廣西玉柴機器利用 CAE 推動發(fā)動機開發(fā)的未來發(fā)展

業(yè)務挑戰(zhàn)
-保持高質(zhì)量、產(chǎn)品多樣化以及靈活性，以應對日趨激烈的競爭
-轉(zhuǎn)換和修復 CAD 數(shù)據(jù)以便用于CAE 的過程耗時且容易出錯

成功關(guān)鍵
-集成設(shè)計和仿真能力，實現(xiàn)自動更新
-部署標準化 CAE 模板，便于設(shè)計師使用
-客戶與供應商之間保持順暢的溝通與協(xié)同
-提高部門間工作協(xié)同

結(jié)果
-設(shè)計師擴大 CAE 應用，消除分析瓶頸
-CAE 分析提高產(chǎn)品質(zhì)量，助力最優(yōu)程序選擇
-強行實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計標準化，為制造 和PLM 協(xié)同奠定堅實的基礎(chǔ)
-有效縮短產(chǎn)品開發(fā)周期

行業(yè)
汽車及交通運輸

客戶主要業(yè)務
廣西玉柴機器股份有限公司專業(yè)制造各種型號的輕、中、重型發(fā)動機，產(chǎn)品線涵蓋車用、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、船用、發(fā)電設(shè)備等廣泛用途。

解決方案/服務
-NX
-Simcenter
-Teamcenter

客戶位置
Yulin, Guangxi Province
China

"玉柴以杰出的產(chǎn)品開拓市場，以優(yōu)秀的質(zhì)量贏取客戶，以創(chuàng)新推動未來發(fā)展。在 Siemens PLM Software 的大力支持下，我們的未來必定將更加美好。"

盧 祥林

副經(jīng)理，CAE 驗證部門玉柴工程研究院

廣西玉柴機器股份有限公司 



內(nèi)燃機領(lǐng)導者
廣西玉柴機器股份有限公司（“玉柴”）是國內(nèi)最大的內(nèi)燃機生產(chǎn)基地，不僅承接了若干國家級重大研發(fā)（R&D）項目，同時也為促進國內(nèi)發(fā)動機行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展做出了重要貢獻。隨著汽車市場競爭日益加劇，各種不同的市場需求為產(chǎn)品設(shè)計帶來了諸多挑戰(zhàn)，包括提高產(chǎn)品質(zhì)量、保持產(chǎn)品多樣化、加快產(chǎn)品更新等。

計算機輔助工程(CAE)軟件的重要作用在于，可以幫助用戶充分利用企業(yè)級信息系統(tǒng)，有效縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，幫助提高產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)更高效的協(xié)同。玉柴從諸多軟件供應商中選擇了 Siemens PLM Software 作為其合作伙伴，合作范圍涉及從設(shè)計到開發(fā)、以及從應用到服務的各個方面。玉柴工程研究院CAE 驗證部門副經(jīng)理盧祥林是項目負責人，同時也是 NX™ 軟件 和 Simcenter 3D軟件 的主要用戶。他和 CAE 驗證部門結(jié)構(gòu)分析科科長周陽春均擁有豐富的實踐經(jīng)驗，并對企業(yè)的發(fā)展狀況與產(chǎn)品規(guī)劃、以及 CAE 工具的升級優(yōu)化擁有深入獨到的見解。

嚴格遵守流程和質(zhì)量要求
作為獨立發(fā)動機制造商，玉柴提供各種型號的輕、中、重型發(fā)動機，產(chǎn)品線涵蓋車用、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、船用、發(fā)電設(shè)備等廣泛用途。針對新產(chǎn)品研發(fā)，玉柴建立了一套嚴格的開發(fā)過程，明確定義各個階段的工作任務。其中， CAE 部門對整個產(chǎn)品開發(fā)流程而言具有不可或缺的重要作用。例如，當前CAE 主要用于在設(shè)計階段對產(chǎn)品程序的可行性進行驗證，并在選擇最優(yōu)程序的過程中發(fā)揮重要作用。

玉柴開發(fā)的所有發(fā)動機都嚴格按照玉柴的開發(fā)流程進行了全面的CAE 分析。分析結(jié)果提出多項具有建設(shè)性意義的改進建議，有助于大幅提升產(chǎn)品質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。此外，在試驗階段CAE 在進行故障分析時，為快速查找故障原因等方面也發(fā)揮重要作用，比如玉柴新開發(fā)的某款發(fā)動機出現(xiàn)了氣門與活塞干涉問題，排查多種原因未果，CAE 介入后3 天找到了真正原因：供應商在加工時由于標記錯誤導致后期裝配錯誤。

這些事例充分證明了 CAE 軟件的優(yōu)勢。在很多其他 CAE 解決方案中， Simcenter 3D 軟件憑借其獨特的適用性、準確性、可靠性等特點獲得玉柴青睞。 Simcenter 3D（ 前稱 NX CAE ）以 NX 平臺為建構(gòu)基礎(chǔ)，與 NX CAD 共同使用時可以實現(xiàn) CAD-CAE 無縫集成；玉柴利用其進行創(chuàng)新研發(fā)活動至今已有近20 年。

市場變化和挑戰(zhàn)
隨著汽車市場競爭不斷加劇，高質(zhì)量、多樣化和靈活性已成為生產(chǎn)的關(guān)鍵特征。盧祥林和周陽春表示，不斷變化的市場需求不僅對企業(yè)戰(zhàn)略和決策有影響，同時也造成了很多產(chǎn)品開發(fā)問題和挑戰(zhàn)。

首先，個性化產(chǎn)品市場需求導致產(chǎn)品類別不斷增多。發(fā)動機開發(fā)涉及一系列 CAE 仿真和分析；同時，由于仿真工作貫穿整個產(chǎn)品開發(fā)過程，對 CAE 分析的需求和有限的分析資源之間經(jīng)常產(chǎn)生沖突，導致無法及時向設(shè)計工程師反饋 CAE 分析結(jié)果。

不斷增加的系統(tǒng)復雜性意味著產(chǎn)品開發(fā)流程需要跨部門合作。但是，設(shè)計師和 CAE 分析師通常屬于不同的組織，而這些組織之間必須進行溝通、協(xié)調(diào)。 CAE 分析師提出改進要求后，設(shè)計工程師對設(shè)計進行相應的修改。這個過程不斷循環(huán)重復，致使 CAE 分析無法緊跟項目時間表，充分發(fā)揮其效能。

此外，玉柴過去也沒有廣泛應用 CAE 的傳統(tǒng)，只有少數(shù) CAE 工程師利用其來執(zhí)行仿真任務。大部分零件都沒有經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理，而產(chǎn)品設(shè)計工程師對 CAE 的需求不斷增加。

在復雜的仿真模型準備階段，數(shù)據(jù)處理同樣存在很多問題。對 CAD 數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、修復以將其導入 CAE 軟件的過程需要耗費大量的時間，而且模型非常容易出錯。



最后，CAE 團隊的任務極具挑戰(zhàn)性。他們通常無法立即開始進行分析，而是不得不完成一系列積壓的 CAE 任務。CAE 分析結(jié)果要到數(shù)天乃至數(shù)周之后才能傳到設(shè)計工程師手中。分析瓶頸導致無法與項目進度保持同步。有時候，設(shè)計未經(jīng) CAE 分析便直接進入了試生產(chǎn)階段。

值得信賴的合作伙伴，杰出的解決方案
2000 年初，玉柴開始引入 NX 軟件產(chǎn)品?，F(xiàn)在，玉柴使用 NX 作為其設(shè)計軟件，集成 Simcenter 3D 的 C AE 功能，并使用Teamcenter® 軟件作為其產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM) 解決方案。主要應用范圍包括產(chǎn)品設(shè)計、工程圖、模具制作和 CAE 分析等。隨著 Simcenter 3D 軟件應用的不斷推廣和深入，玉柴不僅緩解了市場需求和開發(fā)工作量之間的多種沖突，同時還有效縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，簡化了整個開發(fā)和設(shè)計流程。

在討論是否選擇Simcenter 3D 作為玉柴仿真軟件的過程中，盧祥林和周陽春根據(jù)實際經(jīng)驗，對各種備選方案進行了分析和比對。出于多種考慮，他們最終選擇了Simcenter 3D。

由于設(shè)計師將 NX 作為CAD工具使用，而Simcenter 3D 也以 NX 平臺為建構(gòu)基礎(chǔ)，這意味著他們不需要改變工作實踐就可以引入Simcenter 3D 。從使用 CAD 功能到執(zhí)行CAE 分析，用戶可以實現(xiàn)無縫過度，全部在熟悉的 NX 界面中完成。用戶對軟件的高度熟悉促進了應用推廣。

Simcenter 3D 與 Teamcenter 無縫集成，使CAE 用戶可以直接從 Teamcenter 中讀取CAD 模型數(shù)據(jù)；相較之下，其他 CAE 軟件產(chǎn)品必須通過中間文件讀取 CAD 數(shù)據(jù)，并且很容易丟失 CAD 模型數(shù)據(jù)。

Simcenter 3D 軟件額外的開發(fā)和定制工作相對較為容易。 Siemens PLM Software 的專家提供細致的支持服務，包括一對一培訓和在線技術(shù)支持等。該軟件包括多個可用于客制化的應用程序編程接口（API），可以訪問內(nèi)部對象。通過這些應用程序編程接口，用戶可以開發(fā)各種自動化程序，定制 NX 和Simcenter 3D 功能。此外，一個分步編程向?qū)Э梢詭椭脩糨p松開發(fā)額外的系統(tǒng)功能。

Simcenter 3D 具有強大的自動化網(wǎng)格劃分功能，完全無需第三方軟件的協(xié)助。擁有一百萬個自由度的模型，只需 10 分鐘便能完成網(wǎng)格劃分。整個過程簡單快捷，不同于其他網(wǎng)格劃分工具需要進行復雜的預處理。

自定義編程、優(yōu)化和客制化
隨著業(yè)務的進一步發(fā)展，玉柴也改變了 CAE 的應用范圍，以滿足其業(yè)務需求。玉柴將CAE 工作分為兩個領(lǐng)域：“創(chuàng)新”和“成熟”。成熟領(lǐng)域負責解決大量簡單的重復勞動。NX 通過利用簡單易用的仿真模板實現(xiàn)了此類重復勞動的自動化；而這些模板是由 CAE 專家使用 Simcenter 3D 所創(chuàng)建，可以由設(shè)計師用來執(zhí)行 CAE 分析指導流程?；贜X 和 Simcenter 3D 的編程功能，玉柴已經(jīng)創(chuàng)建了三個 CAE 模板，供設(shè)計師使用。

NX 與 Simcenter 3D 還為玉柴帶來了另一項流程變更：設(shè)計工程師可自行對其所完成的零件設(shè)計進行分析，而無需將仿真工作轉(zhuǎn)移至 CAE 部門，亦無需等待或轉(zhuǎn)換模型，從而節(jié)約大量時間，并使得整個項目都能有效利用 CAE 分析。同時，設(shè)計工程師還能利用CAE 對多個備選設(shè)計方案進行分析，選擇最佳設(shè)計進行試生產(chǎn)。此舉的一大優(yōu)勢在于，設(shè)計師對 NX CAD 模型進行修改后，Simcenter 3D 分析模型也會自動更新，使工程師能夠快速對多個設(shè)計進行比較。



此外，通過使用分析模板，設(shè)計工程師還可以將 CAE 分析技能用于零件的仿真分析。使用模板既不需要額外的技能學習，也不需要改變設(shè)計工程師的工作習慣。以工程師為主導的分析功能高效實用，與專家執(zhí)行的 CAE 分析工作相輔相成。

盧祥林和周陽春強調(diào)道，隨著產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，玉柴仍需實現(xiàn)每一計算流程的標準化，形成專屬的仿真流程和數(shù)據(jù)庫，打造公司的設(shè)計專長。公司計劃繼續(xù)深入開展自定義程序開發(fā)，讓專業(yè)仿真工程師可以專注于執(zhí)行結(jié)果分析，為設(shè)計工程師打造更易于使用的工具。玉柴將與 Siemens PLM Software 緊密合作，持續(xù)增強能力，追求更高的成就。“玉柴以杰出的產(chǎn)品開拓市場，以優(yōu)秀的質(zhì)量贏取客戶，以創(chuàng)新推動未來發(fā)展，”盧祥林說。“ 在 Siemens PLM Software 的大力支持下，我們的未來必定將更加美好。”