Публикуем статью от частного конструкторского бюро Volkov-KB. Реверс-инжиниринг против традиционного проектирования, модели для парка аттракционов и рабочие сценарии использования КОМПАС-3D — обо всем этом в тексте.

Рынок конструкторских услуг в России

Фриланс и субподряд в области инженерии получил широкое распространение в последние годы. Дефицит кадров на рынке труда привел к ситуации, когда у производственных компаний не хватает ресурсов в собственных конструкторских бюро для реализации новых амбициозных проектов. Внештатные подрядчики — это один из способов расширения производственной емкости. В этой статье мы расскажем о том, как работает частное конструкторское бюро Volkov-KB в отрыве от конкретных производств и почему такое вообще стало возможным.

Какие проекты попадают на аутсорсинг?

Ответ прост: всё, что может крутиться, вертеться и функционировать, а иногда и то, что до этого явно не было способно. Если ознакомиться с официальным сайтом компании, то можно увидеть, что Volkov-KB берет на субподряд не только простейшие задачи, вроде разработки чертежа детали по образцу, но и огромные проекты по оснащению театральных сцен, ремонту гидрогенераторов или реверс-инжинирингу упаковочного оборудования.

Основатель Volkov-KB Николай Волков:
«За последние несколько лет работы мы получили сотни абсолютно разных запросов: от машинки для сворачивания фильтровальной бумаги в трубочки до разработки проекта городского монорельса. Водные велосипеды, пневмопочта, конструкции для защиты от дронов, металлорежущие станки, геокупола для глэмпингов, приспособления для глубоководных работ - чего только не повидал наш отдел продаж. Конечно, не все задачи мы берём в работу. Изобретательская деятельность связана с высоким риском, который многие заказчики брать не готовы. “Вы же профессионалы”, — как они говорят. “Значит у вас всё должно получится с первого раза и чтобы дешевле чем у Китайцев”. Обычно мы отдаем приоритет проектам, где нужно скопировать уже существующую деталь или машину. Но бывают и эксклюзивные проекты. Так мы уже получили опыт разработки водного велосипеда, кухонной бытовой техники и медицинского оборудования».

CAD-системы: учимся, приспосабливаемся, побеждаем

Разработка машиностроительных чертежей в России производится в широком диапазоне различных CAD систем. Ситуация осложняется тем, что разные предприятия работают не просто в разных CAD системах, но и в разных по году выпуска версиях. Для успешного позиционирования на рынке конструкторам Volkov-KB действительно приходится быть «универсальными солдатами» и владеть несколькими CAD системами. Кто-то умеет работать только в двух, а есть ребята, которые одинаково хорошо освоили 4 или 5 CAD систем. Конечно, КОМПАС-3D — одна из самых популярных и понятных CAD систем для разработки чертежей по ЕСКД в России.

Чтобы корректно применять все многообразие инженерных программ, в корпоративном справочнике Volkov-KB есть оригинальные руководства на каждую. В нём описаны ответы на всевозможные вопросы: какие названия файлов и деталей использовать, по каким папкам раскладывать, кого вписывать в штамп чертежа, какие инструменты моделирования применять можно, а какие не стоит, какой крепёж использовать предпочтительнее, где брать допуски и шероховатости на шпоночные пазы, расточки под подшипники и манжеты, какими цветами маркировать те или иные поверхности и т.д. Это обеспечивает единый подход внутри компании к разработке. А при сдаче готовой конструкторской документации у заказчиков создается впечатление, что чертежи делал единый слаженный коллектив.

Кроме обучения конструкторов работе с CAD системой, важным аспектом создания единой рабочей среды является формирование настроек под каждую систему и обновление этих настроек с выходом новых версий. С КОМПАС-3D в этом плане всё просто — можно оформлять КД сразу после его установки на компьютер. А вот с зарубежными системами, особенно по началу, были сложности: форматки, стандартные изделия, обозначения сварки, спецификации — всё это приходилось собирать из кусочков от сотрудников, заказчиков, из интернета.

Главный конструктор Роберт Валиев:
«Лишь в 40% случаев наши заказчики сами назначают CAD систему, в которой хотят получить готовые 3D модели и чертежи. В остальных случаях выбор остаётся за нами. Как правило, мы предпочитаем использовать SolidWorks для небольших проектов и КОМПАС для крупных изделий. Это в первую очередь связано с тем, что последние версии Компас стали очень хорошо “переваривать” сборки с большим количество компонентов».

Хранение данных

PDM системой сейчас мало кого удивишь. Но ввиду того, что многие конструкторы работают удаленно, а офис компании не находится в собственности и потенциально может сгореть, закрыться или переехать, то было принято решение разместить сервер на облачных мощностях Яндекс.Cloud. Это позволяет иметь к нему доступ из любой точки мира, создавать резервные копии по расписанию и добавлять дисковое пространство в несколько кликов прямо из веб-браузера.

Реверс-инжиниринг

Разработка КД на запасные части от машин и механизмов сейчас занимает первое место по количеству запросов, поступающих в наше конструкторское бюро. Детали «выкатывают» целыми паллетами. При этом конструктор не понимает, какие детали с чем работают в паре, в каких условиях и с какими зазорами и посадками.

Как снять размеры с вала, втулки, литой корпусной детали всем понятно: где-то ручным инструментов, где-то 3D сканером. Приключения начинаются с зубчатыми колёсами и шлицевыми соединениями. Для их замера нужно много специфического измерительного инструмента, такого как тангенциальный зубомер или нормалемер. Хорошая новость в том, что этих приборов советского образца полно в продаже на маркетплейсах. Попадаются даже образцы в заводском пергаменте. Но даже спец. инструмент не всегда спасает, ведь колесо может быть изношено или вовсе сломано.

Ведущий конструктор Д.С. Штрекер:
«Один раз к нам обратился заказчик из другого региона с изношенной зубчатой рейкой. Мы предложили ему положить эту рейку в офисный сканер рядом со стальной линейкой. Понятно, что точность замеров получится совсем низкая, но что если модуль зуба стандартный, метрический. И ведь получилось! В КОМПАС есть прекрасные библиотеки для работы с механическими передачами. Импортировали “скан” и подобрали параметры. В дальнейшем этот прием был нами использован еще не раз. Главное — предупреждать заказчика о рисках. В нашем случае, кусочек контура предварительно вырезали из обрезка листового металла и лишь после примерки запустили изготовление детали целиком».

Отдельного внимания заслуживают детали и узлы больших размеров. В офисе Volkov-KB нет кран-балок и верстаков, поэтому перемещение больших грязных железок рядовыми конструкторами всегда выглядит эпично. Выезжать на замер в командировку или катать большие детали по офису — всегда непростой выбор.

Иногда при реверс-инжиниринге встречаются совсем не простые задачи, связанные с определением материала или покрытия. На изображении ниже представлена алюминиевая направляющая от вибростенда, имеющая специфическое покрытие (твердое, гладкое и скользкое) и защитный колпак из резины, армированной чем-то похожим на ткань. Штангель и 3D сканер тут бессильны. Только опыт и телефонная книжка.

Большой реверс-инжиниринг

Копирование существующих деталей — самая очевидная сущность, скрывающаяся под словосочетанием «реверс-инжиниринг». В конструкторское бюро попадают и значительно более крупные проекты. Так недавно коллектив закончил разработку экстремального аттракциона. Большинство подобных машин производились под заказ за рубежом и теперь настал момент, когда их нужно ремонтировать или замещать собственными образцами. В этом проекте гармонично объединились как классический процесс проектирования, так и современный реверс-инжиниринг. 

В качестве исходных данных были фотографии, видео, несколько встреч с эксплуатантами подобных аттракционов, пару чертежей. Чертежи, по сути, содержали лишь габариты крупных элементов и их массу, так как являлись приложением к сопроводительной документации ввезенных в РФ образцов. В ходе работ также требовалось внести модификации, которые повысят пропускную способность готового изделия.

Одна из таких модификаций — замена гондолы с 2-х местной на 4-х местную. Инженеры Volkov-KB изменили конструкцию гондолы, в результате чего на ней стало возможным закрепить дополнительные кресла. Естественно, это привело к полному перерасчету конструкции и изменению толщин стенок несущих элементов.

Нюансов в конструкции очень много. Например, делать гнутую скобу, которая держит гондолу, никому не хотелось. Однако, все попытки сварить её из листовых элементов «с треском» проваливались при проверочных расчетах на циклическое нагружение.

К слову, о креслах — их тоже нужно как-то изготавливать в РФ, ориентируясь на существующие образцы. Учитывая, что кресло имеет весьма сложную анатомическую форму, классическое снятие размеров тут не возможно. Поэтому в ход пошёл 3D сканер. Получился точный электронный «слепок» реального изделия (точнее, его облако точек). В последних версиях КОМПАС начал активно расширяться инструментарий для работы с импортированными полигональными моделями, однако еще не все его «распробовали». В данном проекте разработка твердотельной модели по 3D “скану” выполнена в классическом ПО для такого рода задач — Geomagic.

На иллюстрации ниже представлена карта отклонений облака точек от готовой твердотельной модели. Как видно, правая половинка кресла укладывается в допуск +/-3 мм, а левая — нет. Это связано с тем, что облако точек получено для всего кресла, а твердотельная модель строилась только для правой части. Левая часть получена путем зеркального отражения. Таким образом, мы понимаем, что кресло-прототип было не симметрично. Полученная твердотельная модель через формат STEP импортировалась в общую 3D модель в КОМПАС.

Ведущий конструктор Андрей Козлович:
«Данный проект полностью выполнен в CAD системе КОМПАС-3D. Тут в полной мере удалось прочувствовать возможности системы при работе с большими сборками, а также преимущество концепции проектирования “сверху вниз” с применением компоновочной геометрии. Форма одного из главных компонентов аттракциона, колонны и стрелы, весьма не удобна с точки зрения классических подходов к моделированию. Отрисовывать в 3D листовые детали, из которых в последующем будут собираться короба в виде усеченной пирамиды с несимметричным основанием — та еще задача. Но с использованием компоновочной геометрии решается она намного проще и быстрее. И, что немаловажно, в будущем такая модель может быть очень легко скорректирована, например в два счета могут быть изменены толщины листов или размеры оснований. Отметим, что специалисты компании АСКОН не только реализовали поддержку данной технологии в своей CAD системе, но и сделали работу с ней весьма удобной».

И всё же: проектирование или реверс-инжиниринг?

В 2022 году в компанию обратился крупный российский изготовитель электрических машин (двигателей и генераторов) с предложением поучаствовать в разработке генератора для гидроэлектростанции. Но как это можно возложить на конструкторское бюро, специалисты которого никогда не имели опыта проектирования подобных изделий? Обмотки, сердечник, подшипники скольжения — кто будет это всё рассчитывать?

На деле всё оказалось не так страшно. Головной разработчик подготовил технический проект, который содержал все основные размеры и технические решения. Кроме того, конструкторам бюро предоставили чертежи на аналогичные генераторы. По сути, здесь вновь получается реверс-инжиниринг. На первом этапе конструктора сделали 3D модель аналога по предоставленным чертежам в КОМПАС-3D. Затем модифицировали 3D модель под новый тех. проект и согласовали с заказчиком все технические решения. На заключительном этапе выпустили новый комплект КД, опираясь на всё ту же КД из первого этапа.

Заместитель главного конструктора Анна Чеусова:
«Разобраться в устройстве какой-то ранее не известной тебе машины — это всегда интересно. В работе с генератором мы столкнулись с задачами по отрисовке обмоток и сердечника, который состоит из тысяч тонких листов металла. Пришлось придумывать различные ухищрения, чтобы, с одной стороны, КОМПАС сам считал количество всех деталей, с другой стороны — не “умирал” от количества компонентов. В итоге мы справились с проектом и уже забыли про него. Прошло больше года и вот только недавно мы получили письмо с благодарностью и фотографиями с монтажной площадки. Наблюдать за воплощением чертежей в металл — ни с чем не сравнимое чувство».

Подводя итог, хочется отметить, что концептуально новых изделий в мире сейчас создается крайне мало. В основном инженеры заняты переосмыслением существующих конструкций или прямым копированием у конкурентов. Поэтому почти в любом проекте есть существенный объем работ, которые сейчас модно называть реверс-инжинирингом.