Fachowa produkcja urządzeń: jak zaprojektować najwyższej jakości maszyny?

Projektowanie i budowa urządzeń energooszczędnych 

Urządzenia energooszczędne stały się nieodłączną częścią współczesnego świata, napędzane przez szereg czynników. Z jednej strony, coraz bardziej rygorystyczne normy prawne dotyczące zużycia energii obligują producentów do poszukiwania innowacyjnych rozwiązań. Z drugiej strony, rosnąca świadomość ekologiczna konsumentów oraz firm produkcyjnych sprawia, że urządzenia przyjazne dla środowiska są coraz bardziej pożądane. Dodatkowo, w obliczu rosnących kosztów energii elektrycznej, ograniczenie zużycia energii stało się kluczowym czynnikiem zwiększającym konkurencyjność firm. 

W tym kontekście, projektowanie urządzeń energooszczędnych z wykorzystaniem zaawansowanego oprogramowania CAD, takiego jak SOLIDWORKS, zyskuje na znaczeniu. Dzięki niemu inżynierowie mogą nie tylko tworzyć modele 3D urządzeń, ale także przeprowadzać symulacje, które pozwalają na optymalizację ich wydajności energetycznej. SOLIDWORKS umożliwia również zarządzanie całym cyklem życia produktu, od fazy projektowania po produkcję i serwis, co przekłada się na skrócenie czasu wprowadzania nowych urządzeń na rynek oraz redukcję kosztów produkcji. W rezultacie, przedsiębiorstwa wykorzystujące SOLIDWORKS do projektowania urządzeń energooszczędnych zyskują przewagę konkurencyjną, oferując klientom produkty bardziej wydajne, ekologiczne i ekonomiczne. 

Produkcja urządzeń energooszczędnych 

Wymogi prawne dotyczące efektywności energetycznej urządzeń gospodarstwa domowego, takie jak dyrektywa ErP (Energy related Products), zmusiły producentów do intensywnych badań nad nowymi technologiami. Oznaczenia klasy energetycznej stały się dla konsumentów jasnym sygnałem, które urządzenia są bardziej oszczędne. Konsekwencją tych zmian jest nieustanna rywalizacja producentów o stworzenie najefektywniejszych lodówek, pralek czy zmywarek. Nowoczesne urządzenia są wyposażane w szereg innowacyjnych rozwiązań, takich jak: 

• Inwerterowe sprężarki: zapewniają precyzyjną regulację mocy, co pozwala na znaczne ograniczenie zużycia energii. 

• Inteligentne systemy zarządzania energią: analizują nawyki użytkowników i dostosowują pracę urządzenia do rzeczywistych potrzeb, np. optymalizując cykle prania czy chłodzenia. 

• Energooszczędne oświetlenie LED: zastąpiło tradycyjne żarówki i świetlówki, znacząco redukując zużycie energii. 

• Izolacja termiczna: dzięki zastosowaniu wysokiej jakości materiałów izolacyjnych, urządzenia tracą mniej ciepła, co przekłada się na niższe zużycie energii. 

Produkcja urządzeń energooszczędnych w branży oświetleniowej 

Rozwój technologii LED spowodował prawdziwą rewolucję w branży oświetleniowej. Żarówki LED charakteryzują się znacznie dłuższą żywotnością, niż tradycyjne źródła światła, a jednocześnie zużywają znacznie mniej energii. Ponadto, diody LED umożliwiają tworzenie dowolnych kształtów i kolorów światła, co otwiera nowe możliwości w zakresie projektowania oświetlenia wnętrz. 

Oprócz samych źródeł światła, producenci oferują również coraz bardziej zaawansowane urządzenia do sterowania oświetleniem, które pozwalają na dostosowanie natężenia i barwy światła do indywidualnych potrzeb użytkowników. 

Urządzenia mobilne i komputery 

Wraz z rosnącą popularnością pracy zdalnej i mobilności, producenci urządzeń elektronicznych skupiają się na zwiększaniu ich wydajności energetycznej. Dzięki temu urządzenia mogą pracować dłużej na jednym ładowaniu, co jest szczególnie ważne dla użytkowników, którzy spędzają wiele czasu poza domem. Nowoczesne procesory, bardziej wydajne baterie i inteligentne systemy zarządzania energią pozwalają na znaczne ograniczenie zużycia energii przez smartfony, tablety i laptopy. Dzięki tym rozwiązaniom produkcja urządzeń elektronicznych staje się jednocześnie coraz bardziej złożonym wyzwaniem. 

Urządzenia domowe – małe AGD i elektronika 

Różne urządzenia domowe uprzyjemniające nam życie, takie jak telewizory, konsole do gier, ale też tostery, ekspresy do kawy czy mikrofalówki, to kolejne przykłady urządzeń, które stały się znacznie bardziej energooszczędne. Producenci stosują w nich podobne rozwiązania, co w przypadku urządzeń dużego AGD, takie jak energooszczędne podświetlenie, tryby oszczędzania energii i inteligentne systemy zarządzania. Produkcja urządzeń elektronicznych codziennego użytku to także takie wyzwania jak odporność na upadki, wodę i ogólna wysoka wytrzymałość i trwałość. 

E-mobilność 

Rozwój elektromobilności jest jednym z najważniejszych trendów w branży motoryzacyjnej. Projektowanie pojazdów elektrycznych wymaga zastosowania zaawansowanych technologii, które umożliwiają zwiększenie zasięgu i skrócenie czasu ładowania baterii. Oprogramowanie CAD, takie jak SOLIDWORKS, odgrywa kluczową rolę w tym procesie, umożliwiając inżynierom tworzenie lekkich i aerodynamicznych konstrukcji, które minimalizują opory powietrza i tym samym zwiększają efektywność energetyczną pojazdów. 

Urządzenia grzewcze 

W sektorze budowlanym obserwujemy coraz większy nacisk na stosowanie energooszczędnych rozwiązań. Pompy ciepła, kolektory słoneczne i inne odnawialne źródła energii pozwalają na zmniejszenie zużycia energii potrzebnej do ogrzewania i chłodzenia budynków. Nowe przepisy budowlane nakładają coraz bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące efektywności energetycznej budynków, co zmusza deweloperów do stosowania nowoczesnych technologii. 

Jak przebiega projektowanie urządzeń energooszczędnych w SOLIDWORKS? 

SOLIDWORKS, jako zaawansowane oprogramowanie CAD, oferuje inżynierom szeroki wachlarz narzędzi, które umożliwiają projektowanie urządzeń o wysokiej efektywności energetycznej oraz indywidualne podejście do projektu. Proces ten jest wielowymiarowy i obejmuje kilka kluczowych etapów: 

1. Modelowanie 3D: tworzenie szczegółowego, wirtualnego modelu urządzenia w środowisku 3D pozwala na wczesne wykrycie potencjalnych problemów konstrukcyjnych i optymalizację geometrii pod kątem minimalizacji strat energii. 
2. Symulacje: SOLIDWORKS oferuje zaawansowane narzędzia symulacyjne, które umożliwiają dokładne analizy zachowania urządzenia w różnych warunkach pracy. Dzięki nim można zidentyfikować obszary, w których występują największe straty energii i wprowadzić odpowiednie modyfikacje konstrukcyjne. 
3. Optymalizacja: na podstawie wyników symulacji inżynierowie mogą wprowadzać zmiany w projekcie, takie jak modyfikacja kształtu elementów, wybór materiałów o lepszych właściwościach cieplnych czy optymalizacja grubości ścianek. 
4. Weryfikacja: po wprowadzeniu zmian konstrukcyjnych konieczne jest ponowne przeprowadzenie symulacji, aby potwierdzić, że wprowadzone modyfikacje przyniosły oczekiwane rezultaty. 
5. Obróbka CNC: na podstawie projektu w jednym środowisku można zaplanować najbardziej optymalny proces obróbki skrawaniem, ograniczając zużycie materiałów. 
6. Produkcja odlewów: także sam proces odlewania jest szczegółowo planowany pod kątem jego optymalizacji już na etapie projektowym. 

Szczegółowe omówienie wybranych narzędzi SOLIDWORKS usprawniających projektowanie i produkcję urządzeń 

Symulacje przepływów w SOLIDWORKS Flow Simulation 

• Zastosowanie: analiza przepływu powietrza lub cieczy wewnątrz urządzenia wykonana w SOLIDWORKS Flow Simulation pozwala na identyfikację obszarów o zwiększonych oporach przepływu, co może prowadzić do strat energii. 

• Możliwości: symulacja przepływu laminarnego i turbulentnego; analiza strat ciśnienia, obliczenie współczynnika oporu aerodynamicznego lub hydrodynamicznego, optymalizacja kształtu elementów, takich jak kanały wentylacyjne czy rury. 

• Korzyści: zmniejszenie zużycia energii związanego z pompowaniem płynów, poprawa wydajności chłodzenia urządzeń elektronicznych; zwiększenie komfortu użytkowania poprzez redukcję hałasu generowanego przez przepływ powietrza. 

Analiza termiczna w SOLIDWORKS Simulation 

• Zastosowanie: identyfikacja obszarów o podwyższonych temperaturach przeprowadzona w SOLIDWORKS Simulation pozwala na zoptymalizowanie systemu chłodzenia i zmniejszenie strat energii związanych z rozpraszaniem ciepła. 

• Możliwości: symulacja przewodzenia, konwekcji i promieniowania ciepła, obliczenie rozkładu temperatur w urządzeniu, analiza wpływu różnych materiałów na rozprowadzanie ciepła. 

• Korzyści: zwiększenie niezawodności urządzenia poprzez zapobieganie przegrzaniu elementów, redukcja zużycia energii związanego z chłodzeniem, optymalizacja rozmieszczenia elementów grzejnych i chłodzących. 

Optymalizacja masy w SOLIDWORKS Topology Optimization 

• Zastosowanie: zmniejszenie masy urządzenia pozwala na zmniejszenie zużycia energii, zwłaszcza w przypadku urządzeń mobilnych. 

• Możliwości: automatyczne generowanie konstrukcji o minimalnej masie, przy zachowaniu wymaganej wytrzymałości; optymalizacja rozmieszczenia materiału w elemencie. 

• Korzyści: redukcja kosztów produkcji, zmniejszenie zużycia materiałów, poprawa wydajności energetycznej. 

Pomysł na automatyzację stanowiska pracy 

Produkcja maszyn zaczyna się od pomysłu, a jego ostateczny kształt zależy od środowiska, w którym ten pomysł może dojrzewać. Bezkompromisowo jest to najważniejszy etap całego przedsięwzięcia. Cyfryzacja przemysłu pozwala stworzyć takie środowisko, w którym inżynierowie mogą więcej energii poświęcić na testowanie i rozwijanie pomysłów, oszczędzając czas przeznaczany dotąd na powtarzalne czynności. 

Pomysł na automatyzację stanowiska pracy powinien być podyktowany nie ograniczeniem zaangażowania pracowników, ale wręcz przeciwnie – zwiększenia ich zaangażowania i możliwości współpracy w elastycznych i rozproszonych zespołach. 

Produkcja urządzeń prototypowych i przeprowadzenie testów 

Produkcja urządzeń prototypowych i przeprowadzenie testów to ważny etap w tworzeniu nowych urządzeń energooszczędnych. Od ilości przeprowadzonych testów zależy stopień, w jakim zostaną wyeliminowane błędy, trudności produkcyjne, ryzyka i słabości projektu. 

Wspomniane wyżej możliwości SOLIDWORKS w zakresie testowania projektów urządzeń sprawiają, że zamiast paru testów przeprowadzanych w tradycyjnym modelu, możemy mniejszym kosztem przeprowadzić tych testów praktycznie nieograniczoną ilość. 

Obróbka skrawaniem CNC 

Każdy renomowany producent maszyn przemysłowych posiada bogate doświadczenie w tworzeniu dedykowanych rozwiązań, które wykonuje na potrzeby zróżnicowanych branż. Zna swojego klienta, zna cały proces produkcyjny. Przejście w kierunku rozwiązań, które pozwalają tę profesjonalną wiedzę i doświadczenie w pełni wykorzystać, jest naturalnym kolejnym etapem rozwoju firmy. 

Na przykład programowanie obróbki skrawaniem w SOLIDWORKS CAM nie jest już w żadnym stopniu osobnym procesem, lecz ściśle wiąże się z procesem projektowym. Dla produkcji maszyn przemysłowych, które mają być także energooszczędne, takie holistyczne przygotowanie do ich wdrożenia ma ogromne znaczenie. 

Okiem inwestora – czas oczekiwania i koszty produkcji 

Jakie są koszty produkcji urządzenia i maszyny? 

Czas realizacji podczas budowy maszyn i urządzeń zależy obecnie w dużej mierze od poziomu zaawansowania systemu sterowania, w jaki powinna być wyposażona, a co za tym idzie zastosowanej elektroniki. Poziom zaawansowania wpływa na wydłużony czas projektowania maszyny oraz powiązane z tym wykorzystanie bardziej zaawansowanej aparatury elektrycznej, która charakteryzuje się słabą dostępnością. Najczęściej nowe urządzenia mogą zejść z taśmy produkcyjnej w terminie od 3-6 miesięcy od powstania pomysłu na nie. Ten czas można skrócić w fazie projektowej, gdy konstrukcja urządzenia oraz niezbędne schematy elektryczne projektowane są w jednym środowisku, z wykorzystaniem SOLIDWORKS Electrical. 

Optymalizacja Procesu Produkcyjnego 

Optymalizacja procesu produkcyjnego jest kluczowa dla zapewnienia efektywności i wydajności produkcji. Istotna jest współpraca z klientami, aby zrozumieć ich potrzeby i dostosować proces produkcyjny do ich wymagań. Ta współpraca jest bardziej efektywna dzięki SOLIDWORKS Visualize, w którym to module w sposób realistyczny można przedstawić produkt będący jeszcze w fazie projektowej. 

W dłuższej perspektywie czasu kluczowe staje się zarządzanie cyklem życia produktu (PLM), które jest także możliwe bezpośrednio w SOLIDWORKS, bez zakupu dodatkowego oprogramowania, dzięki zawartemu w licencji dostępowi do platformy 3DEXPERIENCE. 

Wdrożenie nowych technologii w produkcji urządzeń i maszyn przemysłowych – podsumowanie 

Wdrożenie nowych technologii w produkcji maszyn jest kluczowe dla zapewnienia konkurencyjności i innowacyjności. Produkcja maszyn przemysłowych, przewidywalne i zoptymalizowane koszty na każdym etapie produkcji, uruchomienie maszyny poprzedzone symulacją jej pracy i zbieżność danych uzyskanych z symulacji z realnym działaniem gotowego urządzenia, oraz finalnie energooszczędny charakter produktu – to wszystko są wymogi, które łatwiej spełnić w środowisku SOLIDWORKS. Jedną z optymalizacji kosztowych jest zakup samego oprogramowania z wykorzystaniem dotacji na cyfryzację.