RP-технологий обусловлено значительным снижением сроков создания конструкции, ее отработки по всем направлениям – задачам (оптимальность конструктивных решений, дизайн, модельная проверка работоспособности в сочетании с деталями проектируемого механизма и т.д.). Рыночные условия требуют выпуска нового изделия в кратчайшие сроки с минимальными затратами.
Новая сложная, высокотехнологичная продукция требует проведения долгосрочных НИОКР. Нужно решить не только конструкторские задачи, изготовить множество экспериментальных образцов моделей, но и провести весь комплекс экспериментально-исследовательских и научно-исследовательских работ, обеспечить технологическую подготовку производства и многое, многое другое.
Наиболее трудоемким в процессе создания нового образца является этап НИОКР. RP-технология решает эту задачу на этапе НИР и ОКР в десятки раз быстрее, несмотря на большие затраты, связанные с приобретением специального оборудования, а подготовка производства с помощью RP-технологий не только сокращается по срокам, но и обеспечивает получение готовой продукции высокого качества.
Все западные крупные фирмы, работающие над созданием и выпуском сложной наукоемкой технической продукции, оснащены не только отдельными установками по быстрому прототипированию, но и имеют целые комплексы — RP- технологий.
RP-технология — это очень емкое понятие, включающее в себя большое многообразие приемов и средств получения прототипа изделия по 3D CAD-модели.
Сущность технологии быстрого прототипирования.
Технология быстрого прототипирования — это процесс получения в достаточно короткое время прототипа, что исключает ряд операций из трудоемкого технологического процесса.
Быстрое прототипирование позволяет быстро сделать опытный образец, так же быстро: обнаружить ошибки; внести изменения в конструкторскую документацию; принять решение о правильном выборе конструктивного решения; изготовить технологическую оснастку по уточненной конструкторской документации и передать изделие на испытания.
Закономерно, что технологическая оснастка, выполненная по традиционной технологии, на которую затрачено много времени и средств, на этапах отработки конструкции практически всегда оказывается негодной, а ее доработка — нерентабельной и, как правило, идет на выброс. RP-технология минимизирует риски конструкторских и технологических решений.
Практическое использование прототипов можно разделить по группам.
1. Смотровые модели необходимы конструкторам и технологам для оценки правильности конструкторских решений и оптимальности технологического пути изготовления самой детали по всему циклу ее производства, для оценки формы и внешнего вида.
2. Изготовление моделей деталей одного механизма в собранном виде позволяет решить ряд прикладных задач: проверку собираемости механизма, его функциональные и механические возможности, оценку и отработку окончательной конфигурации отдельных деталей. Все это обеспечивает короткие сроки внесения изменений в CAD-модель, до начала запуска ее в производство.
. Быстрое получение готовой металлической детали возможно при использовании прототипа в качестве выжигаемой модели. Это обеспечивает получение детали за считанные дни, исключая тем самым (в случае изготовления по традиционной технологии) ряд технологических операций: моделирование, формование, механообработку.
4. Изготовление деталей из пластмасс без дорогостоящих пресс- форм. Причем изготовление пластмассовых деталей можно разделить на способы: заливкой полимера в силиконовую форму и прессование в металлополимерную форму.
5. Использование пресс-форм из металлополимера позволяет в короткие сроки изготавливать резино-технические детали, исключив дорогостоящий и длительный процесс механической обработки и доводки формы.
6. Использование силиконовых форм дает возможность отливать литейные стержни из гипса и воска, а также полимерные детали из АВС пластиков и других литейных смол.
RP-системы.
Существуют различные RP-системы, обеспечивающие изготовление моделей и оснастки. Все системы быстрого прототипирования имеют один схожий принцип построения реальной модели — это принцип послойного ее формирования. Различаются эти системы не только материалами, из которых формируется изделие, но и особенностями соединения слоев между собой, временем и точностью изготовления, стоимостью оборудования и условиями ее эксплуатации.
К технологиям быстрого прототипирования относятся:
— стереолитография (STL — stereolitography, в том числе SLA- процесс);
— отверждение на твердом основании (SGC — Solid Ground Curing);
— нанесение термопластов (FDM — Fused Deposition Modeling);
— распыление термопластов (BPM — Ballistic Particle Manufacturing);
— лазерное спекание порошков (SLS — Selective Laser Sintering);
— моделирование при помощи склейки (LOM — Laminated Object Modeling).
Все эти технологии предполагают наличие трехмерной компьютерной модели детали.