全速推進汽車座椅領域的自動化數據轉換
座椅製造需要對人體工學以及人體在靜止、移動時與電子控制裝置、乘客及外部環境的互動行為進行深入研究和關注。**此外,材料的應力與耐久性、強度、噪音與振動,以及重量等問題,對座椅工程師來說同樣重要,就像這些問題對於動力總成或機身開發專家一樣重要。
談到座椅技術,有一點非常關鍵:做到位了,可能會直接促成汽車銷售,並讓您在公路旅行或飛行結束時露出笑容——否則就不會。
在不久的將來,座椅將成為城市自動駕駛車輛“體驗”的重要部分,這種體驗將更像我們的客廳,而不是我們匆忙駛向超市或工作場所的賽車道。
**座椅是一個比人們想像中更為複雜的產品領域。** 它的市場和製造過程充滿了需要簡化和管理的變數,以滿足多樣化的客戶、合作夥伴和最終任務的需求。設計、測試、生產和審核必須保持一致。就像縫線中的一根鬆線或通風系統中的一點輕微振動——數據本身也存在異常和“多樣性”,這可能會讓產品定義背後的數學模型變得不穩定或不協調。數據不同步會對質量、速度、成本以及與自動化相關的目標造成障礙。
Adient 的使命是提升乘客體驗並改善環境。例如,其 Comfort Thin 座椅有助於減輕車輛重量並提高燃油效率。他們的環保泡棉配方採用可回收材料製成。
整合模型創建
Adient 是一家全球汽車與航空航太座椅及內飾供應商,於 2016 年 10 月從江森自控(Johnson Controls)分拆成為獨立實體,在產品和產品開發領域均處於領導地位。他們的整合模型創建流程(Integrated Model Creation Process)目標表明,品質與創新依賴於數據的準確性,而數據的準確性與可靠性則是實現自動化與效率的基礎要求。
基於這一理念,Adient 的 5,600 名員工分布於 12 個核心開發中心,並與遍布 32 個國家的 230 多個製造和裝配工廠相連,這需要一個清晰的流程願景來協調合作。
“我們是一家真正的全球化公司,擁有 80,000 名員工,分布於不同的時區、文化、客戶和合作夥伴之間,並且最重要的是,我們使用多種不同的計算機輔助設計(CAD)系統來構建產品,”Adient 的全球知識產權、技術服務與運營總監 Ramanamurthy H Pentakota(同事稱他為 Ram)說道。
“我們服務的所有 OEM(原始設備製造商)都使用不同的 CAD 系統,或者是這些系統的不同版本,”Ram 表示。“他們還有各自的認證、規範,以及如何在數據層上放置註解的要求。”他指出,有些 OEM 要求圖紙,有些需要 3D 模型,有些則要求完全參數化的模型,還有些只需要包絡幾何數據,甚至有些有特定的質量檢查工具。“每個 OEM 的變化都讓像 Adient 這樣的一級供應商難以輕鬆優化生產和產品開發,”他說。“通常,各個供應鏈之間也沒有統一的標準,因為 OEM 都遵循自己的標準,而供應商必須適應這些標準。”
那麼,一級供應商如何調和不同 OEM 和合作夥伴 CAD 系統的幾何差異、製造指令以及物料清單(BOM)呢?答案因公司而異,但對於 Adient 而言,堅持其整合模型創建流程為未來提供了統一的方向。
“我們試圖在內部標準化一個 CAD 平台,專注於另外兩個平台,並忠實地識別來自其他 25-30 個不同 CAD 和分析環境的原始數據,”Ram 表示。
四年前,Adient 與 Elysium 合作,引入所需的軟件工具來翻譯並打包其不同 OEM 和供應商的數據。“Elysium 提供的經過驗證的建模數據是我們基於模型定義(MBD)和基於模型企業(MBE)整合流程方法的核心部分,”Ram 說道。“在不久的將來,一個強大、全數字化的 MBD/MBE 環境將幫助我們更好地整合自動駕駛車輛開發所需的移動設備、傳感器和機械系統。這就是我們的方向。”
Elysium 工具與平台
Adient 通過自身對產品與流程的標準化、模組化和簡化來應對複雜性。他們深知,設計前端的工作會直接影響到後續管理和製造的精益化努力。標準化的一種形式是使用 Elysium 軟件來實施建模最佳實踐,並檢查這些模型以確保輸出符合客戶要求的精確交付內容。例如,如果交付內容是帶有特定製造註解的 NX 文件,那麼這些要求可以被寫入程序配置和轉換中,並自動進行驗證。
大約在 2015 年,Ram 和他的團隊已經建立了他們認為所需的基礎設施,涵蓋幾何修復與修補、有限元分析(FEA)、可製造性、建模與流程最佳實踐、報告、轉換、驗證、遷移和存儲。一套軟件工具提供了這些功能,包括 CADdoctor、CADfeature 和 ASFALIS,以及其他組件如 CADValidator 和 V5 到 JT 的直接轉換器(JT DirectTranslator)。
考慮到集中化管理的同時也兼顧全球各地的便捷使用,Adient 利用其現有的網絡入口網站,將 Elysium 驗證系統和完整的產品質量系統分發給全球的相關利益方。
OEM 客戶的時間安排非常緊湊。Adient 的即時生產模式從收到訂單到最終交付最快僅需 90 分鐘。
「我們已經擁有內部的網絡入口平台,」Ram 說道。「因此,我們在這些入口平台上整合了 Elysium 的工具並部署了全球分布的轉換器。如果只在中央進行轉換,那麼挑戰就在於需要傳輸大型文件。客戶可能在歐洲,而源數據在美國。我們將整個轉換服務分布到主要的技術中心,並使用這些中心的前端來判斷源數據的來源,然後在該位置完成轉換。文件隨後會按座椅項目存儲在預定的文件夾中。該程序可以自動進入並檢查驗證過的數據,然後再發送出去。根據 OEM 或供應商、接收者以及轉換和設置的需求,會觸發相應的流程。但所有定義都由中央控制。這是一個非常快速的方法。」
在轉換和驗證領域,準確性就是速度。準確性可以防止幾何創建與分析之間的模型返工,避免數字設計與「實際製造」模型之間的浪費性調和。它能讓團隊在每個階段圍繞創新進行協作,而不是對模型本身進行不必要的法證性爭論。
在向 MBD/E(基於模型的定義/工程)邁進的世界中,準確性的基礎是使用原廠的應用程序接口(API),以確保轉換中的幾何與產品信息不僅僅是源數據的解釋或變體。業界越來越強調使用 API,而 CAD/PLM 廠商也鼓勵 API 的使用,將其作為開放平台策略的一部分,並專注於客戶成功。
「經過比較,我們確信 Elysium 提供的基於 API 的流程更為優越,」Ram 說道。「與 STEP 並列比較,我們在使用 Elysium 工具時獲得了更高的成功率,幾乎達到 100% 的高品質數據轉換——而實際轉換過程也非常快速。由於 API 的使用,提交任務的人員還可以查看源格式和目標格式,並根據 Elysium 報告進行比較。這為我們的 OEM 和供應合作夥伴帶來了極大的信心。」
Elysium 的 3D PDF 驗證報告檢測到一項工程更改,其中一個孔徑從 40 mm 修改為 52 mm,並通過關聯幾何高亮顯示,便於解讀。
案例分析
Adient 生產完整的座椅系統,從織物到框架和滑軌,幾乎為全球每一家汽車公司供應產品,並在多項指標中以產量領先。汽車 OEM(原始設備製造商)通常會將零部件的供應分配給一個或多個座椅供應商,以維持多元化的供應基礎。為了降低成本並促進零件的互換性,Adient 採用高度標準化和模組化的策略。這一策略對於汽車公司也非常有效,因為這些公司可以將零部件和系統分佈於其不同的車輛平台中。
自然地,最佳的座椅設計和零部件不僅在單一汽車公司內部廣泛使用,也會在不同公司之間共享。例如,公司 A 可能會指定使用公司 B 的系統。此外,還可能有多家供應商提供座椅織物和泡棉產品,這些產品需要與 Adient 的後框架和滑軌組件(稱為金屬結構)整合,而這些整合可能發生在從歐洲到亞洲的不同地區。在這裡,儘管座椅產品通過標準化減少了複雜性,但在數據交換中,幾何尺寸與公差(GD&T)以及裝配適配性問題則成為了挑戰。歐洲的公司 A 擁有源數據,並需要以 NX 格式交付成果;而它的鄰居公司 B 則使用 CATIA;同時,每家 OEM 的亞洲裝配廠則使用三個不同版本的 CATIA。
通過 Elysium 在 NX 和 CATIA 中生成基於 API 的主模型,可以按原樣保留原始幾何和製造指令,並將亞洲版本的 CATIA 與其 NX 和 CATIA 主模型進行驗證。這種方法在實際運作中標準化了硬體、軟體、設計師技能、最佳實踐和方法論資源,主要集中在單一系統中,同時仍然能夠在多個其他系統和版本中實現交付。
Elysium 的 3D PDF 驗證報告檢測到一項工程更改,其中孔徑從 40 mm 修改為 52 mm,並通過關聯幾何高亮顯示,便於直觀解讀。
轉換未來
縮短的產品生命週期和工程開發週期正在推動汽車產業從 2D 轉向 3D MBD/E(基於模型的定義/工程)流程,這些流程支持從設計到製造及行銷的端到端自動化。在傳統的工程和管理領域中,許多手動或紙本的過渡點將被取代,未來的數據環境將實現互聯互通,快速支持決策,並驅動機器和電子設備運行。這是一個由飛速創新和「不進則退」的必要性推動的現實願景。
「對源數據進行健全的轉換與驗證,並深入了解這些數據,這將是保持『工業 4.0』和真正自動化在正軌上的關鍵所在。」Ram 表示。「接下來,我們需要嵌入更豐富的數據,例如創建一個鑽孔的所有工藝組合,包括材料、供應商、成本和其他屬性。我們現在已經有 GD&T(幾何尺寸與公差)和 PMI(產品製造信息),每個人都在使用它們。但我們希望將其提升到下一個層次——產品智能,具備製造工藝智能,並內嵌於 CAD 模型中,使機器軟體能夠讀取這些信息,自動完成優化且無錯誤的編程。」
「Elysium 的研發支持了我們的內部努力,並與我們共同測試我們所看到的可能性。」Ram 補充道。「我擔任汽車產業行動小組(AIAG)工作組的聯合主席之一,並代表汽車產業參與 NIST(美國國家標準與技術研究院)。他們有 MBE(基於模型的企業)聯盟,我通常會在這些場合發表演講。Elysium 也為工作組貢獻了他們的專業和才華,我對此非常感謝。截至目前,Elysium 工具至少為 Adient 節省了 10% 的數據準備和迭代成本,以及 10% 的自動化驗證相關成本。這是非常可觀的。」
隨著為自動駕駛汽車設計智慧座椅的規劃,Adient 正在考慮建立回饋迴路,報告乘客的姿勢和人體工學,並啟用電子商務以改善乘客體驗。不論是為乘客還是為支撐這種體驗的數據,轉換未來正是 Adient 全速推進的方向。