Revoluce ve vývoji motorů díky CAE

Přední výrobce spalovacích motorů

Jako největší výrobce spalovacích motorů v Číně společnost Guangxi Yuchai Machinery Co., Ltd. (Yuchai) realizovala nejen několik inovativních výzkumných a vývojových projektů na národní úrovni, ale také hraje významnou roli v podpoře inovativního rozvoje čínského strojírenského průmyslu. S rostoucí konkurencí na automobilovém trhu se zvyšují nároky na výrobky, včetně vyšší kvality, rozmanitosti, rychlejšího zavádění zlepšení a dalších vlastností.

CAE software hraje rozhodující roli v tom, zda bude možné pomocí podnikového informačního systému zkracovat vývojové cykly, zvyšovat kvalitu výrobků a dosahovat efektivnější spolupráce. Společnost Yuchai si ze všech dodavatelů softwaru jako partnera vybrala Siemens Digital Industries Software – od návrhu po vývoj, od aplikací po služby. Lu Xianglin, zástupce vedoucího v oddělení ověřování CAE institutu inženýrství a výzkumu společnosti Yuchai, je zodpovědný za projekt a je hlavním uživatelem aplikací NX™ a Simcenter 3D. On a Zhou Yangchun, vedoucí oddělení pevnostní analýzy v oddělení ověřování CAE, mají bohaté praktické zkušenosti a jedinečný náhled na stav vývoje podniku a plánování výrobků, jakož i na upgrade a optimalizaci nástrojů CAE.

Přísné dodržování požadavků na proces a kvalitu

Společnost Yuchai vyrábí spalovací motory, které jsou používány v automobilech, stavebních strojích, zemědělských strojích, plavidlech a generátorech energie. Společnost Yuchai pro nové výrobky vytvořila přesné vývojové procedury, které pro každou fázi jasně definují typ a rozsah práce. Oddělení CAE hraje nepostradatelnou roli v celém procesu vývoje výrobků. CAE nyní například ověřuje proveditelnost programů ve fázi vývoje a hraje důležitou roli při výběru optimálních programů.

Všechny motory vyvinuté společností Yuchai byly podrobeny komplexní analýze CAE v souladu s jejími vývojovými postupy. Výsledkem analýzy je spousta konstruktivních návrhů na zlepšení, které významně přispívají ke kvalitě výrobků a ke zkrácení vývojového cyklu. Oddělení CAE plní také nenahraditelnou úlohu při rychlém řešení problémů a provádění analýzy selhání ve fázi testování. V motoru navrženém společností Yuchai například došlo ke kolizi mezi ventilem a pístem. Společnost vynaložila úsilí k tomu, aby odhalila příčinu, což se však nepodařilo. Po třech dnech pracovníci oddělení CAE odhalili skutečnou příčinu: chybu při montáži způsobenou nesprávným označením od dodavatele během obráběcího procesu.

V těchto případech se projevuje užitečnost softwaru CAE. Ze všech možných řešení CAE si společnost Yuchai vybrala právě aplikaci Simcenter 3D – zejména díky její vhodnosti, přesnosti, spolehlivosti a dalším vlastnostem. Aplikace Simcenter 3D (dříve známá jako NX CAE), kterou společnost Yuchai pro své inovace a vývoj využívá již téměř 20 let, je postavena na NX a nabízí bezproblémovou spolupráci mezi prostředími CAD a CAE.

Měnící se trh a související problémy

S rostoucí konkurencí na automobilovém trhu se pro výrobu stává klíčovou vysoká kvalita, rozmanitost a flexibilita. Podle Lu a Zhou mají změny na trhu nejen vliv na firemní strategie a rozhodnutí, ale způsobují také mnoho problémů v oblasti vývoje.

Tržní poptávka po personalizovaných výrobcích způsobuje nárůst jejich kategorií. Vývoj motorů zahrnuje celou řadu simulací a analýz CAE, přičemž často dochází ke konfliktům mezi tím, co analýza CAE vyžaduje, a tím, jaké prostředky jsou k dispozici. Z tohoto důvodu je rychlá zpětná vazba z analýzy CAE pro konstruktéry téměř nemožná.

Zvyšující se složitost systémů vyžaduje, aby na vývoji spolupracovala všechna oddělení. Konstruktéři a analytici CAE však často patří k různým organizacím, které spolu musí komunikovat a koordinovat svou práci. Analytici CAE navrhují vylepšení a konstruktéři podle toho upravují konstrukce. Tento cyklus se neustále opakuje, což analytikům CAE znemožňuje plnit časové harmonogramy projektu a plně využívat svůj potenciál.

Aplikace CAE navíc nebyly ve společnosti Yuchai široce používány. Používalo je pouze několik inženýrů CAE ke speciálním simulacím. U většiny součástí se neprováděla pevnostní optimalizace a konstruktéři stále více volali po zavedení CAE.

Během složitého procesu přípravy modelu na simulace docházelo také k problémům se zpracováním dat. Převod a oprava CAD dat při importování do softwaru CAE trvala velmi dlouho a modely byly náchylné k chybám.

Úlohy týmu CAE byly navíc velmi náročné. Většinou nezačínali okamžitou analýzou, místo toho čekali frontě nevyřízených úloh CAE. Konstruktéři proto výsledky analýzy CAE obdrželi až po několika dnech nebo týdnech. Problematická analýza nedokázala držet krok s tím, jak projekt postupoval. Návrhy byly někdy předávány do zkušební výroby ještě před analýzou CAE.

Důvěryhodný partner, vynikající řešení

Začátkem roku 2000 začala společnost Yuchai používat produkty NX. Dnes Yuchai používá NX jako software pro návrhy, Simcenter 3D kvůli integrovaným funkcím CAE a Teamcenter® jako řešení pro správu dat výrobků (PDM). Mezi hlavní vykonávané úkony patří konstrukce, tvorba výkresů, vývoj forem, návrh výlisků a analýza CAE. S tím, jak společnost Yuchai stále více využívala aplikaci Simcenter 3D, zmírňovaly se konflikty mezi požadavky trhu a pracovní zátěží v oblasti vývoje, zkracovaly se vývojové cykly výrobků a celkově se zefektivnily vývojové a konstrukční procesy.

Když Lu a Zhou rozhodovali o výběru aplikace Simcenter 3D jako simulačního softwaru společnosti, analyzovali a porovnávali alternativy podle svých vlastních praktických zkušeností. Na jejich rozhodnutí ve prospěch aplikace Simcenter 3D mělo vlit několik faktorů.

Protože konstruktéři používají NX jako svůj CAD nástroj a Simcenter 3D je s NX úzce propojen, nemuseli kvůli použití softwaru měnit své pracovní postupy. Uživatelé se nyní mohou snadno přesouvat od CAD funkcí k analýzám CAE ve známém prostředí NX. To podporuje její širší využití.

Aplikace Simcenter 3D a Teamcenter jsou integrovány, to znamená, že uživatelé CAE mají přístup k datům CAD modelů přímo v Teamcenteru, kdežto ostatní softwarové produkty CAE musejí CAD data číst přes prostředníka, což může způsobit nepřesnosti.

Aplikace Simcenter 3D je navíc snadno přizpůsobitelná. Odborníci ze Siemens Digital Industries Software nabízejí technickou podporu, například individuální školení a řešení problémů online. Software obsahuje různá rozhraní API, která umožňují jeho přizpůsobení a přístup k interním objektům. Díky nim mohou uživatelé vyvíjet programy pro automatizaci a upravovat funkce aplikací NX a Simcenter 3D. Kromě toho je možné systém rozšířit o další funkce pomocí průvodců pro programování krok za krokem.

Funkce aplikace Simcenter 3D pro automatické síťování jsou výkonné a obejdou se bez softwaru třetích stran. Model s 1 000 000 stupňů volnosti lze osíťovat za pouhých 10 minut. Proces je jednoduchý, rychlý a na rozdíl od jiných nástrojů nevyžaduje složitý preprocesing.

Programování, optimalizace a přizpůsobení

V rámci neustálého vývoje společnost Yuchai podle svých obchodních potřeb také změnila způsob, jakým používá CAE. Yuchai dělí práci s CAE do dvou kategorií: „inovativní“ a „rutinní“ Druhá kategorie se týká jednoduchých a opakujících se úkonů. Aplikace NX umožňuje tyto úkony automatizovat pomocí jednoduchých a snadno použitelných šablon, vytvořených odborníky na CAE v aplikaci Simcenter 3D, které mohou konstruktéři využít k řízené CAE analýze. Společnost Yuchai díky programovacím funkcím NX a Simcenter 3D vyvinula tři šablony CAE, které zpřístupnila pro konstruktéry.

Díky společnému použití aplikací NX a Simcenter 3D ve společnosti Yuchai mohou konstruktéři analyzovat své návrhy součástí sami bez asistence oddělení CAE, což šetří spoustu času a umožňuje efektivní analýzu CAE v průběhu celého projektu. Konstruktéři mohou pomocí CAE analyzovat několik alternativních návrhů a vybrat pro zkušební výrobu ten nejlepší z nich. Klíčovou výhodou je, že po úpravě NX CAD modelů konstruktéry dojde k automatické aktualizaci Simcenter 3D modelů pro analýzu, což umožňuje jejich rychlé porovnávání.

Kromě toho mohou konstruktéři využít šablon a provést CAE analýzu při simulování a analyzování součástí. Šablony nevyžadují žádné speciální znalosti ani pracovní návyky. Analýzy konstruktérů jsou efektivním řešením, které doplňuje analýzu CAE prováděnou odborníky.

Lu a Zhou zdůrazňují, že společnost Yuchai spolu s neustálými inovacemi a vývojem výrobků musí také standardizovat veškeré výpočty, aby tak vytvořila své vlastní simulační procesy a databázi, která bude jádrem jejich odbornosti a profesionality. Společnost plánuje pokračovat ve vývoji vlastních programů, aby se jejich simulační inženýři mohli soustředit na analýzu výsledků a vyvíjet snadno použitelné nástroje pro konstruktéry. Yuchai bude i nadále spolupracovat se společností Siemens Digital Industries Software na dalším zlepšování svých možností a výsledků. „Společnost Yuchai si podmaňuje trh pomocí vynikajících výrobků, získává zákazníky vysokou kvalitou a zavádí inovace“ říká Lu. „Díky silné podpoře společnosti Siemens Digital Industries Software vybudujeme lepší budoucnost.“