马勒公司利用Altair解决方案简化仿真报告
本文摘要（由AI生成）：
本文概述了德国汽车系统供应商马 勒公司在北美业务及其面临的挑战。马 勒在北美涉足发动机、滤清及热管理等多个领域，利用Altair HyperWorks软件提升活塞和连杆设计的仿真效率。高级数字仿真工程师Scott Janowiak面临统一报告格式、确保仿真一致性的挑战。Altair团队建议采用HyperView中的Automated Reporting Director (ARD)解决方案，自动化处理组合和载荷工况，提升报告效率和一致性。马 勒公司采用ARD后，工程师可更专注于工程设计，统一的报告也促进了团队协作和客户关系的改善。随着计算能力的提升，自动化报告工具将助工程师提升性能标准，发现潜在问题。
项目介绍
马 勒(MAHLE) 是一家一级汽车系统供应商，其总部位于德国斯图加特，在全球拥有超过64,000名员工。该公司在包括中国、日本、巴西、英国、印度和美国的世界各地保有10个不同的研发中心。在北美地区，马 勒拥有29家办事处和10,000多名员工，并于2013年取得了超过26亿美元的销售收入。所有马 勒业务部都在该区域开展业务，其中包括发动机系统与零部件、滤清系统与发动机外围设备及热管理。
在北美地区设有工厂的所有轻型车和卡车OEM都是马 勒的供货对象。该公司通过其汽车零部件业务部服务于这一独立的配件市场。此外，马 勒还为该地区的赛车客户提供服务。新的马 勒北美总部于2013年6月开业，其中包括MAHLEIndustries, Inc.、MAHLEAftermarket, Inc.、EngineComponents USA, Inc.和MAHLEPowertrain, LLC等多个分公司。
Scott Janowiak 是一名马 勒高级数字仿真工程师，他的工作主要是研究活塞和连杆。他使用AltairHyperWorks®已有约五年时间。Altair一直都在紧密地支持马 勒的团队，帮助他们的成员从其他前处理和后处理工具转换到 HyperMesh®HyperView®（即HyperWorks计算机辅助工程 (CAE) 套件中所含前处理和后处理工具）。当Altair产品开发部AltairProductDesign介入并帮助额外设计能够加快设计过程速度的工具时，一项CAE分析报告标准化项目随即启动。
挑战
仿真的对象包括活塞、连杆和销，但整个组合的工作主要在于活塞。此项目旨在定制一个自动化的报告工具，令其涵盖标准马 勒活塞从开始到结束的全部过程，并最终能得到一个易于理解、信息全面且适用广泛的标准报告。当时有六位不同工程师制作报告，得到的报告之间存在一定差别，这就意味着呈献给客户的仿真结果将存在不一致。
活塞是极为复杂的元件，其设计必须能承受来自燃烧侧的极高温度。例如，运行速度为6000至7000 rpm的新式发动机会产生巨大的惯性负载。许多不同组件、力和移动部件会为设计过程带来众多可变因素。气压本身就很大，而且只会进一步地增加，原因是发动机制造商希望从每个活塞中获取更多的动力，从而使每个部件都承受较高的负载。新活塞的机械负载和热负载都相当高，对活塞进行详细的分析并取得正确的结果是非常困难和复杂的。如果在仿真中估值差10度，那么就算分析指示性能正常，在更高温度下也可能会导致故障。
仿真的主要目的是判断活塞能否通过发动机测试。这些测试的成本相当高。所以在将预生产的活塞装入发动机前需要先对其进行测试，以便节省物理测试成本并支持更多的设计迭代。预生产的活塞需要在负载未知的情况下进行 FEA分析，分析人员并不知道活塞是否会损坏。例如，如果测试指示疲劳寿命较低，则可进行一定的调整，避免进行大量昂贵的发动机测试。分析的意义在于对活塞设计进行调整，以便活塞最终能通过发动机测试。
轻量化活塞、高效发动机、高负载四缸发动机、更多变数和不同材料，这些均会增加评估的复杂程度。铝、钢、锻钢和钛均具有不同的属性，这些都必须加以了解和理解。马 勒有一个专门用于此目的的专有材料数据库。
马 勒每年会进行大量的有限元分析 (FEA)。一旦设计通过提案阶段，就可能会进行20至30次迭代。每个活塞均会进行多次FEA。根据具体客户的需求，还必须针对不同标号的汽油和柴油进行测试。
活塞、销和连杆 FEA 网格
温度分布
应力振幅
上图：侧缘压力（右），ATS的最大侧向力（左）下图：销孔压力（右），最大气压（左）
解决方案
Altair ProductDesign团队建议实施AutomatedReporting Director (ARD)，以此帮助马 勒简化报告活动。ARD是一种可配置、可自定义的报告解决方案，它集成在HyperView中并会循环处理所有定义的组合和载荷工况，而且还会为每个组合创建一页单独的报告。ARD会自动检测结果最大值或热点、选择最优视图和创建注释和图例，并会通过交互式标记突出显示最关注的结果。此工具也很灵活，支持分析人员先对每个页面进行浏览，然后再将其导出为 PowerPoint或其他所需格式。在ARD的直观用户界面中，分析人员可按照给定标准对结果进行后处理，可生成能够突出显示关键结果的交互式总体结果表，可比较各次模型迭代的结果，并可通过优秀的可定制式报告模板将结果导出。
结论
马 勒对与Altair合作感到十分满意。据Janowiak表示，能够根据公司的要求对流程进行自由调整是一个非常关键的要素。通过其团队和AltairProductDesign之间的密切协作，此自动报告解决方案终于得以完成，完善了马 勒的日常CAE工作流程。Altair负责开发代码，而马 勒负责描述当前的流程和报告需求，确保业务一致性并取得有效结果。
ARD所带来的主要效果是帮助节省了时间，该团队原本需要四到五个小时才能完成的大模型裁切和调整，现在仅需20至30分钟。由于在非工程设计任务上所用时间得到减少，CAE分析人员能更多地利用他们的时间进行工程设计工作，从而可产出更多的分析和更好的设计，而不是将时间用于更零碎的工作。
此时，马 勒北美研发中心的整个CAE分析人员团队都在使用相同的报告，而且其中的布局和图例也都完全一致。由于评估报告更清晰，这种一致性有利于工程师之间的协作，并能改善与客户的关系。在生成的报告中，马 勒可对模板、视图和参数进行控制。团队成员到目前为止都给予了积极的反馈，同时该工具也引起了公司内其他仿真组的兴趣。
以前，用户必须创建HyperView会话，调整所有图片，对每个所需视图进行截图，将视觉资产转移到PowerPoint 中，进行裁切和放置，然后返回并创建标注，重新检查结果并创建报告说明，而现在只需一个按钮便可完成。ARD自动为HyperView中的所有内容创建布局，其中包括14或15张带标准视图和指定载荷工况的视觉幻灯片。之后还允许用户在导出之前先对注释和视图进行自定义，从而生成准确且具有所需详尽程度的分析结果报告。通过采用 ARD，报告时间缩减了数个小时，从而让工程师能够更多地进行分析工作。HyperMesh和HyperView因其易用性、稳定性和可靠性而备受欢迎，使人们可以将更多时间用于分析，而不是浪费在等待上或引起系统毁坏。
仿真已让活塞更加坚固、轻盈和便宜。通过更为妥善地使用CAE，不但可符合性能目标，所用材料也可得到减少。仿真在总体上缩短了产品上市时间，而ARD的应用则帮助提升了研发团队工程时间的利用效率。
关于未来，Janowiak指出，他们的实力每天都在不断提升。使用完整模型进行分析将在未来成为常态。随着处理速度、高性能计算能力和可操作性继续增加，使用更大、更详尽的模型将不再是问题。在报告工具的使用上，他满怀感激，因为该工具为他免除了一些极为平常的日常工作，使他可以进行更多的工程设计工作、进行更多的调查并更多地研究那些对设计有重要意义的内容。额外节省下来的时间让Janowiak和其他CAE分析人员能够占得先机，不断达到卓越的性能标准，并发现一些原本可能无法发现的问题。
