admin 2008-10-2 00:21
DesignSpace帮助Caterpillar公司减少设计步骤
"这种新突破帮助我们降低了生产成本，大幅度削减了查破上市的时间"，Caterpillar公司的研发工程师Darryl Brinks说。
Caterpillar维修技术组（CSTG）是Caterpillar的一个商务部门，专门为世界范围内的经销商、客户提供工具设备，用以维修和保养Caterpillar的相关产品。提供的工具范围很广，从小型手工工具到测试整个传动和动力装置的大型试验台上的复杂电子设备。Caterpillar公司生产的重型机械产品居于世界领先地位，CSTG的Capital and Shop部由工程师、技师和绘图员组成，专门为这些产品设计相关的维修设备。去年，他们的主要工作就是在设计过程及样机试验中引入新技术。
CSTG位于美国伊利诺斯州的Peoria， Caterpillar公司总部附近。在设计过程中，无论是小型起重装置还是复杂的车辆设备，都严格遵守各种安全和质量标准（包括CE认证）。为了配合Caterpillar主要产品的生产，CSTG的工程师希望能够快速的完成设计任务和样机试验过程。方案设计、样机制造、试验以及辅助设备制造这些工作过程的不断改善，推动了实际产品的开发过程。这自然而然的迫使CSTG寻求快速，独立，低成本的方法完成设计。
传统的设计方法和工程手段已经与实际要求不相适应。对于制造商来说，UINX工作站以及传统的建模和分析方法成本太高。因此，CSTG希望寻求一种价廉质优的开发平台来弥补上述不足，并且确保他们能够得到最佳的设计结果。
[b]缩减步骤[/b]
在评价各类软、硬件系统的过程中，CSTG希望达到三个总体目标：改进分析方法；减少产品的研发步骤；降低成本。
除此之外，CSTG还需要寻求减少工作步骤的方法。即使有了电脑软件的帮助，设计过程仍然是：概念设计、图纸绘制、样机制造、试验测试、图纸修改、新方案样机、再次试验测试等等；换句话说，因为要根据试验结果修改设计方案，所以样机制造和试验过程常常需要经过多次反复。为了缩减这些步骤，CSTG选择了ANSYS公司的DesignSpace软件 。
使用DesignSpace是因为能够快速获得设计所需的各种数据信息，而且在当前的建模环境下可以直接使用，使用者不需要掌握复杂的有限元分析。CSTG运用DesignSpace，通过模拟工作过程对设计方案进行评估，并在样机制造之前进行必要的改进，消除了以前在样机制造和试验过程中出现的反复。今天，CSTG的设计过程可以这样描述：概念设计、图纸绘制、使用DesignSpace进行分析、方案修改、样机制造、试验测试、方案改进、产品发布。
DesignSpace对于CSTG来说是一个非常完美的工具。它与
[url=http://bbs.china-hvac.net.cn/forum-25-1.html]CAD[/url]
软件高度集成使得工程师可以在设计过程中模拟实际的工作状态，从而快速的检验设计结果。
[b]测试软管装配机械[/b]
在过去的几个月里，CSTG在多个项目中运用了DesignSpace，比较突出的例子是一个软管联结装置(HAM)的设计。这个装置用来将零件及联管节安装在软管末端，软管与Caterpillar运土机的液压设备相联；有专门的车辆将该装置运送到维修地点；安装时，需要施加很大的压力压接永久联管节，还要在软管上安装可重复使用的零件。
以前的软管联结装置已经过时，必须重新设计。不同的安装和连接类型需要两种不同的设计方案，这两种方案都需要能提供10000psi压力的液压装置，这种重型液压设备价格昂贵，而且需要专门的安全保护措施。CSTG的工程师希望设计一种通用的软管联结装置，并且做到安全简便，提供足够的压力，降低成本。他们找到了一种双圆柱形的设计方案，这个方案更加安全（只需液压设备提供3500psi的压力），简便易用，获得了更大的工作空间，并且适用于两种不同的安装和连接环境。
在进行样机制造之前，CSTG使用DesignSpace对新方案的设计结果进行分析。分析过程中，DesignSpace显示两个圆柱形部件中间的高压区刚性不够，设计结果没有满足安全要求。而且DesignSpace进一步建议用低合金高强度钢替代最初使用的低强度钢，再加上一点微小的几何结构变化就可以解决这个问题。DesignSpace的分析过程代替了样机试验，快速正确的得到了设计方案的测试结果，有效的减少了设计步骤。
这种新型的设计分析方法（使用DesignSpace）在其他产品设计中也得到了广泛的运用。例如设计一个重型起重设备和一个载重25吨的车辆支撑架。这台起重设备用来在拆卸维修过程中吊装变速器，发动机以及各种大型设备。支撑架是一个地面升降机构，在维修过程中将车辆抬起，以便工作人员在下面进行操作。支撑架不仅要为维修人员提供安全的工作环境，而且在设计上要满足各地的使用标准。
CSTG从1996年7月开始，已经在 25个产品设计中使用了DesignSpace软件。而所有的模拟仿真分析工作都是在一台Gateway 2000 G6-200 (Intel Pentium芯片、主频200MHz、内存128M) 计算机上完成的。
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[b]保证准确结果[/b]
由于CSTG的工作性质，它的研发实验室（即主要部门和营销组所在地）配有各种各样的样机试验测试设备。液压试验机和相关设备用来模拟工作环境的受力情况，对样机进行拉、压试验。Caterpillar公司的 DataView系统是一个基于个人电脑的分析工具，在试验过程中，DataView系统通过六个数据通道从压力传感器和运动测量传感器中采集数据信号，并且对采集的数据进行实时分析。
使用DesignSpace软件后，CSTG希望能够从DesignSpace得到和实际测试一样准确的结果。因此，CSTG对一些由DesignSpace分析过的设计方案，进行了实际的样机测试试验（包括上述的软管联结装置），以证实DesignSpace分析结果的准确性。
对于载重25吨的车辆支撑架，DesignSpace表明：当载荷达到75吨时会出现问题。在实际测试中，样机在压力升到100吨的时候才损坏。CSTG研究了这种差异，将样机上失效的部分取样分析。研究结果表明这种材料的性质和原先在DesignSpace模拟时所采用的材料不同，这种材料强度更大。当对使用新材料的样机进行分析后，DesignSpace明确指示：最大载荷不能超过100吨。
DesignSpace结果和物理测试结果大约有5-10%的差异，在某些设计中，DesignSpace可以达到误差3%的准确度。与过去的手工计算相比，DesignSpace提供了足够的设计准确性，完全可以满足CSTG的设计要求．
实现工作目标
通过使用DesignSpace,CSTG实现了他们的工作目标：
1.减少工作步骤和订货到供货所需要的时间
2.在样机制造和样机试验之前，进行必要的模拟仿真、方案评估和方案改进
3.降低成本
CSTG在DesignSpace的使用上获得了巨大的成功。在产品设计中使用DesignSpace快速评估设计结果，常常使CSTG超额完成工作任务。
正如CSTG的高级工程师Darryl Brincks所说的："一旦我们告诉别人我们能做什么，订单就开始源源不断的涌进来。"
在竞争中，设计部门面临着巨大的压力，这就要求必须合理的利用资金，降低成本。因此各类工程设计分析软件应运而生。
CSTG 使用DesignSpace软件，在设计过程中就基本确定了最终方案，减少了工作步骤，节省了大量的资金，使其在竞争中保持领先地位。
正如CSTG 项目工程师Arden Baldwin所说的："这（使用DesignSpace）真是梦想成真。在经验丰富的工程师的手里，它将是一个无比强大的设计工具。"