CATIA：1つのプロジェクトの歴史から

CATIA V5ソフトウェアソリューションの表面モデリングツールやデジタルモックアップ機能など、自動車業界向けの最新のCADシステムのパワーを活用するのはどれほど簡単ですか。これにはどのような影響があり、どのような問題が発生しますか？これは、特定の例で最もよく説明されています。



今回は、ラドゥガ社のプロジェクトのひとつについてお話します。



Ladugaは、車両用の電子および機械部品とシステムを開発するロシアの自動車工学会社です。彼女は国内外の自動車会社（Daimler、General Motors、Audi、Opel、AVTOVAZ、KAMAZ、ROSTELMASH、UAZなど）と協力しています。



もちろん、同社が使用しているソフトウェアパッケージはCATIAだけではありません。そのエンジニアは、CADパッケージ（NX）、CAEパッケージ（PRADIS、LS-Dyna、Ansa、Ansys、Ansys CFX、Fluent、Ansa、Salome、Code-Aster、OpenFoam）を使用しています。ただし、CATIAは、車両の規格と要件に従った設計プロジェクト、実際の設計、および最適化において重要な役割を果たします。



たとえば、乗用車の内部の詳細、その外面（フェンダー、バンパー、つまり車の外部）をどのように設計するのですか？本格的なCADなしではできません。エンジン部品やトランスミッション要素も注意が必要です。

難しい仕事

説明されたプロジェクトでは、設計エンジニアは乗用車エンジン用の吸気モジュールを開発するという課題に直面しました。自動車メーカーによる乗用車の新ラインの発売に関連して、それらに新しいエンジンを搭載することが決定されました。よくあることですが、新しいエンジンモデルは、古いモデルを最新化することによって開発されました。一部のコンポーネントが変更および追加されました。



特に、新しいエンジンはより多くの出力とより大きな変位を持たなければならないため、吸気モジュールの変更が必要でした。

デザイナーツールキット

CATIA V5ソフトウェアを使用すると、製品の3Dモデル、部品およびアセンブリユニットの連想図面の開発、大規模なアセンブリの操作のサポート、3Dモデルとその図面内の投影との連想リンク、表面モデリングおよびデジタルレイアウト（DMU）の操作のためのツールが含まれます。

「私たちが使用するCATIAV5ソフトウェアを使用すると、複雑な形状のパーツを作成でき、パラメーター化をサポートします。たとえば、主要な幾何学的パラメーターを変更するなど、製品のジオメトリを編集するのは非常に簡単です。当社のエンジニアは、自動車業界でこのソフトウェア製品の使用経験があります。そして、これが彼の選択を大きく左右しました」とLadugaLLCのゼネラルディレクターであるValeryOvchinnikovは言います。

分業

乗用車エンジン用の吸気マニホールド（吸気モジュール）のプロジェクトは、同社で最大かつ最長のプロジェクトの1つです。 2013年7月から2015年9月まで実施されました。設計および設計文書の作成はLaduga社の専門家によって行われ、その産業パートナーは製品の製造とコンベヤーへの配送に直接関与しています。デザイナーとLaduga計算チームがプロジェクトに取り組みました。



製品設計には多くの要件があります。モジュールはコンベヤーにすばやく簡単に取り付ける必要があります。スパークプラグへの便利なアクセスと、オイルレベルを簡単に測定する機能が必要です。これらの要件の充足を評価するために、モデルの運動学的分析が使用されました。製品の実際の設計は、CATIAV5パッケージで行われました。また、設計文書も作成しました。Laduga社の



多くの同様のプロジェクトCATIAV5で実行されます。車のプロジェクトの段階にもよりますが、1ヶ月以上続きます。電子機器に関連するプロジェクトなどの他のプロジェクトは、顧客の要件に基づいて他のソフトウェアパッケージを使用して実行できます。設計プロセス自体は、設計者、技術者、計算機が共同で実行します。 Ladugaでの計算は、会社自体が開発したものを含め、個別のCAEパッケージで実行されます。



一部の設計者は複雑な表面モデリングタスクを処理しますが、他の設計者はアセンブリモデリング、レイアウト、または図面の作成のみを処理します。作業環境は単純です。CATIAのような製品は、特に難しい表面の取り扱いに関しては、高度なスキルを持つエンジニアを必要とします。したがって、会社にはそのようなタスクを処理するデザイナーの別のグループがあります。

プロトタイプから製品まで

もちろん、インテークモジュールは主に空気力学に関するものです。その任務は、エンジンシリンダーを可能な限り空気で満たすことです。 2か月以内に、設計者とエンジニアは多くのソリューションを経験しました。



空気の流れ、内部リブ、さまざまな形状のチャネル（ランナー）を制御するための追加のスルーウェルを備えたモジュールの缶のオプションを検討しました。これはすべて、空力と音響の要件を検証するために計算されました。空力の主な基準は、シリンダーの最大充填とシリンダー全体の空気の均一な分布でした。また、モジュールのプラスチックハウジングは従来のアルミニウムモジュールに比べて柔らかいため、ノイズレベルの評価は特に重要です。

設計結果に基づいて、プロトタイプ製品が製造されます。インテークモジュールは、困難な条件下でエンジンコンパートメントで機能します。残念ながら、2013年の標準的な3D印刷では、高温や高負荷に耐えられないほど壊れやすい部品が製造されました。したがって、ここでの主なプロトタイピング技術は、シリコーン型での鋳造でした。







シリアル製品-ガラス繊維入りポリアミド製。ノイズや振動の要件を満たす非常に丈夫な素材です。高い振動レベルと120℃を超える温度の過酷な条件で動作する可能性があります。これは、ボンネットの下のエンジン上部と同じ動作条件です。



一般に、プロトタイピングプロセスは次のように構成されます。最初のプロトタイプは通常機能的です。機能要件、同じ空気力学およびノイズがチェックされます。同時に、本体の厚さのパラメータは必ずしも維持されておらず、その材質は異なる場合があります。主なことは、部品がこれらのテストに耐えることです。



機能テストの後、次のプロトタイプが作成されます。これはすでに最終バージョンに近づいています。製品がすべてのターゲット技術的および機能的要件を満たしていることを確認するために、必ずベース材料から作成されます。

これらはすべてエンジンのベンチテストでした。そして今、私たちのデザインを車でテストする時が来ました。そして、1つだけではありません！テスターは、20〜30のプロトタイプコピーを提供する必要があります。



この場合の3D印刷は、必ずしも経済的に実現可能であるとは限らず、シリコーン型での成形が再び機能します。この技術の本質は次のとおりです。3D印刷を使用してマスターモデルを取得し、それに基づいてシリコンモールドを取得します。このフォームは、約30コピーの作成に耐えます（より単純なパーツの場合は、より多くのコピーが可能です）。



そして、モジュールのプロトタイプを搭載した車は、将来の販売市場の隅々まで分散します。平野、希少な雰囲気の山、暑く乾燥した砂漠、高湿度、冬と夏-テスターが電子技術者と一緒に新しい吸気システム用にエンジンを調整するのはこのような状況です。



テストが成功すると、次の段階に進みます。シリアルツーリングの製造、その上で製造された製品の最終検査、この部品の製造とコンベヤへの配送の承認のサプライヤによる受領、そしてその結果、部品の連続製造の開始。

短い時間で

そして、タイミングはどうですか？

「採用されたコンセプトを確認するのに2か月かかりました。この間に目標要件の達成が得られない場合、自動車プロジェクトのすべてのマイルストーンがシフトします。このようなプロジェクトを2か月で実施することは通常不可能であるため、状況は重大でした」とValeryOvchinnikov氏は述べています。「プロトタイプを作成し、指定された仕様を達成できることを示す必要がありました。」

作業は6月に始まり、9月に会社はテストのためにプロトタイプを引き渡さなければなりませんでした。基本的に、エンジニアは吸気モジュールのいわゆる「バンク」の最適化に従事していました。1か月半または2か月間は成功しませんでしたが、その後、最良の結果を示す元のソリューションを見つけることができました。

3Dモデリングとドキュメントの準備

3Dモデリングの助けを借りて、設計者は空気の流れの方向、シリンダーの充填の均一性を分析し、必要に応じて、吸気モジュールの「缶」の形状を即座に変更しました。技術的なタスクの要件を満たすだけでなく、それを超えることも可能であることが判明しました。新しいインテークモジュールはエンジン性能を改善し、これまで以上に高いパワーとトルクを提供します。これにより、効率がさらに向上しました。 9月から10月にかけて、仮想テストの結論を確認するテストが開始され、その後、Ladugaのスペシャリストがプラスチック製の船体の設計を開始しました。

« , — . , — . — , , , ».

設計文書もCATIA形式で請負業者に提出されます。連続生産開始後もプロジェクト全体で設計変更が可能であり、契約により販売開始後数ヶ月間エンジニアリングを行っております。時々、細部において、改善が必要であり、機器の変更であり、これは設計文書の変更です。







このタスクは、CATIAでの関連付けのサポートによって大幅に簡素化されます。3Dモデルが更新されると、最小限の手動修正で図面が自動的に更新されます。

バグのテストと修正の失敗

数値計算の最後に、結果は常にテストによって検証されます。製造された吸気モジュールのプロトタイプで、さまざまなモードでのエンジン動作のテストが実行されました。

« , : , — . — . : «» ».

プロトタイプ材料の不十分な強度（これはプロジェクトのこの段階では主要な材料ではありません）とさまざまな研究テストモードにより、構造が破壊されました。



インテークモジュールの強度と剛性を高める必要がありました。このため、最適化中に強度、音響、振動の長時間の繰り返し計算が実行されました。その結果、複雑なマルチエッジ構造になります。強度と剛性の計算結果に基づいて、エンジニアは応力分布の画像を取得し、それに基づいて構造に補強リブを追加しました。不必要な質量を蓄積せず、必要な結果を達成するために、計算は何度も繰り返されました。



その後、最終的なプロトタイプは正常にテストされました。そして、製品は「機能しました」。提案されたインテークモジュールの設計が生産され、今日まで自動車に使用されています。

新しい計画

この自動車メーカーは現在、新しい吸気モジュールを取り付ける第2世代エンジンを作成しています。「Laduga」社が設計し、この新製品もCATIAのソフトウェアを使用しています。

このソフトウェアがなければ、作業は不可能です。複雑なスプライン表面の設計をサポートしており、そのような機能は低レベルの製品では利用できません」とValeryOvchinnikov氏は述べています。-しかし、プログラムの能力とは別に、エンジニア自身の能力が必要です。彼はそのような複雑な機能を使用し、そのような表面で作業し、それらを「アイロン」することができなければなりません。

移行の難しさ

現在、同社の主なタスクの1つは、CATIAバージョン6への移行です。これは新しいプロジェクトに関与します。このような移行は、ファイル交換、製品の習得、統合、そして最後に学習の複雑さを増すことです。

« , . — 6- PLM. , , . . CATIA , 3D- . ECAD . . — . ».



「CATIAV6の導入に伴い、さまざまなソフトウェアを使用しているため、データのエクスポートとインポートの問題が発生します。これには、プラグイン、追加のコンバーターを使用する必要があります。シームレスな統合は失敗します。しかし、最終的には、この問題も解決されるでしょう」とヴァレリー・オヴチンニコフは確信しています。

「近年多くの機能が開発されているため、一流の設計者でさえCATIA機能を使用するのは20％以下です」と彼は言います。-これまたはその機能をどのように習得するか、それが私たちにとってどれほど役立つかは方法論的な問題であり、私たちはまだこれを学んでいます。新しい機能を使用して設計手法を開発する必要があります。」

« Dassault Systemes – « ». , CATIA 3DExperience», — .