Budowanie przyszłości rozwoju silników z oprogramowaniem CAE

Lider na rynku silników spalinowych

Jako największy producent silników spalinowych w Chinach, firma Guangxi Yuchai Machinery Co., Ltd. (Yuchai) nie tylko podejmuje się różnych projektów rozwojowo-badawczych na poziomie krajowym, ale również odgrywa istotną rolę dla promocji innowacyjnego rozwoju chińskiej branży silników. Konkurencja w branży motoryzacyjnej rośnie, a różne potrzeby rynkowe tworzą wyzwania związane z projektowaniem produktu, między innymi konieczność podwyższania jakości, zwiększenia różnorodności i szybszej modernizacji.

Oprogramowanie do inżynierii wspomaganej komputerowo (CAE) odgrywa kluczową rolę, jeśli chodzi o możliwość efektywnego wykorzystania systemu informacji na poziomie przedsiębiorstwa, co skraca cykle projektowania, pomaga zwiększyć jakość produktu i pozwala osiągnąć bardziej efektywną współpracę. Yuchai spośród wielu dostawców oprogramowania wybrał na partnera firmę Siemens Digital Industries Software, aby wspólnie pracować nad projektem, rozwojem, zastosowaniem i usługami. Lu Xianglin, zastępca kierownika Wydziału Weryfikacji CAE w Instytucie Badań i Inżynierii Yuchai, jest odpowiedzialny za projekt i to głównie on korzysta z oprogramowania NX™ oraz Simcenter 3D. On i Zhou Yangchun, kierownik sekcji analizy strukturalnej Wydziału Weryfikacji CAE, mają bogate doświadczenie praktyczne oraz głęboką wiedzę na temat statusu rozwoju przedsiębiorstwa oraz planów produktowych, a także modernizacji i optymalizacji narzędzi CAE.

Ścisła zgodność z procesem i wymaganiami dotyczącymi jakości

Jako niezależny producent silników Yuchai tworzy różne modele lekkich, średnich i ciężkich silników, które są powszechnie wykorzystywane w samochodach, maszynach budowlanych i rolniczych, na statkach, w generatorach mocy i do innych zastosowań. Dla nowych produktów firma ustanowiła zestaw rygorystycznych procedur rozwojowych, które w jasny sposób opisują pracę, którą należy wykonać na poszczególnych etapach. Dział CAE odgrywa niezwykle ważną rolę podczas całego procesu rozwoju produktu. To głównie dział CAE weryfikuje możliwość wykonania produktów na etapie projektowania i pełni istotną rolę przy wyborze optymalnych programów.

Wszystkie silniki konstruowane przez Yuchai podlegają kompleksowej analizie CAE, zgodnie z opracowanymi procedurami rozwojowymi firmy. Taka analiza skutkuje licznymi sugestiami usprawnień, które przyczyniają się do wyższej jakości produktu i skrócenia cyklu rozwoju. Dział CAE pełni również ważną rolę w aspektach takich jak szybka diagnostyka błędów oraz inne procesy w analizie usterek na etapie testów. Przykładowo: w modelu silnika opracowanego niegdyś przez Yuchai wystąpiła kolizja między zaworem i tłokiem. Firma starała się znaleźć przyczynę problemu, ale na początku się to nie udało. Trzy dni po interwencji zespołu CAE z zaskoczeniem odkryto, że w złożeniu pojawił się błąd spowodowany przez niepoprawne adnotacje wykonane przez dostawcę podczas procesu obróbki.

Takie przykłady jasno ilustrują korzyści płynące z zastosowania oprogramowania CAE. Spośród wielu innych rozwiązań CAE Yuchai wybrał właśnie Simcenter 3D ze względu na odpowiednie dopasowanie do potrzeb firmy, dokładność, niezawodność i wiele innych elementów. Oprogramowanie Simcenter 3D (dawniej NX CAE), które zbudowano na platformie NX, zapewnia bezproblemowe doświadczenie CAD-CAE przy jednoczesnej pracy z NX CAD, a firma Yuchai wykorzystuje je do działań innowacyjnych i rozwojowych od niemal 20 lat.

Zmiany na rynku i wyzwania

Ze względu na rosnącą konkurencję w branży motoryzacyjnej wysoka jakość, różnorodność i elastyczność stały się kluczowymi cechami produkcji. Według Lu i Zhou zmieniające się potrzeby rynku nie tylko wpływają na strategie i decyzje korporacji, ale powodują także wiele problemów i wyzwań w rozwoju produktów.

Po pierwsze, popyt na spersonalizowane produkty prowadzi do rosnącej liczby ich kategorii. Opracowanie silnika wymaga wielu różnych symulacji i analiz CAE, a jako że symulacja jest wykorzystywana podczas całego rozwoju produktu, często powstają konflikty między potrzebą przeprowadzenia analizy i ograniczonymi zasobami, przez co niemożliwe jest szybkie przekazanie wyników analizy CAE do projektantów.

Rosnąca złożoność systemów wymaga współpracy między różnymi działami podczas procesu rozwoju produktu. Niestety projektanci i analitycy CAE zwykle należą do różnych organizacji, które powinny komunikować się ze sobą i skoordynować wysiłki. Analitycy CAE sugerują usprawnienia, natomiast konstruktorzy odpowiednio modyfikują swoje projekty. Taki cykl powtarza się wielokrotnie, przez co analitycy CAE nie są w stanie odpowiednio śledzić projektu i w pełni wykorzystać swoich umiejętności.

Ponadto systemy CAE nie były wcześniej stosowane w Yuchai na szeroką skalę. Zaledwie kilku inżynierów wykorzystywało je do prowadzenia symulacji. Optymalizacji konstrukcji nie wykonywano dla większości części, a wymagania projektantów wobec zespołu CAE stale rosły.

Pojawiały się również problemy z przetwarzaniem danych podczas złożonego procesu przygotowywania modelu do symulacji. Dużo czasu zajmowała konwersja i naprawa danych CAD przy imporcie do oprogramowania CAE, a modele były narażone na błędy.

Zadania działu CAE również stanowiły ogromne wyzwanie. Zespół zwykle nie zaczynał analizy od razu: zamiast tego zajmował się listą zaległych prac. Wyniki analizy CAE były przekazywane konstruktorom dopiero po kilku dniach lub tygodniach. To wąskie gardło sprawiało, że śledzenie postępów w projekcie stało się niemożliwe. Projekty były często przekazywane do próbnej produkcji tuż przed analizą CAE.

Zaufany partner, wyjątkowe rozwiązania

Na początku 2000 roku Yuchai zaczął pracę w produktach NX. Dziś firma wykorzystuje system NX jako oprogramowanie do projektowania, zintegrowane funkcje CAE z Simcenter 3D, a także Teamcenter® jako rozwiązanie do zarządzania danymi produktu (PDM). Ich główne zastosowania to między innymi projektowanie produktów, tworzenie rysunków inżynierskich, projektowanie form i matryc oraz analiza CAE. Gdy zastosowanie oprogramowania Simcenter 3D stawało się coraz szersze, firmie Yuchai udało się nie tylko pogodzić liczne konflikty między potrzebami rynku i ilością pracy, ale również efektywnie skrócić cykle rozwoju oraz usprawnić ogólny proces rozwoju i projektowania.

Rozważając wybór Simcenter 3D na oprogramowanie do symulacji w firmie Yuchai, Lu i Zhou przeanalizowali i porównali alternatywy w oparciu o własne doświadczenia. Na wybór Simcenter 3D wpłynęło kilka czynników.

Jako że konstruktorzy wykorzystują oprogramowanie NX jako narzędzie CAD, a Simcenter 3D również został zbudowany na platformie NX, jego wdrożenie nie wymagało zmian w typowych pracach. Użytkownicy mogą bez problemu przejść od wykorzystywania funkcji CAD do wykonywania analizy CAE, a wszystko to w znanym interfejsie NX. Znajomość interfejsu pozytywnie wpływa na coraz szersze użycie oprogramowania.

Simcenter 3D oraz Teamcenter są doskonale zintegrowane, co pozwala użytkownikom funkcji CAE odczytać informacje dotyczące modelu CAD bezpośrednio z Teamcenter. Dla porównania, inne oprogramowanie CAE odczytuje dane CAD z wykorzystaniem produktu pośredniego, co może powodować utratę istotnych treści.

Dalszy rozwój i dostosowanie oprogramowania Simcenter 3D są stosunkowo proste. Eksperci Siemens Digital Industries Software zaoferowali firmie szerokie wsparcie, w tym indywidualne szkolenia oraz pomoc techniczną online. Oprogramowanie zawiera liczne interfejsy programowania aplikacji (API), które mają dostęp do zewnętrznych obiektów i pozwalają na dopasowanie się do potrzeb użytkownika. Dzięki nim użytkownicy mogą tworzyć różne programy automatyzacji oraz dostosować funkcje NX i Simcenter 3D. Oprócz tego jasny kreator programowania pozwala im w łatwy sposób budować dodatkowe funkcjonalności systemu.

Funkcja automatycznego tworzenia siatki w Simcenter 3D jest bardzo wydajna i nie wymaga wsparcia ze strony zewnętrznego oprogramowania. Siatka modelu z milionem stopni swobody może zostać stworzona w zaledwie 10 minut. Proces jest szybki, prosty i nie wymaga złożonego preprocessingu, który jest typowy dla innych narzędzi.

Personalizacja programowania i optymalizacji

Ze względu na swój stały rozwój firma Yuchai zmieniła również sposób wykorzystania narzędzi CAE, aby sprostać wymaganiom biznesowym. Yuchai dzieli dziś prace wykonywane w systemie CAE na dwa obszary: „innowacyjne” i „dojrzałe”. W obszarze dojrzałych prac znajduje się wiele nieskomplikowanych i powtarzających się zadań. NX umożliwia ich automatyzację za pośrednictwem jasnych i prostych w użyciu szablonów symulacji stworzonych przez ekspertów ds. CAE w Simcenter 3D, które mogą wykorzystać konstruktorzy, aby samodzielnie przeprowadzić sterowany proces analizy CAE. Firma Yuchai przygotowała trzy szablony CAE w oparciu o możliwości programowania w NX i Simcenter 3D, a następnie udostępniła je konstruktorom.

Wykorzystanie NX i Simcenter 3D w Yuchai umożliwiło kolejną zmianę procesu: konstruktorzy mogą samodzielnie wykonać analizę projektu części, bez przekazywania symulacji do działu CAE, długiego oczekiwania i konwersji modeli, co oszczędza bardzo wiele czasu i pozwala na efektywne stosowanie analizy CAE w całym projekcie. Konstruktorzy mogą w ten sposób badać różne alternatywne projekty i wybrać najlepszą opcję, którą przekażą do próbnej produkcji. Główną zaletą jest to, że gdy modyfikują model w NX CAD, model analityczny w Simcenter 3D aktualizuje się automatycznie, co pozwala inżynierom na szybkie porównanie różnych projektów.

Dodatkowo wykorzystanie szablonów analizy pozwala projektantom na zastosowanie informacji z analizy CAE do symulacji i zbadania części. Dzięki wykorzystaniu szablonów nie ma konieczności prowadzenia dodatkowych szkoleń lub zmiany przyzwyczajeń inżynierów. Analiza wykonana przez inżynierów działa sprawnie i uzupełnia analizę CAE prowadzoną przez ekspertów.

Lu i Zhou podkreślają, że ze względu na stały rozwój i innowacje produktowe Yuchai musi ustandaryzować poszczególne obliczenia, aby stworzyć własne procesy symulacji i bazę danych, a także budować najlepsze praktyki w zakresie projektowania. Przedsiębiorstwo planuje dalszy rozwój pogłębionych, dostosowanych programów, aby profesjonalni inżynierowie zajmujący się symulacją mogli skupić się na analizie wyników i tworzyć coraz więcej prostych w użyciu narzędzi dla konstruktorów. Yuchai będzie współpracować z Siemens Digital Industries Software, aby wciąż zwiększać możliwości i osiągać lepsze wyniki. – Firma Yuchai napędza rozwój na rynku dzięki wyjątkowym produktom, zdobywa klientów dzięki wysokiej jakości i kształtuje przyszłość dzięki innowacjom – podkreśla Lu. – Z ogromnym wsparciem ze strony Siemens Digital Industries Software z pewnością uda nam się stworzyć jaśniejszą przyszłość.