Engineering Data Management

Abstract

To support design decisions in the product development process, companies are increasinglyrelying on computer aided simulations. However, investments in simulation technologies can nottranslate directly into benefit without implementing a system able to capture knowledge and valueout of each simulation performed. To implement the switch from traditional product development to Simulation Based Design (SBD)and product development, a system that can efficiently manage simulation data is needed. Commonsituation in industry is to store everything related to simulations in the analyst’s computer or in ashared folder. Currently only CAE (Computer Aided Engineering) departments in aerospace andautomotive OEMs are early adopters of SDM (Simulation Data Management) technology.Commercial SDM systems are developed to suits the needs of big enterprises with repetitiveprocesses and product with broadly similar geometries. The cost for deployment and maintenanceof this kind of system represents a barrier for small and mid-size companies. The larger companiesmight not benefit from a system developed and tuned for the needs of the early adopters mentionedabove. In this thesis a SDM system has been developed based on Microsoft SharePoint, a general purposedocument management and collaboration platform widely used and deployed in enterprises. Themain reason for selecting this platform is because product development is a collaborative task, andSharePoint has excellent features to support this kind of collaboration. This thesis defines a set ofconfigurations for the selected platform needed in order to help analysts to store, share and reusetheir simulation models and knowledge. To understand the requirements of SDM a multidisciplinary design process has been implemented.The design process has been developed for diesel engine conceptual design. This processrepresents a proof of concept of how SBD can be implemented concretely. The design processcontains calculation of main parameters (executed with MS Excel), CAD-geometry creation (PTCPro|Engineer), Multi-Body Simulations to get dynamic loads (MSC Adams) and Finite ElementAnalysis (DS Abaqus) for strength and vibration analysis. The results are looped back into thecalculations spreadsheet with information regarding the behavior of the key engine parts. Anoptimization algorithm is used to drive and control the loop execution in order to find an “optimal” setof design parameters.

Yhtiöt käyttävät yhä enemmän tietokoneavusteista simulaatiota voidakseen paremmin tukeapäätöksentekoa tuotekehitysprosesseissa. Kuitenkin investointeja simulaatioteknologiaan ei voidasuoraan hyödyntää ilman toteutettua järjestelmää, joka pystyy keräämään tietoa jokaisestasuoritetusta simulaatiosta. Siirtymisessä perinteisestä tuotekehityksestä simulaatiopohjaiseen suunnitteluun (Simulation BasedDesign, SBD), tuotekehitys tarvitsee järjestelmän, joka pystyy tehokkaasti hallinnoimaansimulaatiotietoa. Nykyinen käytäntö teollisuudessa on tallentaa kaikki simulaation liittyvä tietoanalyytikon omalle koneelle tai jaettuun kansioon. Suurien lento- ja autoteollisuuden toimijoidensuunnitteluosastot ovat edelläkävijöitä simulaatiotiedon hallintajärjestelmän (Simulation DataManagement, SDM) käytössä. Kaupalliset SDM-järjestelmät on kehitetty vastaamaan isojenyhtiöiden toistuvia prosesseja ja tuotteita samankaltaisine geometrioineen. Tämäntyyppistenjärjestelmien käyttöönoton ja ylläpidon kustannukset ovat rajoitteena pienille ja keskisuurilleyrityksille. Isotkaan yhtiöt eivät välttämättä hyödy järjestelmästä, joka on kehitetty ja räätälöitytäyttämään yllä mainittujen aikaisten käyttöönottajien tarpeita. Tässä diplomityössä on kehitetty SDM-järjestelmä pohjautuen Microsoft SharePoint:iin, laajaltiyhtiöissä käytettyyn yleiseen tiedostonhallinta- ja yhteistoiminta-alustaan. Pääasiallinen syy tämänalustan valintaan on se, että tuotekehitys on yhteistoimintaa ja SharePointissa on ominaisuuksia,jotka tukevat erinomaisesti tätä. Tämä diplomityö määrittelee joukon määreitä tähän alustaanauttaakseen analyytikkoa tallentamaan, jälleenkäyttämään ja jakamaan simulaatiomalleja ja-tietämystä. SDM-järjestelmän vaatimuksien tutkimiseksi toteutettiin monitieteellinen suunnitteluprosessi.Suunnitteluprosessi on kehitetty dieselmoottorin konseptuaaliseen suunnitteluun. Tämä prosessiedustaa, miten SDB voidaan konkreettisesti toteuttaa. Suunnitteluprosessi sisältää päämuuttujienlaskennan (toteutettu MS Excelissä), CAD (Computer Aided Design)-geometrian luomisen (PTCPro|Engineer), monikappalesimuloinnin dynaamisten kuormien laskemiseksi (MSC Adams) jalujuus- ja värähtelyanalyysit (DS Abaqus). Lujuus- ja värähtelyanalyysin tulokset liittyen moottorinpääosien käyttäytymiseen on takaisinkytketty laskentaan. Optimointialgoritmia on käytettyjohtamaan ja kontrolloimaan suunnitteluprosessia löytääkseen ”optimaaliset” arvotsuunnittelumuuttujille.