Britská společnost Balfour Beatty Rail je významným dodavatelem kolejových systémů. Při konstruování těchto rozměrných prvků využívá parametricky řízené modely v softwaru NX.
Společnost Balfour Beatty Rail Track Systems má stopadesátiletou historii a je to mezinárodní lídr v navrhování a výrobě vysoce kvalitních standardních i speciálních kolejových tratí, výhybek a křížení pro hlavní tratě i městské kolejové systémy. Část ze 7,5 miliardy liber obratu Balfour Beatty, která se skládá ze čtyř obchodních sektorů, patří Balfour Beatty Rail Track Systems, jež ve Velké Británii provozuje osm závodů a zaměstnává sedm set lidí.
Produkty kritické pro bezpečnost
Před deseti lety začali v Balfour Beatty Rail Track Systems používat dvě licence softwaru Application Bravo, načež přešli na řešení NX, v němž využívají prostředí pro navrhování, tvorbu sestav, CAM, a také nástroj Strength Wizard.
Proces vzniku návrhu popisuje vedoucí konstruktér Lionel Heinke: „Po obdržení poptávky načrtneme návrh nebo koncepci konstrukce. To ještě vůbec nemusí zahrnovat NX, ačkoliv když chceme rozpracovat nějakou myšlenku nebo specifickou část, tak jej použijeme. Příprava detailního návrhu začíná ve chvíli, kdy dostaneme zakázku. V tento moment začínáme používat NX Designer a NX Assemblies. Obvykle je projekt veden jedním zkušeným inženýrem, který se potýká se všemi aspekty konstrukčního řízení. Dále máme devět konstruktérů, kteří pracují buď samostatně, nebo v týmech.
Někteří se starají o kontrakty, další pak o vývoj produktu.“ V softwaru NX firma navrhuje například výhybky používané k převádění vlaků z jedné koleje na druhou. Jsou to kritická místa pro bezpečnost. Výkon a spolehlivost jsou ovlivněny zatížením nápravy a typem vlaku (nákladní, osobní, městský, rychlostní atd.). Křížení může mít fixní konstrukci, kde jsou srdcový klín a křídlové kolejnice pevně spojeny, nebo může mít pohyblivé části. Například u srdcovky s pohyblivým hrotem kolo přejede od srdcovky na křídlovou kolejnici nebo obráceně podobným způsobem jako u běžné výhybky. Výsledkem je hladší průjezd kola a snížení sil, které na kolejnici působí. To je důležité zvláště ve vysokých rychlostech pro snížení hluku a vibrací.
Tyto výrobky musejí být bezpečné, silné a spolehlivé s nízkými požadavky na údržbu. Například šroubové sestavy mohou být problém, který vyžaduje častou údržbu. Aby toto redukovali, tak tam, kde je to možné, konstruktéři šroubové sestavy eliminovali a vyvinuli konstrukci křížení jako jednolitý kus zpracované oceli ve tvaru V. Vývoj těchto komponentů a jejich doplňků včetně rozhraní ovládacích mechanismů, detekce blokování a dalších nezbytných prvků, zabral firmě několik let.
Strategické výhody použití NX
Pokud se zaměříme na výhody využívání NX ve strategii firmy Balfour Beatty Rail Track Systems, hodnotí je vedoucí konstruktér takto: „Příprava návrhu je mnohem rychlejší od doby, co používáme výkresy rovnou z modelu NX. I když používáme 3D modely ke generování našich NC programů, stále potřebujeme detailní návrhy s různými úhly pohledu, sekcemi a dimenzemi, abychom si byli jistí, že se náš návrh skutečně promítne do produkce a bude odpovídat kontrolám kvality i spokojenosti zákazníka. Potřebujeme také výkresy pro montáž a instalaci dráhy.“
Síly, které se generují, když rychlé a těžké soupravy mění směr, mohou být obrovské a konstruktéři výhybek potřebují být schopni předvídat, jak na ně budou navrhované prvky reagovat. V tom při návrhu pomáhá nástroj pro analýzu NX Strength Wizard, který je součástí softwaru NX Simulation Process Studio. Používá se k síťování a k analýze komponentů, aby se zjistilo, zda jsou pro požadované účely dostatečně pevné. Pro detailní analýzy jsou využívány služby externího konzultanta, množství práce jemu svěřované se však postupně redukuje.
Obrábění rozměrných ocelových dílů
Největší význam má NX pro samotný proces výroby. Obrábění železničních komponentů je těžká práce. Aby byl zajištěn hladký a spolehlivý pohyb kol, hroty a srdcovky musí být postupně a přesně zúženy na požadovanou šířku. Nicméně část, po které jede kolo, je vyrobená z vysoce pevné, tepelně ošetřené oceli s vysokou povrchovou tvrdostí. Musí se odstranit hodně tvrdého kovu, a jakmile jednou obrábění začne, kolej se upevní a zafixuje pod velkým tlakem.
Komponenty mohou být obrovské, až 37 metrů dlouhé v případě srdcovek a 7 metrů dlouhé v případě hrotů. Pro jejich obrábění jsou používány obráběcí stroje v hodnotě milionů liber – dvě velké portálové frézy Henri Liné CNC, jedna s dvacetimetrovým a druhá s devětadvacetimetrovým pracovním stolem. K nim jsou doplňkově používány běžné tříosé frézy.
Pro maximální užitek z těchto drahých zařízení je přínosem možnost vytvořit a otestovat CNC programy offline. Podporu obrábění ve firmě zajišťuje software NX CAM, který byl zvolen také proto, že hladce komunikuje s modelem z NX, z něhož přímo generuje program. Ten se pak asociativně updatuje v případě, že je zdrojový model změněn.
Kvůli vysokým cenám materiálu navíc v tomto případě nejsou vyráběny prototypy. Produkují se rovnou výrobky připravené k instalaci, takže všechny součásti musí být v pořádku hned napoprvé. Také zde je používán NX CAM, a to pro ověření, zda budou všechny části smontovány správně.
Obrábění neomezuje konstrukci
Lionel Heinke věří, že NX CAM přinesl do Belfour Beatty Rail nové a pokročilejší obráběcí procesy. „V našem průmyslu je obráběno pomocí speciálně tvarovaných nástrojů. Ty používají speciální vložky k výrobě daných tvarů, které jsou dále obráběny po celé délce srdcovky. Speciální nástroje mohou stát až tři tisíce liber za každý kus a vložky mohou vydržet pouze po několik hodin obrábění. Díky NX CAM jsme vyvinuli metodu, která nám umožňuje používat standardní a skenovací nástroje k výrobě požadovaných tvarů. Můžeme obrábět pomocí standardních karbidových vložek za ceníkovou cenu místo toho, abychom používali nestandardní vložky, které bychom si museli nechat speciálně vyrobit. To znamená, že naše konstrukční způsoby už nebudou muset být limitovány našimi obráběcími procesy. Tento způsob jsme úspěšně používali u našich křížení s pohyblivými částmi, čímž jsme významně snížili náklady potřebné k pořízení nástrojů. NX CAM dokázal udělat vše, co jsme potřebovali. Zkrátili jsme čas potřebný na programování, vylepšili proces výroby a díky tomu jsme velmi výrazně ušetřili,“ popsal Heinke.
Rychlejší výroba kolejí
Konstrukční oddělení dříve pracovalo na strategii využití parametrického modelu, zahrnující geometricky řízené modely a montáže ve velkém měřítku, které jsou generovány automaticky pomocí náčrtku nebo díky numerickým parametrům. Pro změnu modelu i všech souvisejících výkresů tak stačí změnit hodnotu parametru, například poloměr zatáčky a úhly křížení.
Zatímco překreslení nebo zrekonstruování projektu standardním způsobem může trvat týdny, a to i když se staví na existující geometrii, úprava v parametrickém modelu je nesrovnatelně rychlejší. Nejde přitom jen o to projekt nakreslit, musíte mít vždy jistotu, že komponenty se správnou velikostí, jako podkladové desky atd., jsou v pořádku jako celek. Parametrické modelování v NX tak firmě Belfour Beatty Rail zjevně pomáhá rychleji reagovat na požadavky zákazníků, stejně jako přispívá k úspěchu v tendrech, jichž se účastní.
Prezentace společnosti Siemens PLM Software.
