Impulsar el futuro del desarrollo de motores con CAE

Líder en motores de combustión

Como el productor más grande de motores de combustión interna en China, Guangxi Yuchai Machinery Co., Ltd. (Yuchai) no solo ha llevado a cabo algunos de los mayores proyectos de investigación y desarrollo (I+D) a nivel nacional, sino que también ha desempeñado un papel significativo en la promoción del desarrollo innovador de la industria del motor de China. A medida que la competición en el mercado de la automoción aumenta, la combinación de las necesidades del mercado presenta varios desafíos para el diseño de producto, incluyendo más calidad, diversidad, aceleración de actualizaciones y otros.

El software de ingeniería asistida por ordenador (CAE) desempeña un papel fundamental a la hora de permitir que se utilice el sistema de información a nivel de empresa para reducir los ciclos de diseño de producto, ayudando así a mejorar la calidad del mismo y a llevar una colaboración más efectiva. Yuchai eligió a Siemens Digital Industries Software entre varios proveedores de software como su partner de diseño a desarrollo, y de aplicaciones a servicios. Lu Xianglin, subdirector del departamento de verificación CAE del Engineering and Research Institute de Yuchai, está a cargo del proyecto y del usuario principal del software de NX™ y de Simcenter 3D. Tanto él como Zhou Yangchun, jefe de la sección de análisis estructural del departamento de verificación CAE, tienen una experiencia práctica y en profundidad del estado de desarrollo de la empresa y de la planificación del producto, así como de la actualización y optimización de las herramientas CAE.

Conformidad estricta con los requisitos de proceso y calidad

Como productor independiente de motores, Yuchai fabrica varios modelos de motores (ligeros, medios y pesados) que se usan en automóviles, maquinaria de construcción y agrícola, barcos, generadores eléctricos y otras aplicaciones. Para los productos nuevos, ha establecido una serie de estrictos procedimientos de desarrollo que definen claramente el trabajo de cada fase. El departamento de CAE desempeña un papel fundamental en todo el proceso de desarrollo de productos. Por ejemplo, CAE verifica primero la viabilidad de los programas de producto en la fase de diseño y es esencial a la hora de seleccionar los mejores.

Todos los motores que ha desarrollado Yuchai han pasado por análisis integrales de CAE de acuerdo a los procedimientos de desarrollo de Yuchai. Los análisis generan muchas sugerencias constructivas para la mejora, lo que contribuye de manera significativa a la calidad de productos y a la reducción del ciclo de desarrollo. El departamento CAE también es imprescindible en aspectos como la solución de problemas y otros procesos a la vez que llevan a cabo análisis en la fase de pruebas. Por ejemplo, una vez hubo un choque entre la válvula y el pistón de un motor desarrollado por Yuchai. La empresa hizo todo lo posible por determinar la causa pero no pudo. Para su sorpresa, tres días después de esa intervención, los miembros del departamento CAE identificaron la verdadera causa: un error de montaje provocado por las marcas incorrectas del proveedor durante el proceso de fabricación.

Estos ejemplos demuestran todas las ventajas del software CAE. Entre otras soluciones CAE, el software Simcenter 3D ha tenido el honor de ser adoptado por Yuchai gracias a su precisión y fiabilidad, entre otros. Simcenter 3D (antes NX CAE), integrado en la plataforma de NX, por lo que ofrece una experiencia CAD-CAE cuando se usa con NX para CAD, se ha utilizado en las actividades de innovación y desarrollo de Yuchai durante casi 20 años.

Cambios y desafíos del mercado

Con la creciente competición en el mercado de la automoción, la alta calidad, la diversidad y la flexibilidad se han convertido en factores clave de la producción. Según Lu y Zhou, el cambio de las demandas de mercado no solo afecta a las estrategias corporativas y a las decisiones, sino que provoca muchos problemas y retos en el desarrollo de productos.

En primer lugar, las demandas del mercado de productos personalizables llevan a un incremento en el número de categorías de producto. El desarrollo de motores implica una variedad de simulación CAE y análisis. Puesto que la simulación se usa durante todo el desarrollo de productos, en ocasiones hay conflictos entre las necesidades de análisis CAE y los recursos de análisis limitados, haciendo imposible que ingenieros de diseño tengan los análisis CAE.

La complejidad creciente del sistema requiere de una cooperación entre departamentos durante el proceso de desarrollo de productos. Con todo, los diseñadores y los analistas CAE pertenecen normalmente a distintas organizaciones que deben comunicar y coordinar sus esfuerzos. Los analistas CAE proponen mejoras y los ingenieros de diseño revisan los diseños de acuerdo a las mismas. El ciclo se repite una y otra vez, y es imposible que el análisis CAE siga los plazos del proyecto y utilice plenamente sus habilidades.

Asimismo, las aplicaciones CAE no siempre se usaban en Yuchai. Solo lo hacían algunos ingenieros CAE para la simulación. No se realizaba una optimización estructural para la mayoría de las piezas, y las demandas de ingenieros de diseño producto para CAE aumentaban.

También había problemas con el procesamiento de datos durante los procesos complejos de preparación de modelos de simulación. Se tardó mucho en convertir y reparar datos CAD cuando se importaban en el software CAD, y los modelos eran susceptibles de errores.

Por último, las tareas del equipo de CAE suponían muchos desafíos. Normalmente, no empezaban con el análisis. En su lugar, trabajaban con una cola de tareas CAE atrasadas. Los resultados de los análisis CAE no se podían transferir a los ingenieros de diseño hasta días o incluso semanas después. El cuello de botella del análisis hacía imposible que se siguiera el ritmo del proyecto. En ocasiones, los diseños se llevaban a las pruebas de fabricación antes de los análisis CAE.

Partner de confianza, soluciones excepcionales

A principios del 2000, Yuchai empezó a utilizar los productos del software de NX. Hoy en día, Yuchai usa NX como su software de diseño, las funcionalidades CAE de Simcenter 3D y el software de Teamcenter® como solución de gestión de datos de producto (PDM). Las primeras aplicaciones incluyen diseño de producto, dibujo de ingeniería, fabricación de moldes y troqueles y análisis CAE, entre otros. A medida que el software Simcenter 3D se amplía, Yuchai no solo ha mitigado los conflictos entre las demandas del mercado y la carga de trabajo de desarrollo, sino que también ha reducido de manera eficiente los ciclos de desarrollo de productos y ha optimizado el proceso de desarrollo y diseño.

En cuanto a la selección de Simcenter 3D como el software de simulación de Yuchai, Lu y Zhou analizaron y compararon las alternativas basándose en sus propias experiencias. Varios factores influyeron en la decisión a favor de Simcenter 3D.

Puesto que los diseñadores usan NX como su herramienta CAD y Simcenter 3D está integrado en la plataforma de NX, no tienen que cambiar su forma de trabajar. Los usuarios pueden pasar de usar una funcionalidad CAD a realizar análisis CAE, todo dentro de la interfaz NX. Esta familiaridad promueve un uso más extendido.

Simcenter 3D y Teamcenter están perfectamente integrados, permitiendo a los usuarios CAE leer directamente los datos del modelo CAD desde Teamcenter. En cambio, los productos de software CAE deben leer los datos CAD a través de un intermediario y pueden perder datos del modelo CAD.

El desarrollo y ajuste adicionales del software de Simcenter 3D son relativamente fáciles. Los expertos de Siemens Digital Industries Software han proporcionado una gran ayuda, incluyendo formación one-to-one y soporte técnico online. El software incluye varias interfaces para programación de aplicaciones (API) para la personalización que pueden tener acceso a objetos internos. Con estas API, los usuarios desarrollan una variedad de programas de automatización y personalizan las funciones de NX y Simcenter 3D. Además, un asistente paso a paso para la programación permite a los usuarios utilizar fácilmente funcionalidades de sistemas adicionales.

La funcionalidad de mallado automático de Simcenter 3D es potente y no requiere asistencia de un software de terceros. Un modelo de 1.000.000 grados de libertad se puede mallar en solo 10 minutos. Es fácil y rápido sin el complejo preprocesamiento que requieren otras herramientas de mallado.

Programación personalizable, optimización y personalización

Con el desarrollo continuo, Yuchai también cambió el uso de CAE para cumplir con los requisitos de empresa. Yuchai divide el trabajo CAE en dos campos: «innovador» y «maduro». El campo «maduro» aborda trabajos simples y repetitivos. NX permite la automatización de este tipo de trabajo al aprovechar las plantillas de simulación fáciles de usar, creadas por expertos de CAE usando Simcenter 3D. Los diseñadores las pueden utilizar para ejecutar un proceso de análisis guiado por CAE. Yuchai ha desarrollado tres plantillas CAE basadas en la funcionalidad de programación de NX y Simcenter 3D y las han puesto a disposición del uso de ingenieros.

La utilización de NX junto a Simcenter 3D en Yuchai ha posibilitado otro cambio en el proceso: los ingenieros de diseño pueden analizar sus diseños de piezas ellos mismos, sin trasferir trabajo de simulación al departamento CAE o esperar a los modelos convertidos. Esto supone un ahorro en tiempo y permite que se apliquen los análisis CAE de manera eficiente en el proyecto. Mientras tanto, los ingenieros de diseño pueden usar CAE para analizar varios diseños alternativos y seleccionar el mejor para las pruebas de fabricación. Una ventaja clave es que después de que los diseñadores modifiquen el modelo NX CAD, se actualiza automáticamente el modelo de análisis de Simcenter 3D, permitiendo a los ingenieros comparar rápidamente varios diseños.

Además, las plantillas de análisis permiten a los ingenieros de diseño aplicar el conocimiento de análisis CAE cuando simulan y analizan piezas. La utilización de las plantillas no requiere formación adicional o cambios en los hábitos de trabajo de los ingenieros de trabajo. Los análisis orientados al ingeniero funcionan perfectamente y complementan los análisis CAE de expertos.

Lu y Zhou enfatizan que con la continua innovación y desarrollo de productos, Yuchai aún necesita estandarizar el proceso de cada cálculo para formar sus propios procesos de simulación y construir la experiencia de diseño de la empresa. La compañía quiere continuar con el desarrollo de programas personalizables de manera que los ingenieros profesionales de simulación se puedan centrar en los análisis de los resultados y en desarrollar más herramientas fáciles de utilizar para ingenieros de diseño. Yuchai colaborará con Siemens Digital Industries Software para mejorar sus funcionalidades. «Yuchai desarrolla mercados con productos excepcionales, gana clientes a través de la calidad e impulsa el futuro con la innovación», dice Lu. «Con el firme apoyo de Siemens Digital Industries Software, construiremos un futuro mejor».