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北易公司:打造基于虚拟技术的3D设计制造一体化平台

2017/1/16    来源:e-works        
关键字:PLM案例  e-works年度盘点  两化融合  北易公司  
本文为“2016年度中国两化融合应用领先暨最佳实践奖”参评案例。本次活动评选出2016年度,中国两化融合领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业推进两化融合过程的步骤、重点与难点、获得效益等,分享信息化建设过程中的经验,供广大制造业行业企业学习供鉴。

    (二)数字化样机技术(DMU)

    我公司要实现虚拟产品的设计、分析、加工制造一体化的协同开发模式,必须首先推广DMU技术。我公司利用DMU技术将CAD设计同分析、制造、装配等有机的结合起来,完全符合虚拟产品开发的思路和要求。具体来说主要包括以下工作:

    1)基于DMU的整车总体控制技术和总体设计方法的引入和实施

    整车总体控制技术和总体设计方法是DMU实施成功与否的一项关键、难点技术,是基于DMU的总体设计,是摩托车DMU开发的框架。

    摩托车总体设计中,它定义基于DMU 的总体设计思想,确定总布置尺寸参数以及与各功能部件和外观件的关系,然后采用自顶向下的相关设计方法,进行各个分系统的初步设计并进行装配。无论是工程师本人或者专业的结构分析人员,都可以在设计的任何阶段对设计对象进行分析,这种分析包括有限元网格模型的建立,即使是模型的几何尺寸发生变化,其有限元的网格模型也可得到相应更新。

    模具设计和加工部门不再等到项目的最后阶段才开始自己的工作,只要模型的几何形状初步确定,便可以开始相应的模具设计,其最终形状可以随着设计部门的设计结果而得到确认。

    2)基于DMU的摩托车相关设计方法的引入和实施

    三维相关设计技术是DMU技术的基础,是设计技术从基于物理样机向数字化样机迈进的重要技术保证。

    制定摩托车相关约束和尺寸的定义方法和规则,在建立电子样车的过程中采用“上下关联的设计方法”以减少设计错误,提高开发效率。

    同时要定义摩托车的开发中各专业组之间的并行协同关系,解决开发过程中的各种冲突。由于数字化样车技术强化了设计过程最关键的空间和尺寸控制之间的集成,在产品开发过程中不断对数字化样车进行验证,大部分的设计错误都等避免或改善,从而大大减少实物样机的制作与验证,这样在设计早期就能获得跨专业、跨部门的产品信息。

    3)基于DMU的骨架设计方法的引入和实施

    骨架设计方法是现代DMU技术中的一项重要单项技术,它是驱动整个DMU摩托车的相关设计的控制单元。

    骨架设计方法涉及的内容有:摩托车整车3D设计结构划分;支持骨架设计的命名规则;不同版本数据的替代规则等技术。

    4)基于DMU的机构运动分析的引入和实施

    机构运动分析是在DMU集成环境中的重要功能。基于DMU的机构运动分析与产品开发的过程同步,并贯穿整个开发过程,不断的检查摩托车的运动状态下可能出现的问题,以保证开发的准确性。对于摩托车,我们着重对前后减震器、转向、有相对运动(如:铰链)关系的运动问题进行分性,以及对有关空间问题进行确认。

    5)基于DMU的整车干涉和空间分析的引入和实施
利用建立的DMU平台对整车进行全车干涉和空间分析,分析所以所有可能产生的干涉情况,并确认有关问题。

    6)基于DMU的逆向建模及CLASS A方法的引入和实施

    逆向建模及CLASS A建模方法是进行摩托车外形的重要手段,由于这部分工作是概念设计与工程化开发的纽带,但是在传统的工作流程中,该部分工作是与概念设计以及工程化设计工作相对独立的,如果结构设计中发现问题,要通过很长的阶段才能进行反馈,无疑造成整个项目的滞后。

    因此如何利用DMU技术来协调和验证逆向建模和CLASS A的结果,是DMU技术非常重要的内容。基于DMU环境的逆向建模和CLASS A工作方法,是完全与工程化设计在一个统一的集成环境中进行的,在整个CLASS A及逆向建模过程中,工程设计部门以及工装部门就能够在统一的平台早期介入,避免很多工程化工作已经完成才发现的致命错误,而延缓产品的开发周期。

    逆向建模之后,我公司已经开展基于图像的建模:将摩托车的效果图直接导入电脑,利用工业造型软件将二维效果图直接转化为三维曲面。

    7)基于DMU的人机工程分析的引入和实施

    摩托车作为一种人机不断交互的行走机器,驾驶的舒适性、操作的方便性是考核其性能的重要指标。DMU提供充分的人机交互分析功能(驾驶员视野分析、操作舒适性分析、驾驶姿态分析等),在项目的各个阶段对摩托车进行分性,为开发人员提供准确的设计和决策依据。

    8)基于DMU的整车装配拆装分析的引入和实施

    模拟整车状态下,零部件的拆装过程,为产品开发的后期可装配性、可维护性提供依据。

    9)基于DMU的电器线束布置的引入和实施

    在DMU环境中,进行摩托车的整车相关性电器线束布置。

    10)基于DMU的知识工程应用的引入和实施

    DMU环境提供一个知识工程的应用环境,可以将公司有关技术知识方便的集成到DMU平台中,为摩托车的设计提供知识支持。

    通过本项目的实施,将建立标准的零部件3D设计规范和DMU数字样机设计流程,同时利用数字化样机与PLM系统的无缝集成提供的良好平台,实施摩托车开发的并行工程。这样可使整个设计过程能够在一个统一和协作的环境中完成。这样不仅有利于减少设计错误,更有助于提高产品的开发效率,缩短开发周期,减少开发成本

    (三) 整车CAE分析技术的应用

    通过CAE 的优化分析,研发部门可以只对一种较优的设计方案进行试制和试验,减少试制费用,缩短新产品的研发周期,使新产品早日投入市场,增强企业的竞争力。在摩托车产品批量生产以后,CAE分析主要用于解决摩托车在使用过程中发生的质量问题。CAE、CAD和试验分析相结合,可以显著地提高摩托车产品研发的水平。

    我公司CAE分析共分三期进行实施:

    第一期:车架的振动模态分析,车架、吊架结构强度、刚度的分析验证、优化设计;

    第二期:车架、吊架的疲劳耐久性分析;

    第三期:整车NVH(噪声、振动、舒适性)测试、分析和优化;

   (四) 利用AVL软件进行发动机设计的分析和优化

    利用AVL公司的Boost软件来建立整台发动机的模型,模拟整机工作过程;利用Tycon软件为每个常规配气机构提供最好的性能和最可靠的结果,从凸轮型线的设计到整体配气系统的动态模拟,有效的支持单缸和整机的配气结构的布置和设计。利用Cruise做发动机动力传动系统的匹配、整车性能预测。在本项目中利用上述发动机模拟设计分析软件主要做以下方面的研究:

    1)设计初期对各种不同的发动机设计案作对比分析,利用虚拟的功能样机来评价发动机方案的优劣,进一步可做摩托车整车与发动机之间的优化匹配。    

    2)针对发动机输出功率、扭矩、油耗,对发动机进行优化设计。例如对进气系统,排气系统,配气正时机构零部件尺寸等做相应的修改,来改善发动机的动力性和经济性。利用软件中预设的相关的计算流模块,对多目标、多参数的过程进行优化,来逐步减少可调整的参数,从而进行切实可靠的发动机参数优化。    

    3)利用软件的参数分析功能,优化配气正时和凸轮型线设计,进行参数定义,确定一定的变化范围,比如进排气管路的长短和直径,进排气门正时的调整,通过设置参数变量,进行参数的任意组合和计算,计算完毕后进行结果的分析和比较。从而对一系列设计方案进行评估,选出最优方案。    

    4)采用先进的模块化思想,搭建任意形状的消音器模型,采用线形或非线形的方法对消音器性能进行模拟再现。达到消音器的设计及改进,减小排气阻力,改善排气噪音的目的。

基于虚拟技术的产品系列化3D设计、分析、加工制造与协同管理平台

          4.效益分析

    1)经济效益分析

  • 基型车开发周期由现在的一年半缩短为6-10个月,改型车由原来的6个月缩短为2-3个月;工艺设计数据的正确率从以前的70%提高到98%;产品的设计成本降低20%左右。
  • 平均单台生产成本降低5%左右;库存占用资金降低幅度达30%。
  • 产品销售收入、利税总额、利润总额快速增长。

    2)社会效益分析

  • 北易公司信息化改造完成后,为我国离散性企业树立一个信息化应用示范工程。
  • 北易公司信息化项目的实施,为制造加工行业的产业机构调整提供了丰富的经验和有效途径,先后有河南许昌瑞贝卡股份公司、上海彭浦机器厂有限公司、上汽集团下属子公司等多家省内外企业来公司学习交流。
  • 北易公司的发展,带动了河南省内近200家、国内400多家零部件生产企业和5,000多家销售企业的同步发展,为国家和当地经济发展作出贡献。
责任编辑:黄菊锋
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