如今的汽車行業(yè)普遍面臨著產品開發(fā)周期明顯縮短、資源效率和盈利能力較低的嚴峻挑戰(zhàn)。與此同時，即使到了開發(fā)過程的晚期，汽車制造商仍可能會對產品或零部件進行必要的更改，以維持一定的靈活性。
在豐田汽車公司，在他們針對各種高度復雜的零部件采用的鋁壓鑄件批量生產工藝中，這一點體現(xiàn)得尤為明顯。某些更改將會導致需要修改各種生產工具和工藝布置，而這種修改不僅耗時，而且成本高昂。
來自豐田的鋁壓鑄件樣圖
為了解決這種矛盾，豐田汽車公司的工程師通過努力，將原來按順序進行的產品、工藝設計和生產計劃開發(fā)流程改為了同步開發(fā)周期。這樣做的目的就是希望在盡量早期階段滿足部分相悖的要求，從而最大程度地減少成本高昂的后期更改和原型設計工作。
從按順序執(zhí)行的傳統(tǒng)開發(fā)流程轉向高效的同步開發(fā)周期
在開發(fā)和設計過程的最開始以及整個過程中，諸如鑄造工藝模擬這類虛擬方法的應用，對于評估可行性及潛在的制造限制發(fā)揮了關鍵的作用。
這個項目的最終目的：要實現(xiàn)一個強大穩(wěn)健且極具成本效益的鑄造工藝，確保能夠同時整合對產品設計、工程設計和制造工藝的不同需求。為此，豐田工程師成功將MAGMASOFT®自主設計集成到了自己的設計過程中。他們相信，只有通過高科技的工藝分析和系統(tǒng)的測試規(guī)劃，才能有效識別出影響鑄件質量和盈利能力的重要變量。
為了評估合適的工作流并估算出潛在效益，豐田汽車公司的工程師針對典型的外殼鑄件應用了 MAGMASOFT®自主設計。這個項目需要在設計部門所期望的“壁厚最薄的零部件”和工藝工程部門所期望的鑄造工藝的“穩(wěn)健性和早期階段經濟效率”之間找到平衡點。豐田汽車公司的工程師希望能夠實現(xiàn)上述兩個目標，并確保首批試樣就能穩(wěn)健生產出薄壁外殼。
同步優(yōu)化壁厚和內澆口設計，確保同時滿足設計和工藝工程要求
在 MAGMASOFT®中進行的虛擬試驗設計 (DoE)中，將壁厚不同的兩個鑄件幾何以及不同參數的內澆口截面和位置作為變量，進行模擬分析。
目標函數和設計變量
在第二步，他們在 MAGMASOFT®中定義了優(yōu)化過程的評估目標和關鍵質量標準。在豐田汽車公司的這個案例中，從產品質量方面來說，最重要的目標就是要避免出現(xiàn)澆不足并減少鑄造卷氣現(xiàn)象。為了縮短準備時間和計算時間，他們根據邁格碼六步法簡化了模擬模型。
通過使用 MAGMASOFT®散點圖對虛擬試驗進行系統(tǒng)評估和比較之后，我們可以清楚地看出能夠實現(xiàn)定義的壁厚和內澆口設計的合適解決方案。通過使用統(tǒng)計方法對所有變量進行定量比較，可以得出不受主觀影響的可靠結果。
借助合并散點圖找到已定義澆口設計和壁厚的最佳結果
通過這種方式，可以在前期就完全避免出現(xiàn)澆不足問題，而且通過優(yōu)化結果評估，能夠輕松的找到更好的充型方案以及更好的質量方案。
與傳統(tǒng)模擬過程相比，通過應用 MAGMASOFT®自主設計，像 3D 幾何建模和網格化等大量的手工任務都可以完全避免掉，因此可以節(jié)省非常多的時間。
通過優(yōu)化節(jié)省極其寶貴的工作時間
通過這個案例，豐田的工程師們證實，除了識別穩(wěn)健設計和制造解決方案以外，設計期間所需的工作時間投入可減少 50%。這顯著縮短了整個開發(fā)過程中的前置期。
對于豐田而言，MAGMASOFT®自主設計現(xiàn)在不僅能夠幫助他們更全面地了解工藝，而且在產品和工藝開發(fā)早期階段就能提供大量有用的信息以幫助他們做出安全可靠的決策。
本文由豐田汽車公司供稿：
豐田汽車公司的 TAKASAKA-san 先生在漢堡2018 年度 MAGMA 國際用戶大會上發(fā)表。
