Материал: Разработка технологии изготовления штендера

Социальные требования диктуют способность конструкции обеспечивать улучшения условий и обеспечение труда при её изготовлении и эксплуатации, быть безопасной, не загрязнять окружающую среду.

Экономические требования предусматривают, чтобы реализация проекта была не только конструктивно и технически возможна, но и экономически целесообразна. Многие конструкторы считают, что конструировать с учётом экономических требований - значит уменьшить стоимость изготовления изделий, избегать сложных и дорогих решений, применять наиболее дешёвые материалы и наиболее простые способы обработки. Но это лишь часть задачи. Главное значение имеет то, что экономический эффект определяется полезной отдачей изделия и суммой эксплуатационных расходов за весь жизненный цикл изделия. Стоимость изделия является не всегда главной, а иногда и очень незначительной составляющей этой суммы. Особенно часто такое встречается при проектировании упаковки.

При разработке конструкции складных коробок и ящиков из картона или гофрокартона учитывают качественные характеристики упаковываемого продукта, механические и физико-химические свойства материала упаковки, его цену и ряд других не менее важных показателей. [10, стр.58-61]

Полная схема разработки нового изделия включает следующие основные этапы: научно-исследовательские работы (далее НИР), опытно-конструкторские и опытно-технологические работы (далее ОКР), освоение производства (рис.1.1.1).

Как известно, российский рынок производства упаковки еще очень молод и относительно недавно стал ориентироваться на стандарты индустрии, принятые в развитых странах. Около 10 лет назад парк полиграфического оборудования, предназначенного для послепечатной обработки (штанцевальные прессы, фальцевально-склеивающие линии и так далее) был представлен в основном образцами советского производства и слабо автоматизирован. Проектирование же упаковки и вовсе находилось в зачаточном состоянии и выполнялось в лучшем случае грамотными чертежниками по всем правилам машиностроительного черчения, а в большинстве случаев производственники обходились эскизами и приблизительными допусками. Однако за последнее десятилетие ситуация резко изменилась. На рынке появились высокотехнологичные и производительные штанцевальные автоматы, автоматические линии многоточечной склейки. А повышение степени автоматизации производства неизбежно ведет за собой выработку определенных стандартов и требований как к производимой продукции, так и к используемым инструментам и расходным материалам. Это относится и собственно к конструкции упаковки, приводит к необходимости использования специализированных инструментов для ее разработки.

проектирование рекламный буклет упаковочный

Такие инструменты представлены на западном рынке в достаточном количестве (это пакеты программ Marbacad, Impact, Artios CAD, Score и другие). На российском рынке эти программы в настоящее время не получили широкого распространения. Тем не менее, отставание программного обеспечения от оборудования все более и более очевидно и многие предприятия сейчас приходят к необходимости использования профессионального программного обеспечения в области конструирования упаковки.

Применение САПР (систем автоматического проектирования) оправданно и необходимо при разработке конструкции упаковки (конструктивный дизайн), подготовке раскладки на печатный и штанцуемый лист сообразно экономическим и технологическим требованиям, проектировании и изготовление оснастки для высечки [8, стр.5].

Автоматизация проектирования занимает особое место. Её составными частями являются многие современные информационные технологии: техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта.

Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными вследствие как больших материальных и временных затрат на проектирование, так и невысокого качества проектов [8, стр.6].

1.2 СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Автоматизация проектирования способствует облегчению процесса проектирования, уменьшает его трудоемкость, способствует сокращению количества ошибок. Основным средством автоматизации разработки чертежа развертки упаковки являются САПР - системы автоматизированного проектирования.

Структура САПР

Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР [12].

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:

• техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);

•        математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;

1 программное(ПО), представляемое компьютерными программами САПР;

2 информационное, состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, используемые при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а база данных вместе с СУБД носит название банка данных;

• лингвистическое, выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;

•        методическое, включающее различные методики проектирования, иногда к нему относят также математическое обеспечение;

•        организационное,  представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия [8, стр. 26-27].

Схема технологических процессов, отображающая последовательность выполнения и взаимосвязи между этапами автоматизированного проектирования и производства упаковки из картона приведена на рисунке 1.2.1.

Универсальные и специализированные САПР

Различают универсальные САПР и специализированные САПР, ориентированные на специфику конкретной индустрии (в нашем случае - индустрии упаковки из картона). Как правило, специализированные САПР входят в состав сложных программных комплексов, которые помимо САПР включают системы автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП). В зарубежной литературе аббревиатуре САПР соответствует CAD (computer-aided design), а АСУТП - CAM (computer-aided manufacturing) [8,стр.7].

Проведем сравнительный анализ применения для разработки чертежа развертки упаковки из картона универсальной САПР и САПР, входящей в состав специализированного CAD/CAM комплекса. Только в случае разработки принципиально новой конструкции упаковки применение универсальной САПР может быть оправдано: универсальные САПР содержат гораздо больший набор инструментов для разработки чертежа, нежели специализированные САПР. С этой точки зрения специализированные САПР являются «облегченной» версией универсальных. Когда речь идет об использовании стандартной конструкции (а это большинство случаев), специализированные САПР не заменимы, так как они базируются на классификации упаковки по конструктивным признакам. По причине постоянно расширяющегося спроса, с одной стороны, и отсутствия новых методических разработок с участием государственных органов, с другой стороны, номенклатура ГОСТ не может полностью удовлетворить потребности производителей упаковки из картона. Поэтому все большее распространение в России получают европейские классификации конструкций упаковки из картона и гофрокартона: ECMA - Европейской ассоциации производителей складных коробок и FEFCO - Европейской федерации производителей и потребителей гофрокартона [6]. В общем случае, при использовании специализированной САПР, включающей в свой состав библиотеки стандартов ECMA и FEFCO, процесс разработки чертежа развертки упаковки стандартной конструкции сводится к работе с диалоговым меню программы. При этом выбирается требуемая конструкция, задается тип картона, из которого должна быть изготовлена упаковка, и вводятся габаритные размеры и конструктивные элементы упаковки [13]. Важной особенностью специализированных САПР является наличие мощного аппарата параметризации, который позволяет свести процесс разработки чертежа развертки упаковки нестандартной конструкции к процессу, аналогичному процессу разработки чертежа стандартной конструкции, описанному выше. Таким образом, можно сделать заключение, что в основном для разработки чертежа развертки упаковки из картона должны использоваться модули разработки чертежа развертки упаковки в составе специализированных CAD/CAM систем, однако применение универсальных САПР также может быть оправдано в случае разработки принципиально новой конструкции упаковки. Примерами специализированных CAD/CAM систем, которые включают в свой состав модули разработки чертежа развертки упаковки, являются MarbaCAD и Impact фирмы Arden Software, Artios фирмы Barco Graphics, Elcede DieCAD фирмы Elcede и т. д. Среди универсальных САПР наибольшее распространение получила система AutoCAD фирмы AutoDesk. Необходимо отметить, что применение других программных средств (например, программ обработки векторной графики) является непрофессиональным и лишенным системности подходом. Файл, полученный на этапе разработки чертежа развертки упаковки, в дальнейшем станет основой файлов, управляющих работой автоматизированного оборудования, поэтому качество выполнения чертежа (отсутствие разрывов, смещения узловых точек, дублирования элементов чертежа и др.) является критичным фактором. Специализированные САПР содержат соответствующие функции, завершающие разработку чертежа (например, функцию удаления «двойных» линий), поэтому даже в случае использования универсальных САПР для разработки новой конструкции предпочтительным является последующий «прогон» файла сквозь «сито» специальных функций модуля разработки чертежа развертки упаковки в составе специализированной CAD/CAM системы. Это предъявляет к специализированным программным средствам требование возможности импорта данных в формате универсальных САПР (в случае AutoCAD - файлы формата DXF). Также желательной является возможность импорта данных в формате других специализированных САПР.

В качестве средств разработки графического дизайна упаковки из картона используются те же программные пакеты, что и в традиционной полиграфии: Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand, CorelDraw, Adobe PhotoShop. Также можно отметить программное решение ArtPro фирмы Artwork Systems, полностью ориентированное на дизайн этикетки и упаковки.

Под версткой графического дизайна упаковки из картона понимается совмещение графического дизайна и чертежа развертки упаковки и внесение необходимых изменений в дизайн. Таким образом, к специализированным САПР предъявляется требование обеспечить возможность импортирования графических данных наиболее распространенных форматов.

Опытные образцы упаковки обычно изготавливают на плоттере, оснащенном инструментальными головками для резки и биговки. При этом для управления современными плоттерами (плоттеры, специализированные для индустрии упаковки, фирм Zünd, Lasercomb) используется набор команд языка HPGL (сокращение от Hewlett-Packard Graphics Language). Таким образом, становится актуальной задача конвертации данных из формата САПР в формат HPGL. Некоторые модели плоттеров, не просто специализирующиеся для применения в индустрии упаковки из картона, а именно предназначенные для изготовления опытного образца (макета) упаковки (например, модель Lasercomb HSP), поддерживают возможность непосредственного управления из САПР, а также возможность работы в сети [8, стр.39-41].

Также в составе специализированных CAD/CAM есть модули для автоматизации разработки штанцевальной оснастки. Основу подобных модулей составляют базы данных по штанцевальному оборудованию.

Модули разработки штанцевальной оснастки в соответствии с выбранными маркой и моделью штанцевальной машины выполняют функции:

·   автоматической расстановки арок в линейках;

·    расстановки перемычек в диалоговом режиме;

·    автоматического создания чертежа основания штанцформы (со всеми необходимыми отступами, отверстиями для крепежа, компенсационными ножами);

·    определения размеров, места расположения пружиняще-эжекторных элементов;

·    автоматического проектирования системы биговальных каналов контрштампа с выполнением чертежа;

·    автоматической подготовки чертежей оснастки для удаления отходов и разделения заготовок.

Максимальную автоматизацию подготовки линеек штанцформы обеспечивает применение автоматизированного комплекса оборудования, включающего в свой состав автоматические машины для нарезки, пробивки арок и гибки, максимальную автоматизацию подготовки пружиняще-эжекторных элементов штанцформы - устройства резки струей воды с числовым программным управлением (ЧПУ типа CNC - computer numerical control) [8, стр.44].

Структура автоматизированного комплекса и алгоритм автоматизированного процесса проектирования и производства упаковки из картона

Первым шагом в развития научно-методологических основ построения автоматизированных комплексов проектирования и производства упаковки из картона является разработка структуры автоматизированного комплекса. Основой автоматизированного комплекса проектирования и производства упаковки из картона должна стать специализированная CAD/CAM система.

Сформулируем набор требований, которым должна отвечать CAD/CAM система. Система должна иметь:

·   набор инструментов разработки чертежа развертки упаковки:

а)       инструменты выбора (прямое указание, рамка, пересекающиеся линии, палитра, примитив и др.);

б)       инструменты преобразования (растяжение, пересчет, масштабирование, вращение, зеркало, выравнивание, непропорциональное масштабирование, изменение направления и др.);

в)       ввод координат с клавиатуры;

г)       свободное геометрическое рисование;

д)       объектные привязки;

е)       сопряжения по касательной, скругления и скосы;

·   содержать библиотеки стандартов конструкций ECMA, FEFCO;

·   мощный аппарат параметризации (опции ручного и автоматического образмеривания);

·   специализированные функции обработки чертежа (удаление двойных линий);

·    поддерживать импорт данных форматов универсальных САПР (DXF);

·   поддерживать импорт данных форматов других специализированных САПР;

·    поддерживать импорт графических данных распространенных форматов (PDF - Adobe Acrobat, AI - Adobe Illustrator, EPS - Adobe Postscript);

·   набор инструментов обработки графики;

·   поддерживать работу со слоями;

·   поддерживать экспорт данных в формат HPGL;

·   содержать набор драйверов распространенных моделей оборудования;

·   содержать мастер раскладки, поддерживающий несколько алгоритмов раскладки (в том числе ручной раскладки);

·   содержать базу данных по штанцевальному оборудованию;

·   содержать базу данных по картону;

·   иметь функции:

а)       автоматической расстановки арок в линейках, расстановки перемычек в диалоговом режиме;

б)       автоматического создания чертежа основания штанцформы (со всеми необходимыми отступами, отверстиями для крепежа, компенсационными ножами);

в)       определения размеров, места расположения пружиняще-эжекторных элементов;

г)       автоматического проектирования системы биговальных каналов контрштампа с выполнением чертежа;

д)       автоматической подготовки чертежей оснастки для удаления отходов и разделения заготовок;

·   поддерживать экспорт данных в форматы CFF2, DDES2.

Перечисленным требованиям удовлетворяют программные продукты MarbaCAD, Impact, Artios, Elcede DieCAD. Сложная функциональность специализированных CAD/CAM систем обуславливает их высокую стоимость [8, стр. 45-46].

Общие сведения о системе AutoCAD

Система AutoCAD разработана американской фирмой Autodesk в начале 80-х годов и была первоначально ориентирована на существовавшие в то время персональные компьютеры (PC XT, PC AT без сопроцессора и т. п.). Уже эти, по нынешним меркам слабые версии вызвали интерес у конструкторов и чертежников, желавших автоматизировать свой труд хотя бы в части рисования на листе бумаги.

Большим преимуществом такого средства рисования является возможность формирования электронного архива чертежей. Каждый из созданных в системе AutoCAD чертежей легко редактируется, что позволяет быстро разрабатывать чертежи-аналоги по чертежам-прототипам. Для облегчения процесса выпуска чертежной документации можно разрабатывать "библиотеки стандартных элементов".