¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

9 сент€бр€ 2020

CATIA: из истории одного проекта

ќригинал публикации в блоге компании Dassault Systèmes


Ќасколько легко использовать возможности современных систем автоматизированного проектировани€ дл€ автомобильной отрасли, включа€ инструменты моделировани€ поверхностей и функции работы с цифровыми макетами программного решени€ CATIA V5?  акой это дает эффект, какие возникают проблемы? Ћучше всего показать это на конкретном примере.

¬ данном случае речь пойдет об одном из проектов компании ЂЋадугаї. ЂЋадугаї Ч это российска€ автомобильна€ инжинирингова€ компани€, разрабатывающа€ электронные и механические компоненты и системы дл€ транспортных средств. ќна работает с отечественными и зарубежными автомобильными компани€ми Ч Daimler, General Motors, Audi, Opel, ј¬“ќ¬ј«,  јћј«, –ќ—“≈Ћ№ћјЎ, ”ј« и р€дом других.

 онечно, CATIA Ч это не единственный примен€емый в компании программный пакет. ≈е инженеры работают с CAD пакетами (NX), CAE пакетами (PRADIS, LS-Dyna, Ansa, Ansys, Ansys CFX, Fluent, Ansa, Salome, Code-Aster, OpenFoam). ќднако CATIA играет ключевую роль в проектах по разработке дизайна, собственно проектированию и оптимизации в соответствии со стандартами и требовани€ми к автомобилю.

Ќапример, как спроектировать детали интерьера легкового автомобил€, его внешние поверхности Ч крыль€, бампер, то есть экстерьер автомобил€? Ѕез серьезной —јѕ– не обойтись. — детал€ми двигател€ или элементами трансмиссии тоже все непросто.

—ложна€ задача

¬ описываемом проекте перед инженерами-проектировщиками сто€ла задача разработки модул€ впуска дл€ двигател€ легкового автомобил€. ¬ св€зи с запуском автопроизводителем новой линейки легковых авто на них было решено устанавливать новый двигатель.  ак нередко бывает, новую модель двигател€ разрабатывали путЄм модернизации старого: были изменены и добавлены некоторые компоненты.

¬ частности, поскольку новый двигатель должен иметь большую мощность и больший рабочий объем, потребовалась модификаци€ модул€ впуска.

Ћадуга CATIA V5

»нструментарий проектировщика

ѕрограммное обеспечение CATIA V5 позвол€ет разрабатывать трехмерные модели изделий, ассоциативные чертежи деталей и сборочных единиц, поддерживает работу с большими сборками, ассоциативные св€зи между 3D-моделью и ее проекци€ми на чертежах, включает в себ€ инструменты моделировани€ поверхностей и работы с цифровым макетом (DMU).

Ђѕримен€емое нами программное обеспечение CATIA V5 позвол€ет создавать детали сложной формы, поддерживает параметризацию, в нем достаточно просто редактировать геометрию издели€, например мен€ть ключевые геометрические параметры. Ќаши инженеры уже имели опыт работы с данным программным продуктом на предпри€ти€х автомобильной промышленности. » это во многом обусловило его выборї, Ч рассказывает ¬алерий ќвчинников, генеральный директор ќќќ ЂЋадугаї.

–азделение труда

ѕроект впускного коллектора (модул€ впуска) дл€ двигател€ легкового автомобил€ Ч один из самых крупных и длительных в данной компании. ќн реализовывалс€ с июл€ 2013 года по сент€брь 2015 года. ѕроектирование и подготовку конструкторской документации выполнили специалисты компании ЂЋадугаї, а непосредственно изготовлением издели€ и поставкой на конвейер занимаетс€ ее индустриальный партнер. Ќад проектом работали конструкторы и команда расчетчиков ЂЋадугиї.

  конструкции издели€ предъ€вл€етс€ множество требований. ћодуль должен быстро и просто устанавливатьс€ на конвейере, нужны удобный доступ к свечам зажигани€ и возможность легко замерить уровень масла. ƒл€ оценки выполнени€ этих требований примен€лс€ кинематический анализ модели. Ќепосредственно проектирование издели€ выполн€лось в пакете CATIA V5. ¬ нем же готовилась конструкторска€ документаци€.

ћножество подобных проектов компании ЂЋадугаї выполн€ютс€ в CATIA V5. ќни дл€тс€ от мес€ца и дольше, в зависимости от стадии автомобильного проекта. ƒругие проекты, например св€занные с электроникой, могут выполн€тьс€ с помощью других программных пакетов, что св€зано с требовани€ми заказчиков. —ам процесс проектировани€ выполн€етс€ совместно конструкторами, технологами и расчЄтчиками. –асчеты в ЂЋадугеї выполн€ютс€ в отдельных CAE пакетах, в том числе разработанных самой компанией.

ќпределенные конструкторы работают с задачами моделировани€ сложных поверхностей, другие занимаютс€ только моделированием сборок, компоновкой или выпуском чертежей Ч у них более простые рабочие места. “акой продукт, как CATIA, требует от инженера высокой квалификации, особенно это касаетс€ работы со сложными поверхност€ми. ѕоэтому в компании выделена отдельна€ группа конструкторов, котора€ занимаетс€ такими задачами.

ќт прототипа Ч к изделию

 онечно, модуль впуска Ч это прежде всего аэродинамика. ≈го задача Ч максимально наполнить воздухом цилиндры двигател€. ¬ течение двух мес€цев конструкторы и расчетчики перебрали множество решений.

–ассматривали варианты банки модул€ с дополнительными сквозными колодцами дл€ управлени€ потоками воздуха, внутренними рЄбрами, различной формой каналов (раннеров). ¬сЄ это обсчитывалось на проверку требований по аэродинамике и акустике. ќсновными критери€ми по аэродинамике были максимальное наполнение цилиндров и равномерное распределение воздуха по цилиндрам. ј оценка уровн€ шума особенно важна, поскольку пластиковый корпус модул€ м€гкий по сравнению с традиционным алюминиевым модулем.

ѕо результатам проектировани€ изготавливаетс€ опытный образец издели€. ћодуль впуска работает в подкапотном пространстве в сложных услови€х. —тандартна€ 3D печать в 2013 году, увы, давала на выходе слишком хрупкие детали, которые не могли выдержать ни высоких температур, ни больших нагрузок. ѕоэтому основной технологией прототипировани€ тут выступало литье в силиконовые формы.

Ћадуга CATIA V5

—ерийное изделие изготавливаетс€ из стеклонаполненного полиамида. Ёто очень жесткий материал, отвечающий требовани€м по шуму и вибраци€м. ќн может работать в суровых услови€х при высоком уровне вибраций и температуре свыше 120° — Ч те самые услови€ эксплуатации в верхней части двигател€, наход€щегос€ под капотом.

¬ целом процесс прототипировани€ организован следующим образом. ѕервый прототип, как правило, функциональный: на нЄм провер€ютс€ функциональные требовани€, та же аэродинамика и шумы. ѕри этом необ€зательно выдерживаютс€ параметры толщины корпуса, его материал может быть другим, главное, чтобы деталь выдержала эти испытани€.

ѕосле функциональных испытаний изготавливаетс€ следующий прототип, уже более близкий к конечному варианту. ќн об€зательно выполн€етс€ из основного материала, чтобы подтвердить, что изделие отвечает всем целевым технологическим и функциональным требовани€м.

¬се это были стендовые испытани€ двигател€. » вот теперь пришла пора испытать нашу конструкцию на автомобиле. » не на одном! »спытател€м необходимо предоставить 20-30 экземпл€ров прототипов.

3D печать в этом случае экономически не всегда целесообразна, и снова вступает в игру литье в силиконовые формы. —уть технологии в следующем: с помощью 3D печати получаем мастер-модель, на ее основе получаем силиконовую форму. “ака€ форма выдержит изготовление около 30 экземпл€ров (дл€ более простых деталей возможно больше).

ј дальше автомобили с прототипами модул€ разъедутс€ по всем уголкам будущего рынка продаж. –авнины, горы с разреженной атмосферой, жаркие сухие пустыни, высока€ влажность, зима и лето Ц именно в этих услови€х испытатели вместе с электронщиками калибруют двигатель под новую систему впуска.

ѕосле успешных испытаний идут следующие этапы: изготовление серийной оснастки, финальные проверки изготовленных на ней изделий, получение поставщиком одобрени€ на изготовление и поставку этой детали на конвейер и, как результат, начало серийного производства детали.

¬ сжатые сроки

ј что со сроками? ЂЌа подтверждение прин€той концепции у нас было два мес€ца. ≈сли за это врем€ мы не получаем выполнение целевых требований, то сдвинутс€ все вехи автомобильного проекта.

—итуаци€ была критической, поскольку за два мес€ца подобный проект реализовать, как правило, невозможно, Ч рассказывает ¬алерий ќвчинников. Ч Ќужно было создать прототип и показать, что заданные технические требовани€ могут быть достигнутыї.

–аботы начались в июне, а в сент€бре компани€ должна была сдать прототип на испытани€. ¬ основном инженеры занимались оптимизацией так называемой Ђбанкиї модул€ впуска. ѕолтора-два мес€ца у них ничего не получалось, но затем удалось найти оригинальное решение, показавшее наилучшие результаты.

ћоделирование в 3D и подготовка документации

— помощью 3D моделировани€ проектировщики анализировали направление потоков воздуха, равномерность наполнени€ цилиндров и при необходимости тут же мен€ли форму Ђбанкиї модул€ впуска. ќказалось, что удалось не только удовлетворить требовани€ технического задани€, но и превысить их. Ќовый модуль впуска обеспечил улучшение характеристик двигател€, его мощность и крут€щий момент стали выше прежних показателей. ѕри этом даже повысилась экономичность. ¬ сент€бре-окт€бре начались испытани€, подтвердившие выводы виртуальных испытаний, а затем специалисты ЂЋадугиї приступили к проектированию корпуса в пластике.

ЂЁто тоже была непроста€ работа, потому что полиамид Ч материал сложный. ѕолучались неудовлетворительные услови€ по компоновке модели, Ч отмечает ¬алерий ќвчинников. Ч Ќужно было еЄ аккуратно скомпоновать с учетом литейных уклонов и требований к сварному профилю, чтобы сохранить внутреннюю аэродинамичную поверхность, минимизировать коробление, чтобы все детали сварились с целью обеспечени€ высокой точности изготовлени€ издели€ї.

ѕроектна€ документаци€ также передаетс€ подр€дчикам в формате CATIA. ¬несение изменений в конструкцию возможно на прот€жении всего проекта, даже после начала серийного выпуска, и, согласно договору, компани€ обеспечивает инжиниринг в течение нескольких мес€цев после начала продаж. »ногда в детал€х нужны доработки, изменени€ в оснастке, а это Ч изменение конструкторской документации.

Ћадуга CATIA V5

ƒанную задачу значительно упрощает поддержка ассоциативности в CATIA.  огда происходит обновление 3D-модели, то чертежи автоматически обновл€ютс€ с минимальными ручными правками.

ѕровал на испытани€х и работа над ошибками

ѕо окончании численных расчетов результаты всегда провер€ютс€ испытани€ми. Ќа изготовленном прототипе модул€ впуска проводились испытани€ на работу двигател€ в разных режимах. Ђ» в этот момент произошел казус, который послужил нам большим уроком: наш модуль впуска взорвалс€ пр€мо на стенде, Ч рассказывает ¬алерий ќвчинников. Ч ¬ одном из режимов внутри модул€ впуска возникло значительное разрежение. ѕрочность корпуса прототипа оказалась недостаточной: он просто Ђсхлопнулс€ї и обломки осыпались в цилиндры двигател€ї.

Ќедостаточна€ прочность материала прототипа (это не основной материал на этой стадии проекта) и различные исследовательские режимы испытаний привели к разрушению конструкции.

ѕотребовалось повышение прочности и жесткости модул€ впуска. ƒл€ этого проводились долгие повторные расчеты прочности, акустики и вибрации в ходе оптимизации. ¬ итоге получилась сложна€ многорЄберна€ структура. ѕо результатам расчетов прочности и жесткости инженеры получали картину распределени€ напр€жений, на основе анализа которой добавл€ли в конструкцию рЄбра жЄсткости. –асчЄты повтор€лись снова и снова, чтобы не накопить излишней массы и добитьс€ требуемых результатов.

ѕосле этого финальные прототипы успешно прошли испытани€. » дальше изделие Ђпошло в работуї. ѕредложенна€ конструкци€ модул€ впуска была запущена в производство и примен€етс€ на автомобил€х по сей день.

Ќовые планы

—ейчас автопроизводитель создает двигатель второго поколени€, на который должен устанавливатьс€ новый модуль впуска.  омпани€ ЂЋадугаї проектирует этот новый продукт, также использу€ ѕќ CATIA.

ЂЅез данного программного обеспечени€ работы выполнить было бы просто невозможно. ќно поддерживает проектирование сложных сплайновых поверхностей, а такой функционал просто отсутствует в продуктах более низкого уровн€, Ч рассказывает ¬алерий ќвчинников. Ч Ќо кроме возможностей программы требуетс€ компетенци€ самого инженера. ќн должен уметь пользоватьс€ таким сложным функционалом, работать с такими поверхност€ми, Ђвыглаживатьї ихї.

—ложности перехода

—ейчас одна из основных задач компании Ч это переход на CATIA версии 6. ќна будет задействована в новых проектах. “акой переход Ч это дополнительные сложности обмена файлами, освоени€ продукта, его интеграции, наконец, просто изучени€.

Ђ¬ данное врем€ у нас даже нет возможности изучать весь новый функционал, внедр€ть его в проекты. ≈ще одна серьезна€ задача Ч интеграци€ 6-й версии пакета с системой PLM. Ёто обеспечит грамотное управление изменени€ми, верси€ми, составами и так далее. ќбсуждаетс€ также вопрос проектировани€ электрических кабелей в перспективных проектах. ƒл€ этого в CATIA есть отдельный модуль дл€ проектировани€ кабелей, позвол€ющий делать 3D-трассировку жгутов и проводов. ќна интегрируетс€ с пакетами ECAD и значительно упрощает разработку электронной архитектуры. “акие задачи сейчас возникают при проектировании автомобилей и электромобилей. ƒаже в простом автомобиле Ч километры жгутов. “ем более это актуально дл€ электромобилейї.

Ђѕри внедрении CATIA V6 нар€ду с тем, что мы используем много разного другого программного обеспечени€, возникает вопрос экспорта и импорта данных. Ёто требует применени€ плагинов, дополнительных конвертеров. Ѕесшовной интеграции не получаетс€. Ќо, в конечном счете, и этот вопрос будет решенї, Ч уверен ¬алерий ќвчинников.

Ђƒаже ведущие конструкторы используют функционал CATIA не более чем на 20% в силу того, что за последние годы разработано множество функций, Ч утверждает он. Ч  ак освоить тот или иной функционал, насколько он будет нам полезен Ч это вопрос методологический, и мы этому ещЄ только учимс€. “ребуетс€ разработать методологию проектировани€ с использованием нового функционалаї.

ЂЌаш посто€нный партнЄр и надЄжный поставщик услуг технической поддержки программного обеспечени€ Dassault Systèmes Ч компани€ Ђ—иЁс √руппї. ≈Є сотрудники оперативно решают вопросы, касающиес€ работы программы CATIA и платформы 3DEXPERIENCEї.
Ч ¬алерий јлександрович ќвчинников


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: √лавное отличие человека от животного в том, что он хочет знать
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2020 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.