L'integrazione tra NX CAD e Simcenter CAE riduce il tempo necessario a progettare e realizzare i prodotti di PM Bearings
Soluzioni adottate
- NX CAD
- NX CAM
- Simcenter 3D CAE
- Teamcenter PLM
Azienda
PM-Bearings è un’azienda indipendente a gestione familiare che si specializza nella progettazione e produzione di cuscinetti lineari, guide lineari e sistemi di posizionamento. La filosofia è essere sempre in anticipo dal punto di vista tecnologico e sviluppare prodotti che soddisfino le future esigenze.
Da secoli, l’umanità ha cercato di migliorare la mobilità delle persone e dei materiali riducendo l’attrito tra le parti in movimento. Gli artefici delle piramidi e di Stonehenge sono stati in grado di spostare strutture massicce posizionando sotto di esse rulli cilindrici di legno per ridurre il coefficiente di attrito e la forza necessaria per spostarle. Queste meraviglie del mondo sono state rese possibili da alcune delle prime applicazioni conosciute dei cuscinetti.
I cuscinetti moderni con piste e sfere furono documentati per la prima volta nel quindicesimo secolo da Leonardo da Vinci per il suo modello di elicottero. Da allora, il design, la mobilità e la precisione dei cuscinetti si sono sviluppati notevolmente in molti ambiti di applicazione.
Nelle industrie dei semiconduttori e dei dispositivi medici, la miniaturizzazione e l’aumento della complessità dei prodotti hanno rivoluzionato i sistemi di movimento e i loro componenti. La precisione e l’accuratezza dei sistemi di movimento dipendono fortemente dall’assemblaggio dei cuscinetti e da come vengono integrati nei sistemi. Precisie Metaal Bearings (PM-Bearings) è uno dei pochi produttori al mondo che forniscono cuscinetti lineari ad alta precisione.
Leader nei cuscinetti di precisione
PM-Bearings è specializzato nella progettazione e nella produzione di cuscinetti lineari ad alta precisione, sistemi di movimento e piattaforme di posizionamento, e fornisce le industrie di semiconduttori, dispositivi medici e utensili industriali di alta gamma. L’azienda è stata fondata nel 1966 come produttore di cuscinetti lineari e si è espansa per includere la progettazione, la produzione e l’assemblaggio di sistemi di posizionamento multi-asse su misura con completa integrazione meccatronica.
Situata nei Paesi Bassi a Dedemsvaart, l’azienda impiega 140 persone e fornisce clienti in tutto il mondo. I prodotti dell’azienda vanno dai cuscinetti molto piccoli (di 10 millimetri di lunghezza) fino a sistemi con impronte di 1,2 a 1,5 metri quadrati con lunghezze di corsa di un metro. Il portfolio comprende componenti di movimento lineare tra cui guide di precisione, tavole di posizionamento e stadi di cuscinetti.
PM-Bearings fa parte del gruppo PM, insieme ad altre aziende specializzate in lavorazioni ad alta tecnologia. La sua base clienti globale si estende dalla Silicon Valley a Shenzhen.
I clienti al centro
La diversità delle esigenze dei clienti presenta una serie di sfide per il produttore di cuscinetti di precisione. Queste includono richieste di personalizzazione (fino all’80 percento del design del sistema nella maggior parte dei casi), tempi brevi per il lancio sul mercato e precisione estrema (ad esempio, movimento fluido di due micron per metro). Inoltre, ci sono requisiti per dimensioni ridotte dei cuscinetti e materiali esotici, compresi materiali ceramici utilizzati in ambienti non magnetici o ad ultra alto vuoto. “Quando il cliente invia una specifica, spesso la scadenza è teoricamente ieri”, afferma Jan Willem Ridderinkhof, responsabile della ricerca e sviluppo (R&D) e dell’ingegneria presso PM-Bearings. “Modifiche semplici come spostare un foro possono essere implementate con poche operazioni. Ma sempre più spesso, i clienti arrivano con una specifica per un nuovo sistema completo. La tendenza nell’industria dei semiconduttori di rendere i chip sempre più piccoli complica anche il nostro lavoro.”
“Su una delle macchine di ispezione delle wafer con un sistema a 5 assi, avevamo una specifica per un tempo di stabilizzazione di 500 millisecondi e vibrazioni entro 50 nanometri” continua Ridderinkhof. “Tali requisiti di estrema precisione hanno forti impatti sul nostro modello di business. Stiamo passando da un fornitore di cuscinetti di precisione a un integratore di sistemi di movimento completamente integrati.”
Per mantenere un vantaggio competitivo, PM-Bearings sapeva che il controllo completo della realizzazione del prodotto, dalla progettazione alla consegna, era essenziale. Per questo motivo, l’azienda ha scelto un set completo di soluzioni dallo specialista della gestione del ciclo di vita del prodotto (PLM) Siemens Digital Industries Software. Queste includono il software NX per la progettazione assistita da computer (CAD), il software Simcenter per la previsione delle prestazioni, NX CAM per la produzione assistita da computer e il software Teamcenter per il PLM per garantire che tutti gli interessati utilizzino gli stessi dati e flussi di lavoro per prendere le decisioni corrette.
Realizzare idee con NX
Il cuscinetto di movimento lineare rotola o scorre? Il movimento scorrevole sarà puramente lineare o circolare? La forza motrice del motore di scorrimento è motorizzata o non motorizzata? Quale materiale – metallico o ceramico – è più adatto alle condizioni operative del cuscinetto? Walter Meijerink, ingegnere meccatronico presso PM-Bearings, prende decisioni informate ogni giorno mentre utilizza NX per progettare guide lineari e sistemi di posizionamento, tenendo conto delle specifiche per precisione, ripetibilità, carico e ambiente operativo. “Sono responsabile della trasformazione delle richieste dei clienti in disegni finali”, dice Meijerink.
“NX CAD mi aiuta a sviluppare rapidamente e efficientemente idee di progettazione.” Invece di classificare le parti con codici alfanumerici, la funzione di famiglia delle parti di Teamcenter consente a PM-Bearings di classificare le parti in base a criteri predefiniti. Aiuta a incorporare variazioni di parti consentite e a impartire metriche definite e standard di progettazione. Ad esempio, parti simili di lunghezze diverse possono essere raggruppate sotto una famiglia di parti. “La famiglia di parti è una funziona utilissima,” dice Meijerink. “Posso rapidamente assemblare diverse parti e questo risparmia molto tempo.” Il modello completo può essere facilmente condiviso con analisti di progettazione e ingegneri CAM, rendendo lo sviluppo del prodotto veloce e breve. “Un’altra caratteristica chiave di NX CAD che è importante per il mio lavoro è la capacità di leggere i dati di progettazione provenienti dai clienti che utilizzano piattaforme CAD diverse,” aggiunge Meijerink.
Accelerare le iterazioni dell’analisi
“La piattaforma integrata NX CAD e Simcenter 3D CAE ci aiuta ad accelerare i nostri compiti quotidiani,” dice Mathys te Wierik, ingegnere R&D presso PM-Bearings. “Una volta completati i progetti, devono essere analizzati per rigidezza e prestazioni. Simcenter eccelle in questo. Posso facilmente preparare la geometria per la simulazione; se necessario, introdurre semplificazioni geometriche come il midsurfacing, eseguire la mesh, inviare il compito al risolutore NX Nastran e analizzare i risultati calcolati.”
“Se necessario, posso effettuare modifiche alla geometria come lo spostamento delle costole di irrigidimento al volo, direttamente all’interno di Simcenter,” aggiunge te Wierik. “Poiché tutte le parti associate vengono aggiornate automaticamente, posso risolvere e confrontare le analisi, risparmiando molto tempo. Dopo alcune iterazioni di progettazione e analisi, il progetto convalidato viene inviato direttamente all’ingegnere CAM, senza esportare i dati in un formato diverso.” “Nel passato, abbiamo esternalizzato il calcolo degli elementi finiti,” dice te Wierik. “Ci sono volute due settimane per ottenere i risultati. Ora, con Simcenter, possiamo ottenere i risultati in pochi minuti o ore, a seconda della complessità dell’analisi. Questo accelera molte cose. Fare simulazioni in casa fornisce molte informazioni sul nostro prodotto.”
Precisione al nanometro
Con requisiti estremi per la precisione dimensionale e per minimizzare la magnitudine delle vibrazioni fino ai nanometri, PM-Bearings si trova di fronte a sfide di produzione uniche. L’accuratezza, che dipende fortemente dal processo di lavorazione, influisce sulle prestazioni ed estetica dei prodotti. Lavorare in modo efficiente su parti mobili precise a partire da progetti 3D richiede istruzioni di produzione esatte per le persone e le macchine sul piano di lavoro. NX CAM, con le sue capacità integrate di progettazione CAD, programmazione NC e simulazione di lavorazione, consente a PM-Bearings di definire un piano di produzione completo molto prima della prima esecuzione di produzione.
Kenny Prins, ingegnere di produzione assistita da computer (CAM) responsabile della pianificazione e del controllo della produzione presso PM-Bearings, sa per esperienza che per impostare completamente la produzione correttamente la prima volta, bisogna pianificarla digitalmente. “All’inizio, tutta la programmazione veniva eseguita sulla macchina,” dice Prins. “Per ogni modifica, dovevamo controllare e modificare l’intero programma, il che richiedeva molto tempo ed era incline agli errori. I tempi di fermo risultanti del personale del piano di lavoro e delle macchine ci costavano molto tempo e denaro.
“Ora, con NX CAM possiamo ridurre il tempo di programmazione fino all’80 percento utilizzando una replica digitale del pezzo, dell’utensile e della macchina, il che ci aiuta a rimanere competitivi.”
Come molte aziende manifatturiere, anche PM-Bearings ha bisogno di fresare, tornire e finire prodotti di alta qualità più velocemente, prolungando nel contempo la vita degli utensili. “Quando ricevo un modello per la produzione dal team di progettazione, mi assicuro prima che i nostri utensili e macchine possano gestire il lavoro,” spiega Prins. “Una rapida verifica delle operazioni nel software NX CAM mostra se la macchina fisica e l’utensile potrebbero avere problemi nel gestire la parte progettata. Questa è una funzionalità molto potente che ci aiuta a eliminare facilmente eventuali problemi di produzione all’inizio del processo di pianificazione. Quando identifichiamo un problema di realizzabilità, lavoriamo con il team di progettazione per modificare il design. I nostri team si affidano al software Teamcenter per la collaborazione e la condivisione dei dati. Utilizzando questo processo a ciclo chiuso, il cambiamento di progettazione si propaga automaticamente attraverso le fasi di analisi e pianificazione, fino alla produzione sul piano di lavoro.”
“Un’altra funzionalità che utilizzo quotidianamente sono le strategie di lavorazione flessibili in NX CAM,” continua Prins. “Non tutti i tagli di lavorazione sono uguali. La precisione della parte finale è direttamente legata allo stress indotto dalle operazioni di taglio. Le strategie di lavorazione sono diverse quando si fresano un grande blocco di metallo o parti piccole con uno spessore di cinque millimetri. Il software propone automaticamente un percorso utensile per rimuovere il materiale, ma ci offre anche flessibilità nell’utilizzare la nostra esperienza per regolare la strategia di lavorazione per ottenere i migliori risultati. Catturando e riutilizzando la nostra esperienza, applichiamo processi di lavorazione efficienti per ottenere una qualità eccellente delle parti mentre prolunghiamo la vita degli utensili.”
Precisione attraverso la digitalizzazione
“La condivisione dei modelli 3D e l’accesso alle ultime informazioni sono i maggiori punti di forza di Teamcenter,” afferma Ridderinkhof. “Il formato JT consente la visualizzazione dei modelli non solo per il team CAM, ma anche per il resto dell’azienda, compresi la pianificazione della produzione e il personale del piano di lavoro. Tutti traggono vantaggio dalla possibilità di vedere quei modelli, girarli, vedere i componenti nascosti e capire come è costruita la struttura; anche gli ingegneri dell’assemblaggio utilizzano queste informazioni.
Coinvolge tutti gli interessati, dalle vendite che mostrano i prodotti ai clienti, all’educazione interna del personale su come costruire le cose. Gli attributi associati agli elementi, come il nome del fornitore e il numero di parte, vengono utilizzati per generare automaticamente il distacco di materiali nel sistema ERP, estendendo il nostro processo di digitalizzazione del prodotto al reparto acquisti e riducendo eventuali errori umani.”
“Siamo impegnati a rimanere un’azienda di lavorazioni di precisione di alta qualità, quindi dobbiamo rimanere al passo con la concorrenza,” continua Ridderinkhof. “Al fine di continuare a fornire cuscinetti e guide di posizionamento più precisi, abbiamo digitalizzato l’intero processo di progettazione e produzione utilizzando le soluzioni software di Siemens Digital Industries. Più tempo trascorriamo con il software all’inizio del processo produttivo, migliore è il risultato che la nostra azienda produce. L’efficienza complessiva dell’azienda sta aumentando. Possiamo consegnare una gamma di cuscinetti in meno tempo eliminando fallimenti e migliorando la qualità, il che a sua volta migliora la nostra redditività.”
