Cyfrowe prototypowanie w przemyśle motoryzacyjnym

-- wtorek, 01 kwiecień 2008

Jeszcze kilka lat temu hasło Modelowanie 3D było synonimem stosowania najnowszej technologii, drogiej i dostępnej dla wybranych. Dziś modelowanie 3D to za mało, aby oprogramowanie wytrzymało olbrzymią presję oczekiwań klientów. Programy do projektowania muszą zaspokajać potrzeby także w zakresie współdzielenia danych czy też w zakresie testowania i analizowania produktów zanim zostaną one skierowane do produkcji. Tworzenie cyfrowego prototypu – to jest wyzwanie dla oprogramowania na dziś.

W dzisiejszym artykule chciałabym spojrzeć na cyfrowe prototypowanie w kontekście branży motoryzacyjnej. Firmy z tej branży to wymagający odbiorcy rozwiązań projektowych, głównie z powodu silnej konkurencji, jaka panuje na rynku samochodowym. Indywidualny styl, innowacyjność w parze z estetyką to zasadnicze czynniki, który wpływają na sukces w sprzedaży samochodów. Przetrwanie w tym biznesie jest trudne z uwagi na cały szereg innych uwarunkowań, które można ująć w kilka głównych kategorii.

Atrakcyjność wizualna

Produkty muszą charakteryzować się indywidualnym charakterem, specyficznym dla danej marki. Aby projektanci mogli swobodnie kształtować styl i przekazywać idee, muszą używać wiodących narzędzi do stylizacji i prezentacji. Proces podejmowania decyzji musi opierać się na doskonale przygotowanych materiałach, będących zbiorem cyfrowych szkiców, plastycznych obrazów, renderingów, animacji i wielu innych formatów medialnych, składających się na dany projekt.

Zgodność z normami i wymogami technicznymi

Rynek narzuca ostre kryteria, jakie muszą spełniać współczesne samochody. Małe zużycie paliwa, bezpieczeństwo, niska emisja spalin – to tylko początek długiej listy cech, jakie nabywcy wezmą pod uwagę oceniając model. Aby wynik porównania był korzystny, niezbędne jest przeprowadzenie ogromnej ilości badań i testów, najlepiej przy maksymalnym obniżeniu ich kosztów i w możliwie wczesnej fazie oraz zapewnienie doskonałej współpracy między zespołami, zajmującymi się poszczególnymi jednostkami. Koncerny samochodowe to firmy międzynarodowe, co powoduje szereg implikacji podczas współdzielenia i wymiany informacji we wszystkich fazach procesu projektowania i wytwarzania.

Organizacja współpracy z kooperantami

Przemysł motoryzacyjny to nie tylko poszczególne koncerny ale i ogromna rzesza producentów podzespołów, co sprawia, że globalna współpraca przy tworzeniu modelu auta staje się olbrzymim wyzwaniem dla odpowiedzialnych za koordynację działów zarządzania. Zarządzanie zmianami inżynierskimi, bezpieczny dostęp do danych, zapewnienie wysokiej jakości współpracy, połączenie danych dokumentacyjnych z danymi projektowymi w 2D i 3D, dostęp do informacji z dowolnego miejsca na świecie – oto wyzwania, przed jakimi stoją systemy informatyczne zarządzania danymi, używane przy tak szerokiej kooperacji różnych firm.

Kompleksowość produktu

Współczesne auto składa się z wielu zaawansowanych technicznie podzespołów, stanowiących zintegrowane systemy mechaniki, elektryki, elektroniki, hydrauliki. Aby możliwe było ich zaprojektowanie z uwzględnieniem zsynchronizowania i wyeliminowaniem kolizji, oprogramowanie musi posiadać zdolność łączenia poszczególnych systemów w jeden mechatroniczny projekt. Dodatkowo musi pozwolić na zasymulowanie funkcjonowania złożonych elektromechanicznych zespołów pod kątem wybranych parametrów fizycznych.

Innowacyjność technologiczna

Wysoki stopień niezawodności to jedno z kluczowych kryteriów, jakie powodują, że klienci dokonują wyboru a jeszcze częściej dzięki któremu przywiązują się do danej marki. Wprowadzanie innowacji technologicznych z jednej strony jest nieuchronne, bo wymuszane przez konkurencję, z drugiej zaś skutkuje ryzykiem częstszego występowania usterek w porównaniu z układami już sprawdzonymi. Bardzo ważne jest zrozumienie i sprawdzenie konsekwencji wyboru danego materiału czy rozwiązania zanim decyzja zostanie podjęta. Wspomniania w poprzednim punkcie możliwość przeprowadzania symulacji dynamicznych znacznie zwiększa szanse wczesnego wykrycia problemów i ich korekty. Na badania związane z wprowadzaniem nowinek technicznych potrzebny jest czas, a użycie istniejących opracowań jako bazy dla nowych projektów pozwala go zaoszczędzić. Dlatego cała dokumentacja musi mieć format cyfrowy, przez co możliwe jest jej szybkie adaptowanie w nowych projektach.

Wdrożenie do produkcji

Wdrażaniu do produkcji zawsze towarzyszy konieczność zaprojektowania, sprawdzenia i wyprodukowania nowych narzędzi i urządzeń, które posłużą do wytworzenia produktu końcowego. Ważna jest możliwość zarządzania urządzeniami w ich pełnym cyklu życia. Także symulacja ich funkcjonowania w wirtualnym środowisku fabryki daje pewność, że zadziałają prawidłowo.

Opisane powyżej dość złożone wymagania zawężają grono potencjalnych dostawców oprogramowania. Na polu walki mogą zostać tylko ci, którzy oferują odpowiednie rozwiązania, wzajemnie dopasowane i spójne, zapewniające bezstratny przepływ informacji między modułami. Rozwiązania Autodesk dla prototypowania cyfrowego pomagają producentom części dla przemysłu samochodowego lepiej stylizować, projektować i testować swoje produkty zanim ujrzą one światło dzienne.

Aby lepiej przyjrzeć się gamie produktów weźmy jako przykład cykl rozwoju produktu u jednego z bezpośrednich dostawców z branży motoryzacyjnej. Dla firm tego typu udział w rynku jest wprost proporcjonalny do jej zdolności do innowacji i umiejętności wprowadzania produktów na rynek szybko i po ekonomicznie skalkulowanch kosztach. W przypadku rynku motoryzacyjnego stała konieczność zmian objawia się w postaci wypuszczania co roku nowego modelu. Załóżmy, że poddostawca dostał zlecenie na przeprojektowanie obecnie produkowanego siedzenia samochodu – z zachowaniem poprzedniego projektu jako bazy.

Projekt koncepcyjny i stylizacja

Przeprojektowana zostanie osłona boczna fotela oraz uchwyt zwalniający oparcie. Koncepcja tych elementów zostaje opracowana w Autodesk AliasStudio, spośród szeregu szkiców jeden zostaje wybrany. Program pozwala użyć go do stworzenia powierzchni. Po zapisaniu jej do formatu DWG zostanie otworzona w Autodesk Inventor Professional i użyta bezpośrednio do budowy wyrobu z zachowaniem zatwierdzonego stylu bez konieczności ponownego modelowania. Można też zapisać dla programu Inventor szkice elementu zrzutowane na płaszczyzny układu współrzędnych i użyć jako bazy do modelowania. Technologia translacji Direct Connect pozwala współpracować z pakietami do modelowania powierzchniowego z najwyższej półki. Cała operacja przebiega szybko i płynnie.

Szczegółowy projekt części

Projekt należy uszczegółowić. Autodesk Inventor posiada wysublimowane narzędzia projektowe zaprojektowane tak, aby zaoszczędzić cenny czas. Dla narzędzia wprowadzania żeber wystarczy szkic złożony z kilku linii. Zaokrąglanie, fazowanie i pochylanie powierzchni są podobnie wydajne. Użycie parametrycznego elementu bibliotecznego iFeature pozwala błyskawicznie zamontować predefiniowane komponenty.

Narzędzia analityczne Inventora jak Analiza pochylenia umożliwiają sprawdzenie osłony bocznej pod kątem poprawności formy dla wykonania odlewu co pozwala uniknąć kosztownych błędów.

Gotową część łatwo i szybko można umieścić w dokumentacji, opisać, zwymiarować , wszystko w środowisku Inventora w standardzie DWG. Różne widoki kolejno numerowane powstają niemal jednym kliknięciem.

Inżynieria mechaniczna

Jednym z największych wyzwań w przemyśle motoryzacyjnym jest potrzeba symulacji i testowania wrażeń przyszłych użytkowników bez budowania kosztownych prototypów fizycznych. W naszym przypadku stworzenie wrażenia dobrej jakości zależy bezpośrednio od tego, czy siłownik siedzenia będzie działał płynnie i był wytrzymały w eksploatacji. Można w pełni zasymulować cyfrowy prototyp produktu w środowisku dynamicznej symulacji programu Autodesk Inventor Professional, co pozwoli zanalizować siły, momenty, prędkości, przyspieszenia i wykorzystać zebrane informacje w module do analizy naprężeń dla sprawdzenia wytrzymałości wybranych komponentów. W tym przypadku należałoby np. zanalizować wydajność siłownika dla zwiększonego obciążenia i określić wielkość dodatkowego momentu obrotowego potrzebnego do podniesienia siedzenia.

Projekt systemu elektrycznego

Aby w pełni skorzystać z cyfrowego prototypu konieczne jest uwzględnienie w projekcie absolutnie wszystkich komponentów. Integracja ta jest szczególnie ważna w przemyśle samochodowym , gdzie systemy elektryczne znajdują zastosowanie w coraz większej ilości podzespołów.

Ponieważ wydruki 2D są wciąż najważniejszym nośnikiem informacji w przypadku instalacji elektrycznych, AutoCAD Electrical zachował ten standard. Specyficzne narzędzia programu, włącznie z ponad 2000 standardowych symboli schematycznych, automatyczną numeracją przewodów i opisywaniem komponentów zostały stworzone aby radykalnie przyspieszyć proces tworzenia projektów instalacji. Lista przewodów może następnie zostać zaimportowana bezpośrednio do Inventor Professional, aby możliwe było trójwymiarowe przedstawienie okablowania i sprawdzenie możliwości ich optymalnego ułożenia w cyfrowym prototypie.

Wizualizacja i rendering

Po ukończeniu funkcjonalnej części projektu siedzenia można rozważyć zmianę kolorystyki i rodzaju mteriału wykończenia. Zazwyczaj producenci proponują gotowe warianty wykończenia, obejmujące kolory i materiały obić i części plastikowych. W tym przypadku cyfrowy prototyp pozwoli uniknąć kosztownych prób z dobieraniem właściwych materiałów. Jest to możliwe w Autodesk Showcase. Showcase oferuje wszystko to co jest potrzebne aby zrobić odpowiednie wrażenie. Po wczytaniu danych CAD program pozwala na zmianę kolorów komponentów, symulację różnych opcji materiałowych, wprowadzenie realistycznego oświetlenia sceny, tła i wygenerowanie grafik wysokiej rozdzielczości łatwiej niż kiedykolwiek wcześniej. W przypadku prototypów fizycznych i zdjęć aparatem fotograficznym proces ten zająłby miesiące. Jakość renderingów jest tak wysoka, iż często są one używane w folderach reklamowych zamiast rzeczywistych zdjęć produktów.

Uruchomienie produkcji i współpraca z dostawcami

Aby produkt został wypuszczony na rynek szybko i po niskich kosztach, wytworzenie komponentów jest zlecane firmom zewnętrznym. W celu zachowania oczekiwanej wydajności podczas współpracy należy zastosować produktywne narzędzia do wymiany danych. Niezwykle pojemnym nośnikiem informacji podczas współpracy jest uniwersalny format pliku Autodesk DWF. Przenosi on dane 2D, 3D, zestawienia, dokumentację, prezentacje montażowe, renderingi - wszystko, co składa się na cyfrową informację o projekcie. Do przeglądania służy bezpłatny, ogólnodostępny program Design Review – można w nim nie tylko przeglądać dane ale również nanosić uwagi bezpośrednio na rysunkach, co czyni wymianę informacji niezwykle precyzyjną i jednoznaczną. Uwagi te można załadować bezpośrednio do Inventora wraz z rysunkiem – wszystko elektronicznie. Formalne zarządzanie zleceniami zmian inżynierskich jest możliwe w Autodesk Productstream, systemie do zarządzania danymi, który obejmuje cały cykl życia produktu - od projektowania przez produkcję po archiwizację. Productstream posługuje się jedną wspólną i scentralizowaną bazą Vault, łączącą dane projektowe i dokumentacyjne. Poza organizacją danych i zarządzaniem zmianą Productstream stanowi również system ochrony dostępu do danych.

Dokumentacja

Musimy się upewnić, że produkt jest skompletowany w sposób możliwie najbardziej optymalny i bezbłędny. Autodesk Inventor Professional umożliwia generowanie szczegółowej dokumentacji ułatwiającej osiągnąć ten cel.

Dokumentacja obejmująca pliki prezentacyjne, instrukcje montażowe a nawet animacje jest jasnym przekazem w zakresie kolejności montowania poszczególnych podzespołów. Dokumentację można zapisać we wspomnianym powyżej formacie DWF i przeszkolić personel w efektywny i przyjazny sposób.

Podsumowanie

Pakiet oprogramowania Autodesk obejmuje proces powstawania produktów od projektowania koncepcyjnego przez precyzyjne modelowanie części, systemów elektrycznych, symulację, zarządzanie danymi po tworzenie wysokiej jakości prezentacji dla celów marketingu produktu, tworząc kompleksowe rozwiązanie dla branży. Najważniejszym aspektem podczas oceny rozwiązania jest fakt, iż szczególny nacisk został położony na bezstratny przepływ danych i możliwość wielokrotnego wykorzystywania informacji w różnych środowiskach, co bezpośrednio wpływa na szybkość wykonywania projektów i obniżenie kosztów.

Anna Nowak
PM MSD, Man and Machine Software