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发布时间:2024-01-09 10:29:57 阅读: 来源:活动房厂家

NX Vibration Wizard在UAES研发中的应用

联合汽车电子有限公司利用NX提供的Vibration Wizard功能,针对企业的产品特点略作修改,编制了计算KSZ的向导,极大地提高了CAE分析的工作效率。同时,对CAE技术在企业研发中的发展方向提出了独到的见解。

联合汽车电子有限公司(以下简称“UAES”)是中联汽车电子有限公司和德国罗伯特.博世有限公司在中国的合资企业。UAES引进博世公司具有当代世界先进水平的汽油发动机控制系统(Engine Management System)的产品技术,始终致力于研究、开发和生产适合中国汽车工业发展需要,并有批量出口的安全、洁净和经济的EMS产品及其零部件。UAES利用NX提供的Vibration Wizard功能,针对企业的产品特点略作修改,编制了计算KSZ的向导,净水配件极大地提高了CAE分析的工作效率。同时,对CAE技术在企业研发中的发展方向提出了独到的见解。

CAE技术在企业研发中的发展方向

随着UAES的迅速发展壮大,自主研发设计逐渐成为UAES核心竞争力的保证。一方面公司要通过建立“创新体系”提高产品的附加值,提高市场竞争力;另一方面也要建立“效率体系”提高研发效率,降低开发成本。在此需求下,工具的革新对企业的研发有着然后通过电沉积方法巨大的影响。从工具的角度出发,我们可以把产品研发分为3个层次(见图1)。

图1 产品研发的三个层次

1.经验设计阶段(Experience Design)

在此阶段,缺乏有效的设计工具,大部分情况下只能凭借经验和感觉做事。当前大部分企业都已经超越了这一阶段,在此不作赘述。

2.可视化设计阶段(Visualization Design)

在此阶段,成熟的CAD工具使得设计人员在设计的过程中可以即时获得产品的外形特征,知道自己设计的产品是什么样子的。直观的感受可以抬高设计质量,同时软件的功能也使得设计人员可以较快地出图和修改。

3.透明化设计阶段(Transparent Design)

在此阶段,先进的CAD/CAE工具使得设计人员在设计的过程中不仅可以获得产品的外观信息,而且可以获得产品的性能,知道自己设计的产品能否满足性能指标。这是一种理想的设计状态,也是UAES的努力方向之一。

为了达到“透明化设计”,CAE必须起到极为重要的作用,但传统的CAE工具越来越难以担此重任。传统CAE的弊端之一在于它的使用门槛高,对使用者的要求较高,通常需要组建专门的CAE团队来完成CAE分析任务;弊端之二在于沟通不及时,由于设计人员和CAE专家分属不同的组织结构,之间需1. 如果,没有过载要沟通和协调,跟紧项目时间节点,CAE才可以发挥应有的作用。

为了适应业务的需求,UAES转变了CAE工作的思路,把CAE的工作分成2个领域:“创新领域”和“成熟领域”。对于新的平台性项目,存在很多开创性的研发工作,有些技术问题是没有前人的经验可以直接引用的,需要研发人员深入学习,共同攻关。CAE工程师需要考察各种算法,甄选不同的模型,尝试许多参数,对分析结果的判读也需要较高的技巧,只能由专业的CAE工程师完成,人们称之为“创新领域”。

另一方面,对于很多已经很成熟的分析任务,算法、建模和判别标准等都已经非常可靠和成熟,CAE分析已经成为了一项常规的工作,不需要太多的创新,一般也不会出什么差错。在这样的“成熟领域”,需要的仅仅是操作,不需要有很高的CAE基础就可以完成。技术人员希望在这种工作中能够尽量贴近项目进度,同时也希望进一步提高工作效率。如果可能的话,技术人员希望不要用CAE工程师,希望可以找到合适的工具让产品开发工程师很容易地完成CAE评估。

在UAES,CAE技术在研发中同时向这两个方向发展。在“成熟领域”,UAES使用了Siemens PLM Software NX Simulation Wizard,产品研发工程师的工作平台不用改变;在“创新领域”,UAES继续利用现有的各种专业CAE软件,CAE工程师的工作平台不用改变,也不会浪费过去的巨额CAE软件投入。

NX Vibration Wizard在UAES的应用

为了在产品开发环境中实现最优的数字仿真水平,Siemens PLM Software提供了一个高级仿真环境,为高级分析提供了多种解决方案。由于历史的原因,笔者尚未深入使用NX的CAE分析功能。笔者目前仅仅利用NX提供的Vibration Wizard,根据UAES的实际情况,略作修改,投入到实际的项目开发中,就已经取得了非常明显的收益。

1. 实施背景

在UAES的产品开发中,KSZ是一个典型的“成熟领域”。CAE工程师已经摸索出了针对此类产品的一套成熟分析流程,积累了近百次的分析经验,在预测KSZ振动失效方面从未失手。KSZ的模态分析已经成为研发过程中一个必经的标准过程。

但是,每次产品工程师提出CAE分析需求后,都要等待很久才能获得CAE分析结果。因为CAE团队和产品开发团队隶属于不同的经理,为了保证工作中信息传递的正确性,根据公司流程,每一轮分析都需要CAE工程师和产品工程师开会讨论,填写CAE任务委托单,就时间节点、几何数模版本、材料参数和约束情况等方面达成一致;由于CAE团队的工作任务非常繁重,通常都不会立即开始分析,而是在CAE任务列表中排队;几天之后,CAE工程师用HyperMesh、stran等传统CAE软件建模并求解,然后用HyperView等后处理软件评估计算结果,并撰写正规的CAE分析报告。整个过程通常需要1~2周,而CAE工程师真正花费的工作量可能只有不到10h。在此期间,项目往往还会有些新的进展,如果团队之间沟通不及时的话,还有可能出现做无用功的情况。

为了改善这种情况,在Siemens PLM Software的技术支持下,UAES尝试了“NX Vibration Wizard”,这是一个NX提供的仿真流程自动化工具,通过为用户提供清楚、简明的指导,在快速、简单的模态分析中为不精通仿真技术的用户设定标准,帮助引导用户完成快速、简单的仿真步骤,用有限元分析(FEA)方法来获得分析结果。

2. 技术路杜邦鸿基新材料首条生产线试产线

NX的“NX Vibration Wizard”用的求解器是NX Nastran,而传统的模态分析求解器是stran,两者有很多地方是近似的,因此笔者汲取混凝剂现有的KSZ模态分析的成熟思路,直接修改“NX Vibration Wizard”的XML源文件和UG内置的材料数据库,主要关心的要点如下:

(1)界面。利用“NX Vibration Wizard”本身有的界面框架。找到“vibration_l”文件,找到“”段,直接修改提示文字即可。

(2)求解器。“NX Vibration Wizard”用的是103求解器,与stran用的一样,可以直接互相参考。

背带裤(3)单元:“NX Vibration Wizard”自动生成的是10节点的CTETRA单元。笔者用传统的CAE工具检查了一下自动生成的模型里的单元,质量虽然算不上优秀,但全都满足最基本的求解要求。对于这样一个毫无人工干预生成的模型,已经相当令人满意了。

(4)材料:“NX Vibration Wizard”调用的材料数据库来自于“phys_t”这个文件。找到这个文件后,选择一种不常用的材料,将其名称、杨氏弹性模量和密度改为UAES的KSZ常用材料的数值,保存即可。需要指出的是,通常KSZ在做振动试验时,会有一些附加质量,如:加速度传感器、线缆、卡夹和燃油等。为了简化处理,笔者把这些质量折算成密度,把KSZ材料密度再略为增加大了一些。

(5)连接:在没有“NX Simulation Process Studio”支持的情况下,“NX Vibration Wizard”只能针对一个实体进行格划分和模态分析。而UAES的KSZ是由几个零件焊接在一起的。在传统CAE分析中,人们通常用刚性单元或“tie”把不同的零件连接在一起。但是这对于缺乏CAE基础的产品工程师来说难度较大。为此,笔者作了一些折衷,让产品工程师在CAE分析之前先用NX的“Unite”命令把所有零件粘为一体。这样,只要多花30s的时间,就可以回避一个较为复杂的CAE问题。

3. 操作步骤

导入几何数模后,用“Unite”命令把需要计算的实体粘成一个Solid。然后在左侧“Process Studio”中点击“UAES KSZ模态分析”图标,进入向导。接下来整个操作基本上是“Next and Next”式的动作(见图2),一般来说,只须10min,就可以获得模态分析的结果。每一步的界面上都有相应的提示,非常简易。

图2 操作步骤

4. 精度

对于如此快捷的CAE分析结果,所有人都想知道其精度如何。为此,从一开始笔者就随机抽取了几个项目进行了考核,并与传统的CAE分析结果作了比较,结果如图3所示。后来经过越来越多的实战检验,“NX Vibration Wizard”的计算精度表现非常稳定,得到越来越多的CAE工程师和产品工程师的认可。

结论和展望

引入“NX Vibration Wizard”后,可以发现:

1. 分析成本大幅度降低

KSZ模态分析的周期由原先的1~2周缩短到约10min。改进了工作流程,减少了沟通协调的工作量,避免了配合不善带来的错误,减少了文档工作和确认工作。

2. CAE不再“阳春白雪”

CAE变成了研发工程师手边一个方便的计算工具。真正实现了“仿真驱动设计”、“上游CAE”等人们向往已久的研发思路。

需要指出的是,“NX Vibration Wizard”只是NX提供的众多仿真手段中的一种,而且笔者的应用也不算深入。但考虑到UAES每年几十个KSZ项目,每个项目数种设计方案和CAE分析,产生的经济效益令人吃惊。要使数字仿真价值最大化,关键在于尽早采用该技术并将其恰当地应用于整个开发过程。恰当的应用使一个简单的功能发挥到最大的效用。

图3 传统CAE与向导分析模态结果对比

继“KSZ模态分析Wizard”成功应用之后,应广大工程师的要求,CAE团队正在努力把Wizard功能应用到更多的产品中去。同时,深入的挖掘NX更多的仿真功能,以充分利用先进工具带来的技术革新。CAD与CAE的融合是将来的趋势,而PLM对CAD/CAE工作模式的改变必将产生深远的影响,我们拭目以待。 (end)

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