Automatiser les processus de simulation pour rationaliser les flux de travail de conception automobile

L'industrie automobile en quête d'innovation

Cela fait des générations qu'un grand constructeur automobile n'a pas fabriqué toutes ses pièces en interne. Aujourd'hui, des centaines d'entreprises du monde entier contribuent à la production, quel que soit le pays d'origine de l'équipementier. Au fil des ans, chacune de ces entreprises a trouvé sa propre voie vers l'automatisation de l'ingénierie.

DENSO Corporation (DENSO), le deuxième fournisseur mondial de pièces et de systèmes automobiles en termes de chiffre d'affaires, ne fait pas exception à la règle. Fondée en 1949 en tant que société du groupe Toyota, l'entreprise est devenue un fournisseur indépendant de pièces automobiles pour la quasi-totalité des principaux équipementiers. Elle est également présente sur d'autres marchés, notamment les équipements de chauffage domestique et les robots industriels. Elle fait partie du classement Fortune Global 500 et possède plus de 200 filiales consolidées dans le monde entier. Elle représente un partenaire de confiance de la chaîne d'approvisionnement pour de nombreuses marques automobiles parmi les plus importantes au monde. DENSO travaille également en étroite collaboration avec ses partenaires automobiles dans le domaine de la recherche et du développement (R&D) pour les véhicules électriques et hybrides.

Géométrie CAO avec code couleur.

Le goulot d'étranglement de la simulation

L'amélioration de la productivité dans la conception et la simulation des pièces automobiles constitue aujourd'hui un défi majeur. Même avant l'apparition des solutions logicielles, les concepteurs se concentraient sur la géométrie et se tournaient vers les analystes pour tester et valider les performances. Cependant, les équipes de simulation ont toujours été beaucoup plus petites que les équipes de conception, ce qui crée un goulot d'étranglement dans le processus de développement.

Ces dernières années, les progrès en matière de puissance de calcul et de logiciels ont permis de rationaliser le processus. La plupart des logiciels d'analyse peuvent être utilisés pour résoudre une analyse complexe en quelques heures au lieu de quelques jours. Mais le va-et-vient entre les groupes de conception et de simulation existe toujours. Il n'est pas rare que les analystes clarifient certains aspects du modèle ou demandent aux concepteurs de modifier la forme pour obtenir un meilleur résultat. Ce goulot d'étranglement signifie que chaque cycle peut prendre des jours, voire des semaines, en fonction de la complexité de la pièce ou du produit.

"Nous avons un problème avec les longs délais d'exécution de l'IAO dans la conception des produits", déclare Yuichi Kondo, responsable de projet adjoint chez DENSO. "Il faut du temps pour communiquer." M. Kondo fait référence aux allers-retours entre les équipes de conception et d'ingénierie assistée par ordinateur (IAO) pour créer la demande d'analyse initiale, transférer les données au système IAO, répondre à plusieurs demandes, créer et exécuter le modèle de simulation, générer des rapports d'analyse et réviser la conception. En général, il y a plusieurs cycles de conception et de tests lorsque l'équipe se rapproche d'une solution, avec de nombreuses conversions entre les formats CAO et IAO. Il s'agit d'un goulot d'étranglement considérable du flux de travail que les entreprises supportent depuis des années.

Si les équipes de conception pouvaient effectuer elles-mêmes les premières simulations de base, les équipes de simulation disposeraient de plus de temps pour se concentrer sur des analyses plus complexes.

Recherche de la voie à suivre

DENSO est un partenaire de longue date de Siemens Digital Industries Software. L'entreprise utilise le logiciel NX™ pour la conception et la fabrication et le logiciel Simcenter™ pour la simulation. NX et Simcenter font partie de la plateforme Siemens Xcelerator, qui comprend des logiciels, du matériel et des services.

DENSO utilise les modules NX pour prendre en charge tous les aspects du développement de produits, de la conception à la fabrication. Il s'agit d'un ensemble d'outils intégrés qui peuvent être utilisés pour coordonner les disciplines et préserver l'intention de conception. DENSO utilise également Simcenter 3D pour la simulation. Il s'agit d'une solution complète et entièrement intégrée pour la simulation multidisciplinaire. Simcenter 3D partage une plateforme commune avec NX.

Avec les outils de Siemens, DENSO a identifié une opportunité de rationaliser le flux de travail traditionnel entre la conception et l'analyse technique, en unissant les disciplines. Cela est particulièrement vrai pour la conception et l'analyse des composants, où les processus de simulation sont plus courants. L'objectif de DENSO était de réduire ou d'éliminer l'itération grâce à un nouveau flux de travail.

Une approche de plateforme intégrée

Simcenter 3D et NX partageant une plateforme commune, la géométrie peut être transférée en toute transparence de la CAO à l'environnement IAO et vice-versa. Le modèle de simulation est associé à la géométrie de conception, de sorte que le modèle de simulation peut facilement être mis à jour en fonction des modifications apportées à la géométrie de conception en amont. En soi, cette connectivité entre la pièce principale et le modèle IAO permet à DENSO d'économiser un temps considérable auparavant consacré à la conversion des pièces, à la communication entre les équipes et à toute la documentation nécessaire générée par ces itérations.

Encouragé par ce niveau d'amélioration du flux de travail, DENSO passe maintenant à un autre niveau d'innovation. La société développe ce qu'elle appelle le processus intégré de NX CAD et Simcenter 3D. Les analystes comprennent les processus de simulation, qui peuvent être répétés pour certains types de composants. L'équipe de simulation recueille les meilleures pratiques en matière de modélisation et de processus et les rassemble dans des modèles de simulation qui sont exploités par les concepteurs à l'aide de NX.
Ces modèles exigent que les concepteurs fournissent certaines données avant que le modèle ne puisse produire des données IAO.

Comme par le passé, les concepteurs commencent par créer un modèle dans NX. Toutefois, les concepteurs sont tenus de coder en couleur certaines caractéristiques géométriques critiques du modèle, comme les endroits où il peut y avoir des mélanges étroits ou ceux où le modèle aura une contrainte fixe. Lorsque le concepteur est prêt à analyser les performances d'une pièce, il applique un modèle de méthode des éléments finis (FEM) qui automatise la création du maillage EF sur la base d'un ensemble de règles contenues dans le modèle.
Ceci est régi par le code couleur des caractéristiques géométriques afin de garantir un maillage de bonne qualité.

Modèle de simulation complet avec charges et conditions aux limites définies à partir du modèle SIM.

Ensuite, le concepteur applique le modèle de simulation, qui utilise également le code couleur des caractéristiques géométriques pour définir les conditions aux limites appropriées et les paramètres de simulation requis.

Il suffit ensuite au concepteur d'exécuter le modèle de simulation et de visualiser les résultats. En fonction des résultats, le concepteur peut modifier la géométrie afin de réduire les contraintes ou d'améliorer d'autres aspects des performances, puis réexécuter rapidement les modèles de simulation et les analyses pour confirmer les résultats. Les itérations d'analyse ultérieures sont encore plus rapides puisque le modèle est déjà codé par couleur et que le concepteur n'a pas besoin d'effectuer de travail supplémentaire.

"Il s'agit là d'un avantage majeur du processus intégré de NX CAD et Simcenter 3D", déclare M. Kondo. Les informations codées en couleur font partie de l'historique des caractéristiques de modélisation, ce qui permet au concepteur de choisir de les supprimer lors du travail de conception. Lorsque le concepteur est prêt à exécuter la simulation, il peut annuler la suppression des codes couleur. "Il est ainsi très facile pour les concepteurs de comprendre et de réutiliser les informations du code couleur", poursuit M. Kondo.

Maillage EF créé à partir d'un modèle FEM basé sur des règles de code couleur.

Étendre le processus intégré

Le processus intégré de Simcenter 3D et NX peut également être appliqué aux assemblages. Un des premiers tests a porté sur plus de 30 composants dans un assemblage. L'objectif était de préparer les modèles et d'effectuer une analyse statique linéaire. Étant donné que chaque composant de l'assemblage possède des caractéristiques géométriques codées par couleur, le nombre total dans un assemblage peut être assez important. Même si les modèles géométriques sont de grande taille, les modèles de simulation définissent avec précision le maillage, les conditions aux limites et les paramètres pour l'ensemble de l'assemblage en fonction du code couleur. Cela permet de bénéficier d'un avantage important lors de l'utilisation des modèles.

Dans l'ensemble, DENSO a trouvé des avantages significatifs à l'utilisation d'un système de modèles semi-automatisé pour guider les concepteurs dans la préparation des modèles pour la simulation et l'analyse de base. Les concepteurs n'ont à définir le code couleur qu'une seule fois, puis il est disponible pour autant de simulations que nécessaire. Les sections codées en couleur sont des zones où l'analyste aurait dû, par le passé, modifier manuellement certains paramètres lors de la création d'un modèle de simulation. Maintenant que tous ces détails sont capturés et automatisés par le modèle, plus la quantité de codes de couleur dans un modèle est importante, plus le gain de temps potentiel pour ce modèle est important par rapport au processus original. "Plus le nombre de réglages de couleurs est élevé, plus la réduction des heures de travail est importante", note M. Kondo.

DENSO estime que le temps moyen d'analyse a été réduit de 80 % grâce à l'utilisation du processus intégré. La réduction du partage de fichiers et d'autres communications entre les services a permis de diminuer les erreurs humaines. L'entreprise a également remarqué que le processus intégré permettait d'améliorer la qualité, car les problèmes de conception sont identifiés plus tôt et peuvent être corrigés avant que le projet n'avance.

"Grâce au processus intégré et au modèle IAO de NX CAD et Simcenter 3D, nous avons réduit de 80 % le temps consacré à l'analyse IAO", déclare M. Kondo.

Perspectives d'avenir pour la gestion des données de simulation

Pour l'avenir, DENSO s'efforce d'étendre l'utilisation du processus intégré à la gestion des données et du cycle de vie. DENSO utilise le logiciel Teamcenter®, qui fait également partie de la plateforme commerciale Siemens Xcelerator, pour toute la gestion des données de conception. Avant d'adopter le processus intégré, le modèle master était stocké dans Teamcenter, mais les analystes travaillaient en dehors de Teamcenter en utilisant un système de stockage et de gestion distinct. Dans ce système, les données CAO au sein de la simulation et les données de simulation elles-mêmes ne faisaient pas l'objet d'un suivi.

"Ce processus pose deux problèmes principaux", poursuit M. Kondo. "L'exportation et l'importation des données CAO depuis Teamcenter demandent du temps et des efforts." Les analystes doivent s'assurer qu'ils utilisent les bons fichiers géométriques pour leurs simulations. Les données relatives aux variantes CAO doivent être suivies manuellement. Si les membres de l'équipe changent, il est souvent nécessaire de recommencer et de créer un nouveau modèle de simulation.

"Comme les données sont gérées par des analystes individuels, les nouveaux utilisateurs ne peuvent pas trouver les données IAO existantes qui ont été créées par d'autres analystes", explique M. Kondo. "Le nouvel analyste doit donc créer de nouvelles données IAO à chaque modification technique."

Le nouveau flux de travail proposé consiste à enregistrer toutes les différentes versions de données (les fichiers de données de simulation et les modèles correspondants) dans Teamcenter. Il n'est donc plus nécessaire d'exporter et d'importer des données CAO à chaque analyse.

L'utilisation de Teamcenter offre un avantage supplémentaire. Les données du modèle peuvent être visualisées dans le format de données JT™, conçu pour une visualisation rapide sans le logiciel hôte (NX ou Simcenter 3D). Les fichiers JT sont petits par rapport aux fichiers de données originaux qu'ils représentent, parfois d'un facteur 50. Les membres de l'équipe qui ne sont pas des utilisateurs habituels de NX ou de Simcenter 3D peuvent ainsi procéder rapidement à un examen de conception.

DENSO poursuit le déploiement du processus intégré de NX et Simcenter 3D et de l'extension Teamcenter de ce flux de travail. L'entreprise prévoit de continuer à réduire les heures de travail et à améliorer la qualité déjà obtenue sur les premiers sites d'adoption.