Создавая будущее разработки двигателей с CAE

Лидер в производстве двигателей внутреннего сгорания

Guangxi Yuchai Machinery является крупнейшим производителем двигателей внутреннего сгорания в Китае. Компания не только осуществила несколько крупных R&D проектов на национальном уровне, но и сыграла важную роль в инновационном развитии сферы производства двигателей в этой стране. С ростом конкуренции в автомобилестроении потребности рынка ставят перед производителями множество задач, связанных с проектированием, включая повышение качества, диверсификацию изделий, ускорение обновлений и многие другие.

Система CAE играет ключевую роль в расширении использования корпоративной информационной системы для сокращения циклов проектирования, улучшения качества изделий и укрепления сотрудничества между разными отделами. Для решения задач проектирования, разработки и технического обслуживания среди многих поставщиков программного обеспечения компания Yuchai выбрала именно Siemens Digital Industries Software. Лу Сяньлинь, заместитель начальника отдела CAE-верификации института анализа и исследований Yuchai, является руководителем проекта по внедрению NX™ и Simcenter 3D, а также основным пользователем этих решений. Он и Чжоу Янчунь, начальник подразделения структурного анализа отдела верификации CAE, обладают богатым практическим опытом и знают все о развитии предприятия, планировании выпуска продукции, а также об обновлении и оптимизации инструментов CAE.

Строгое соблюдение технологических требований и требований к качеству

Guangxi Yuchai Machinery — это независимый производитель двигателей маленького, среднего и большого объема, которые широко используются в автомобилях, строительной, сельскохозяйственной технике, судах, электрогенераторах и в других видах изделий. Yuchai разработала строгие процедуры разработки новых изделий, которые четко описывают то, какие задачи нужно выполнить на каждом этапе. Специалисты по CAE играют ключевую роль во всем процессе разработки изделий. В настоящее время они проверяют возможность выполнения программ на стадии проектирования и принимают непосредственное участие в выборе оптимальных программ.

Согласно процедурами разработки Yuchai, все двигатели, над которыми идет работа, проходят через этап CAE-анализа. В ходе анализа выявляется множество возможностей по улучшению конструкции двигателей, которые могут существенно повысить качество и сократить цикл разработки. Отдел CAE также выполняет такие важные задачи, как быстрый поиск и устранение неисправностей, а также задействован в других процессах при проведении анализа неисправностей на этапе тестирования. Однажды между клапаном и поршнем модели двигателя, разработанной Yuchai, произошло столкновение. Компания постаралась определить причину этой неисправности, но попытки не увенчались успехом. Ко всеобщему удивлению, в течение трех дней после привлечения сотрудников отдела CAE настоящая причина была обнаружена: она заключалась в ошибке сборки из-за неправильной маркировки, нанесенной поставщиком в процессе обработки.

Такие случаи показывают все преимущества CAE-решений. Среди многих других решений CAE Yuchai выбрала именно программное обеспечение Simcenter 3D благодаря его точности, надежности и другим характеристикам. Решение Simcenter 3D (ранее NX CAE) построено на платформе NX, поэтому отлично интегрируется с CAD-решением NX, которым вот уже 20 лет пользуется компания Yuchai при разработке.

Изменения и трудности на рынке

С ростом конкуренции на автомобильном рынке, высокое качество, разнообразие и гибкость стали характеристиками, к которым стремятся все производители. По словам Лью и Чжоу, меняющиеся требования рынка не только влияют на стратегии компании и принимаемые внутри нее решения, но и приводят к возникновению множества трудностей и задач при разработке.

Прежде всего, на рынке стали популярны персонализированные изделия, что привело к росту количества категорий. В течение всей разработки двигателей нужно выполнять различные виды инженерного анализа, поэтому часто возникают ситуации, когда у инженеров-расчетчиков скапливается слишком много работы. В итоге инженеры-проектировщики получают результаты анализа не так быстро, как хотелось бы.

Рост сложности систем требует сотрудничества между разными отделами во время разработки. Однако проектировщики и расчетчики обычно работают в разных подразделениях, между которыми нужно наладить общение. Кроме того, нужно скоординировать совместную работу. Расчетчики предлагают улучшения, в соответствии с которыми проектировщики изменяют конструкцию. Этот цикл повторяется много раз, в результате становится невозможно точно следовать графику и использовать все возможности CAE-анализа.

Еще одна проблема состояла в том, что CAE-приложения не так широко использовались в Yuchai. Их использовали только некоторые специалисты по CAE для проведения численного моделирования. Оптимизация конструкции большинства деталей не выполнялась, а инженерам-проектировщикам все чаще требовался CAE-анализ.

Кроме того, возникали проблемы с обработкой данных во время сложного процесса подготовки модели. При импорте в систему CAE преобразование и восстановление данных CAD занимало много времени, а модели часто содержали ошибки.

Наконец, сами задачи для команды CAE были очень сложными. Специалисты по CAE обычно не выполняли расчет сразу. Вместо этого она работали над теми задачами, которые накопились до этого. Результаты CAE-анализа отправлялись проектировщикам через несколько дней или даже недель. Сложности c анализом не позволяли вовремя заканчивать проекты. Иногда пробное производство запускалось до CAE-анализа.

Надежный партнер, передовые решения

В 2000 году в Yuchai начали использовать программное обеспечение NX. Сегодня Yuchai использует NX для проектирования, Simcenter 3D для интегрированного CAE-анализа, а Teamcenter® для управления данными проектирования. Основные области применения этих решений — это проектирование изделий, создание чертежей, изготовление пресс-форм и штампов, CAE-анализ и так далее. По мере расширения использования программного обеспечения Simcenter 3D компания Yuchai не только смогла снизить нагрузку разработчиков вслед за меняющимися требованиями рынка, но и эффективно сократила циклы разработки изделий, а также оптимизировала процесс разработки и проектирования.

Обсуждая выбор Simcenter 3D в качестве основного ПО для численного моделирования в Yuchai Лу и Чжоу проанализировали и сравнили альтернативы, основываясь на собственном опыте. На выбор Simcenter 3D повлияли различные факторы.

Так как проектировщики используют NX в качестве CAD-инструмента, а Simcenter 3D создан на базе платформы NX, использование Simcenter 3D не требует изменения рабочих процессов. Пользователи могут сразу перейти с CAD-функций на CAE-анализ. И все это в знакомом интерфейсе NX. Это способствует более широкому использованию этого программного обеспечения.

Simcenter 3D и Teamcenter отлично интегрированы, позволяя пользователям CAE напрямую читать данные CAD-модели из Teamcenter; в других CAE-системах для чтения данных CAD используется промежуточная программа, что зачастую приводит к их потере.

Дополнительная настройка Simcenter 3D выполняется сравнительно легко. Эксперты Siemens Digital Industries Software оказали компании комплексную поддержку, включающую очное обучение и техническую поддержку онлайн. ПО включает несколько интерфейсов прикладного программирования (API) для индивидуальной настройки, с помощью которых можно получить доступ к внутренним объектам. С помощью этих интерфейсов пользователи могут разработать различные программы для автоматизации и индивидуально настроить функции NX и Simcenter 3D. Кроме того, пошаговый мастер-процесс для программирования позволяет легко разрабатывать дополнительные системные возможности.

Simcenter 3D очень хорошо справляется с генерацией сетки, поэтому стороннее программное обеспечение для этого не потребуется. Сетку для модели с 1 000 000 степенями свободы можно сгенерировать всего за 10 минут. Это быстро и легко, при этом не нужно выполнять предварительную обработку, как это часто бывает в других инструментах для генерации сетки.

Индивидуальное программирование, оптимизация и настройка

По мере своего развития и появления новых задач компания Yuchai стала по-другому использовать CAE. Yuchai делит всю работу в CAE на две категории: «инновационная» и «привычная» В категорию «привычной» попадает множество простых и повторяющихся задач. NX позволяет автоматизировать выполнение таких задач за счет простых и удобных шаблонов для численного моделирования, созданных экспертами CAE с помощью Simcenter 3D. Проектировщики могут использовать эти шаблоны для выполнения «направляемого» CAE-анализа. Компания Yuchai разработала шаблоны на основе возможностей NX и Simcenter 3D и открыла проектировщикам доступ к ним.

Совместное использование NX и Simcenter 3D в Yuchai сделало возможным еще одно изменение: инженеры-проектировщики могут самостоятельно анализировать конструкции, не передавая задачи по численному моделированию в отдел CAE, не ожидая результатов и не конвертируя модели. Все это экономит много времени и позволяет эффективно применять CAE-анализ на протяжении всего проекта. Кроме того, инженеры-проектировщики могут использовать CAE-систему для анализа нескольких альтернативных проектов и выбора лучшей конструкции для пробного производства. Главное преимущество такого подхода состоит в том, что после внесения изменений в модель NX CAD, модель Simcenter 3D обновляется автоматически, что позволяет проектировщикам быстро сравнить несколько конструкций.

Благодаря шаблонам анализа при выполнении численного моделирования проектировщики могут опираться на лучшие практики CAE-анализа. Чтобы работать с шаблонами, инженерам не нужно проходить дополнительное обучение или менять свои привычки. Такой вид анализа эффективно работает и дополняет CAE-анализ экспертов.

Лу и Чжоу подчеркивают, что из-за непрерывных инноваций и разработки новых изделий Yuchai нужно стандартизировать процесс каждого расчета, чтобы создать собственные процессы численного моделирования и базу данных, а также стать настоящими экспертами в области проектирования. Компания планирует и в дальнейшем разрабатывать индивидуальные программы, чтобы профессиональные инженеры-расчетчики могли сосредоточиться на анализе результатов и разработать простые в использовании инструменты для инженеров-проектировщиков. Yuchai будет сотрудничать с компанией Siemens Digital Industries Software с целью расширения функциональных возможностей и достижения лучших результатов. «Yuchai способствует развитию рынка путем разработки передовых изделий, привлекает новых клиентов благодаря высокому качеству и определяет будущее отрасли через инновации, — говорит Лу. — Благодаря поддержке Siemens Digital Industries Software мы создадим лучшее будущее».