云端实现流体仿真提速

作者:《Ansys Advantage》杂志编辑室

基于模型的计算机辅助工程(CAE)来高效地研发汽车。东洋先进机床是一家从马自达独立出来的公司,为装备马自达创驰蓝天(SKYACTIV)技术的汽车设计、制造和供应自动变速器油泵,从而提高燃料效率和发动机输出。此外,该公司也生产向发动机的每个气缸输送燃料的燃油导轨。为在全球竞争日趋白热化的汽车部件行业生存,必须迅速研发出高性能产品,以满足客户的进度和要求。为了迅速且低成本地开展分析,东洋先进机床的工程师使用Ansys FLUENT并结合云服务开展基于模型的CAE,取代他们在其设施内安装高性能计算(HPC)系统的做法。

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fast fluid simulation

computing time comparison

采用云HPC前后的计算时间比较

仿真是关键

东洋先进机床汽车组件工程部(包括销售、设计、测试及生产技术)经理Mitsunobu Matsuda表示:“毋庸置疑,CAE是必要的。如果没有CAE,我们就无法满足来自客户快速增长的需求。”

就油泵而言,排量和尺寸等技术要求由客户提出。工程师根据技术要求来估计部件形状和大小,以实现客户的目标。据Matsuda称,如果存在协同效应或者相互作用,工程师并不擅长这种以目标为导向的估算。

Matsuda表示:“工程师擅长通过简单计算临时确定油泵形状,开展测试,然后根据结果重复此步骤,直至符合客户规范要求。这个过程非常简单,但并不能满足客户的要求,只有以目标为导向的正确估算才能得出最佳的解决方案。CAE能代替工程师进行这种估算,这是CAE的优势之一。”

关于协同效应或相互作用的例子,东洋先进机床汽车组件研发部的Tetsuya Okimoto以液压为例。他表示:“油泵造成的液压脉冲遵从流体动力学原理,涉及的因素如泵规格、液压泵送目的地形状和体积。”然而,由于脉冲涉及这些不同变量间的相互作用,计算公式相当复杂。Okimoto称:“因此计算这种脉冲的唯一方法就是CAE,我们能成功使用Ansys Fluent进行计算。”

紧跟客户步伐

早在2012年,东洋先进机床就决定使用CAE来研究有空化的单相流体流动和多相流,以缩短研发时间。2017年夏季,该公司引入Fluent,目的是进一步提高泵研发工作的效率。汽车组件工程部通过充分利用其高精度泵分析模型以及公司深受赞誉的技术支持,使用Fluent来取代其常规分析工具。Okimoto称:“我们读取了另一家公司使用Ansys研发工具做出的泵的报告,因此我们联系Ansys做基准测试。基准测试中的实际数据与仿真结果高度吻合,而且Ansys的技术支持服务水平也非常高,因此我们决定采用该软件。”

便利的ANSYS CLOUD

 

东洋先进机床等Ansys客户可以选择多种方式将高性能计算完美整合到他们的仿真工作流程中。一种便利的做法是Ansys Cloud

Ansys Cloud能根据需要,无缝、简便、低成本地充分发挥Ansys仿真软件的全部功能,快速灵活地调用所需的处理能力,加快大规模仿真或者多个全特性仿真的运行速度。Ansys与微软携手合作,可提供从Ansys应用内访问Microso Azure云计算平台的能力。

由于Ansys Cloud已针对Ansys软件进行优化,并且硬件配置也已预配置,因此无需再配置云环境。Ansys弹性单元(AEU)既可在本地使用,也能在云端使用,能够帮助客户灵活充分地利用他们的软硬件资源。

Azure平台采用微软的安全最佳实践,其中包括第三方审计,用户能从Ansys应用内或从基于Web的云门户轻松地监控其仿真进度。

若您想要免费试用Ansys Cloud,请访问:ansys.com/freecloudtrial

“毋庸置疑,CAE是必要的。如果没有CAE,我们就无法满足来自客户快速增长的需求。”
— Mitsunobu Matsuda,东洋先进机床

云加速分析速度,降低成本

东洋先进机床在实施后先在内部的PC上运行Ansys Fluent一段时间。

尽管他们对Ansys Fluent的精确度感到满意,但是泵流体分析有时需要用时三天,即便是在有24个内核的计算机上也是如此。

Matsuda问道:“计算结果的准确性是一方面,但谁会想使用要三天时间才能完成处理的软件?因此,我们寻求解决这个问题的方案并找到了云服务。”

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该公司本可以在内部建设HPC服务器来为分析提速,但这需要大量的初始投资以及持续的运营和管理投入。鉴于该公司的规模及软件的使用频率,他们决定使用云服务。另一个决定性因素是让云服务来管理硬件,从而让工程师能专注于分析任务,不必在系统运行和维护上分心。

该公司从2018年初开始使用Rescale Japan的云HPC服务,加快其分析速度。

在确认Fluent可以使用该服务运行后,从审批云服务实施预算到云服务可以使用,用时大约为两周。东洋先进机床开始时使用Rescale Japan提供的128个内核,同时也使用其内部PC的24个内核。这样就成功地将分析时间锐减了66%,从三天缩短到一天。下载分析结果需要30至60分钟,但是与在内部安装HPC服务器相比,使用云服务的成本要低得多。

缩短研发时间,减少原型数量

汽车组件工程部的目标是在三个月内研发出满足客户要求的泵机。理想情况下,这包括对大致结构进行三周的概念设计、对实际部件的形状和大小进行两周的详细设计、对原型进行一个月左右的设计、对原型是否符合要求进行两到三周的确认。然而,在过去要使用6-7周开展概念设计,这就造成了瓶颈。通过在云端HPC服务上运行Fluent,成功将概念设计的用时压缩到三周时限内。

此外,Fluent仿真还减少每个研发阶段制作的原型数量。在泵设计的部件研发阶段,东洋先进机床使用仿真将原型数量和成本降低到原来的三分之一,看到这样的结果,员工们现在表示:“为什么要制作原型?我们有CAE啊。”

Matsuda正在思考进一步提高分析的准确性,以便将Ansys Fluent用在新产品的研发上。这涉及在概念设计阶段确定基本泵结构的设计方向并优化其形状,然后在详细设计阶段,在优化后的形状上评估泵性能。

Matsuda称:“我们希望成为能优先帮助客户解决问题的供应商,对工程师来说,最愉悦的事情莫过于在客户遇到问题的时候,首先想到他。”

90多年来的历史传承

东洋先进机床的历史可追溯到1929年,当时该公司是马自达汽车公司下属的磨床生产公司(后来的东洋工业有限公司(Toyo Kogyo Company Limited))。该公司专业从事机床和汽车组件业务,于1989年从马自达汽车公司独立出来,成为东洋先进机床有限公司。他们的主要业务是机床,尤其是内圆磨床,在日本占有领先的市场份额。此外,他们也从事金属镀层业务,为模具和工具提供特殊镀膜,还有汽车组件业务,开发、制造和销售自动变速器油泵和供油设备的燃油导轨。

销售额:240亿日元,约2.2亿美元(截至2018年3月的财政年度)
实收资本:30亿日元,约2550万美元(截至2018年3月)
员工人数:625人(截至2018年3月)

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