广西玉柴机器利用 CAE 推动发动机开发的未来发展

业务挑战
-保持高质量、产品多样化以及灵活性，以应对日趋激烈的竞争
-转换和修复 CAD 数据以便用于CAE 的过程耗时且容易出错

成功关键
-集成设计和仿真能力，实现自动更新
-部署标准化 CAE 模板，便于设计师使用
-客户与供应商之间保持顺畅的沟通与协同
-提高部门间工作协同

结果
-设计师扩大 CAE 应用，消除分析瓶颈
-CAE 分析提高产品质量，助力最优程序选择
-强行实现产品设计标准化，为制造 和PLM 协同奠定坚实的基础
-有效缩短产品开发周期

行业
汽车及交通运输

客户主要业务
广西玉柴机器股份有限公司专业制造各种型号的轻、中、重型发动机，产品线涵盖车用、工程机械、农业机械、船用、发电设备等广泛用途。

解决方案/服务
-NX
-Simcenter
-Teamcenter

客户位置
Yulin, Guangxi Province
China

"玉柴以杰出的产品开拓市场，以优秀的质量赢取客户，以创新推动未来发展。在 Siemens PLM Software 的大力支持下，我们的未来必定将更加美好。"

卢 祥林

副经理，CAE 验证部门玉柴工程研究院

广西玉柴机器股份有限公司 



内燃机领导者
广西玉柴机器股份有限公司（“玉柴”）是国内最大的内燃机生产基地，不仅承接了若干国家级重大研发（R&D）项目，同时也为促进国内发动机行业的创新发展做出了重要贡献。随着汽车市场竞争日益加剧，各种不同的市场需求为产品设计带来了诸多挑战，包括提高产品质量、保持产品多样化、加快产品更新等。

计算机辅助工程(CAE)软件的重要作用在于，可以帮助用户充分利用企业级信息系统，有效缩短产品设计周期，帮助提高产品质量，实现更高效的协同。玉柴从诸多软件供应商中选择了 Siemens PLM Software 作为其合作伙伴，合作范围涉及从设计到开发、以及从应用到服务的各个方面。玉柴工程研究院CAE 验证部门副经理卢祥林是项目负责人，同时也是 NX™ 软件 和 Simcenter 3D软件 的主要用户。他和 CAE 验证部门结构分析科科长周阳春均拥有丰富的实践经验，并对企业的发展状况与产品规划、以及 CAE 工具的升级优化拥有深入独到的见解。

严格遵守流程和质量要求
作为独立发动机制造商，玉柴提供各种型号的轻、中、重型发动机，产品线涵盖车用、工程机械、农业机械、船用、发电设备等广泛用途。针对新产品研发，玉柴建立了一套严格的开发过程，明确定义各个阶段的工作任务。其中， CAE 部门对整个产品开发流程而言具有不可或缺的重要作用。例如，当前CAE 主要用于在设计阶段对产品程序的可行性进行验证，并在选择最优程序的过程中发挥重要作用。

玉柴开发的所有发动机都严格按照玉柴的开发流程进行了全面的CAE 分析。分析结果提出多项具有建设性意义的改进建议，有助于大幅提升产品质量和缩短开发周期。此外，在试验阶段CAE 在进行故障分析时，为快速查找故障原因等方面也发挥重要作用，比如玉柴新开发的某款发动机出现了气门与活塞干涉问题，排查多种原因未果，CAE 介入后3 天找到了真正原因：供应商在加工时由于标记错误导致后期装配错误。

这些事例充分证明了 CAE 软件的优势。在很多其他 CAE 解决方案中， Simcenter 3D 软件凭借其独特的适用性、准确性、可靠性等特点获得玉柴青睐。 Simcenter 3D（ 前称 NX CAE ）以 NX 平台为建构基础，与 NX CAD 共同使用时可以实现 CAD-CAE 无缝集成；玉柴利用其进行创新研发活动至今已有近20 年。

市场变化和挑战
随着汽车市场竞争不断加剧，高质量、多样化和灵活性已成为生产的关键特征。卢祥林和周阳春表示，不断变化的市场需求不仅对企业战略和决策有影响，同时也造成了很多产品开发问题和挑战。

首先，个性化产品市场需求导致产品类别不断增多。发动机开发涉及一系列 CAE 仿真和分析；同时，由于仿真工作贯穿整个产品开发过程，对 CAE 分析的需求和有限的分析资源之间经常产生冲突，导致无法及时向设计工程师反馈 CAE 分析结果。

不断增加的系统复杂性意味着产品开发流程需要跨部门合作。但是，设计师和 CAE 分析师通常属于不同的组织，而这些组织之间必须进行沟通、协调。 CAE 分析师提出改进要求后，设计工程师对设计进行相应的修改。这个过程不断循环重复，致使 CAE 分析无法紧跟项目时间表，充分发挥其效能。

此外，玉柴过去也没有广泛应用 CAE 的传统，只有少数 CAE 工程师利用其来执行仿真任务。大部分零件都没有经过结构优化处理，而产品设计工程师对 CAE 的需求不断增加。

在复杂的仿真模型准备阶段，数据处理同样存在很多问题。对 CAD 数据进行转换、修复以将其导入 CAE 软件的过程需要耗费大量的时间，而且模型非常容易出错。



最后，CAE 团队的任务极具挑战性。他们通常无法立即开始进行分析，而是不得不完成一系列积压的 CAE 任务。CAE 分析结果要到数天乃至数周之后才能传到设计工程师手中。分析瓶颈导致无法与项目进度保持同步。有时候，设计未经 CAE 分析便直接进入了试生产阶段。

值得信赖的合作伙伴，杰出的解决方案
2000 年初，玉柴开始引入 NX 软件产品。现在，玉柴使用 NX 作为其设计软件，集成 Simcenter 3D 的 C AE 功能，并使用Teamcenter® 软件作为其产品数据管理(PDM) 解决方案。主要应用范围包括产品设计、工程图、模具制作和 CAE 分析等。随着 Simcenter 3D 软件应用的不断推广和深入，玉柴不仅缓解了市场需求和开发工作量之间的多种冲突，同时还有效缩短了产品开发周期，简化了整个开发和设计流程。

在讨论是否选择Simcenter 3D 作为玉柴仿真软件的过程中，卢祥林和周阳春根据实际经验，对各种备选方案进行了分析和比对。出于多种考虑，他们最终选择了Simcenter 3D。

由于设计师将 NX 作为CAD工具使用，而Simcenter 3D 也以 NX 平台为建构基础，这意味着他们不需要改变工作实践就可以引入Simcenter 3D 。从使用 CAD 功能到执行CAE 分析，用户可以实现无缝过度，全部在熟悉的 NX 界面中完成。用户对软件的高度熟悉促进了应用推广。

Simcenter 3D 与 Teamcenter 无缝集成，使CAE 用户可以直接从 Teamcenter 中读取CAD 模型数据；相较之下，其他 CAE 软件产品必须通过中间文件读取 CAD 数据，并且很容易丢失 CAD 模型数据。

Simcenter 3D 软件额外的开发和定制工作相对较为容易。 Siemens PLM Software 的专家提供细致的支持服务，包括一对一培训和在线技术支持等。该软件包括多个可用于客制化的应用程序编程接口（API），可以访问内部对象。通过这些应用程序编程接口，用户可以开发各种自动化程序，定制 NX 和Simcenter 3D 功能。此外，一个分步编程向导可以帮助用户轻松开发额外的系统功能。

Simcenter 3D 具有强大的自动化网格划分功能，完全无需第三方软件的协助。拥有一百万个自由度的模型，只需 10 分钟便能完成网格划分。整个过程简单快捷，不同于其他网格划分工具需要进行复杂的预处理。

自定义编程、优化和客制化
随着业务的进一步发展，玉柴也改变了 CAE 的应用范围，以满足其业务需求。玉柴将CAE 工作分为两个领域：“创新”和“成熟”。成熟领域负责解决大量简单的重复劳动。NX 通过利用简单易用的仿真模板实现了此类重复劳动的自动化；而这些模板是由 CAE 专家使用 Simcenter 3D 所创建，可以由设计师用来执行 CAE 分析指导流程。基于NX 和 Simcenter 3D 的编程功能，玉柴已经创建了三个 CAE 模板，供设计师使用。

NX 与 Simcenter 3D 还为玉柴带来了另一项流程变更：设计工程师可自行对其所完成的零件设计进行分析，而无需将仿真工作转移至 CAE 部门，亦无需等待或转换模型，从而节约大量时间，并使得整个项目都能有效利用 CAE 分析。同时，设计工程师还能利用CAE 对多个备选设计方案进行分析，选择最佳设计进行试生产。此举的一大优势在于，设计师对 NX CAD 模型进行修改后，Simcenter 3D 分析模型也会自动更新，使工程师能够快速对多个设计进行比较。



此外，通过使用分析模板，设计工程师还可以将 CAE 分析技能用于零件的仿真分析。使用模板既不需要额外的技能学习，也不需要改变设计工程师的工作习惯。以工程师为主导的分析功能高效实用，与专家执行的 CAE 分析工作相辅相成。

卢祥林和周阳春强调道，随着产品的不断创新和发展，玉柴仍需实现每一计算流程的标准化，形成专属的仿真流程和数据库，打造公司的设计专长。公司计划继续深入开展自定义程序开发，让专业仿真工程师可以专注于执行结果分析，为设计工程师打造更易于使用的工具。玉柴将与 Siemens PLM Software 紧密合作，持续增强能力，追求更高的成就。“玉柴以杰出的产品开拓市场，以优秀的质量赢取客户，以创新推动未来发展，”卢祥林说。“ 在 Siemens PLM Software 的大力支持下，我们的未来必定将更加美好。”