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油箱建模新流程可提供更高的设计精度，并为汽车供应商 VITEC 节省高达 40% 的产品开发时间。
Vitec： 利用 Geomagic Control 将油箱开发时间缩短了 40%
Client
Vitec
Location
美国
Challenge
提升油箱产品开发、建模效率
VITEC 计划开发一种方法，自动将数据从一个软件包传输到另一个软件包，并构建一个连接所有内部模拟功能的接口，结果将是一个全自动仿真工具 (FAST)，CAD 设计工程师可以在产品开发阶段日常使用。这就是 VITEC 的愿景。
Karim Amellal 博士
VITEC 产品开发经理
油箱建模新流程可提供更高的设计精度，并为汽车供应商 VITEC 节省高达 40% 的产品开发时间。
VITEC 为通用汽车、戴姆勒克莱斯勒和哈雷戴维森等汽车制造商生产塑料燃料储存和输送系统。与大多数供应商一样，VITEC 在生产前使用批量和等级线研究来评估其设计的可制造性和功能性能。
他的研究需要可变的厚度信息，而如果没有制造的零件，则无法获得这些信息。过去，VITEC 根据整个罐壳分配的平均厚度值进行模拟。但这样的估计留下了错误的空间，可能会增加生产时间并导致重组成本。
VITEC 的新流程将 CAD 数据的模拟与扫描物理零件得出的模型进行比较，以确保准确的厚度测量。该过程首先模拟用于生产燃料箱的吹塑成型过程。
挤出吹塑是用塑料管（称为型坯）完成的，将塑料管加热直至达到熔融状态，然后强制通过模具。模具核心的同步运动决定型坯的厚度值。
“型坯充气迫使塑料紧贴模具型腔壁，最终形成储罐的最终形状。”VITEC 产品开发经理 Karim Amellal 博士说道。冷却后，可以在不同位置测量制造零件的可变厚度。
VITEC 的新方法模拟整个吹塑成型过程，自动计算厚度，并使 CAD 模型与实际制造的零件保持一致。
“随着吹塑模拟技术的引入，人们能够在制造开始之前预测任何工艺和设计问题，并预测可变的罐壁厚度水平。”Amellal说。
随着吹塑模拟技术的引入，人们能够在制造开始之前预测任何工艺和设计问题，并预测可变的罐壁厚度水平。
Karim Amellal 博士
VITEC 产品开发经理
在更短的时间内获得更高的准确度
VITEC-模拟二进制 STL 文件导入到 BlowView 软件中，在其中转换为 Patran 文件以供分析求解器 BlowSim 使用。上图，BlowSim 模拟了两种油箱产品的挤出吹塑成型过程。
VITEC 的流程始于客户提供车辆中油箱所在的包络边界。这些边界决定了水箱的形状。 VITEC 将边界数据加载到油箱外壳的 Unigraphics 或 CATIA CAD 文件中。
零件文件从 CAD 系统导出为立体光刻 (STL) 文件。部分文件被导入 MSC.Software 的 Patran 软件，该软件会生成燃油箱外表面的有限元网格。其他文件则导入到 BlowView 模拟软件中，并转换为 Patran 文件，供分析解算器 BlowSim 使用来计算充气型坯的厚度值。然后将型坯厚度结果映射到燃料箱的网格外表面。
储罐设计的挤出吹塑成型过程的预测结果从 BlowSim 获得，然后在 Patran 中进行处理。内部实体是通过从外表面偏移厚度值在 Patran 内生成的。
“吹塑模拟分析提供了最佳工艺条件，以实现均匀的储罐厚度分布，”Amellal说： “通过在产品开发的初始阶段评估所有流程和设计问题，最大限度地减少迭代次数，结果可以节省工具和材料成本。”
内表面和外表面的 Patran STL 文件导入到 Geomagic Design X（以前称为 Studio）软件中，制造商可使用该软件大规模生产定制设备、按订单制造以及自动重新创建物理零件和零件、模具。
连接物理和数字
VITEC 使用光学扫描系统对从制造车间取出的油箱外壳的外表面进行数字化。
来自扫描仪的点云数据被引入 Geomagic Design X 中以进行表面增强和建模。表面修复和孔填充在 Geomagic Design X 中自动完成，以创建封闭体积多边形。
然后将贝壳样品切成两半并扫描内表面。半壳的外表面也被扫描以获得基准平面参考。扫描后，两个半罐点云被导入到 Geomagic Design X 中。该软件使用最佳拟合对齐工具自动合并两半。
Geomagic Design X（以前称为 Studio）使 VITEC 能够在 BlowSim 派生的 Patran 模型与实际油箱扫描生成的模型之间进行 3D 比较。这使得 VITEC 能够验证从 BlowSim 获得的壁厚理论预测。
翘曲的影响也可以在 Geomagic Design X 中建模。切割罐壳时，塑料壁会由于吹塑过程冷却阶段冻结的残余应力而翘曲。 Geomagic Design X 执行 3D 比较，以计算因翘曲导致的负罐壁变形和正罐壁变形。
通过图形比较进行验证
除了在 Geomagic Design X 中对厚度和翘曲进行视觉比较之外，VITEC 还将从物理零件获得的测量值与从模拟模型获得的测量值进行比较。
这是由 VITEC 的质量保证小组使用 Geomagic Control 计算机辅助检测软件完成的。 Geomagic Control 自动将物理零件横截面的测量数据与 BlowSim 模型进行对齐和比较。
“执行此验证过程是为了验证模拟结果的准确性，并使我们对虚拟零件的未来预测充满信心，”Amellal说。
计算机辅助检查取代了使用超声波技术测量壁厚水平的过程。该技术要求在储罐表面应用网格；厚度值是在网格单元角处测量的。坐标测量机 (CMM) 还用于测量和验证燃油箱的尺寸完整性。
Amellal 表示，扫描仪和 Geomagic Control 的结合提供了比超声波技术更高的速度和精度，并且也有可能取代 CMM 机器。
“我们认为我们可以使用光学扫描和 Geomagic Control 将产品质量检验时间减少至少 20% 到 30%。”Amellal 说。
我们认为我们可以使用光学扫描和 Geomagic Control 将产品质量检验时间减少至少 20% 到 30%。
Karim Amellal 博士
VITEC 产品开发经理
在生产前发现问题
质量保证后，模型被发送回 VITEC 的产品开发团队，该团队使用 Geomagic Design X在捕获的物理零件和 BlowSim 模型之间进行最终 3D 比较。 STEP 文件从 Geomagic Design X 导出回 CAD 系统，并根据需要修改设计。
该过程不仅为 VITEC 提供了执行精确体积和坡度线研究所需的可变厚度信息，还为车辆碰撞模拟提供了真实的模型。
“客户不必再等待物理测试来评估油箱是否能在车辆环境中发挥作用，”Amellal说： “这就是 VITEC 使用这些计算机模拟技术的主要原因。我们可以在实际生产之前预测与制造、结构或加油相关的问题。实现了成本节约，客户受益。”
VITEC 进行了两项研究来验证油箱模拟的准确性。首先，体积研究将模拟过程中的理论体积与两个不同储气罐的实际体积进行比较。结果显示，小型汽车油箱的准确度为 99.5%，卡车油箱的准确度为 97.7%。
同样，对油箱加油期间高度与体积的研究表明，理论填充曲线与测试实验室提供的实际曲线非常吻合。
“这表明 VITEC 使用的计算机辅助分析可以极大地减少物理测试所消耗的成本和时间，”Amellal 说： “初步估计表明可以显着节省成本，并将产品开发时间缩短高达 40%。”
这表明 VITEC 使用的计算机辅助分析（Geomagic Control X）可以极大地减少物理测试所消耗的成本和时间，初步估计表明可以显着节省成本，并将产品开发时间缩短高达 40%。
Karim Amellal 博士
VITEC 产品开发经理
使用自动化工具设定标准
最终，VITEC 希望开发出一种自动化仿真工具，能够满足客户在油箱可制造性、结构完整性和加油性能方面的所有要求。依靠商用软件包（BlowView、Patran、Geomagic Design X 和 Control）实现内部仿真功能只是第一步。
“VITEC 计划开发一种方法，自动将数据从一个软件包传输到另一个软件包，并构建一个连接所有内部模拟功能的接口，”Amellal 说：“结果将是一个全自动仿真工具 (FAST)，CAD 设计工程师可以在产品开发阶段日常使用。这就是 VITEC 的愿景。”
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