Promuovere il futuro dello sviluppo di motori con il software CAE

Leader nei motori a combustione

In qualità di massimo produttore di motori a combustione interna in Cina, Guangxi Yuchai Machinery Co., Ltd. (Yuchai) oltre ad avere intrapreso importanti progetti di ricerca e sviluppo (R&D) a livello nazionale, ha giocato un ruolo di grande rilievo nel promuovere lo sviluppo innovativo del settore dei motori in Cina. A seguito della crescente concorrenza nel mercato automobilistico, un insieme di esigenze di mercato pone numerose sfide di progettazione, fra cui maggiore qualità, diversificazione dei prodotti, accelerazione degli aggiornamenti per i prodotti e altro ancora.

Il software Computer-Aided Engineering (CAE) ha un ruolo decisivo nel consentire l’uso di un sistema informatico di livello enterprise per ridurre efficacemente i cicli di progettazione del prodotto, contribuendo a migliorarne la qualità e a realizzare una collaborazione più efficace. Yuchai ha scelto Siemens Digital Industries Software come partner, fra molti fornitori di software, dalla progettazione allo sviluppo, e dalle applicazioni ai servizi. Lu Xianglin, Deputy Manager di verifica CAE dello Engineering and Research Institute di Yuchai, è incaricato del progetto ed è l’utente principale dei software NX™ e Simcenter 3D. Lu Xianglin e Zhou Yangchun, capo della sezione di analisi strutturale del reparto di verifica CAE, possiedono una vasta esperienza pratica e una conoscenza approfondita e unica sullo stato di sviluppo e sulla pianificazione dei prodotti dell’azienda, nonché sull’aggiornamento e sull’ottimizzazione degli strumenti CAE.

Conformità rigorosa ai requisiti di processo e qualità

In qualità di produttore indipendente di motori, Yuchai realizza vari modelli di motori leggeri, medi e pesanti, ampiamente utilizzati in automobili, macchinari da costruzione, macchinari agricoli, imbarcazioni, gruppi elettrogeni e altre applicazioni. Per i nuovi prodotti, Yuchai ha stabilito una serie di rigorose procedure di sviluppo che definiscono con chiarezza il lavoro per ogni fase. Il reparto CAE ha un ruolo indispensabile nell’intero processo di sviluppo del prodotto. Ad esempio, il reparto CAE ora verifica principalmente la fattibilità dei programmi, relativi ai prodotti nella fase di progettazione, e svolge un compito importante nella scelta di programmi ottimali.

Tutti i motori sviluppati da Yuchai sono stati sottoposti a un’analisi CAE esaustiva, in conformità con le procedure di sviluppo stabilite da Yuchai. Dall’analisi emergono numerosi suggerimenti costruttivi per il miglioramento, in grado di contribuire in modo significativo alla qualità del prodotto e alla riduzione del ciclo di sviluppo. Il reparto CAE ha un ruolo importante anche in aspetti quali il completamento rapido della procedura di risoluzione dei problemi e di altri processi, durante l’esecuzione dell’analisi dei guasti nella fase di test. Ad esempio, in un caso si è verificata una collisione fra la valvola e il pistone di un modello di motore sviluppato da Yuchai. L’azienda ha cercato di determinare la causa, ma inizialmente non ha ottenuto risultati. Con sorpresa dell’azienda, entro tre giorni dal loro intervento, i membri del reparto CAE hanno identificato la vera causa: un errore di assemblaggio causato da marcature errate, realizzate dal fornitore durante il processo di lavorazione.

Tali esempi dimostrano completamente i vantaggi del software CAE. Fra molte altre soluzioni CAE, il software Simcenter 3D ha avuto l’onore di essere adottato da Yuchai grazie alla sua idoneità, all’accuratezza, all’affidabilità e ad altre caratteristiche. Simcenter 3D (in precedenza NX CAE), che è basato sulla piattaforma NX e quindi offre un’esperienza CAD-CAE ottimale quando è utilizzato con NX per CAD, è stato impiegato nelle attività di sviluppo e innovazione di Yuchai per quasi 20 anni.

Cambiamenti e sfide del mercato

Con la crescente concorrenza del mercato automobilistico, l’alta qualità, la diversità e la flessibilità sono diventate caratteristiche determinanti della produzione. Secondo Lu e Zhou, le esigenze del mercato in evoluzione, oltre a influire sulle strategie e le decisioni aziendali, comportano anche numerosi problemi e molte sfide in merito allo sviluppo dei prodotti.

In primo luogo, le esigenze del mercato, riguardo alla realizzazione di prodotti personalizzati, portano a un crescente numero di categorie di prodotti. Lo sviluppo dei motori implica una serie di simulazioni e analisi CAE, e dato che la simulazione è utilizzata durante l’intero processo di sviluppo del prodotto, si verificano spesso conflitti fra la necessità di analisi CAE e le risorse di analisi limitate, rendendo impossibile fornire prontamente i risultati dell’analisi CAE ai progettisti.

La crescente complessità dei sistemi richiede cooperazione fra i reparti durante il processo di sviluppo del prodotto. Tuttavia, i progettisti e gli analisti CAE appartengono solitamente ad aziende differenti, che devono comunicare e coordinare le attività. Gli analisti CAE propongono miglioramenti e gli ingegneri progettisti revisionano i progetti di conseguenza. Questo ciclo si ripete più volte, rendendo impossibile per gli analisti CAE seguire rigorosamente le tempistiche del progetto e sfruttare appieno le proprie abilità.

Inoltre, l’uso delle applicazioni CAE non era tradizionalmente diffuso in Yuchai. Tali applicazioni venivano impiegate da pochi ingegneri CAE per la simulazione. L’ottimizzazione strutturale non era eseguita per la maggior parte dei componenti e le richieste dei progettisti dei prodotti per l’uso del CAE erano in aumento.

Esistevano, inoltre, problemi con l’elaborazione dei dati durante il complesso processo di preparazione del modello di simulazione. Richiedeva molto tempo, infatti, convertire e riparare i dati CAD durante l’importazione nel software CAE, e i modelli erano soggetti a errori.

Infine, le attività del team CAE erano estremamente impegnative. Solitamente, non iniziavano immediatamente l’analisi, ma lavoravano per completare le attività CAE arretrate. I progettisti dovevano attendere svariati giorni o persino settimane per avere i risultati dell’analisi CAE. Il collo di bottiglia dell’analisi non consentiva di tenere il ritmo dell’avanzamento del progetto. I progetti venivano talvolta rilasciati direttamente per la produzione di prova prima dell’analisi CAE.

Partner di fiducia, soluzioni eccellenti

Agli inizi del 2000, Yuchai ha iniziato a utilizzare i prodotti software NX. Oggi, Yuchai utilizza NX come software di progettazione, le funzionalità CAE integrate di Simcenter 3D e il software Teamcenter® come soluzione per la gestione dei dati di prodotto (PDM). Le applicazioni principali includono progettazione del prodotto, disegno tecnico, realizzazione di stampi e analisi CAE. Con l’estensione dell’applicazione del software Simcenter 3D, Yuchai, non solo ha mitigato i molteplici conflitti fra esigenze del mercato e carico di lavoro per lo sviluppo, ma ha anche ridotto efficacemente i cicli di sviluppo del prodotto e ottimizzato il processo di progettazione e sviluppo globale.

Esaminando la scelta di Simcenter 3D come software di simulazione, Yuchai, Lu e Zhou hanno analizzato e confrontato soluzioni alternative sulla base della propria esperienza pratica. Vari fattori hanno influenzato la decisione in favore di Simcenter 3D.

Poiché i progettisti utilizzano NX come strumento CAD e Simcenter 3D si basa anch’esso sulla piattaforma NX, con Simcenter 3D non devono modificare le procedure di lavoro. Gli utenti possono passare senza problemi dalla funzionalità CAD all’esecuzione dell’analisi CAE, rimanendo all’interno dell’interfaccia NX già nota. Questa familiarità con lo strumento ne promuove un utilizzo più diffuso.

Simcenter 3D e Teamcenter sono integrati in modo trasparente, consentendo agli utenti CAE di leggere direttamente i dati del modello CAD da Teamcenter; al contrario, altri prodotti software CAE devono leggere i dati CAD attraverso uno strumento intermedio e sono soggetti alla perdita di dati del modello CAD.

Per di più, lo sviluppo e la personalizzazione del software Simcenter 3D sono relativamente semplici. Gli esperti di Siemens Digital Industries Software offrono un’assistenza completa, che include formazione diretta e supporto tecnico online. Il software comprende varie API (Application Programming Interface) per la personalizzazione, in grado di accedere a oggetti interni. Con queste API, gli utenti possono sviluppare svariati programmi di automazione e personalizzare le funzioni di NX e Simcenter 3D. Inoltre, una procedura guidata per la programmazione consente agli utenti di sviluppare facilmente ulteriori funzionalità di sistema.

La funzionalità di meshing automatizzata di Simcenter 3D è potente e non necessita di assistenza da parte di software di terzi. Il meshing di un modello con 1.000.000 di gradi di libertà può essere eseguito in soli 10 minuti. È semplice e veloce, senza necessità di un pre-processing complesso, richiesto da altri strumenti di creazione mesh.

Programmazione personalizzata, ottimizzazione e personalizzazione

Con il continuo sviluppo, Yuchai ha cambiato anche l’utilizzo di software CAE per soddisfare i requisiti di business. Yuchai divide il lavoro CAE in due campi: “innovativo” e “maturo”. Nel campo “maturo” viene svolto un volume elevato di lavoro semplice e ripetitivo. NX consente l’automazione di tale lavoro, utilizzando template di simulazione semplici e facili da utilizzare, creati dagli esperti CAE con Simcenter 3D, usufruibili dai progettisti per eseguire un processo guidato di analisi CAE. Yuchai ha sviluppato tre template CAE, basati sulle funzionalità di programmazione di NX e Simcenter 3D, e li ha messi a disposizione dei progettisti.

L’uso combinato di NX e Simcenter 3D presso Yuchai ha permesso un altro cambiamento nel processo: gli ingegneri progettisti possono analizzare i progetti delle parti da soli, senza dover trasferire il lavoro di simulazione al reparto CAE o dover attendere o convertire i modelli, risparmiando moltissimo tempo e applicando l’analisi CAE in modo efficace nel corso dell’intero progetto. Nel frattempo, gli ingegneri progettisti possono avvalersi del software CAE per analizzare vari progetti alternativi e scegliere il migliore per la produzione di prova. Un vantaggio essenziale è l’aggiornamento automatico del modello di analisi di Simcenter 3D, che avviene quando i progettisti modificano il modello CAD di NX, consentendo agli ingegneri di confrontare rapidamente diversi progetti.

Inoltre, l’uso dei template di analisi consente agli ingegneri di applicare le competenze di analisi CAE durante la simulazione e l’analisi delle parti. L’uso di template non richiede ulteriore formazione, né il cambiamento delle abitudini di lavoro degli ingegneri. L’analisi orientata agli ingegneri lavora in modo efficace e integra l’analisi CAE degli esperti.

Lu e Zhou sottolineano che, data l’innovazione e lo sviluppo continuo dei prodotti, Yuchai necessita ancora di standardizzare il processo per ogni singolo calcolo, in modo da formare i propri processi di simulazione e database, nonché costruire le competenze di progettazione dell’azienda. L’azienda intende continuare a condurre lo sviluppo approfondito di programmi personalizzati, in modo da permettere agli ingegneri esperti di simulazione di concentrarsi sull’analisi dei risultati e sullo sviluppo di strumenti più facili da utilizzare per i progettisti. Yuchai collabora con Siemens Digital Industries Software per migliorare costantemente le proprie capacità e raggiungere un obiettivo più grande. “Yuchai sviluppa i mercati con prodotti eccellenti, conquista clienti grazie all’elevata qualità e promuove il futuro attraverso l’innovazione”, ha affermato Lu. “Con il solido supporto di Siemens Digital Industries Software, costruiremo senza dubbio un futuro migliore”.