3DEXPERIENCE PLM e settore automobilistico

Molte aziende nei settori automobilistico e aerospaziale utilizzano 3DEXPERIENCE come piattaforma PLM (Product Lifecycle Management).

Nei settori industriali in rapida evoluzione di oggi, le aziende necessitano di strumenti che vadano oltre il semplice software di progettazione. Dassault Systèmes ha sviluppato una suite completa di soluzioni che aiuta i team a semplificare la progettazione, l'ingegneria, la produzione, la simulazione e la collaborazione in settori come l'automotive, l'aerospaziale, i macchinari industriali e i beni di consumo.

Al centro di questo ecosistema si trova la 3DEXPERIENCE piattaforma, che integra tutti i prodotti di punta di Dassault in un ambiente unificato.

Grazie a questa piattaforma, i team lavorano partendo da un'unica fonte di verità, collegando i flussi di lavoro di progettazione, ingegneria e produzione, gestendo al contempo i dati e prendendo decisioni collaborative in tempo reale.

Figura 1: Immagine generata dall'intelligenza artificiale creata con Microsoft Copilot che mostra una rappresentazione artistica di parti e strumenti nel contorno di un'auto.

Diamo un'occhiata più da vicino ai prodotti chiave che compongono questa potente suite:

• CATIA – Software CAD leader per la progettazione e la modellazione 3D.
• DELMIA – Soluzione digitale per la pianificazione della produzione e delle operazioni.
• ENOVIA – Piattaforma PLM per la collaborazione, la gestione dei dati e la governance dei processi.
• SIMULIA – Suite di simulazione avanzata per la previsione realistica del comportamento del prodotto.
• SOLIDWORKS – CAD 3D intuitivo per la progettazione meccanica, pensato per i team di ingegneria di medie dimensioni.

Insieme, queste soluzioni, se integrate con 3DEXPERIENCE, consentono alle aziende di accelerare l'innovazione, ridurre gli errori e ottimizzare i flussi di lavoro, consegnando i prodotti in modo più rapido ed efficiente che mai.

Figura 2: Immagine creata utilizzando Microsoft PowerPoint con riferimento ai marchi Dassault Systems.

Coppia di serraggio nella produzione automobilistica

Quando si tratta di assemblare veicoli, la coppia non è solo un numero, è una forza critica che mantiene tutto ben saldo, sicuro e pronto per la strada.

In termini semplici, la coppia misura la forza che gli ingegneri applicano a bulloni, viti e altri elementi di fissaggio per generare la pressione di serraggio necessaria per garantire sicurezza, affidabilità e integrità strutturale negli assemblaggi meccanici. Diversi fattori, come i componenti da unire, le dimensioni, la quantità, il materiale e la lubrificazione dei bulloni, influenzano i valori di coppia. Gli ingegneri in genere misurano la coppia in piedi-libbre (ft-lb) o Newton-metri (Nm) e la applicano utilizzando un avvitatore o una chiave dinamometrica manuale nella produzione industriale.

Coppia = Forza × Lunghezza

Forza 20 N × leva 1 m. Coppia = 20 × 1 = 20 Nm

Forza 10 N × leva 2 m. Coppia = 10 × 2 = 20 Nm

Figura 3: Immagine generata dall'intelligenza artificiale creata con Microsoft Copilot che mostra la relazione tra forza, distanza e coppia.

Quando si tratta di serrare i bulloni, la maggior parte delle persone dà per scontato che l'uso di una chiave dinamometrica garantisca una tenuta perfetta. Basta impostare la chiave, tirare fino a sentire un clic e il gioco è fatto, giusto? Non sempre.

In realtà, i valori di coppia possono variare significativamente, anche tra due elementi di fissaggio "identici". Fattori come il tipo di elemento di fissaggio, i materiali sia del bullone che del componente in cui si avvita, la pulizia della filettatura e la lubrificazione (incluso il tipo specifico di lubrificante utilizzato) possono causare fluttuazioni notevoli dei valori di coppia (ad esempio dal 20 al 35%), anche utilizzando la stessa chiave dinamometrica. Per gestire con precisione questi scenari, l'industria segue due strategie di coppia.

Coppia target

Non tutti i bulloni di un veicolo richiedono una precisione chirurgica. Infatti, molti elementi di fissaggio, come i bulloni delle ruote, i bulloni della pompa dell'acqua e innumerevoli altri, sono progettati tenendo conto di un certo grado di tolleranza. Il loro compito è quello di essere sufficientemente serrati da tenere insieme i componenti, ma non così stretti da causare danni. Questa è chiamata "coppia target".

Coppia target + angolo

Quando gli ingegneri lavorano con bulloni a coppia di snervamento (TTY), come i bulloni della testata del motore o delle sospensioni, non si limitano a serrarli; li allungano. Questi bulloni entrano in uno stato elastico, fornendo una forza di serraggio costante su tutti i componenti critici. Gli ingegneri applicano innanzitutto una coppia preimpostata utilizzando una chiave dinamometrica standard, portando il bullone vicino al suo punto di snervamento, appena prima che inizi ad allungarsi. Quindi, utilizzano un misuratore di coppia angolare per ruotare il bullone di un numero specifico di gradi, in genere di 90° o fino a 360°, spingendolo oltre la soglia di snervamento e inducendo un allungamento controllato. Questo processo garantisce un precarico costante senza misurare direttamente l'allungamento del bullone ed è noto come strategia "Coppia + Angolo Target".

Coppia residua: alla fine della linea di produzione, un ultimo passaggio gioca un ruolo chiave nel garantire la qualità del prodotto: il controllo della coppia residua. Le strategie di serraggio confermano che un giunto soddisfa le specifiche, ma solo la coppia residua ci dice quanto precarico applicato rimane effettivamente all'interno del giunto.

Due strategie principali per misurare la coppia residua:

• Metodo Breakaway: l'approccio più comune. Una chiave dinamometrica digitale aggiunge coppia finché la vite non inizia a muoversi, registrando il valore di coppia in quell'istante.
• Metodo di allentamento e serraggio: ideale quando c'è il rischio di serrare eccessivamente o quando si ha a che fare con viti di grandi dimensioni. Il giunto viene leggermente allentato, quindi serrato nuovamente e la coppia viene misurata mentre ritorna alla posizione originale.

Strumenti più intelligenti per test più intelligenti

In passato, gli operatori si affidavano ai marcatori per tracciare la posizione delle viti durante i test manuali. Oggi, le chiavi dinamometriche digitali con giroscopio integrato rendono il processo più rapido, sicuro e semplice.

In pratica, la sequenza per assemblare un motore è la seguente:

1. Serrare secondo le specifiche con una chiave standard
2. Far girare brevemente il motore per riscaldare i componenti
3. Lasciare raffreddare il motore e poi serrare nuovamente
4. Applicare l'angolo finale utilizzando un misuratore di coppia angolare.
5. Misurare la coppia residua. Assicurarsi che gli standard di qualità siano rispettati.

Figura 4: Immagine generata dall'intelligenza artificiale creata con Microsoft Copilot che mostra un misuratore di coppia angolare

Questa combinazione di coppia e angolo garantisce precisione dove più conta.

Tenete presente che, sebbene i bulloni non elastici possano sembrare l'opzione più semplice per i bulloni del motore, comportano un lavoro aggiuntivo. Poiché non si flettono sotto carico, richiedono un nuovo serraggio dopo diversi cicli di riscaldamento/raffreddamento. Nel tempo, potrebbe essere necessario serrarli nuovamente, in genere ogni 30.000-70.000 miglia, a seconda dell'applicazione. I bulloni elastici, d'altra parte, sono progettati per allungarsi leggermente quando vengono serrati. Questo allungamento controllato consente loro di fornire una pressione di serraggio costante e uniforme, riducendo la necessità di ripetute regolazioni. Una volta installati correttamente secondo le specifiche del produttore, in genere non è necessario toccarli di nuovo. Si noti che i bulloni elastici non possono essere riutilizzati poiché i bulloni usati hanno già superato la soglia di snervamento e non fornirebbero le stesse prestazioni di serraggio di un bullone nuovo.

Come gestiamo il flusso di lavoro Torque in PLM/3DEXPERIENCE?

Una personalizzata 3DEXPERIENCE soluzione affronta queste complessità consentendo agli ingegneri di definire i requisiti di coppia in CATIA, collegandoli direttamente a parti e assiemi specifici nella distinta base di progettazione (EBOM). Queste specifiche vengono automaticamente propagate alla distinta base di produzione (MBOM) e alla distinta di processo (BOP) in DELMIA.

Da lì, le informazioni sulla coppia di serraggio fluiscono senza soluzione di continuità dal PLM a un MES (Manufacturing Execution System). Il MES esegue la produzione in fabbrica sulla base della distinta base, DELMIA/3DEXPERIENCE delle istruzioni di lavoro (passaggi dettagliati per l'assemblaggio dei componenti) e delle informazioni sugli ordini, garantendo un'applicazione accurata della coppia di serraggio, la tracciabilità e un'efficiente gestione della produzione.

Se non hai familiarità con il concetto di Bill of Process, esso definisce la sequenza delle operazioni di produzione, insieme alle risorse, agli strumenti e alle istruzioni di lavoro necessari per realizzare un prodotto in fabbrica.

Attributi/proprietà minimi per il funzionamento della definizione di coppia

• ID giunto: identificatore univoco utilizzato dall'ingegneria di progettazione per tracciare istanze di giunti specifici. L'ID giunto viene creato automaticamente dal sistema quando l'assieme padre viene promosso a Congelato o Rilasciato.
• Caratteristica del giunto – È possibile specificare le caratteristiche di progettazione dei giunti e le possibili opzioni includono Significativo, Critico, E Non critico.
  • Critico – Funzionalità essenziale; la sua assenza o il suo malfunzionamento bloccano le operazioni aziendali o di sistema fondamentali.
  • Significativo – Funzionalità importante; influisce sull'efficienza o sulla qualità ma non blocca le operazioni principali.
  • Non critico – Funzionalità opzionale; aggiunge valore o comodità, ma ha un impatto minimo se non disponibile.
• Strategia di coppia
  • Coppia di serraggio: la coppia di serraggio specificata, insieme alla relativa tolleranza, verrà applicata al dispositivo di fissaggio durante il processo di assemblaggio del veicolo.
  • Coppia e angolo target: durante il processo di assemblaggio del veicolo, al dispositivo di fissaggio verrà applicata una strategia di coppia che comprende coppia target, tolleranza di coppia, angolo target e tolleranza angolare.

Quali sono gli attributi specifici della coppia?

• Coppia target (N·m): il valore di coppia specificato da applicare.
• Tolleranza di coppia (N·m ±): Intervallo accettabile al di sopra o al di sotto della coppia target.
• Angolo target (°): l'angolo di serraggio specificato dopo aver raggiunto la coppia.
• Tolleranza angolare (° ±): la variazione consentita nell'angolo di serraggio.
• Coppia residua massima (N·m): la coppia massima misurata durante la verifica.
• Coppia residua min (N·m): la coppia minima misurata durante la verifica.

Come viene gestito in 3DEXPERIENCE?

Comprensione dei riferimenti rispetto alle istanze nella progettazione del prodotto

Nella gestione del ciclo di vita del prodotto (PLM), è fondamentale distinguere tra un riferimento e un'istanza quando si ha a che fare con parti e assiemi. Un riferimento è la definizione principale di una parte : contiene il codice articolo, la descrizione, il materiale e il progetto generale. Si può pensare a esso come all'essenza stessa della parte. Un'istanza si verifica quando quella parte viene utilizzata in un assieme o in una distinta base (BOM). Definisce come e dove la parte viene utilizzata, inclusi dettagli come la posizione o l'orientamento. I valori di coppia sono specifici per l'istanza/l'utilizzo del dispositivo di fissaggio. In 3DEXPERIENCE, gli assiemi (BOM) possono essere strutturati in una gerarchia padre-figlio a singolo o multilivello a seconda della complessità della distinta base.

Ad esempio: uno specifico tipo di bullone può essere utilizzato centinaia di volte in un prodotto complesso.

• Il disegno del bullone è il riferimento ed esiste una sola volta.
• Ogni utilizzo del bullone nel prodotto è un esempio.

Figura 5: Immagine creata utilizzando Microsoft PowerPoint che mostra EBOM e la relazione con le istanze di Fastener.

In 3DExperience ogni istanza ha un "ID relazione/istanza univoco". Questi ID relazione possono contenere attributi di istanza. Ciascuno degli "ID istanza univoci" (ID relazione) contiene gli attributi Torque. Gli attributi sugli "ID istanza univoci" (ID relazione) vengono configurati utilizzando l'applicazione "Personalizzazione del modello dati" 3DExperience .

Figura 6: Immagine creata utilizzando Microsoft PowerPoint che mostra le istanze di Fastener e gli attributi associati.

Dove posso vederlo in 3DExperience?

Gli attributi di istanza vengono visualizzati nella scheda "Istanza" nella vista Proprietà parte di 3DExperience . Si tenga presente che il layout di visualizzazione degli attributi è controllato tramite le configurazioni di layout degli attributi 3DExperience .

Figura 7: 3DExperience della parte dell'istanza che mostra i campi degli attributi Torque personalizzati.

Configurazione e Automazioni

In 3DEXPERIENCE, le configurazioni e le automazioni sfruttano le impostazioni EKL (Enterprise Knowledge Language), JPO (Java Program Object) e OOTB (Out of the Box) per generare automaticamente ID giunto in base a condizioni definite, propagare i valori di coppia tra le revisioni e gestire la modificabilità dei campi di coppia.

Linguaggi di programmazione coinvolti

• EKL (Linguaggio di conoscenza aziendale)
• Configurazione OOTB (Out of the Box)
• JPO (Java Program Object) e API OOTB (Application Programming Interface)

Come fluiscono i dati di coppia da EBOMa MBOM a BOPaMES?

DELMIA PPR = la spina dorsale digitale della produzione in 3DEXPERIENCE, che collega Prodotto (cosa costruire), Processo (come costruire) e Risorse (con cosa costruire, gli strumenti, le attrezzature e persino le persone impiegate nel processo di produzione).

Figura 8: Immagine tratta dalla struttura dati Prodotto-Processo-Risorse di Produzione di Dassault Systèmes.

Mantenimento della tracciabilità EBOM–MBOM–BOP in 3DEXPERIENCE/DELMIA

Mantenere la tracciabilità tra i dati di progettazione e di produzione è fondamentale per la corretta gestione del 3DExperience modello dati 3DExperience gestisce la tracciabilità e i collegamenti tra EBOM, MBOM e BOP utilizzando i di Scope Link e Implemented Link . Per assegnare i componenti EBOM a MBOM, è necessario innanzitutto stabilire un collegamento di ambito tra EBOM e MBOM. Una volta stabilito lo Scope Link, è possibile assegnare i componenti a MBOM. Queste di componenti vengono gestite tramite gli "Implemented Link".

Collegamento all'ambito: creazione della fondazione

"Scope Link" indica al sistema: questa è la EBOM di origine utilizzata per creare la MBOM. Allo stesso modo, quando si lavora con la Bill of Process (BOP), è necessario definire l'ambito della MBOM con la BOP. Questa azione definisce la MBOM come origine che crea le assegnazioni delle parti della BOP.

Collegamento implementato: Assegnazione delle parti

Una volta stabilito il collegamento Scope, i collegamenti implementati vengono utilizzati per assegnare le parti EBOM a MBOM. Esiste una connessione uno a uno tra l'istanza e la parte MBOM. Queste connessioni vengono realizzate tramite un "collegamento implementato". Analogamente, la BOP manterrà i collegamenti implementati con le parti MBOM associate.

Sfruttando Scope Link e Implemented Link, 3DEXPERIENCE/DELMIA fornisce un framework solido per la gestione dei dati di prodotto durante tutto il loro ciclo di vita. Sia Scope Link che Implemented Link sono attraversabili tramite le API 3DExperience .

Figura 9: Definizioni di “Scope Link” e “Implemented Link”.

Figura 10: Struttura PPR che mostra i collegamenti di ambito.

Comprensione dei collegamenti di ambito e dei collegamenti implementati in 3DEXPERIENCE

Figura 11: EBOM MBOM e BOP con ambito e collegamenti implementati.

Flusso di dati end-to-end

Gli ingegneri utilizzano i sistemi di esecuzione della produzione (MES) per gestire e monitorare digitalmente l'intero processo di produzione, ottenendo visibilità e controllo in tempo reale sullo stabilimento per migliorare qualità, efficienza e conformità.

Ecco come MES sfrutta questi dati per garantire qualità e conformità:

• Istruzioni di lavoro: fornisce agli operatori valori di coppia e sequenze di serraggio esatti.
• Controllo del processo: verifica automaticamente che gli utensili di coppia soddisfino i parametri specificati.
• Acquisizione dati: registra i valori di coppia effettivi durante l'assemblaggio per la tracciabilità e gli audit.
• Avvisi e feedback: rileva l'applicazione di una coppia di serraggio errata e attiva azioni correttive.

Ora che disponiamo dei dati di coppia di serraggio ingegneristici, creati nella distinta base dei materiali (EBOM) e collegati alla parte corrispondente della distinta base dei materiali (MBOM) e alle operazioni della distinta base dei componenti (BOP), questi dati devono essere trasferiti al sistema MES per fornire le informazioni necessarie all'assemblaggio del prodotto (veicolo). Questo flusso di dati viene realizzato tramite un'integrazione tra PLM e MES. Il processo di integrazione trasferisce tutti i dati necessari relativi a distinta base, distinta base dei componenti (BOP) e coppia di serraggio direttamente al MES. È importante ricordare che l'ambito dell'integrazione varia a seconda delle esigenze specifiche di ciascuna azienda.

Figura 12: Immagine tratta dalla struttura dati prodotto-processo-risorsa di Dassault Systèmes Manufacturing che mostra il flusso di dati di integrazione con ERP e MES.

Come si realizza l'integrazione?

3DExperience supporta una solida connettività di integrazione tramite API RESTful e messaggistica basata sugli eventi. Le integrazioni bidirezionali consentono uno scambio di dati fluido tra PLM, ERP (Enterprise Resource Planning), ad esempio SAP, e MES, garantendo la completa continuità e tracciabilità del flusso di lavoro. Di seguito è illustrata l'architettura di integrazione di 3DExperience .

Figura 13: Immagine tratta da Dassault Systemes Openness Technical Architecture che mostra l'architettura di integrazione 3DEXPERIENCE.

Riepilogo:
Questo articolo spiega come 3DEXPERIENCE PLM e DELMIA consentano la gestione end-to-end della coppia nella produzione automobilistica. Illustra le strategie di coppia, gli attributi chiave e il flusso continuo di dati dalla distinta base (EBOM) al MES, garantendo tracciabilità, controllo di processo e integrazione in tempo reale tra sistemi PLM, ERP e MES. Spero che questo articolo vi aiuti a risolvere le complessità della coppia nel mondo PLM.

Glossario dei termini

• PLM – Gestione del ciclo di vita del prodotto
• EBOM – Distinta base di ingegneria
• MBOM – Distinta base di produzione
• BOP – Bill of Process
• ERP – Pianificazione delle risorse aziendali
• MES – Sistema di esecuzione della produzione
• PPR – Prodotto, Processo, Risorsa (terminologiaDELMIA )
• Servizio Web RESTful – Servizio Web di trasferimento dello stato rappresentativo; un'architettura di servizio Web che utilizza metodi HTTP standard per la comunicazione

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Sijil Augustine

PLM 3DEXPERIENCE Product Owner presso un'azienda leader nel settore automobilistico in California, USA.

Sijil è un esperto PLM con oltre 18 anni di esperienza, specializzato in implementazione, personalizzazione, aggiornamenti, migrazione dei dati e integrazione di applicazioni aziendali multipiattaforma. La sua esperienza spazia nei settori automobilistico, medicale e petrolifero e del gas. Attualmente, ricopre il ruolo di Product Owner PLM 3DEXPERIENCE presso un'azienda leader nel settore automobilistico in California, USA.

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