طراحان براي آزمايش طرح‌هاي خود نياز به ساخت مدل اوليه دارند. در گذشته از مدل‌هايي استفاده مي‌شد به روش دستي تهيه مي‌شدند. امروزه با توليد نرم‌افزارهاي مدلسازي نظير: Solid Work, Catia, Pro Engineering, MDT و نرم‌افزارهاي تحليل و آناليز مانند Ansys, Nastran و... ساخت مدل‌هاي دستي كاهش يافته است. بسياري از آزمون‌ها و تحليل‌ها بر روي مدل‌هاي شبيه‌سازي شده توسط رايانه انجام مي‌شود. از جمله اين آزمون‌ها تحليل تلرانس‌گذاري قطعات و مجموعه‌هاي مونتاژي مي‌باشد. تحليل و تطبيق تلرانس‌هاي قطعات يك مجموعه با روش «تحليل تغييرات ابعادي» انجام مي‌شود. در اين مقاله، تحليل تغييرات ابعادي و نرم‌افزارهاي آن معرفي و چگونگي استفاده از آن در صنعت خودرو، بيان مي‌شود.

توليدكنندگان براي كاهش هزينه‌هاي سربار و تحويل به موقع محصولات خود به بازار از طراحان و مهندسان مي‌خواهند كه در طراحي قطعات، انعطاف و سازگاري بيشتري ايجاد كنند تا ضمن بهينه‌سازي در ساخت، هزينه ضايعات محصول و توقف خط كاسته شود. طراحان نيز براي آنكه بتوانند اندازه‌ها و ابعاد قطعات يك مجموعه را با هم تطبيق دهند و آنها را به صورت جامعه و استاندارد در آورند به روش‌هاي مديريت ابعادي، نياز دارند.

براي انعطاف‌پذيري در ابعاد يك قطعه از تلرانس‌هاي ابعادي و هندسي استفاده مي‌شود. به‌كار بردن تلرانس‌ها بر روي يك قطعه براي توليد كاري بسيار آسان مي‌باشد اما وقتي مجموعه‌اي از قطعات با هم تركيب شوند آنگاه تمام تلرانس‌هايي كه بر روي هر يك از قطعات يك مجموعه به كار رفته، باعث تشكيل چندين معادله مي‌شود به‌طوري كه در مجموعه‌هاي بزرگ كه داراي قطعات زيادي مي‌باشند، حالت‌هاي تركيب زيادي را ايجاد مي‌كنند براي تطبيق تلرانس‌هاي قطعات يك مجموعه از تكنيك «تحليل تغييرات ابعادي (DVA)[1]» استفاده مي‌شود. در شكل (1) بدنه شبيه‌سازي شده يك خودرو در نرم‌افزار Catia نشان داده شده كه در آن تأثير تلرانس‌هاي مختلف قطعات بر روي يكديگر مورد بررسي است.

استفاده از تكنيك DVA توسط يك و يا گروهي از مهندسين كاري بسيار مشكل و طولاني مي‌باشد در نتيجه براي اين كار نرم‌افزارهايي توليد شده است كه حالت‌هاي مختلف تركيب قطعات يك مجموعه را تحت تلرانس‌هايشان در محيط مجازي اجرا كنند و با تمام علوم مهندسي تطبيق بدهند. همچنين لازم است تا اين تكنيك با سرعت زياد تمام حالت‌هاي ممكنه را پيش‌بيني و تحليل نموده، سپس مشكلات را مشخص و راه‌حل‌هاي ممكن را براي تطبيق بين قطعات مجموعه ارائه كند.

مديريت ابعادي[2]

مديريت ابعادي مجموعه‌اي از روش‌هاست كه براي اندازه‌ها و تلرانس‌هاي هندسي و ابعادي، استفاده مي‌شود. مديريت ابعادي، راهكاري مطمئن و مناسب به طراحان ارائه مي‌دهد تا بتوانند جانمايي و انطباق قطعات در مجموعه‌ها را انجام دهند. اجراي مديريت ابعادي، سهم تغييرات حاصل از تلرانس‌هاي هندسي و ابعادي هر يك از قطعات را در مجموعه نهايي مشخص مي‌كند. اين روش شامل يك شبيه‌ساز رايانه‌اي است كه به وسيله مديريت ابعادي، تلرانس‌ها را تحليل مي‌كند و ضمن بهبود كيفيت، قيمت‌ها را كاهش مي‌دهد، بنابراين تغييرات كنترل مي‌شوند و طراحي بسيار مطمئن و دقيقي انجام خواهد شد.

براي اجراي مديريت ابعادي بايد هفت مرحله مطابق با نمايه (چارت) زير اجرا شود.

شكل 1: مراحل هفت‌گانه اجراي مديريت ابعادي

تلرانس‌هاي ابعادي و هندسي (GD&T)[3]

ساختن يك قطعه صنعتي با دقت مطلق بسيار مشكل مي‌باشد زيرا در بعضي از موارد به جهت بالا رفتن هزينه، مقرون به صرفه نمي‌باشد. به همين دليل اندازه‌ها را با در نظر گرفتن تلرانس‌هاي معين و با توجه به نوع كاربرد و متناسب با نيازهاي آن ساخته مي‌شود. تلرانس‌هاي ابعادي نشانگر اختلاف اندازه طولي مجاز براي ساخت يك قطعه است.

در بعضي از مواقع در كارخانه كه مونتاژ قطعات انجام مي‌شود به قطعاتي برخورد مي‌كنيم كه از نظر ابعاد و تلرانس‌هاي اندازه، كاملاً سالم و مورد تأييد مي‌باشند. ليكن تحت هيچ شرايطي مونتاژ نمي‌شوند. در اين حالت از تلرانس‌هاي شكل و موقعيت استفاده مي‌شود، كه در اين صورت تلرانس‌هاي شكل و يا هندسي انحرافات شكلي يا هندسي قطعات را معرفي مي‌كند. به دليل اينكه قطعات صنعتي را نمي‌توان بدون خطاهاي هندسي توليد كرد، به همين دليل بايد نقشه قطعات را از لحاظ شكل و موقعيت تلرانس‌گذاري نمود.

استانداردهاي بين‌المللي تلرانس‌هاي شكل شامل اصول، نشانه، علامت‌گذاري روي نقشه‌هاي صنعتي در زمينه تلرانس‌هاي شكل، جهت، موقعيت و لنگي است كه در جدول (1) نمايش داده شده است.

جدول 1: تعدادي از علائم مهم كه در علامت‌گذاري هندسي استفاده مي‌شوند

معرفي روش تحليل تغييرات ابعادي[4]

DVA تحليل رايانه‌اي سه بعدي از تغييرات اندازه‌ها و تلرانس‌هاي ابعادي و هندسي هر يك از قطعات در يك مجموعه مونتاژ شده است. اين روش مي‌تواند ميزان اهميت هر يك از اندازه‌هاي اسمي و تغييرات ابعاد در قطعات مجموعه را تشخيص دهد و تأثيرات هر يك از تلرانس‌ها را در مجموعه نهايي تخمين بزند. DVA، دلايل تغييرات را مشخص مي‌كند. شكل 2، نمونه‌اي از تطبيق مجموعه قطعات و معرفي بهترين حد تلرانس‌هاي ابعادي را براي هر قطعه، نمايش مي‌دهد.

شكل 2: تطبيق قطعات مجموعه و معرفي بهترين حد تلرانس‌هاي ابعادي

تحليل تغييرات ابعادي مجموعه‌ها توسط نرم‌افزارهاي آماري سه بعدي نظير: DCS, Emtolmate, VIS, VSA، انجام مي‌شود. براي اين كار بايد مدل قطعات، خصوصيات، تلرانس‌هاي ابعادي و هندسي مورد نياز در محيط نرم‌افزار، شبيه‌سازي شود.

نرم‌افزارهاي اجرا كننده DVA، قابليت درك اجزاء هندسي مختلف، استراتژي‌هاي موقعيت‌دهي، فرايندهاي مونتاژ و تلرانس‌هاي ابعادي و هندسي را دارا هستند. با استفاده از همين قابليت‌ها مي‌توان تغييرات مجموعه را مشخص كرد.

طراح پس از نمايش تغييرات در مجموعه بايد از ميزان تأثير هر يك از تلرانس‌ها در تغييرات مجموعه، آگاه باشد. سهم هر يك از تلرانس‌هاي ابعادي قطعات، در تغييرات كلي مجموعه به صورت درصد مشخص شده است، بنابراين طراح، علت اصلي تغييرات در مجموعه را براحتي درك مي‌كند. اين تغييرات به صورت مصور نمايش داده شده‌اند و اين روش با بررسي تمام جوانب توليد محصول و مشخصات مورد نياز مشتريان وسايل نقليه، مقدار تغييرات ابعادي در مجموعه‌هاي مونتاژي را مشخص و در بعضي از موارد اهدافي جديد را ارائه مي‌كند. طراحان با ارزيابي و انتخاب اهداف معرفي شده توسط رايانه براي اصلاح و توليد محصول اقدام مي‌كنند.

نحوه استفاده از روش DVA

براي استفاده از روش DVA به نرم‌افزارهايي خاص، نياز است. بعضي از اين نرم‌افزارها امكان مدل‌سازي قطعات را در محيط خود دارند، اما برخي ديگر با نرم‌افزارهاي مدلسازي مانند Catia همراه مي‌باشند.

از نرم‌افزارهاي رايجي كه براي استفاده از DVA عرضه شده‌اند مي‌توان به GDM-3D, DCS-DFC, 3DCS CAA V5 Bassed, 3DCS اشاره كرد. هر يك از اين نرم‌افزارها و كاربرد آنها به اختصار، معرفي مي‌شوند.

3DCS: نرم‌افزاري براي شبيه‌سازي تلرانس‌هاي قطعات و مجموعه‌هاي مونتاژي است. اين نرم‌افزار مجموعه قطعات را تحت تأثير تغييرات مدل قرار مي‌دهد، بنابراين قدرت طراحي بسيار مطلوبي را در اختيار طراح مي‌گذارد.

3DCS CAA V5 Bassed: اين نرم‌افزار براي شبيه‌سازي تلرانس‌ها بر روي قطعات و مجموعه‌هاي مونتاژي، طراحي شده است و به صورت نرم‌افزار مكمل بر روي نرم‌افزار Catia نصب مي‌شود، بنابراين امكان اجراي دستورات خاص اين نرم‌افزار، در محيط نرم‌افزار Catia وجود دارد. نياز طراحان و مهندسان در اين نرم‌افزار، مدنظر بوده و قدرت پيش‌بيني اغلب تغييرات فرايند و قطعات، لحاظ شده است. شكل 3، شبيه‌سازي بدنه خودرو با استفاده از نرم‌افزار 3DCS CAA V5 Bassed در محيط Catia نمايش مي‌دهد.

GDM-3D (مديريت داده‌هاي گرافيكي): اطلاعات حساس مدل در اين نرم‌افزار به صورت مشخص، نمايش داده مي‌شوند. داده‌ها در اين نرم‌افزار، براحتي قابل تشخيص مي‌باشند. از ديگر توانايي‌هاي اين نرم‌افزار، قابليت كنترل كامل و حساس آن بر سطح مدل‌هايي است كه به وسيله سيستم‌هاي اندازه‌گيري مانند CMM بوجود مي‌آيند.

شكل 3: استفاده از نرم‌افزارهاي 3DCS در محيط Catia

DCS-DFC (داده‌هاي جريان خط توليد): اطلاعات، در اين نرم‌افزار به صورت نمايه‌اي گرافيكي نشان داده مي‌شوند. اين نمايه، رابطه بين قطعات مونتاژي، فيكسچرهاي مونتاژ قطعات، ابزار و تجهيزات را بر روي نماي گرافيكي مدل، توضيح مي‌دهد. اين نرم‌افزار، توانايي تحليل مسيرهاي يك بعدي بر روي سيستم مختصاتي Cartesian را دارد.

مزاياي روش DVA

1. روش DVA حركتي سريع به سوي كيفيت مطلوب، در محصولات ايجاد مي‌كند.
2. مقدار كنترل ابعادي قطعات را كاهش مي‌دهد.
3. محصول در حين طراحي، آزمايش مي‌شود، بنابراين تغييرات حين توليد و در نتيجه تغيير ابزارآلات توليدي مانند قالب‌ها و فيكسچرها، كاهش مي‌يابد.
4. هزينه بازرسي قطعات با طبقه‌بندي درجه اهميت هر يك از آنها در مجموعه، كاهش مي‌يابد.
5. با مدل‌سازي ديجيتالي و آزمون‌هاي رايانه‌اي به زمان و هزينه كمتري براي طراحي محصول نياز است.
6. كيفيت مجموعه‌هاي مونتاژ شده و همچنين روند مونتاژ مجموعه‌ها بهبود مي‌يابد.
7. با تحليل ريشه‌اي هر يك از عيوب از توليدكننده پشتيباني مي‌كنند.
8. موقعيت دهنده‌ها را براي مجموعه و قطعات مشخص مي‌كند.
9. با انتخاب نقاط و خصوصيات مهمي كه بايد اندازه‌گيري شوند هزينه بازرسي را كاهش مي‌دهد.
10. براي يافتن اهداف ابعادي درست، در قطعات مجموعه‌ها به هزينه زياد براي آزمون‌هاي مختلف نياز نيست.
11. طراحان با اين روش مي‌توانند طرح نهايي خود را بدون نياز به اندازه‌هاي ثابت، ارائه كنند.
12. نرم‌افزارهاي اين روش، قابليت ارتباط با نرم‌افزارهاي مدل‌سازي رايج مانند Catia را دارند.
13. سرعت بالا براي نمايش تغييرات انجام شده بر روي قطعات و مجموعه‌ها وجود دارد.

نتيجه‌گيري

مونتاژ قطعات صرفاً به صنايع توليد خودرو محدود نيست بلكه در تمامي صنايع از جمله توليد لوازم خانگي، توليد ماشين‌آلات صنعتي، صنايع هوايي و حتي صنايع توليد رايانه نيز به مونتاژ قطعات نياز است، بنابراين استفاده از تلرانس‌ها در تمامي طرح‌ها به الزام تبديل شده است. DVA، روش مناسب و مقرون به صرفه براي تمام صنايع است. با به‌كارگيري روش «تحليل تغييرات ابعادي» توسط خودروسازان كشور، روند طراحي و توليد خودرو، سرعت كمي و كيفي بيشتري مي‌يابد و زمينه‌هاي رقابت با خودروسازان مطرح جهان، فراهم خواهد شد.

منابع

1. مشهدي تقي، براتعلي، نقشه‌كشي صنعتي، انتشارات اتحاد، 1380

2. www.gtaintl.com

3. www.biwgruop.com

---

[1]. Dimensional Variation Analysis

[2]. Dimensional Management

[3]. Geometric Dimensioning & Tolerancing

[4]. Dimensional Variation Analysis

 

لينک مطلب  .:.     

نوشته شده توسط علی چمی در دوشنبه 1386/01/20 ساعت 21:3