項目介紹
在考慮多種不同配置的情況下設計移動式起重機對于Tadano Faun公司的工程師來說是一件非常棘手的事情。這家總部位于德國紐倫堡的日資公司是全球領先的建筑起重機制造商。
2008年,TADANO集團生產并銷售了超過2700臺伸縮式起重機，除此之外，還有裝載機、高空作業平臺和特種車輛等。TADANO FAUN的產品在整個生命周期內都遵從客戶的最高要求，并將其產品品質保持在穩定的高水平上。
作為一家國際化公司，TADANO FAUN致力于開發能夠滿足市場需求的起重機。因此，顧客可以從TADANO FAUN的發展中獲益。此外，該公司一直專注于不斷改進操作和業務流程。
該公司的結構工程部門的負責人Andreas Hofmann說道：“一個TADANO FAUN起重機有近40種主懸臂的伸縮狀態。每種狀態在360度轉角范圍內大約能夠配備20種不同的工作方式，主臂允許有30到50多種可能配置。再加上不同的配重和懸臂板，我們的工程師必須在考慮超過150000種客戶額定負載工況的情況下找到最佳設計。”
“對于起重機的設計師來說，在所有考慮的問題當中，最大問題是在滿足嚴格規范的前提下控制機器的總重量。”Hofmann說，“TADANO FAUN為美國、歐洲、亞洲的客戶設計移動式起重機，而各地的需求是不同的。比如，我們在德國有一個負荷極限為12噸的移動式起重機。所以，我們必須對鋼結構的重量進行優化。另外，這方面的規范也經常變化，我們必須做出快速反應。”
圖1 從實體CAD模型中抽取中面是更快建立可靠有限元模型的關鍵
挑戰
“TADANO FAUN已經在使用一種CAD解決方案中包含的有限元分析，”Hofmann說道，“一種附加的網格解決方式。”這一軟件，像其他許多已經考察過的作為CAD軟件一部分的解決方案一樣不能進行精確的有限元計算。”
“我們之前最大的痛處就是只能使用中性文件讀取CAD數據，這樣必須放棄對原始CAD模型的鏈接，只能提供一個設計的靜態快照。”Hofmann說道。
Hofmann期望得到一種軟件在有限元分析時能夠直接打開CATIA中的模型，這樣他的工程師們就能夠直接用它開始工作。“于是我們有了改變我們的有限元分析系統并找到能更適應我們需求的方法。”他說道，“有限元模型的精確性對于我們十分重要，建立一個精確的、合適的有限元計算模型比僅僅提供給我們一些炫麗的圖片重要得多。”
解決方案
經過考查多種競爭方案，Hofmann最終選擇了Altair公司的HyperWorks軟件作為TADANO FAUN的有限元分析軟件。他說道：“我們選擇HyperWorks是因為其強大的劃分網格的能力和基于點數的授權模式。”
TADANO FAUN正在使用HyperMesh進行幾何操作、修補以及從實體模型創建中面。同時，他們使用RADIOSS對結構進行隱式分析，用OptiStruct進行優化設計，以此在重量和性能之間得到更好的平衡。
對比基于CAD的有限元解決方案，Hofmann指出：“HyperWorks是一個真正面向結構分析的有限元解決方案，而不是一個附加在某個CAD或CAE軟件上的解決方案。”
TADANO FAUN的工程師們建立了他們自己版本的“仿真驅動設計”，內部稱之為“起重機-驅動”分析流程，在這一過程中結構工程師和設計師能夠從研發一開始就并肩工作。
圖2 全路面起重機比如ATF220G-5可以伸長高到108米并且提升重量達220噸
結論
在采用HyperWorks之前，Tadano Faun的有限元分析工作只是對設計的一種驗證，一般都是在有了設計草圖或者設計概念已經被采納的情況下才使用這一技術。“結構分析并不被認為特別重要，而當需要結構分析的結果時往往需要等待很長一段時間。”Hofmann說道，“使用這一方法，早期的設計缺陷往往很晚才能被發現。”
現在使用HyperWorks之后，結構分析能夠直接幫助驅動最原始的設計。“一開始就能看到結構設計的大致樣子，并且設計工程師和結構工程師能更好的理解對方的需求。”Hofmann說道，“我們從起初認為重量是最重要的因素到后來認識到結構設計才是最為重要的因素。我們使用更多、更小的分析步以更快地得到結果。”
現在TADANO FAUN的工程師們可以在HyperMesh中直接打開CAD模型。“我們發現設計師修改CAD模型要比結構工程師修改有限元模型快得多。”Hofmann指出，“在HyperMesh中直接使用CAD模型提高了計算速度，并且保證了實際設計狀態。”
TADANO FAUN現在已經使用HyperWorks建立了一個穩健的流程——在設計周期早期對結構進行分析，當對現有機器設計新的發動機和排氣系統時進行結構優化，以及對新機器在概念設計階段進行結構優化。
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