11 - 2020

Моделирование «с колес»

Шведский автопроизводитель Scania искал решение, которое позволило бы инженерам компании сократить время и стоимость разработки трансмиссии для новых моделей грузовиков и автобусов. Выбор был сделан в пользу продукта Siemens Amesim. В итоге дорогостоящее время, необходимое на моделирование, сократилось в 10 раз.

Время — деньги

Scania — один из мировых лидеров в области производства большегрузных транспортных средств: от грузовых автомобилей большой дальности и школьных автобусов до пожарных автомобилей и мусоровозов. Компания предлагает транспортные средства с лучшим соотношением таких характеристик, как расход топлива, производительность, дорожные качества и безопасность. Scania работает над новыми технологиями, чтобы выпускать автомобили, соответствующие самым строгим требованиям по уровню выбросов оксида азота и твердых частиц.

При разработке различных вариантов привода и архитектур трансмиссии инженеры Scania сталкиваются с узкими временными рамками. Если полагаться только на тестирования и не применять модельно­ориентированную системную инженерию, управление вариантами конструкции, число которых постоянно растет, повлечет за собой большие расходы и отнимет много времени. В 2012 году компания начала искать решение для численного моделирования, которое помогло бы быстро решать проблемы, связанные с различными компонентами трансмиссии: механическими, электрическими, пневматическими или гидравлическими. Инструмент должен был помочь инженерам проводить более детальные исследования для оптимизации характеристик трансмиссии, NVH­характеристик и дорожных качеств автомобиля.

Созданная с помощью Simcenter Amesim модель, которая включает двигатель, сцепление, карданный вал, зубчатые передачи, шины и суперкомпоненты подвески, соединяется с моделями водителя и транспортного средства, а также с системами управления для проведения анализа характеристик трансмиссии при различных действиях водителя и условиях вождения

Созданная с помощью Simcenter Amesim модель, которая включает двигатель, сцепление, карданный вал, зубчатые передачи, шины и суперкомпоненты подвески, соединяется с моделями водителя и транспортного средства, а также с системами управления для проведения анализа характеристик трансмиссии при различных действиях водителя и условиях вождения

Выбрать подходящее программное обеспечение было трудно, так как именно поиск баланса между характеристиками и интеграция различных систем транспортного средства являются главными проблемами производителей грузовых автомобилей и автобусов. Чтобы найти этот баланс, нужно провести инженерный анализ на различных уровнях. При этом у инженеров должна быть возможность быстро переключаться между уровнями моделирования при оптимизации конструкции компонентов, размера и характеристик систем, а также характеристик всего автомобиля и расхода топлива.

Надежный партнер

К этому времени инженеры Scania уже успешно использовали разработку Siemens — Simcenter™ Testlab™, поэтому в начале 2013 года руководители компании приняли решение приобрести еще одну программу из портфеля Simcenter — Simcenter Amesim™. Технология помогает Scania проводить инженерный анализ большинства характеристик, позволяя решить проблемы, связанные с конструкцией трансмиссии: плохие дорожные качества, потери в коробке передач, вибрации крутящего момента, проблемы с пневматическим приводом и потоком масла в коробке передач.

Точное соответствие результатов анализа дорожных качеств автомобиля методами физических измерений и численного моделирования

Точное соответствие результатов анализа дорожных качеств автомобиля методами физических измерений и численного моделирования

Инженеры по разработке Scania работают с двигателем, сцеплением, карданным валом, зубчатыми передачами, шинами и суперкомпонентами подвески, затем они соединяют их с моделями водителей и автомобилей, а также с системами управления для проведения анализа при различных действиях водителя и условиях вождения. Они используют различные инструменты постпроцессинга Simcenter Amesim и готовые к параметризации демонстраторы для автомобилестроительной отрасли, а также возможности импорта/экспорта, которые позволяют решению от Siemens Digital Industries Software работать с набором инструментов для инженерного анализа, уже используемых в Scania.

Старший инженер по анализу и тестированию в отделе разработки трансмиссии Scania Фредрик Биргерсон отмечает, что «в решении Simcenter Amesim ему особенно нравится то, как быстро и легко в нем можно выделять различные элементы. Можно кликнуть мышью по параметру и переместить его в свою модель. При повторном запуске инженерного анализа сразу виден результат изменения. Очень полезна и функция генерации профиля дороги. Используя глобальную навигационную систему, можно “ездить” на виртуальном грузовике по реальным дорогам с реальным подъемом и окружающей обстановкой».

Simcenter Amesim позволяет Scania учитывать различные профили дороги; подвеска и шины моделируются с помощью готовых компонентов Simcenter Amesim

Simcenter Amesim позволяет Scania учитывать различные профили дороги; подвеска и шины моделируются с помощью готовых компонентов Simcenter Amesim

Simcenter Amesim можно применять на любых этапах, начиная с разработки компонентов трансмиссии и заканчивая проектированием систем. На уровне компонентов Scania проводит 3D CFD­анализ, чтобы изучать сложные потоки. Для анализа жесткости, веса, усталостных характеристик, а также CAD­геометрии используется анализ методом конечных элементов. Он также применяется для изучения эффекта, который различные силы оказывают на структуру и характеристики нелинейных компонентов, таких как подшипники. Затем результаты используются для улучшения модели Simcenter Amesim. На стадии проектирования систем инженеры Scania совмещают эту модель с моделью управления, которая была создана в среде Simulink®, анализируя характеристики трансмиссии на уровне всего автомобиля.

«В Scania предпочли решение Siemens, потому что моделирование в Simcenter Amesim можно проводить очень быстро, особенно при проектировании новой трансмиссии», — подтверждает г­н Биргерсон. Simcenter Amesim помогает Scania сначала выделить основные проблемы, а затем сократить время моделирования в 2­10 раз по сравнению с тем, сколько оно занимало раньше. С помощью инженерного анализа результаты можно получить быстрее, чем в реальном времени.

Командный игрок

Simcenter Amesim помог улучшить совместную работу разных команд проектировщиков Scania. Например, отдел разработки трансмиссии упростил модели коробки передач и поделился ими с другими отделами, которые не всегда заинтересованы в детальных характеристиках. Но так как специалисты этих отделов исследуют функционирование других систем, они смогут оптимизировать суперкомпонент, чтобы повысить точность результатов инженерного анализа. С Simcenter Amesim переключение с одного уровня моделирования на другой проходит гладко и без особых усилий.

С помощью детальных моделей коробки передач, созданных в Simcenter Amesim согласно параметрам конструкции, инженеры-проектировщики Scania определяют основные источники потерь в различных типах шестиступенчатых коробок передач и стратегию переключения

С помощью детальных моделей коробки передач, созданных в Simcenter Amesim согласно параметрам конструкции, инженеры-проектировщики Scania определяют основные источники потерь в различных типах шестиступенчатых коробок передач и стратегию переключения

Совместный инженерный анализ — очень сложный процесс. Поэтому со временем эффективное управление моделями будет становиться все более важным. В Scania считают, что Siemens Digital Industries Software следует современным тенденциям, предлагая заказчикам программное обеспечение Simcenter™ Sysdm. В ближайшем будущем управление версиями моделей будет иметь решающее значение, так как все компании, занимающиеся разработкой, должны будут внедрить точную методологию обновления своих моделей для применения в алгоритмах «модель в контуре», «программное обеспечение в контуре» и «оборудование в контуре».

Scania — это марка, которая гарантирует клиентам лучшую управляемость, NVH и другие характеристики транспортного средства. Чтобы добиться оптимальных характеристик транспортного средства, компания должна лучше всех выполнять инженерный анализ. Ее клиенты хотят получить самое хорошее соотношение характеристик. В компании уверены, что смогут достичь этого с помощью инженерного анализа в Simcenter Amesim.