云上的快速流体模拟

By Ansys Advantage Staff

马自达汽车公司采用基于模型的计算机辅助工程技术(CAE)高效开发汽车。作为马自达的子公司，东洋先进技术有限公司设计、制造和供应油泵，用于安装在配备马自达SKYACTIV技术的汽车上的自动变速器，该技术可提高燃油效率和发动机输出。该公司还生产燃料轨，将燃料输送到发动机的每个气缸。为了在全球竞争日益激烈的汽车零部件行业中生存，必须迅速开发出高性能的产品，以满足客户的时间表和要求。为了快速且经济地执行分析，东洋先进技术公司的工程师通过云服务使用Ansys Fluent进行基于模型的CAE，而不是在自己的设施中安装高性能计算(HPC)系统。

如果是油泵，则由客户提交排量、尺寸等技术要求。工程师根据技术要求估算零件的形状和尺寸，以达到客户的目标。根据Matsuda的说法，如果涉及到协同效应或相互作用，工程师就不擅长这种以目标为导向的评估。

Matsuda说:“工程师们擅长的是制造出一种形状暂时由简单计算确定的泵，对其进行测试，然后根据结果重复这些步骤，直到满足客户的要求。”“这个过程很简单，但不能让客户满意。只有一个正确的、面向目标的评估才能产生最佳解决方案。CAE可以代替工程师执行此估计。这是CAE的好处之一。”

作为协同效应或相互作用的一个例子，东洋汽车零部件开发部的Tetsuya Okimoto举了液压的例子。他说:“泵产生的液压脉动取决于流体动力学，包括泵的规格、液压供应目的地的形状和体积等因素。”但由于脉动包括这些变量的相互作用，计算公式比较复杂。“因此，计算这种脉动的唯一方法是CAE，”Okimoto说。“我们使用Ansys Fluent成功地计算了这一点。”

与客户保持同步

2012年，为了缩短开发时间，Toyo Advanced Technologies决定将CAE用于单相流体流动和多相气蚀流动。2017年夏天，公司引进Fluent，进一步提高了泵的开发效率。汽车零部件工程部用Fluent取代了传统的分析工具，以利用其高精度的泵分析模型和公司备受赞誉的技术支持。Okimoto表示:“我们看到了另一家公司关于泵的报告，该报告称使用了Ansys开发工具，因此我们联系了Ansys进行基准测试。“基准测试中的模拟数据与实际数据非常接近，Ansys的技术支持服务水平非常高，因此我们决定实施该软件。”

“毫无疑问，CAE是必要的。没有CAE，我们就无法满足客户快速增长的需求。”
——松田光信，东洋先进技术公司

云速度分析，降低成本

实施后，东洋先进技术公司在内部PC上运行Ansys Fluent一段时间。

尽管他们对Ansys Fluent的分析精度感到满意，但有时一个泵的流体分析需要三天时间，即使是在24核的计算机上。

“这不仅仅是计算结果的准确性。谁愿意使用需要三天处理的软件呢?松田问道。“因此，我们寻找解决这个问题的方法，并找到了云服务。”

该公司于2018年初开始使用Rescale日本的云HPC服务，以提高其分析速度。

在确认了Fluent将用于该服务之后，从批准服务实现的预算到服务可用，大约花了两周的时间。东洋先进技术公司通过Rescale Japan开始使用128核，以及其内部的24核PC。这成功地将分析时间减少了66%——从3天减少到1天。下载分析结果需要30-60分钟，但使用云服务远比内部安装HPC服务器划算。

减少开发时间和原型

汽车零部件工程部的目标是在三个月内开发出满足客户要求的泵。理想情况下，这包括三周的粗略结构概念设计，两周的实际零件形状和尺寸的详细设计，大约一个月的原型制作，以及两到三周的确认原型符合要求。然而，过去仅仅是概念设计就需要6到7周的时间，这造成了瓶颈。在云HPC服务上运行Fluent成功地将概念设计时间缩短到三周。

流畅的模拟还减少了在每个开发阶段创建的原型数量。在泵设计的零件开发阶段，东洋先进技术公司使用仿真技术将原型的数量和成本减少了三分之一。鉴于这样的结果，员工们现在会说:“为什么要做原型?我们有CAE。”

Matsuda正在考虑进一步提高分析精度，以便Ansys Fluent可以用于新产品开发。这将涉及在概念设计阶段确定基本泵结构的方向并优化其形状。然后，在详细设计阶段，他想要估计一个优化形状的性能。

松田说:“我们希望成为一个把解决客户问题放在首位的供应商。“作为一名工程师，最快乐的事情就是无论客户何时遇到问题，都能第一个接到客户的电话。”