In diesem Fall werden wir über eines der Projekte der Firma Laduga sprechen.
Laduga ist ein russisches Automobilunternehmen, das elektronische und mechanische Komponenten und Systeme für Fahrzeuge entwickelt. Sie arbeitet mit in- und ausländischen Automobilunternehmen zusammen - Daimler, General Motors, Audi, Opel, AVTOVAZ, KAMAZ, ROSTELMASH, UAZ und vielen anderen.
Natürlich ist CATIA nicht das einzige Softwarepaket, das vom Unternehmen verwendet wird. Die Ingenieure arbeiten mit CAD-Paketen (NX), CAE-Paketen (PRADIS, LS-Dyna, Ansa, Ansys, CFX von Ansys, Fluent, Ansa, Salome, Code-Aster, OpenFoam). CATIA spielt jedoch eine Schlüsselrolle bei Designprojekten, beim tatsächlichen Design und bei der Optimierung gemäß den Fahrzeugstandards und -anforderungen.
Wie gestaltet man beispielsweise die Innendetails eines Personenkraftwagens, seine Außenflächen - Kotflügel, Stoßstange, dh das Äußere des Fahrzeugs? Auf seriöses CAD kann man nicht verzichten. Motorteile oder Getriebeelemente sind ebenfalls schwierig.
Schwierige Aufgabe
In dem beschriebenen Projekt standen die Konstrukteure vor der Aufgabe, ein Einlassmodul für einen Pkw-Motor zu entwickeln. Im Zusammenhang mit der Einführung einer neuen Pkw-Linie durch den Autohersteller wurde beschlossen, einen neuen Motor darauf einzubauen. Wie so oft wurde durch Modernisierung des alten ein neues Motormodell entwickelt: Einige Komponenten wurden geändert und hinzugefügt.
Insbesondere da der neue Motor mehr Leistung und größeren Hubraum haben muss, war eine Modifikation des Einlassmoduls erforderlich.
Designer-Toolkit
Mit der CATIA V5-Software können Sie dreidimensionale Produktmodelle, assoziative Zeichnungen von Teilen und Baugruppeneinheiten entwickeln, die Arbeit mit großen Baugruppen unterstützen, assoziative Verknüpfungen zwischen einem 3D-Modell und seinen Projektionen in Zeichnungen erstellen, Werkzeuge für die Oberflächenmodellierung und die Arbeit mit digitalem Layout (DMU) einschließen.
„Mit der von uns verwendeten CATIA V5-Software können wir Teile komplexer Formen erstellen, die Parametrisierung unterstützen und die Geometrie des Produkts ganz einfach bearbeiten, z. B. um die wichtigsten geometrischen Parameter zu ändern. Unsere Ingenieure haben bereits Erfahrung mit diesem Softwareprodukt in der Automobilindustrie. Und das hat seine Wahl maßgeblich bestimmt ", - sagt Valery Ovchinnikov, Generaldirektor von Laduga LLC.
Arbeitsteilung
Das Projekt des Ansaugkrümmers (Ansaugmoduls) für einen Pkw-Motor ist eines der größten und längsten im Unternehmen. Es wurde von Juli 2013 bis September 2015 umgesetzt. Die Konstruktion und Erstellung der Konstruktionsdokumentation wurde von den Spezialisten der Firma Laduga durchgeführt, und ihr Industriepartner ist direkt an der Herstellung des Produkts und der Lieferung an das Förderband beteiligt. Die Designer und das Laduga-Berechnungsteam arbeiteten an dem Projekt.
Es gibt viele Anforderungen an das Produktdesign. Das Modul sollte schnell und einfach auf dem Förderband installiert werden können. Sie benötigen einen bequemen Zugang zu den Zündkerzen und die Möglichkeit, den Ölstand einfach zu messen. Um die Erfüllung dieser Anforderungen zu beurteilen, wurde eine kinematische Analyse des Modells verwendet. Das eigentliche Design des Produkts wurde im CATIA V5-Paket durchgeführt. Es wurden auch Konstruktionsunterlagen erstellt.
Viele ähnliche Projekte der Firma Ladugawerden in CATIA V5 ausgeführt. Sie dauern je nach Phase des Autoprojekts mindestens einen Monat. Andere Projekte, beispielsweise im Zusammenhang mit Elektronik, können je nach Kundenanforderung mit anderen Softwarepaketen durchgeführt werden. Der Entwurfsprozess selbst wird gemeinsam von Designern, Technologen und Taschenrechnern durchgeführt. Berechnungen in Laduga werden in separaten CAE-Paketen durchgeführt, einschließlich der vom Unternehmen selbst entwickelten.
Einige Designer arbeiten mit komplexen Oberflächenmodellierungsaufgaben, während andere sich nur mit Baugruppenmodellierung, Layout oder Zeichnungserstellung befassen - sie haben einfachere Arbeitsplätze. Ein Produkt wie CATIA erfordert einen hochqualifizierten Ingenieur, insbesondere wenn es um die Handhabung schwieriger Oberflächen geht. Daher hat das Unternehmen eine separate Gruppe von Designern, die sich mit solchen Aufgaben befassen.
Vom Prototyp zum Produkt
Natürlich geht es beim Einlassmodul in erster Linie um Aerodynamik. Ihre Aufgabe ist es, die Motorzylinder so weit wie möglich mit Luft zu füllen. Innerhalb von zwei Monaten haben die Designer und Ingenieure viele Lösungen durchlaufen.
Wir haben Optionen für eine Dose eines Moduls mit zusätzlichen Durchgangsbohrungen zur Steuerung des Luftstroms, der inneren Rippen und verschiedener Formen von Kanälen (Läufern) in Betracht gezogen. All dies wurde berechnet, um die Anforderungen an Aerodynamik und Akustik zu überprüfen. Die Hauptkriterien für die Aerodynamik waren die maximale Befüllung der Zylinder und die gleichmäßige Verteilung der Luft über die Zylinder. Die Beurteilung des Geräuschpegels ist besonders wichtig, da das Kunststoffgehäuse des Moduls im Vergleich zum herkömmlichen Aluminiummodul weich ist.
Basierend auf den Konstruktionsergebnissen wird ein Prototyp hergestellt. Das Ansaugmodul arbeitet unter schwierigen Bedingungen im Motorraum. Leider produzierte der Standard-3D-Druck im Jahr 2013 zu zerbrechliche Teile, die hohen Temperaturen oder hohen Belastungen nicht standhalten konnten. Daher war die Hauptprototypentechnologie hier das Gießen in Silikonformen.
Serienprodukt - aus glasgefülltem Polyamid. Es ist ein sehr zähes Material, das die Anforderungen an Geräusche und Vibrationen erfüllt. Es kann unter rauen Bedingungen mit hohen Vibrationswerten und Temperaturen von über 120 Grad Celsius betrieben werden - die gleichen Betriebsbedingungen im oberen Teil des Motors unter der Motorhaube.
Im Allgemeinen ist der Prototyping-Prozess wie folgt organisiert. Der erste Prototyp ist in der Regel funktionsfähig: Funktionsanforderungen, gleiche Aerodynamik und Geräuschentwicklung werden überprüft. Gleichzeitig werden die Parameter der Körperdicke nicht unbedingt eingehalten, das Material kann unterschiedlich sein, Hauptsache, das Teil hält diesen Prüfungen stand.
Nach Funktionstests wird der nächste Prototyp produziert, der bereits näher an der endgültigen Version liegt. Es wird notwendigerweise aus Basismaterial hergestellt, um zu bestätigen, dass das Produkt alle technologischen und funktionalen Zielanforderungen erfüllt.
All dies waren Prüfstandstests des Motors. Und jetzt ist es Zeit, unser Design an einem Auto zu testen. Und nicht nur einer! Tester müssen 20 bis 30 Prototypenkopien bereitstellen.
3D-Druck ist in diesem Fall nicht immer wirtschaftlich machbar, und das Gießen in Silikonformen kommt wieder ins Spiel. Das Wesentliche der Technologie ist: Mit dem 3D-Druck erhalten wir ein Meistermodell, auf dessen Grundlage wir eine Silikonform erhalten. Dieses Formular hält der Produktion von ca. 30 Exemplaren stand (für einfachere Teile ist mehr möglich).
Und dann werden Autos mit Prototypen des Moduls in alle Ecken des zukünftigen Absatzmarktes verstreut sein. Ebenen, Berge mit verdünnter Atmosphäre, heiße, trockene Wüsten, hohe Luftfeuchtigkeit, Winter und Sommer - unter diesen Bedingungen kalibrieren die Tester zusammen mit den Elektronikingenieuren den Motor für das neue Ansaugsystem.
Nach erfolgreichen Tests werden folgende Schritte durchgeführt: Herstellung von Serienwerkzeugen, Endkontrolle der darauf hergestellten Produkte, Einholung der Genehmigung des Lieferanten für die Herstellung und Lieferung dieses Teils an den Förderer und damit der Beginn der Serienproduktion des Teils.
In einer kurzen Zeit
Und was ist mit dem Timing?
„Wir hatten zwei Monate Zeit, um das angenommene Konzept zu bestätigen. Wenn wir in dieser Zeit die Erfüllung der Zielanforderungen nicht erhalten, verschieben sich alle Meilensteine des Automobilprojekts. Die Situation war kritisch, da es normalerweise unmöglich ist, ein solches Projekt in zwei Monaten umzusetzen “, sagt Valery Ovchinnikov. "Es war notwendig, einen Prototyp zu erstellen und zu zeigen, dass die angegebenen Spezifikationen erreicht werden können."
Die Arbeiten begannen im Juni und im September musste das Unternehmen den Prototyp zum Testen übergeben. Grundsätzlich beschäftigten sich die Ingenieure mit der Optimierung der sogenannten "Bänke" des Einlassmoduls. Eineinhalb oder zwei Monate lang hatten sie keinen Erfolg, aber dann gelang es ihnen, eine originelle Lösung zu finden, die die besten Ergebnisse zeigte.
3D-Modellierung und Dokumentationsvorbereitung
Mit Hilfe der 3D-Modellierung analysierten die Konstrukteure die Richtung der Luftströme, die Gleichmäßigkeit des Füllens der Zylinder und änderten gegebenenfalls sofort die Form der "Dose" des Ansaugmoduls. Es stellte sich heraus, dass es möglich war, die Anforderungen der technischen Aufgabe nicht nur zu erfüllen, sondern auch zu übertreffen. Das neue Einlassmodul hat die Motorleistung verbessert und liefert mehr Leistung und Drehmoment als je zuvor. Dies erhöhte sogar die Effizienz. Von September bis Oktober begannen die Tests, die die Schlussfolgerungen der virtuellen Tests bestätigten, und dann begannen die Laduga-Spezialisten, den Rumpf aus Kunststoff zu entwerfen.
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Die Konstruktionsdokumentation wird den Auftragnehmern auch im CATIA-Format vorgelegt. Konstruktionsänderungen sind während des gesamten Projekts auch nach Beginn der Serienproduktion möglich. Laut Vertrag bietet das Unternehmen mehrere Monate nach Beginn des Verkaufs Engineering an. In den Details sind manchmal Verbesserungen erforderlich, Änderungen an der Ausrüstung und dies ist eine Änderung in der Konstruktionsdokumentation.
Diese Aufgabe wird durch die Assoziativitätsunterstützung in CATIA erheblich vereinfacht. Wenn das 3D-Modell aktualisiert wird, werden die Zeichnungen automatisch mit minimalen manuellen Überarbeitungen aktualisiert.
Fehler beim Testen und Beheben von Fehlern
Am Ende der numerischen Berechnungen werden die Ergebnisse immer durch Tests überprüft. Am hergestellten Prototyp des Einlassmoduls wurden Tests für den Motorbetrieb in verschiedenen Modi durchgeführt.
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Eine unzureichende Festigkeit des Prototypmaterials (dies ist in dieser Phase des Projekts nicht das Hauptmaterial) und verschiedene Modi für Forschungstests führten zur Zerstörung der Struktur.
Eine Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit des Einlassmoduls war erforderlich. Zu diesem Zweck wurden während der Optimierung langwierige wiederholte Berechnungen von Festigkeit, Akustik und Vibration durchgeführt. Das Ergebnis ist eine komplexe Mehrkantenstruktur. Basierend auf den Ergebnissen von Festigkeits- und Steifigkeitsberechnungen erhielten die Ingenieure ein Bild der Spannungsverteilung, auf dessen Grundlage der Struktur Versteifungen hinzugefügt wurden. Die Berechnungen wurden immer wieder wiederholt, um keine unnötige Masse anzusammeln und die erforderlichen Ergebnisse zu erzielen.
Danach wurden die endgültigen Prototypen erfolgreich getestet. Und dann ging das Produkt „an die Arbeit“. Das vorgeschlagene Design des Einlassmoduls wurde in Produktion genommen und wird bis heute für Autos verwendet.
Neue Pläne
Der Autohersteller entwickelt jetzt einen Motor der zweiten Generation, der mit einem neuen Einlassmodul ausgestattet werden soll. Die Firma "Laduga" entwirft, dieses neue Produkt nutzt ebenfalls die Software von CATIA .
Ohne diese Software wäre die Arbeit einfach unmöglich. Es unterstützt das Design komplexer Spline-Oberflächen, und diese Funktionalität ist in untergeordneten Produkten einfach nicht verfügbar “, sagt Valery Ovchinnikov. - Abgesehen von den Fähigkeiten des Programms ist jedoch die Kompetenz des Ingenieurs selbst erforderlich. Er muss in der Lage sein, solch komplexe Funktionen zu nutzen, mit solchen Oberflächen zu arbeiten und sie zu "bügeln".
Schwierigkeiten beim Übergang
Eine der Hauptaufgaben des Unternehmens ist nun der Übergang zu CATIA Version 6. Es wird an neuen Projekten beteiligt sein. Ein solcher Übergang ist die zusätzliche Komplikation des Dateiaustauschs, der Beherrschung des Produkts, der Integration und schließlich des Lernens.
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„Mit der Einführung von CATIA V6 und der Tatsache, dass wir viele verschiedene Software verwenden, tritt das Problem des Datenexports und -imports auf. Dies erfordert die Verwendung von Plugins, zusätzliche Konverter. Die nahtlose Integration schlägt fehl. Letztendlich wird dieses Problem aber auch gelöst “, ist sich Valery Ovchinnikov sicher.
„Selbst führende Designer nutzen die CATIA-Funktionalität nicht mehr als 20%, da in den letzten Jahren viele Funktionen entwickelt wurden“, sagt er. - Wie man diese oder jene Funktionalität beherrscht, wie nützlich sie für uns sein wird, ist eine methodische Frage, und wir lernen dies noch. Es ist erforderlich, eine Entwurfsmethodik unter Verwendung der neuen Funktionalität zu entwickeln. "
« Dassault Systemes – « ». , CATIA 3DExperience», — .