汽车行业寻求创新

自一家大型汽车制造商在内部制造每个零件以来，已经有几代人的历史了。今天，全球有数百家公司参与生产，无论原始设备制造商 (OEM) 位于哪个国家/地区。多年来，这些公司中的每一个都找到了自己的工程自动化之路。

全球销量第二大的汽车零部件和系统供应商电装株式会社（DENSO）也不例外。作为丰田集团公司成立于 1949 年，它已成为几乎所有领先 OEM 的独立汽车零部件供应商。它还适用于其他市场，包括家用取暖设备和工业机器人。它是财富世界 500 强的成员，在全球拥有 200 多家合并子公司。它是许多世界最大汽车品牌值得信赖的供应链合作伙伴。DENSO 还与其汽车合作伙伴在电动和混合动力汽车的研发 (R&D) 方面密切合作。

   带有颜色编码的 CAD 几何图形
 

仿真瓶颈

现在主要挑战是提高汽车零件设计和仿真的生产力。甚至在软件解决方案兴起之前，设计人员就专注于几何形状并求助于分析师来测试和验证性能。然而，仿真团队总是比设计团队小得多——这在开发过程中造成了瓶颈。

近年来，计算能力和软件的进步使得简化流程成为可能。大多数分析软件可用于在数小时而不是数天内完成复杂的分析。但是设计组和模拟组之间的来回仍然存在。分析师澄清模型的各个方面或询问结果（续）的情况并不少见 识别并纠正了设计问题，从而提高了整体质量 消除了由于手动流程和数据转换设计人员修改形状以获得更好结果而导致的错误。上述瓶颈意味着每个周期可能需要数天或数周，具体取决于零件或产品的复杂性。

DENSO 项目助理经理 Yuichi Kondo 表示：“我们在产品设计中遇到 CAE 交付周期长的问题。” “沟通需要时间。” Kondo 指的是设计和计算机辅助工程 (CAE) 团队之间的来回交流，以创建初始分析请求、将数据传输到 CAE 系统、响应多个查询、创建和运行仿真模型、生成分析报告并修改设计。当团队接近解决方案时，通常会进行多轮设计和测试，并在 CAD 和 CAE 格式之间来回进行多次转换。这是公司多年来一直忍受的一个相当大的工作流程瓶颈。

如果设计团队能够尽早自行执行基本仿真，仿真团队就可以腾出时间专注于更复杂的分析。

寻找前进的方向

DENSO 一直是 Siemens Digital Industries Software 的长期合作伙伴，从使用 NX™ 软件进行设计和制造以及使用 Simcenter™ 软件进行仿真开始。NX 和 Simcenter 是西门子 Xcelerator 软件、硬件和服务业务平台的一部分。

DENSO 使用 NX 模块来支持从概念设计到制造的产品开发的各个方面，并且是一个集成工具集，可用于协调学科和保留设计意图。DENSO 还使用 Simcenter 3D 进行仿真，这是一个全面、完全集成的多学科仿真解决方案。Simcenter 3D 与 NX 共享一个通用平台。

借助西门子工具，DENSO 看到了简化设计和工程分析之间的传统工作流程、统一学科的机会。对于仿真过程更为常规的组件设计和分析来说尤其如此。DENSO 的目标是减少或消除新工作流程的迭代。

集成平台方法

由于 Simcenter 3D 和 NX 共享一个公共平台，几何图形可以从 CAD 无缝传递到 CAE 环境并返回。仿真模型与设计几何相关联，因此仿真模型可以很容易地根据对上游设计几何所做的更改进行更新。就其本身而言，主要零件与 CAE 模型之间的这种连接性为 DENSO 节省了大量时间，此前这些时间花费在零件翻译、团队之间的沟通以及这些迭代生成的所有必要文档上。

受到这种改进的工作流程的鼓舞，DENSO 现在正在转向另一个创新水平。该公司正在开发所谓的 NX CAD 和 Simcenter 3D 集成流程。分析师了解模拟过程，这些过程对于某些类型的组件是可重复的。仿真团队捕获建模和流程最佳实践，并将它们打包到仿真模板中，供使用 NX 的设计师使用。这些模板要求设计者在模板生成 CAE 数据之前提供一些输入。

与过去一样，设计人员首先在 NX 中创建模型。但是，设计人员需要对模型的一些关键几何特征进行颜色编码，例如可能存在狭窄混合的位置或模型将具有固定约束的位置。当设计人员准备好分析零件性能时，会应用有限元法 (FEM) 模板，该模板会根据模板中的一组规则自动创建 FE 网格。这是由几何特征的颜色编码控制的，以确保高质量的网格。

   具有从 SIM 模板定义的负载和边界条件的完整仿真模型
 

接下来，设计人员应用 sim 模板，该模板还使用几何特征的颜色编码来设置适当的边界条件和所需的模拟参数。

然后设计人员只需运行仿真模型即可查看结果。根据结果，设计人员可能会更改几何形状以减轻压力或提高性能的其他方面，然后快速重新运行仿真模板和分析以确认结果。随后的分析迭代进行得更快，因为模型已经用颜色编码，所以设计师不需要做任何额外的工作。

“这是 NX CAD 和 Simcenter 3D 集成流程的主要优势，”Kondo 说。颜色编码信息是建模特征历史的一部分，允许设计人员在进行设计工作时选择抑制它。当设计人员准备好运行仿真时，他/她可以取消对颜色编码功能的抑制。“这让设计师很容易理解和重复使用颜色代码信息，”Kondo 继续说道。

   基于颜色编码规则从 FEM 模板创建的 FE 网格
 

扩展集成过程

Simcenter 3D 和 NX 集成过程也可以应用于装配。早期的测试涉及装配中的 30 多个组件。目标是准备模型并执行线性静态分析。由于组件的每个组件都具有颜色编码的几何特征，因此组件中的总数可能非常大。即使几何模型很大，仿真模板也可以根据颜色编码准确地设置整个装配体的网格、边界条件和参数。这在使用模板时提供了规模优势。

总体而言，DENSO 发现使用半自动模板系统来指导设计人员为基本仿真和分析准备模型具有显着优势。设计人员只需设置一次颜色编码，就可以根据需要进行多次模拟。颜色编码部分是分析师过去在创建仿真模型时需要手动编辑某些设置的区域。现在所有这些细节都由模板捕获并自动执行，与原始流程相比，模型中颜色编码的数量越多，代表该模型节省的时间就越多。“颜色设置的数量越多，工作时间的减少就越多，”Kondo 指出。

DENSO 估计，通过使用集成流程，平均分析时间最多可减少 80%。减少部门之间的文件共享和其他通信意味着减少人为错误。该公司还注意到集成过程导致质量提高，因为设计问题可以更早地发现并且可以在项目推进之前得到纠正。

“通过使用 NX CAD 和 Simcenter 3D 集成流程和 CAE 模板，我们减少了高达 80% 的 CAE 分析时间，”Kondo 说。

展望仿真数据管理

展望未来，DENSO 正致力于将集成流程的使用扩展到数据和生命周期管理中。DENSO 使用 Teamcenter® 软件进行所有设计数据管理，该软件也是西门子 Xcelerator 业务平台的一部分。在采用集成流程之前，主模型存储在 Teamcenter 中，但分析师在 Teamcenter 之外使用单独的存储和管理系统工作。在这个系统中，模拟中的 CAD 数据和模拟数据本身没有被跟踪。

“这个过程有两个主要问题，”近藤继续说道。“从 Teamcenter 导出和导入 CAD 数据需要时间和精力。” 分析师需要确保他们使用正确的几何文件进行模拟。需要手动跟踪与 CAD 变体相关的数据。如果团队成员发生变化，通常需要重新开始并创建新的仿真模型。

“由于数据由个别分析师管理，新用户无法找到由其他分析师创建的现有 CAE 数据，”Kondo 说。“因此，每次发生工程变更时，新分析师都必须创建新的 CAE 数据。”

新提议的工作流程是将所有不同的数据版本——模拟数据文件和相关模板——保存在 Teamcenter 中。这样就无需在每次进行分析时都导出和导入 CAD 数据。

使用 Teamcenter 提供了额外的好处。模型数据可以 JT™ 数据格式查看，专为无需主机软件（NX 或 Simcenter 3D）即可快速查看而设计。JT 文件与其代表的原始数据文件相比较小，有时小 50 倍。这使得不是常规 NX 或 Simcenter 3D 用户的团队成员能够快速进行设计审查。

DENSO 继续推出 NX 和 Simcenter 3D 集成流程以及该工作流程的 Teamcenter 扩展。它预计将继续减少工作时间并提高早期采用站点已经实现的质量。

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