Réduire le temps de développement et mettre en œuvre de nouvelles idées
Pour HAWE, un des leaders de la fabrication de composants hydrauliques, la simulation joue un rôle essentiel dans le processus de développement de ses produits. Elle permet de réduire les délais de développement et de mettre en œuvre rapidement de nouvelles idées. Avec Ansys Discovery, une nouvelle solution pérenne est maintenant utilisée, qui pourra également répondre aux exigences croissantes de l'avenir.
Composants hydrauliques pour diverses applications
Lorsque Stefan Macho, responsable de la simulation chez HAWE, est sur la route, il voit des tracteurs et des moissonneuses-batteuses dans les champs, des camions à bois à la lisière de la forêt qui sont chargés, mais aussi des camions à ordures à la périphérie de la ville, des camions-grues sur les chantiers de construction, des chariots élévateurs à fourche dans les locaux de l'entreprise et les véhicules de déneigement devant lui sur la route, il est conscient que beaucoup de ces véhicules ne peuvent remplir leur fonction que parce qu'ils sont équipés des composants hydrauliques de HAWE.
Production avec une gamme verticale de fabrication élevée
HAWE est l'un des principaux fabricants de composants et de systèmes hydrauliques, avec 2 500 employés dans le monde entier. Les composants hydrauliques sont conçus pour des pressions élevées grâce à une construction en acier constante. Les technologies de production modernes assurent un maximum de fiabilité, de qualité et d'économie des composants hydrauliques.
Le haut degré de verticalité de la fabrication garantit la production de vannes pratiquement sans fuite et permet également des adaptations répondant rapidement aux exigences particulières des clients. Les vannes hydrauliques, qui peuvent être sélectionnées en grande variété à partir d'un système modulaire, sont combinées avec des commandes mécatroniques pour former une unité intelligente avec un bilan énergique modéré.
La simulation joue un rôle essentiel dans le processus de développement des produits chez HAWE. Elle contribue à réduire les délais de développement d'une part, et d'autre part à la création constante. De même elle facilite la mise en œuvre rapide de nouvelles idées et approches de développement. Les applications de simulation typiques dans le domaine de la CFD sont l'optimisation des pertes de pression dans les blocs et les vannes hydrauliques ainsi que l'analyse des forces d'écoulement sur la structure.
Les mécanismes d'excitation hydraulique sont une partie essentielle de la génération de bruit pour les systèmes hydrauliques. La recherche des ingénieurs en développement se concentre sur la compréhension de ces mécanismes afin de minimiser le bruit grâce à diverses possibilités d'optimisation.
Par exemple, la figure suivante montre le niveau de la somme en [dB] des quantités d'excitation dans un réseau rectangulaire de plus de 70 000 valeurs. Il montre les courbes fonctionnelles des quantités d'excitation sur la pression du système hydraulique de trois prototypes.
Lors du transfert de cette excitation à la structure, les modes propres et les fréquences doivent être pris en compte. Si l'excitation correspond aux modes propres, les modes de fonctionnement sont spécifiquement étudiés et améliorés grâce à des possibilités dynamiques structurelles.
Comment le cycle de développement peut-il être raccourci?
"Notre processus de développement dépend de nombreux facteurs, tels que le délai de livraison, les capacités, les bancs d'essai", explique M.Eng. Stefan Macho, responsable de la simulation en R&D et directeur adjoint du centre de simulation et d'essai. "Il n'est donc pas rare qu'une boucle de développement classique avec des prototypes physiques en développement hydraulique prenne plusieurs mois. Nous sommes naturellement intéressés par le raccourcissement du cycle de développement".
Une mesure pour y parvenir est la fusion des anciens départements de simulation et d'essai au sein du "Centre de simulation et d'essai". Cela augmentera les effets de synergie dans la coopération entre la simulation et les essais et réduira le temps et les coûts qui surviennent lorsque les premiers prototypes sont examinés sur les bancs d'essai.
"Ces dernières années, nous avons intégré avec succès la simulation dans notre processus de développement", rapporte Stefan Macho. "Une boucle de développement avec des prototypes virtuels peut maintenant être mise en place en quelques semaines. Avec ce succès, le nombre de demandes de simulations de notre département de conception a maintenant augmenté".
Stefan Macho
Responsable de la simulation R&D, HAWE Hydraulik SECes dernières années, nous avons intégré avec succès la simulation dans notre processus de développement", rapporte Stefan Macho. "Une boucle de développement avec des prototypes virtuels peut maintenant être mise en place en quelques semaines. Avec ce succès, le nombre de demandes de simulations de notre département de conception a maintenant augmenté.
Des solutions de simulation adaptées aux concepteurs
L'objectif était donc de doter les concepteurs et les développeurs de solutions de simulation adaptées afin qu'ils puissent rapidement les réaliser eux-mêmes. Les jeunes ingénieurs sont déjà formés lors de leurs études à l’utilisation de ce type d’outils. Ils ont la capacité et la volonté de faire de telles simulations. Aujourd’hui, le nombre d'experts en simulation apporte des avantages durables, car un grand nombre d'employés peuvent simuler avec un niveau d’implication plus élevé, ce qui est vu positivement par tous.
Par conséquent, en 2019, un outil de simulation a été recherché, à l'aide duquel les concepteurs pourraient résoudre de manière indépendante leurs tâches standard dans le domaine de la CFD (Computational Fluid Dynamics - flow analysis). Après une évaluation approfondie, le logiciel Ansys Discovery a été choisi au début de l'année 2020.
"Le facteur décisif a certainement été la simplicité et la rapidité du système lors de l'expérimentation, mais aussi sa fiabilité", souligne Stefan Macho. "Et bien sûr, le prix ! En plus, aux fonctionnalités CFD s’ajoutent les fonctions de simulation mécanique, qui sont également incluses dans le logiciel. Cela permet à nos concepteurs de simuler plus efficacement qu'auparavant grâce aux options de calcul intégré à leurs systèmes de CAO”.
Les experts se concentrent sur des tâches complexes
L'objectif est de laisser les boucles d'itération précédentes entre la conception et la simulation en grande partie aux concepteurs eux-mêmes. Cela permet aux experts en simulation de se concentrer sur la vérification des "exigences du produit" en utilisant la simulation et les essais de manière ciblée, pour les vérifier virtuellement et les publier. Cela libère des fenêtres temporelles qui permettent de représenter avec précision des phénomènes même complexes dans la simulation.
Lorsque Stefan Macho et ses collègues ont entendu parler des possibilités étendues de la nouvelle version de Discovery, ils ont été heureux de tester le logiciel à l'avance. Ils ont été particulièrement intéressés par le fait que Discovery est un outil qui combine toutes les fonctions nécessaires dans le processus de développement de produits. Grâce à la simulation en temps réel, l'ingénieur concepteur peut directement jouer et expérimenter de nouvelles idées. Les questions qui nécessitent plus de fonctionnalités et qui doivent être analysées jusqu'à la validation peuvent être examinées en détail de manière transparente avec Discovery. En outre, les interfaces des outils destinés aux experts en simulation ont également convaincu les ingénieurs de HAWE.
"Nous sommes impatients de voir les prochaines fonctionnalités que Discovery nous offrira avec les futures versions", explique Stefan Macho. "Mais nous voyons déjà clairement le potentiel qui est maintenant disponible et nous sommes convaincus que le concept correspond très bien à nos objectifs. Explorer avec son énorme vitesse de calcul est vraiment cool. Comme Discovery est précis, rapide, fiable, robuste et accessible, il nous aidera à rendre l’analyse de variantes systématiques pour nos concepteurs. Pour nous, l'innovation signifie penser de manière innovante“!
Thomas Eiblmeier, CAE expert flow simulation"Pour les concepteurs, Discovery va éveiller une compréhension de la CFD. La simplicité de l'opération et la rapidité des résultats facilitent la visualisation du comportement physique. Et la précision des résultats est impressionnante. Pour les tâches standard, mes comparaisons ont montré un écart de 10 %. Ce sont de bons résultats pour les estimations préliminaires".
Florian Weber, Development Engineer"Je trouve que Discovery a beaucoup de valeur. Il est simple, intuitif et moderne. J'ai été surpris de la rapidité et de la facilité avec lesquelles j'ai appris le concept de fonctionnement et de ce que je peux voir dans mes modèles. L’interface visuelle est fantastique"!
Eva Greisel
ingénieur en développement, HAWE Hydraulik SEEn tant qu'ingénieur concepteur, c'est moi qui comprends le mieux mon produit et ses exigences. Je sais quel comportement j'attends et où se situent les points critiques. Cela me permet de concentrer mon attention sur la simulation. Au lieu d'expliquer mon modèle et mon idée à l'expert en simulation – en effet, il doit d'abord comprendre ma conception - Discovery me permet d'essayer par moi-même quelles modifications, conduisant aux meilleurs résultats. Cela nous fait gagner beaucoup de temps à tous. En outre, la simulation nous aide à mieux comprendre le débit dans la vanne et donc le comportement du produit. Nous arrivons ainsi encore plus rapidement à des améliorations sur les produits actuels, mais aussi pour les produits futurs. Nous renforçons ainsi notre position de leader et nous aidons encore mieux nos clients.
Meilleure compréhension du comportement physique
Il est évident que les ingénieurs de HAWE ont acquis une meilleure compréhension du comportement physique de leurs produits grâce à la simulation. Cela se traduit par des performances et une qualité supérieures, mais aussi par une plus grande efficacité dans le développement des produits et des délais de développement plus courts. La qualité supérieure des produits se traduit bien sûr aussi par une efficacité accrue lors de leur utilisation par le client.
Les incertitudes peuvent également être éliminées, car le concepteur peut examiner et évaluer le comportement physique du produit dès le début du processus de développement.
Simulation et tests vont de pair
"Lors de notre test, le logiciel Discovery s'est révélé être un complément intéressant à l'expérience", souligne Stefan Macho. "Tout ingénieur de la zone d'essai peut utiliser Discovery pour effectuer un contrôle de plausibilité en parallèle. L'habile combinaison de modifications géométriques et de calculs simultanés de l'écoulement et de la structure nous est très utile, car l'ingénieur test peut ainsi améliorer la méthodologie des tests expérimentaux à l'avance. La simulation et les tests expérimentaux vont donc de pair et se vérifient mutuellement. Si les deux pointent dans la même direction, la sécurité - pour être sur la bonne voie - est extrêmement accrue".
Résultats des tests pour le nouveau Discovery
Avec le nouveau Discovery, nos designers disposent de tout dans un environnement moderne, résume Stefan Macho:
- La géométrie peut également être modifiée rapidement et facilement dans l'environnement de simulation.
- CFD et simulation mécanique pour tester soi-même les idées.
- Discovery offre plus de fonctionnalités que les outils de simulation classiques intégrés à la CAO.
- La fiabilité et la traçabilité des résultats du solveur dans Analyze sont également importantes. Comme la technologie Ansys a fait ses preuves, les experts en simulation peuvent tranquillement effectuer des tâches standard.
- Mais ce qui est vraiment sensationnel, c'est la vitesse de calcul élevée de Discovery.
