借助 CAE 推动发动机的未来发展

内燃发动机领域的佼佼者

作为中国的大型内燃发动机生产商，广西玉柴机械有限公司（以下简称“玉柴”）不仅承担了多项国家重大研发项目，而且对推动中国内燃机行业的创新开发也发挥了重要作用。随着汽车市场竞争的加剧，外加市场需求的日益苛刻，对产品设计提出了许多挑战，包括更高的质量、更多样性的产品、更快速的产品更新，等等。

计算机辅助工程 (CAE) 在支持使用软件企业级信息系统有效缩短产品设计周期、帮助提高产品质量并实现高效协同方面起着关键作用。玉柴从众多软件供应商中选择了 Siemens Digital Industries Software 作为合作伙伴，在从设计到开发、从应用到服务的各个领域中开展紧密合作。玉柴工程研究所 CAE 验证部副经理卢祥林负责该项目并管理 NX™ 软件和 Simcenter 3D 软件的主要用户。他和 CAE 验证部结构分析分部负责人周阳春均具有丰富的实践经验，对企业的发展状况、产品规划以及 CAE 工具的升级和优化有着深刻而独到的见解。

严格遵守流程和质量要求

作为一家独立的发动机生产商，玉柴致力于为汽车、工程机械、农业机械、船舶、发电机以及其他应用领域生产各种型号的轻、中、重型发动机。对于新产品，玉柴已建立一整套严格的开发流程，明确定义每个阶段的工作。CAE 部门在整个产品开发流程中发挥着不可替代的作用。例如，CAE 目前主要负责验证产品程序在设计阶段的灵活性，并在选择优化程序过程中起着重要作用。

玉柴开发的所有发动机均严格遵循玉柴的开发流程，且经过了 CAE 的全面分析。分析可生成具有建设性的改进建议，对产品质量大有裨益且有助于缩短开发周期。CAE 部门还可以在测试阶段执行故障分析时，在快速完成故障排除和其他流程等其他方面发挥重要作用。例如，玉柴开发的一款发动机模型曾存在气门与活塞碰撞的情况。公司通过各种努力想确定原因，但刚开始时都失败了。令公司感到震惊的是，在 CAE 部门的成员介入后的三天内，就查明了真正的原因：在加工流程中，供应商的错误标记导致装配错误。

上述实例充分展示了 CAE 软件的优势。在众多 CAE 解决方案中，Simcenter 3D 软件因其出色的适用性、准确性、可靠性等特点而被玉柴公司采用。Simcenter 3D（以前称为 NX CAE）以 NX 平台为基础构建。因此，当它与适用于 CAD 的 NX（已在玉柴创新和开发活动中使用近 20 年）一起使用时，可以提供无缝的 CAD-CAE 体验。

市场变化和挑战

随着自动化市场竞争的加剧，高质量、多样性和灵活性已成为生产的关键特征。根据卢先生和周先生的观点，不断变化的市场需求不仅影响公司战略和决策，而且还会引发诸多产品开发问题和挑战。

首先，个性化产品的市场需求导致产品类别日益增加。发动机的开发涉及各种 CAE 仿真和分析，且由于仿真在整个产品开发流程中均会用到，因此 CAE 分析需求和有限的分析资源之间往往会出现冲突，导致无法及时将 CAE 分析结果反馈给设计工程师。

日益复杂的系统要求在产品开发流程中跨部门实现协作。但是，设计师和 CAE 分析师往往隶属于不同的组织，其工作内容必须相互沟通和协调。CAE 分析师提出改进，然后由设计工程师对设计做出相应的修订。这种循环反复多次，导致 CAE 分析师无法更紧密地遵循项目时间线，无法充分发挥自身的能力。

此外，玉柴一直没有大规模地推广使用 CAE 应用程序。只有少数 CAE 工程师使用此类应用程序完成仿真任务。大多数零件并未执行结构优化，产品设计工程师对 CAE 的需求日益增加。

在复杂的仿真模型准备期间，还存在数据处理问题。CAD 数据在导入 CAE 软件时，需要花很长时间才能完成转换和修复，而且模型还容易出错。

最后，CAE 团队的任务还极具挑战性。他们通常不会立即开始分析。相反，他们会从处理一系列积压的 CAE 任务开始。在经历几天甚至几个星期之后，CAE 分析结果才能传输给设计工程师。分析瓶颈导致无法与项目进度保持同步。有时，设计会在 CAE 分析之前直接发布，供试制使用。

值得信赖的合作伙伴，卓越的解决方案

玉柴于 2000 年初开始使用 NX 软件产品。如今，玉柴使用集成了 Simcenter 3D 的 CAE 功能的 NX 作为设计软件，使用 Teamcenter® 软件作为产品数据管理 (PDM) 解决方案。其主要应用包括产品设计、工程制图、模具制造以及 CAE 分析等。随着 Simcenter 3D 软件的应用变得越来越广泛且深入，玉柴不仅缓解了市场需求和开发工作量之间的多重冲突，而且还有效缩短了产品开发周期，简化了整体开发和设计流程。

在讨论选择 Simcenter 3D 作为玉柴的仿真软件时，卢先生和周先生根据自己的实践经验，对备选方案进行了深入分析和比较。几个因素导致了他们决定选用 Simcenter 3D。

由于设计师使用 NX 作为 CAD 工具，而且 Simcenter 3D 也基于 NX 平台构建，因此使用 Simcenter 3D 无需改变其工作实践方式。用户可以从使用 CAD 功能无缝迁移至执行 CAE 分析，一切都在熟悉的 NX 界面内进行。这种熟悉感促进了更广泛的使用。

Simcenter 3D 与 Teamcenter 无缝集成，支持 CAE 用户从 Teamcenter 直接读取 CAD 模型数据。然而，其他 CAE 软件产品必须通过中间软件来读取 CAD 数据，这样很容易导致 CAD 模型数据丢失。

Simcenter 3D 软件的其他开发和定制相对容易。Siemens Digital Industries Software 专家提供详细的支持，其中包括一对一培训和在线技术支持。该软件附带提供多个可用于定制以访问内部对象的应用程序编程接口 (API)。使用这些 API，用户可以开发各种自动化程序，对 NX 和 Simcenter 3D 功能进行定制。此外，通过分步编程向导，用户可以轻松开发其他系统功能。

Simcenter 3D 的自动网格划分功能十分强大，无需第三方软件辅助。一个含 1,000,000 个自由度的模型仅需 10 分钟即可完成网格划分。这一过程简便快速，无需由其他网格划分工具执行复杂的预处理。

自定义编程、优化和定制

通过不断的开发，玉柴也开始转变 CAE 的使用以满足其业务需求。玉柴决定在两个领域使用 CAE：“创新”和“成熟”。“成熟”领域旨在处理许多简单重复的工作。通过利用 CAE 专家使用 Simcenter 3D 构建的简便易用的仿真模板并支持设计人员执行向导式 CAE 分析过程，NX 可实现此类工作的自动化。玉柴根据 NX 和 Simcenter 3D 的编程功能开发了三个 CAE 模板，并提供给设计人员使用。

在玉柴，NX 和 Simcenter 3D 的结合使用促成流程的另一项改变，即：设计工程师可以分析自己的零件设计，无需将仿真工作传输给 CAE 部门，亦无需等待或转换模型。这样节约了大量时间，并实现了 CAE 分析在整个项目的高效应用。与此同时，设计工程师还可以使用 CAE 来分析多个备选设计，选择更优设计用于试制。关键优势在于设计师更改 NX CAD 模型之后，系统会自动更新 Simcenter 3D 分析模型，因此工程师能够快速对比多种设计。

此外，通过使用分析模板，设计工程师可以在仿真和分析零件时运用 CAE 分析专业知识。使用模板时，无需额外学习或更改设计工程师的工作习惯。面向工程师的分析工作十分有效，是对 CAE 专家分析的补充与完善。

卢先生和周先生强调指出，随着产品的持续创新与开发，玉柴仍需对每个计算流程进行标准化，形成自己的仿真流程和数据库并建立公司的设计专业知识。该公司计划继续进行深入的定制程序开发，使专业的仿真工程师能够专注于结果分析，并为设计工程师开发更易于使用的工具。玉柴将与 Siemens Digital Industries Software 共同携手，持续改进自身能力以实现更多成就。“玉柴以卓越的产品开拓市场，凭借卓越的质量赢得客户，借助创新迈向未来，”卢先生指出，“借助 Siemens Digital Industries Software 的强大支持，我们一定能打造前景更光明的未来。”