Euro-Pro公司采用Altair HyperWorks仿真技术驱动设计创新

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行业:消费品

挑战:让客户了解仿真驱动理念是企 业发展的重要部分

Altair 解决方案:通过 HPC 云基础架构访问 Altair 求解器(OptiStruct、 RADIOSS 和 AcuSolve)

优点:减少物理测试次数,加深 了解产品性能 ; 通过仿真技术使产品测试 更具科学性 ; 提高产品的性能和耐久性



背景介绍

Euro-Pro 是一家充满活力的消费品制造商,曾连续三年被 INC 杂志评为美 国增长最快的私营企业之一。从 1997 年至 2013 年,其营业额从不足 3 亿美元 提高到超过 9 亿美元,增长超过两倍。公司的产品库中不乏一些家喻户晓的品 牌,如 Ninja 搅拌器和 Shark 吸尘器。

Euro-Pro 的工程团队主要位于中国,而研发 (R&D) 团队位于美国。产品 的计算机辅助设计(CAD)文件来自中国团队,研发团队的成员使用计算机辅助 工程(CAE)工具和技术来执行分析。其中包括准备产品上市过程中所需要的全 部重复测试。过去,研发部门主要负责物理测试和产品故障

多年以前,公司就做出了一个明智的决定,即未来要采用仿真技术提高产 品性能并减少物理测试次数。Euro-Pro 产品的开发流程要求进行可靠性跌落测 试、强度和耐久性分析以及流体分析。流体分析旨在提高吸尘器的吸取能力和 搅拌机的混合效果。为了测试和改进颗粒摄取能力,公司还对喷嘴形状及不同 参数进行了优化,并对优化效果予以相应评估。    



挑战

CAE 对于该公司来说属于一项较新的技术,主要用于产品研发,可提高物 理测试效果并优化产品质量保障流程。一直以来,公司的整个产品开发过程都 依赖于物理样机测试,很少甚至几乎未曾应用过仿真技术。

仿真技术可使团队在无法进行物理测试的情况下(如内部结构故障)仍能 对方案进行有效分析。在某些情况下,样机的制作时间可能过长,而且按照分 析师要求的次数进行测试可导致成本过高。此外,使用物理测试时,分析师可 能无法确知跌落或碰撞过程的具体情况。通过仿真可以更准确地确定因果关系。

仅从分析角度来看,明确断裂或故障的根本原因将有助于研发团队为中国 的工程和产品设计部门提供指导。该研发团队希望能为 Euro-Pro 的产品开发提 供更多的战略性意见。团队成员需要在新一代产品问世前对所用材料进行测试, 以期为整个产品组合的市场需求、质量、可靠性和耐久性等方面带来积极的影 响,这其中也包括材料的开发和选择。


“对于我来说,Altair 的商业模式是实现整体价值和易用性的关键所在。仅采用一家供应商意 味着集成成本更低,同样重要的是,Altair 还能够提供及时有效的客户响应支持。” Pu Zhou 高级机械工程师 Euro-Pro LLC.



解决方案


在结构分析方面,跌落仿真已成为 Euro-Pro 的首选解决方案。利用 HyperMesh® 校正几何时,清理和网络划 分仍然是最棘手的任务。其清理功能在某些方面远超其他竞争品牌。据估计,仅网格划分一项就可以节省约 50%的 时间。此外,有限元分析 (FEA) 与物理测试相比,能对冲击和截面提供更多有用信息。

仿真的一个优点是,分析师可进入产品“内部”观看组件之间的交互情况。这种严苛程度的检测在以前是无法实 现的。物理测试与仿真同时进行,但将通过 CAE 结果一同呈现。 RADIOSS®是一款极为精确的结构分析求解器,它经济有效,几乎可满足 CAE 团队的所有基本需求。

AcuSolve®  也是 HyperWorks®中的一款计算流体动力学 (CFD) 求解器,其热分析和流体分析能力比物理测试更精准。它与物 理测试之间的相互关系现已得到证实,这有助于在公司内建立良好的产品声誉。有了 AcuSolve,分析师不再需要高 度结构化的网格,从而为 CAE 模型的准备阶段节省了大量时间。易用性和高效性是公司愈加青睐 AcuSolve 的主要 原因。

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通过 RADIOSS 仿真跌落测试可显示故障的根本 原因并有助于找到纠正措施



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通过 OptiStruct 静态分析可在投入生产前发 现塑料零部件的薄弱点



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比较各种方案有助于量化改进并满足产品需求



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通过RADIOSS进行SPH分析将有助于探索不同 设计方案对搅拌机内流体的影响

“我来 EuroPro 工作之前就接触过 HyperMesh,但我当时并不了解 Altair 求解器的其他功能,” Pu Zhou 说道, “对于我来说,Altair 的商业模式是实现整体价值和易用性的关键所在。仅采用一家供应商意味着集成成本更低,同 样重要的是,Altair 还能够提供及时有效的客户响应支持。”

Euro-Pro 需要其真空吸尘器在日常使用中能承受意外跌落或碰撞,而不会发生机器故障或外壳破裂。通过 HyperMesh 和 RADIOSS,团队成员开发了一个真空吸尘器截面的有限元模型,并将其用于各种跌落测试和碰撞情景。CAE 技术可帮助分析师更好地了解导致潜在问题的根本原因,这样在出现故障报告时,分析师无需反复建立并 测试模型就能够纠正设计问题。在设计流程的早期阶段快速而有效地解决问题,可以减少因重复设计和产品故障而导 致的相关成本。利用 CAE 提高产品质量、可靠性和耐久性的成功经验使 Euro-Pro 的工程师们对于在设计流程的早期 阶段增加分析周期深信不疑,其中包括在虚拟测试中检验一项新的设计能否承受典型的使用场景。工程师现已将此 CAE 方法扩展应用到 Ninja 系列搅拌机产品中。

Euro-Pro 通过 HyperWorks On-Demand™访问所有这些解决方案,HyperWorks On-Demand™是一种高性能计 算 (HPC) 解决方案,Altair 基于按需使用的专利许可模式之上开发的云端创新设计。这种方法可以减轻重要计算硬 件的成本负担,同时还能节省工作人员的维护开销。可扩展 HPC 基础架构的一个额外优势是,在运行计算密集型 任务时可同时处理其他工作。



结论

目前 Euro-Pro 尚未应用 CAE 技术。研发负责人 Pu Zhou 正带领团队新建完整的 CAE 基础设施。这不仅涉及在 各重点领域(如结构、动力学、热力学和流体方面)建立内部 CAE 功能,还包括对贯穿整个公司的总体价值主张和 产品开发方法的宣传普及。简言之,Zhou 先生正在建立卓越的 CAE 中心,以实现 Euro-Pro 的仿真驱动设计理念。

现在,Euro-Pro 研发团队可以对不同的设计执行更多的虚拟测试,从而观察其运行状况。团队成员也可以使用 FEA 在仿真功能中应用不同的材料来更换产品的成本组件。CAE 结果还能针对最终产品设计中的优质材料维护提供 基本方案。仿真的使用有效地预防或避免了某些制造问题。

虽然 Euro-Pro 仍采用物理测试标准,但由于通过 CAE 来报告测试流程,因此优化了产品质量。一旦组件投入生 产,表示相应的工具和模具已制造完毕,因此失败的代价是非常昂贵的。仿真过程使物理测试流程更具科学性,从而 减少返工和重新设计需求、降低制造成本、缩短上市时间并提高产品质量和吸引力。

   如果未来一切顺利,Pu Zhou 想进一步提高工程团队的分析能力。他认为,仿真驱动设计是未来的发展趋势,而 与 Altair 合作是促进这一发展的关键所在。“HyperWorks 正在帮助我们设计出更好的产品。”



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