Mallipohjaisen määrittelyn hyödyntäminen hitsattavien teräsrakenteiden suunnittelussa ja valmistuksessa

Abstract

Diplomityön aiheena oli tutkia mallipohjaisen määrittelyn käyttöä hitsattavien teräsrakenteiden suunnittelussa ja valmistuksessa. Mallipohjaisella määrittelyllä (MBD) viitataan tuotteiden suunnittelu- ja valmistusprosessiin, jossa tuotteen määrittely tapahtuu 3D-mallin ja siihen lisätyn valmistustiedon pohjalta. Tutkielmassa keskityttiin hitsattaviin teräsrakenteisiin, joten käsiteltävä valmistustieto oli hitsaustietoa eli esimerkiksi hitsausmerkintöjä ja hitsausratoja. Tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia, luoda ja arvioida uusi teräsrakenteiden suunnittelu- ja mallinnusprosessi, jossa käytetään mallipohjaista määrittelyä. Uuden suunnittelu- ja mallinnusprosessin kehittämisen motivaationa oli robottihitsausta käyttävän suunnittelu- ja valmistusprosessien tehostaminen, sillä nykyisellään prosessissa on päällekkäisiä työvaiheita. Tutkimuksessa tärkeänä elementtinä oli Siemens NX:n sisältämien mallipohjaiseen määrittelyyn ja hitsaustiedon lisäämiseen käytettävien työkalujen tutkiminen ja arvioiminen. Tutkielma koostuu tutkimuksen aiheeseen keskittyvästä kirjallisuuskatsauksesta ja aiheeseen keskittyvästä käytännön osuudesta. Kirjallisuuskatsauksessa käsiteltiin teräsrakenteiden suunnittelun, mallinnuksen ja valmistamisen teoreettista taustaa kirjallisten lähteiden avulla. Myös mallipohjaisen määrittelyn historiaa, standardeja, etuja, esteitä sekä aiheeseen liittyvää tutkimusta käsiteltiin kirjallisuuskatsauksessa kirjallisten lähteiden ja standardien pohjalta. Käytännön osuudessa arvioitiin Siemens NX:n työkaluja ja kehitettiin niiden pohjalta uusi mallipohjaista määrittelyä käyttävä suunnittelu- ja mallinnusprosessi. Käytännön osuudessa työn pohjana käytettiin Siemens NX:n dokumentaatiota, Sandvikin sisäistä dokumentaatiota, keskusteluja suunnittelun ja valmistuksen henkilökunnan kanssa sekä tutkielman laatijan omia kokemuksia aiheesta. Tutkielman keskeisinä tutkimustuloksina todettiin, että Siemens NX:n avulla pystyy toteuttamaan mallipohjaista määrittelyä käyttävän suunnittelu- ja mallinnusprosessiin, jossa hitsausradat, -viisteet ja -merkinnät saadaan määriteltyä suoraan 3D-malliin. Kyseinen suunnittelu- ja mallinnusprosessi kuvattiin tutkielmaan yksityiskohtaisesti ja validoitiin valitulla testikappaleella. Uuden prosessin käyttöönoton vaikutuksia suunnittelu- ja valmistusprosessiin arvioitiin työkuormituksen sekä muiden etujen ja haittojen kannalta. Kokonaisuudessaan työkuormaa saataisiin pidemmällä aikavälillä pienennettyä. Työkuorman muutos tapahtuisi kuitenkin niin, että suunnittelun työkuorma kasvaisi hieman ja hitsausrobotin ohjelmoijan työkuorma laskisi huomattavasti. Uudesta suunnittelu- ja valmistusprosessista olisi kuitenkin hyötyä myös suunnittelijoiden kannalta. Uusi prosessi mahdollistaisi hitsausmäärien ja siten myös hitsauskustannusten automaattisen laskennan, jolloin kustannuksia pystyttäisiin arvioimaan paremmin. Hitsausratojen lisääminen 3D-malliin mahdollistaisi myös tuotteen valmistettavuuden arvioimisen helpommin, sillä hitsausratojen hahmottaminen 3D-mallista olisi huomattavasti helpompaa kuin valmistuspiirustuksista.