Hogyan szakított a Honda a hagyományos megközelítéssel egy könnyebb főtengely tervezése érdekében?

A generatív tervezés és az additív gyártás kihasználásával a Honda kutatási-fejlesztési részlege a hagyományos tervezésű változathoz képest körülbelül fele akkora tömegű főtengely prototípust hozott létre.

A járművek üzemanyag-hatékonyságának növelése révén a formatervezés döntő szerepet játszhat az üvegházhatású gázok kibocsátása elleni átfogó küzdelemben. A Nemzetközi Energiaügynökség szerint a globális CO2-kibocsátás körülbelül 24%-áért a szállítmányozás és a közlekedés a felelős, a közúti, vasúti, légi és vízi szállítást is beleértve. A legjelentősebb hatás a közúti járműveké.

Az Európai Unió jelentése szerint CO2-kibocsátásának 30%-a származik a szállítmányozásból, ennek 72%-át pedig a közúti szállítás teszi ki. Az autóipari alkatrészek tömegének csökkentése rendkívül eredményes megoldásnak bizonyult az üzemanyag-hatékonyság növelésében és a járművek szénkibocsátásának csökkentésében.

A Honda számos olyan projektet futtat Japánban, amelyek célja a részegységek könnyebbé tétele, a karosszériától kezdve a motorokon át a csavarokig. Az egyszerűsített kialakítás érdekében minden alkatrész szerkezetét és anyagait alapos vizsgálat alá kell vetni. A Honda kutatási-fejlesztési részlegének legújabb célpontja a főtengely.

A főtengely a motor egyike legfontosabb funkcionális alkatrésze. Ez alakítja át ugyanis a dugattyúk egyenes vonalú oszcilláló mozgását forgatóerővé. Ahhoz, hogy ezt a feladatát elláthassa, rendkívül erősnek és tartósnak kell lennie.

„A főtengelynek egyszerre több működési feltételnek is meg kell felelnie – mondta Hirosumi Todaka, a Honda kutatási-fejlesztési részleg speciális technológiai laborjának mechanikus és hidraulikus gépészeti formatervezője. – Az alakjának például ellen kell tudni állnia az égési nyomásnak, és fenn kell tartani a forgási egyensúlyt is. A mai napig ezek a tényezők alakítják a főtengely formáját. A motorfejlesztés hosszú történelme során a főtengely kialakítása nem sokat változott. Ennek ellenére azt a kihívást jelentő célt tűztük ki, hogy olyan főtengelyt tervezzünk, amely a mai modelleknél 30%-kal könnyebb.”

A Honda kutatási-fejlesztési csapata a kezdetektől nagy figyelemmel követte az additív gyártást. A tervezési technológiák, például a topológiaoptimalizálás kutatása közben rátalált a generatív tervezésre (amely többféle tervváltozatot hoz létre és iterál), és felismerte, hogy az komoly változásokat hozhat a megszokott tervezési eljárásokban.

A generatív tervezés korábban már hatékonynak bizonyult az iparágban olyan részegységek újratervezésekor, mint például a biztonsági övek csatjai, a motorvezérlő egységek és a motorkerékpárok vázai, és mindegyik esetben jelentős súlycsökkenést eredményezett.

„Új megközelítésre volt szükség, amely kiaknázza a generatív tervezés és az additív gyártás előnyeit – mondta Todaka. – Fel kellett adnunk a régi beidegződéseket, és új megvilágításba helyeznünk a folyamatokat.”

A Honda kutatási-fejlesztési részlege új projektet indított – most először az Autodeskkel együttműködésben –, amely a rugalmas megközelítést helyezte a középpontba.

„Alapvető fontosságú, hogy a tervezés során felszámoljuk az előítéleteinket, és csupán az alkatrész valóban lényeges funkcióira összpontosítsunk – mondta Hisao Uozumi, a Honda kutatási-fejlesztési csapatában a tervezői gyártási folyamatok és az új anyagok kutatója. – E megközelítés alapjainak meghatározásához tartottunk egy kritikai gondolkodásra alapuló közös workshopot is.”

Egy még hatékonyabb főtengely megalkotása

Az Autodesk a Netfabb és a Fusion 360 alkalmazásával készítette elő az első modellt, amely teljesítette a Honda elvárásait az alkatrésszel szemben. „Megosztottuk a Honda szakértelmét, hogy biztosíthassuk a súlyról és a különböző működési kényszerekről szóló adatokat, majd mindegyik pontot alaposan végigvettük az Autodesk csapatával, amíg a modell alakot nem kapott” – mondta Todaka.

A két- és négykerekű járművek motoralkatrészeivel kapcsolatos munkája során Todaka a korábbi tapasztalataira támaszkodott az elemezni és finomítani kívánt tervek létrehozásában. A végeredmény teljességgel lenyűgözte. „A kapott alkatrész alakja olyan organikus volt, akár egy emberi csonté – mondja. – A legmerészebb álmaimat is felülmúlta.”

A Honda kutatási-fejlesztési részlege projektcsapatának tagjai Londonba utaztak, hogy részt vegyenek egy, a generatív tervezéssel kapcsolatos képzésen. Meglátogatták az Autodesk technológiai központját az angliai Birminghamben, és olyan, a tervezésen túlmutató témákat vitattak meg, mint például az additív gyártás. Az intézetben Todaka a következőket mondta: „A prototípusok könnyedén előállíthatóak a tervekből. Úgy érzem, ez egy olyan ideális környezet, ahol a visszajelzések gyorsan alkalmazhatók a modellekre.”

A prototípusokból származó adatok alapján a Honda felülvizsgálta az alkatrész elrendezésére és szilárdságára vonatkozó követelményeket, ez pedig új határérték-feltételek megállapításához vezetett. A csoport folytatta a munkát, és megtervezte a második modellt. „Az Autodesk-csapat számos, különböző háttérrel rendelkező tagból áll, a repülőgépipart is beleértve – mondta Uozumi. – Azonnal megértették, hogy mit szeretnénk elérni, és viszonylag rövid idő alatt sikerült is életre keltenünk az ötleteinket.”

Forgattyús tengely generatív tervezésből elállított renderelt képe. Kép: Honda R&D

Additív gyártással készült forgattyús tengely. Kép: Honda R&D

A hagyományos topológiaoptimalizáció egyszerre csak egy megoldást kínál, és időigényes manuális javításokat igényel. A Fusion 360 generatív tervezése ezzel szemben olyan alakot eredményez, amelyet Todaka „tervezőként még csak meg sem fontolt volna”.

Az új főtengely-kialakítás a meglepő, 50%-os súlycsökkenéssel túl is szárnyalta a célokat, azonban kétségek merültek fel, hogy az alkatrész merevsége és szilárdsága vajon eléri-e a hagyományos főtengelyekét.

A csapat tagjai beszerelték egy motorba az alkatrészt, a teljesítmény tesztelése pedig rengeteg adattal szolgált. Megosztották az eredményeket az Autodesk csapatával, ők pedig a generatív tervezési folyamat finomítására használták fel a Honda adatait.

A generatív tervezés alkalmazása egy olyan forgó alkatrészre, mint például a főtengely, rendkívül értékes tapasztalatot jelentett mind a Honda, mind az Autodesk számára” – mondta Todaka.

A gyártás integrálása a tervezési folyamatba felbecsülhetetlen értékűnek bizonyult. „Olyan modelleket biztosít, amelyek képesek figyelembe venni például az additív gyártás, az öntőforma-alapú gyártás vagy az 5 tengelyes megmunkálás jelentette tervezési korlátokat” – mondta Todaka.

Ez a projekt felfedte a Honda számára az additív gyártásban rejlő lehetőségeket. „Míg egyeseknek továbbra is vannak kételyeik az új alakkal kapcsolatban, maga a technológiára irányuló figyelem is megérte az erőfeszítést – mondta Todaka. – Habár még sok a tennivaló az alkatrészek súlyának csökkentése körül, most már látjuk a céljaink elérése felé vezető utat. Arra számítok, hogy a jövő innovatív termékeinek létrehozására a generatív tervezés alkalmazása lesz a norma. Úgy gondolom, a mi felelősségünk, hogy a munkánk részeként további alkalmazási lehetőségeket kutassunk e technológia számára.”

Forrás: Autodesk


A Varinex-CADStudio Kft. az Ön egyedi igényeinek megfelelő gyártási és automatizálási megoldásokat biztosítja tervezőszoftver kínálatából. Ismerje meg az Autodesk termékinnovációs platformját!

A nagyobb innováció lehetővé tétele a dolgok készítésének jövőjében együttműködést, testreszabást, rugalmasságot és összekapcsolhatóságot igényel. A termékinnovációs platform minden alkalmazást, tudást, adatot és eszközt egyetlen rendszerbe központosít, egyesítve a folyamatokat a termékek tervezése, fejlesztése, gyártása és támogatása érdekében.

Ha többet szeretne megtudni az általunk kínált tervezési és kivitelezési megoldásokról, valamint arról, hogyan segíthetjük elő vállalata gyártási rugalmasságának növelését, keresse szakértő kollégáinkat!

Kapcsolattartó:

Sebők Róbert
CAD üzletág igazgató
+36 1 273 3413
+36 30 977 1824
robert.sebok@cads.hu