Siemens On-stage...

Unrestricted © Siemens AG 2018

2018-05-23 Siemens PLM Software

Современные тенденции и вызовы

при разработке изделий

Воплощаем инновацииUnrestricted © Siemens AG 2018

Ерофеев Михаил

[email protected]



Основные факторы давления на разработчика



экология комфорт безопасность функциональность

Задачи разработчика

• Правильно ли разработана система?• Как сократить потребление энергии?• Как интегрировать электронные компоненты и системы управления?• Как оценить поведение системы в динамике?• Как выполнить требования к комфорту и акустическому шуму?• Как выполнить требования по безопасности (оценить усталость)?

Технические вопросы

http://www.bombardier.com/en

http://www.bombardier.com/en

http://www.jreast.co.jp/e/index.html

http://www.jreast.co.jp/e/index.html

http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCL7yopyzmcgCFUc5FAodussJpg&url=http://www.snipview.com/q/Voith_Turbo&psig=AFQjCNHV70P4chDjwFjJ15qdnjIkNJTMnw&ust=1443518392797130

http://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCL7yopyzmcgCFUc5FAodussJpg&url=http://www.snipview.com/q/Voith_Turbo&psig=AFQjCNHV70P4chDjwFjJ15qdnjIkNJTMnw&ust=1443518392797130

https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCJTDg7ezmcgCFQntFAodfjcDQg&url=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Faiveley_Transport_logo.svg&psig=AFQjCNGVFzEdsjaxH7UAu_ZyC9ADfyzymg&ust=1443518450787053

https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCJTDg7ezmcgCFQntFAodfjcDQg&url=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Faiveley_Transport_logo.svg&psig=AFQjCNGVFzEdsjaxH7UAu_ZyC9ADfyzymg&ust=1443518450787053

https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCOzQs9azmcgCFchUFAodJuEMfw&url=https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Logo_Trenitalia.png&psig=AFQjCNEPbj2G6SwgCw2wqYuZBe42vv-O4w&ust=1443518516739660

https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCOzQs9azmcgCFchUFAodJuEMfw&url=https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Logo_Trenitalia.png&psig=AFQjCNEPbj2G6SwgCw2wqYuZBe42vv-O4w&ust=1443518516739660

https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&ved=0CAcQjRxqFQoTCOatnMmonMgCFYIKGgodWX8MJg&url=https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CRRC_logo.png&psig=AFQjCNGHbrPcyBpvXAuhuU4ipUS34JaDWA&ust=1443618608626315

https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&ved=0CAcQjRxqFQoTCOatnMmonMgCFYIKGgodWX8MJg&url=https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CRRC_logo.png&psig=AFQjCNGHbrPcyBpvXAuhuU4ipUS34JaDWA&ust=1443618608626315



Эволюция

With title bar or without...От механических компонент к умным системам Новые материалы и методы производства

Массовая кастомизация и персонализация Комплексные системы и интернет вещей

+ 13%

+ 20%

+ 34%

механических компонент

Электрических компонент

строк в коде ПО

за 2 года

В среднем удвоение сложности за 4 года



73% 70%

43% 43%

ИСПОЛЬЗУЮТ ЦИФРОВЫЕ ПРОТОТИПЫ

МОДЕЛИРУЮТ РАБОТУ СИСТМЕМЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Best-in-Class All Others

70% 67%

52%56%

39% 38%

АНАЛИЗИРУЮТ ПОВЕДЕНИЕ

ПРОДУКТА НА РАННИХ СТАДИЯХ

ПРИМЕНЯЮТ СТРАТЕГИЮ

"ПРАВИЛЬНО С ПЕРВОГО РАЗА"

РАЗВИВАЮТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

МЕЖДУ КОНСТРУКТОРАМИ И

РАСЧЕТЧИКАМИ

Best-in-Class All Others

73 %Планируют увеличить долю расчетов

+20 %Лидеры чаще используют расчеты

на стадии концепта

лидеры и цифровые двойники



Текущее представление

Анализ вентиляции и кондиционирования

Структурный анализ

Динамический анализ

оптимизация

Анализ долговечностиВнешняя аэродинамика

Анализ теплопередачи

Акустический анализ

Нет единой модели



Как компании отвечают текущим вызовам

54 % укладываются в срок

42 % укладываются в бюджет

17 % достигают заданных

характеристик



Лидеры и остальные компании

Лидеры чаще

Успевают в срок

Укладываются в бюджет

Достигают запланированного качества

Получают запланированную прибыль

49 %

36 %

29 %

40 %

Лидеры

Виртуальная модель перед тестом

Количество прототипов компонент

Количество прототипов систем

+58 %

-4 %

-5 %

Остальные

+27 %

+ 4 %

+ 5 %

?

Время на эксперименты-8 % + 9 %

Лидеры

Виртуальная модель на всех стадиях разработки

1D-моделирование и системный анализ

Управляют расчетами и используют библиотеку

валидированных моделей

85 %

77 %

77 %

Остальные

37 %

16 %

23 %

?

Вызовы при разработке и их решение

на базе Simcenter

Воплощаем инновацииUnrestricted © Siemens AG 2018

Ерофеев Михаил

[email protected]



Системно-ориентированный подход к разработке продукта (SDPD)

Системно-ориентированный подход к разработке продукта

Predictive Engineering AnalyticsМакет системы

Под управлением PLM – Прослеживаемость данных и отношений, управление

составом, изменениями и конфигурацией, требованиями

TEST

Цифровой

двойник

1D

CFD

Исследование - Аналитика - Отчет

3D



Системный инжиниринг

Управление требованиями на всех стадиях

Системный инжиниринг

Концепт-фазаБизнес аналитика

Требования к изделию

Фаза валидацииТестирование и сертификация

Виртуальный / физический

эксперимент

Представление всех систем Система управления

сертификацияинтеграция системвалидацияреализацияспецификациятребования

Фаза детальной проработкиКомпоненты, подсистемы, системы

Цифровая модель объекта

Моделирование мехатронной

системы



Simcenter для Интеграции, Верификации и Сертификации

Использование надежной стратегии верификации

Назначение

требований

Планирование

верификацииОтчетность о соответствии

Верификация через

инспектирование/анализ/испытание

Требования к изделиюПланирование

верификации

Заявка на испытания &

Процедура

Разработка прототипа и

испытательного стенда

Отчетность

Стратегия верификации

Численная -

ЭкспериментальнаяЭкспериментальная

конфигурация

Выполнение


Данные виртуального

испытания

Данные натурного

испытания

Отслеживание


Повторное

использование в

последующих проектах



Финальные испытания

и сертификация

Испытания и

валидация

Оптимизация на

цифровом двойнике

Требования к

изделию

Анализ прочности и долговечности

Как получить достоверные результаты?

Разработка процедуры

тестирования

Определение требований под

заданный регион

Оценка нагрузок в разных

регионах

Цифровой двойник

Лабораторные тесты

Понимание

реальных нагрузок



Интеграция, Верификация и Сертификация

Изменение парадигмы – усовершенствование стратегии


Параметры


Ви

ртуал

ьн

ый

/

Чи

сл

ен

ны

й

На

тур

ны

й/

Экс

пе

ри

ме

нта

ль

ны

й

Анализ

+ Дешево

+ Быстро

+ На ранних этапах

- Неопределенность

моделирования

- Необходим опыт

- это не только “Simulation”

Натурные испытания

+ На реальном объекте

+ Исключение

неопределенностей

+ Реальное подтверждение

- Дорого

- Риски

- Ограниченная

наблюдаемость

- Поздно

Требования к изделию

Комбинация виртуальных

и натурных испытаний

Усовершенствованная

верификация



Существующий процесс

Инженерный анализ Физические испытания

Опытный

образец

Испытанный

образец

Результаты

испытаний

Проведение

испытаний

Электронный

макет изделия

Требования Инженерный

анализ макета

Инженерный

анализ образца

Процедура

испытаний

Запрос на

испытания

Программа

испытаний

Электронный макет

опытного образца

Инструментация

Сертификация

Процессы планирования, постановки и

верификации требований не увязаныОтсутствует процесс корреляции инженерных

расчетов и физических испытаний

Сертификационный

базис и стандарты

сертификации

Подтверждение

сертификационных


Сертификационные требования не

подтверждаются инженерными моделями

Подтверждения сертификационных требований не увязаны с

исходными требованиями и не валидируются расчетными моделями



Целевой процесс

Виртуальные и физические испытания

Требования,

сертификационный базис

Электронный макет

изделия

Инженерный анализ

макета (1D, 3D)

Инженерный анализ

образца (1D, 3D)

Программа испытаний Электронный макет

опытного образца

Запрос на испытания Процедура испытаний

Инструментация

Опытный образец Испытанный образец

Данные испытанийКорреляция и

валидация

Проведение испытаний



SimcenterTM Portfolio для Predictive Engineering Analytics

Real-time Simulation – 1D, 3D и Оборудование



SimcenterTM for Predictive Engineering Analytics

Сбор эксплуатационных данных

(LMS SCADAS XS)

Цифровой двойник

(LMS Imagine.Lab – LMS Test.Lab)

Оценка состояния

(LMS Test.Lab)

Ref.: Demonstrated at Hannover Messe, 2016

http://de.all-free-download.com/frei-ikone/symbole/firewall_37122.html








Siemens PLM Software

Создание платформы для цифровых инноваций

Приобретение компании UGS позволило создать прочный фундамент для систем автоматизированного проектирования изделий

Приобретение компании LMS расширяет возможности испытаний и контроля систем изделий

Siemens становится лидером в численном моделировании изделий и процессов, а также в поддержке дигитализации

Разработка изделий

Vistagy

2007 2015 20172016

UGS

PerfectCostingSolutions

Kineo

TesisLMS

CD Adapco

Active

IBS Preactor

CamstarOrsi

Innotec

ETM

2008 2009 2010 2011

Подготовка производства и изготовление изделий

2017

2016

2013

2012

2011

2007

2012

Bentley Systems

Подразделение

расчета механических узлов

Решения для

автомобилестроения

(ESD, ADAS, AD)SimcenterSiemens DF PL STS

Решения для численного моделирования

и испытаний (STS)

Polarion (ALM)



Simcenter™ для Predictive Engineering Analytics

Simcenter™



3D SIMULATION

CFD SIMULATION

1D SIMULATION

От разрозненных моделей и данных …

внутренние решения

расчеты

эксперимент TEST MODELING

прошлые наработки

CONTROLS



… позволяет реализовать подход Predictive Engineering

Analytics

3D SIMULATION

CFD SIMULATION

1D SIMULATION

внутренние решения

расчеты

эксперимент TEST MODELING

прошлые наработки

CONTROLS



Siemens Simulation Product Portfolio

“Мы полагаем, что возможно

значительное сокращение

расходов при стандартизации и

консолидации инструментов САЕ.”

Nathan Christensen

Senior Manager - Engineering Tools and Analysis

ATK Aerospace Group



Це

нн

ос

ть

мо

де

ли

ро

ва

ни

я

эффективнопроактивнореактивно

проверка

устранение

проблем

предсказание

работы автоматизация оптимизация

Пересмотр стратегии численного моделирования

Задачи моделирования

Большинство компаний стараются снизить

затраты за счет работы в этой зоне

Лучшие компании работают во всей области



Airbus ISAMI (Improved

Structural Analysis through

Multidisciplinary Integration)

Платформа для проведения

комплекса прочностных расчетов,

заменившая более 400 отдельных

продуктов

Используется для разработки и

сертификации A350-900, A350-1000,

A320-NEO, A330-NEO

Пример взаимодействия (автоматизация). Airbus Aircraft

Сокращение затрат на сертификацию

Simcenter Caesam применяется для Airbus Aircraft внешних

партнеров (+55 партнеров, +3000 расчетчиков) для полного

расчёта и поддержки сертификации

«Платформа CAESAM обеспечивает значительную экономию

времени за счет унификации процесса прочностного анализа и

сертификации»,“изменение с 1 варианта за 6 месяцев до 10

вариантов за 2 недели для предварительного подбора толщин

элементов после внедрения ISAMI PRESTO” Airbus

Предварительный

дизайн

Детальная

разработка

Обоснование

Оптимизация

Концепт

Сертификация



Пример взаимодействия (оптимизация):Повышение надежности работы

За две недели мы смогли оценить сто вариантов конструкции и выбрать

наиболее подходящее решение.

Ранее мы тратили более 6 месяцев для оценки всего нескольких вариантов.

Зоны повышенной температуры

каналы охлаждения

Разработка формы охлаждающего

канала для снижения термонапряжений

Результаты:

• Снижение температурной

неравномерности

• Снижен уровень максимальной

температуры

• Снижен риск образование трещин



Изменение подходов - разработка на основе расчетов

Design3 Design6 Design8

Sim1Sim4 Sim5

выпуск?

Design1 Design3

Sim0Sim2

выпуск

Старый метод

Разработка на основе расчетов

Design2 Design4 Design5 Design7Design1

Design2

Sim1

Победа в конкуренции

Sim3



исторически

конструктор расчетчик



Сегодняшний этап

конструктор расчетчик



Влияние единой платформы на стоимость владения и

сроки разработки

“Раньше мы использовали несвязанные между

собой инструменты CAD и FEA (Finite Element

Analysis – анализ методом конечных элементов).

Когда нам надо было изменить геометрию,

мы должны были делать это в среде CAD,

снова импортировать модель в FEA, а затем

делать всю подготовительную работу для

анализа полностью с нуля. Это было

чрезвычайно затратно по времени”.

Alastair Komus, ведущий инженер сектора

наземного транспорта, Composites Innovation

Centre Manitoba Inc.



Сравнение похода Simcenter 3D и традиционных CAE

продуктов

Simcenter 3D

Прямой доступ к геометрии

Быстрое упрощение геометрии за счет технологии

синхронного моделирования

Сетка, граничные и начальные условия

Решатель и обработка результатов

Изменение геометрии - CAD модели

SC «знает», что геометрия изменилась

Автоматическое обновление модели

Автоматическое перестроение сетки и

наложение граничных и начальных условий


«Старая» школа

Запись CAD в промежуточный

Чтение геометрии из промежуточного формата

Чистка и «лечение» геометрии после двух конвертаций

Упрощение геометрии



Изменение геометрии - CAD модели

Расчетчик не знает, что геометрия изменилась

Запись CAD в промежуточный

Чтение геометрии из промежуточного формата

Чистка и «лечение» геометрии после двух конвертаций

Упрощение геометрии



На

ча

льн

ый

эта

п

Да

льн

ей

ши

е

ите

ра

ци

и

-30%

-70%

Знакомо??

Знакомо??

Каждый раз при

изменении геометрии



Целевая аудитория Simcenter 3D - все CAE специалисты

CAE специалисты:

• Расчеты деталей

Специалисты

CAE дисциплин

• Эксперты

CAE расчеты, тесно связанные

с CAD:• Выполнение в NX CAD среде

• Инженеры-конструкторы или

конструктора

• Расчеты деталей по методикам

Количество пользователей

Сл

ож

ность

анал

изо

в

CAD независимые

CAD зависимые

Simcenter 3D



Связь конструктора, расчетчика и испытателя через Simcenter

Пример повышения производительности с Simcenter

“Наличие интегрированной CAD/CAE-среды значительно повышает эффективность итераций при

изменении конструкции”, – говорит Hennie Roodt, ведущий инженер SIMERA.

По подсчетам компании SIMERA, набор инструментов Simcenter повысил эффективность

процесса в 3-5 раз, позволяя исследовать намного больше вариантов конструкции и различных

сценариев, как необходимо для получения оптимальных результатов.



Препостпроцессинг платформа

Simcenter 3D

Интегрированная мультидисциплинарная платформа

инженерного анализа Siemens PLM SoftwareПрочность

Композиты

Механизмы Тепло CFD Акустика

Мультифизика

Тепло-прочность

Тепло-CFD

Прочность – CFD

MBD - прочность


Геометрическая

Параметрическая

Топологическая

Мультидисциплинарная

Ресурс Корреляция

Pre-test


Идеализация геометрии Связь CAD – CAE КЭМ (0D…3D) Постпроцессинг Отчет

Управление САЕ данными



Сокращение числа испытаний и доводочных работ

Разработка шасси A380

“A380 введен в эксплуатацию с носовой стойкой шасси с системами, полностью

разработанными и настроенными с помощью продуктов Simcenter. Испытания

только подтвердили требуемые характеристики.”

Jerome Fraval Systems Modeling Lead Engineer Messier-Bugatti-Dowty

• Был проведен анализ широкого набора конкурентных проектных альтернатив, различныхкомпонент и подсистем (приводы, моторы, клапана, блоки управления и др.). Детальноемоделирование позволило найти оптимальную конфигурацию систем, в том числе с учетомприсутствующих температурных эффектов.

• Работа системы анализировалась с точки зрения характеристик, стабильности и надежности.



Kawasaki реализует “Цифровой двойник” при разработке

Повышение эффективности вентиляции двигателя на 40%

“Оптимизация вентиляции и системы охлаждения - это задача номер один

для KHI. Решения Siemens позволили не только выполнить задачу, но и

сократить общее время проектирования” Eiji Ihara, Motorcycle and Engine Company, Kawasaki Heavy Industries, Ltd.

Создание Цифрового двойника

• Полностью автоматизировано

• От CAD до результата

• Оптимизация охлаждения

• Вентиляция двигателя улучшена на

40%

• Время подбора оптимального

дизайна снижено в 4 раза

Полностью автоматизированный процесс

позволяет сократить время проектирования в 4 раза

Surface Wrapping & CAD Repair

MeshingAnalysis

SetupResult

Processing

Аэродинамика Тепловой расчетДанные :

CAD и Excel

Мультидисциплинарная оптимизация

Автоматизация от CAD до решения



Причины меняться

Де́минг, Уи́льям Э́двардс — американский учёный, статистик и консультант по менеджменту. Наибольшую известность Деминг приобрел, благодаря

доработанному им циклу Шухарта, который теперь весь мир называет циклом Шухарта-Деминга [PDSA или PDCA], а также за созданную им теорию

менеджмента, основанную на предложенной им же теории глубинных знаний. Ему присуждена одна из самых престижных наград, учреждённых Американским

обществом качества (American Society for Quality = ASQ) — медаль имени Шухарта в 1955 году. Он также стал почетным членом ASQ в 1970 г.



Подразделение Simcenter Engineering & Consulting

Свыше 300 специалистов

Численное моделирование и

испытания

Мы всегда рядом с заказчиком

«Ноу-хау» в конкретных областях

Уникальные решения для

конкретного заказчика

Устранение проблем

Совместная разработка

Передача технологий

Преобразование процессов

подготовки производства

Шум и вибрации

Долговечность

Снижение расхода топлива

Технические характеристики систем

Газогидродинамика



Спасибо за внимание!

Михаил Ерофеев

Руководитель по развитию направления

«Инженерные расчеты 3D CAE»

Siemens PLM Software/ Russia/ Digital

Factory Division

Большая Татарская ул., д. 9

115184 Москва

Tel. : +7 (495) 223 3629 (220)

Fax : +7 (495) 223 3647

Mobile : +7 (985) 800 9908

E-mail: [email protected]

Siemens On-stage...

Documents

Transcript of Siemens On-stage...