项目介绍
在考虑多种不同配置的情况下设计移动式起重机对于Tadano Faun公司的工程师来说是一件非常棘手的事情。这家总部位于德国纽伦堡的日资公司是全球领先的建筑起重机制造商。
2008年,TADANO集团生产并销售了超过2700台伸缩式起重机，除此之外，还有装载机、高空作业平台和特种车辆等。TADANO FAUN的产品在整个生命周期内都遵从客户的最高要求，并将其产品品质保持在稳定的高水平上。
作为一家国际化公司，TADANO FAUN致力于开发能够满足市场需求的起重机。因此，顾客可以从TADANO FAUN的发展中获益。此外，该公司一直专注于不断改进操作和业务流程。
该公司的结构工程部门的负责人Andreas Hofmann说道：“一个TADANO FAUN起重机有近40种主悬臂的伸缩状态。每种状态在360度转角范围内大约能够配备20种不同的工作方式，主臂允许有30到50多种可能配置。再加上不同的配重和悬臂板，我们的工程师必须在考虑超过150000种客户额定负载工况的情况下找到最佳设计。”
“对于起重机的设计师来说，在所有考虑的问题当中，最大问题是在满足严格规范的前提下控制机器的总重量。”Hofmann说，“TADANO FAUN为美国、欧洲、亚洲的客户设计移动式起重机，而各地的需求是不同的。比如，我们在德国有一个负荷极限为12吨的移动式起重机。所以，我们必须对钢结构的重量进行优化。另外，这方面的规范也经常变化，我们必须做出快速反应。”
图1 从实体CAD模型中抽取中面是更快建立可靠有限元模型的关键
挑战
“TADANO FAUN已经在使用一种CAD解决方案中包含的有限元分析，”Hofmann说道，“一种附加的网格解决方式。”这一软件，像其他许多已经考察过的作为CAD软件一部分的解决方案一样不能进行精确的有限元计算。”
“我们之前最大的痛处就是只能使用中性文件读取CAD数据，这样必须放弃对原始CAD模型的链接，只能提供一个设计的静态快照。”Hofmann说道。
Hofmann期望得到一种软件在有限元分析时能够直接打开CATIA中的模型，这样他的工程师们就能够直接用它开始工作。“于是我们有了改变我们的有限元分析系统并找到能更适应我们需求的方法。”他说道，“有限元模型的精确性对于我们十分重要，建立一个精确的、合适的有限元计算模型比仅仅提供给我们一些炫丽的图片重要得多。”
解决方案
经过考查多种竞争方案，Hofmann最终选择了Altair公司的HyperWorks软件作为TADANO FAUN的有限元分析软件。他说道：“我们选择HyperWorks是因为其强大的划分网格的能力和基于点数的授权模式。”
TADANO FAUN正在使用HyperMesh进行几何操作、修补以及从实体模型创建中面。同时，他们使用RADIOSS对结构进行隐式分析，用OptiStruct进行优化设计，以此在重量和性能之间得到更好的平衡。
对比基于CAD的有限元解决方案，Hofmann指出：“HyperWorks是一个真正面向结构分析的有限元解决方案，而不是一个附加在某个CAD或CAE软件上的解决方案。”
TADANO FAUN的工程师们建立了他们自己版本的“仿真驱动设计”，内部称之为“起重机-驱动”分析流程，在这一过程中结构工程师和设计师能够从研发一开始就并肩工作。
图2 全路面起重机比如ATF220G-5可以伸长高到108米并且提升重量达220吨
结论
在采用HyperWorks之前，Tadano Faun的有限元分析工作只是对设计的一种验证，一般都是在有了设计草图或者设计概念已经被采纳的情况下才使用这一技术。“结构分析并不被认为特别重要，而当需要结构分析的结果时往往需要等待很长一段时间。”Hofmann说道，“使用这一方法，早期的设计缺陷往往很晚才能被发现。”
现在使用HyperWorks之后，结构分析能够直接帮助驱动最原始的设计。“一开始就能看到结构设计的大致样子，并且设计工程师和结构工程师能更好的理解对方的需求。”Hofmann说道，“我们从起初认为重量是最重要的因素到后来认识到结构设计才是最为重要的因素。我们使用更多、更小的分析步以更快地得到结果。”
现在TADANO FAUN的工程师们可以在HyperMesh中直接打开CAD模型。“我们发现设计师修改CAD模型要比结构工程师修改有限元模型快得多。”Hofmann指出，“在HyperMesh中直接使用CAD模型提高了计算速度，并且保证了实际设计状态。”
TADANO FAUN现在已经使用HyperWorks建立了一个稳健的流程——在设计周期早期对结构进行分析，当对现有机器设计新的发动机和排气系统时进行结构优化，以及对新机器在概念设计阶段进行结构优化。
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