Simcenter Amesim และ Simcenter Engineering ช่วยให้ผู้ผลิตลดรอบการออกแบบระบบเชื้อเพลิงลงได้หนึ่งปี
Airbus Helicopters
Airbus Helicopters เป็นแผนกย่อยของ Airbus Group ซึ่งเป็นผู้นำระดับโลกด้านบริการด้านอวกาศและการป้องกันประเทศ
Franck Nicolas, Head of Simulation and Tools, Airbus Helicopters
“หลังจากทำงานร่วมกันเป็นเวลาสามเดือนกับทีม Simcenter Engineering and Consulting โดยมีเป้าหมายในการกำหนดวิธีการแบบเรียลไทม์แบบทีละขั้นตอนเพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพตามที่ต้องการ ผู้เชี่ยวชาญด้านเชื้อเพลิงก็มั่นใจ และได้ตัดสินใจขยายแนวทางนี้ไปยังโมเดลเชื้อเพลิงทั้งหมด”
ในปี พ.ศ. 2536 NHIndustries ซึ่งเป็นบริษัทร่วมทุนระหว่าง Airbus, Leonardo Helicopters และ Fokker Aerostructures ได้เริ่มออกแบบ NH90 ซึ่งเป็นเฮลิคอปเตอร์ทหารขนาดหนัก และสิบสามปีต่อมาก็ได้เริ่มให้บริการ
ในปัจจุบัน การแข่งขันรุนแรงมากจนผู้ผลิตเฮลิคอปเตอร์มักมีเวลาไม่เกิน 4 ปีในการพัฒนาโมเดลที่ซับซ้อนที่สุดของตน
การเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีมีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ผู้ผลิตต้องตัดสินใจเลือกสิ่งที่ถูกต้องเมื่อออกแบบระบบที่มีความซับซ้อนมากขึ้น พวกเขาต้องตรวจสอบความถูกต้องของการผสานรวมระบบตั้งแต่เนิ่นๆ ในกระบวนการพัฒนา โดยใช้วิธีการสร้างแบบจำลองร่วมกันตลอดวงจรการออกแบบ
นอกจากนี้ ผู้ผลิตเฮลิคอปเตอร์ปีกหมุนต้องจัดหาโซลูชั่นการฝึกอบรมนักบินที่เชื่อถือได้ให้กับลูกค้า อย่างไรก็ตาม เครื่องจำลองการบินมักต้องส่งมอบก่อนการผลิตเฮลิคอปเตอร์ลำแรก เครื่องจำลองการบินเต็มรูปแบบ (FFS) ระดับ D ซึ่งเป็นมาตรฐานปัจจุบันที่มีการจำลองพลศาสตร์และระบบที่มีความเที่ยงตรงสูงอย่างครอบคลุม กำลังได้รับการร้องขอเพิ่มมากขึ้น โดยล่าสุดคือเฮลิคอปเตอร์ Airbus Helicopters H160 ซึ่งเป็นเฮลิคอปเตอร์ขนาดกลางแบบสองเครื่องยนต์รุ่นใหม่
The unique Simcenter Amesim model can be adapted for system design, controls validation, simulators and test rigs.
Investing in simulation
Airbus Helicopters ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Airbus Group เป็นบริษัทด้านการบินแบบบูรณาการชั้นนำของยุโรป ซึ่งเป็นที่รู้จักในเรื่องเฮลิคอปเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง คุ้มต้นทุน ปลอดภัย และสะดวกสบาย เช่น H160
เพื่อรักษาความเป็นผู้นำ บริษัทได้ลงทุนในการทดสอบเสมือนจริงเพื่อตอบสนองความต้องการมากมายตลอดวงจรการพัฒนา เช่น การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว การจำลองบนเดสก์ท็อป การจำลองแบบนักบินแบบเรียลไทม์ การพัฒนาแท่นทดสอบ และโซลูชันการฝึกอบรม นโยบายการจำลองของแอร์บัส เฮลิคอปเตอร์ กำหนดว่า หากเป็นไปได้ ควรใช้แบบจำลองเฉพาะสำหรับแต่ละส่วนประกอบตลอดวงจร V เพื่อนำวิธีการจำลองนี้ไปใช้กับการสร้างแบบจำลองระบบทางกายภาพ แอร์บัส เฮลิคอปเตอร์ ต้องการเครื่องมือที่สามารถคาดการณ์ได้สูงและสามารถใช้ผสานรวมแบบจำลองเข้ากับสภาพแวดล้อมแบบเรียลไทม์ได้อย่างง่ายดาย บริษัทพบเครื่องมือดังกล่าวในซอฟต์แวร์ Simcenter Amesim™ จาก Siemens Digital Industries Software ผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดการวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ (PLM)
Reducing hydraulic system prototype costs
Airbus Helicopters ได้ใช้ Simcenter Amesim สำหรับการจำลองระบบไฮดรอลิกและเครื่องปรับอากาศมาตั้งแต่ปี 2550 และในปี 2552 บริษัทได้ขยายการใช้ Simcenter Amesim ไปยังการสร้างแบบจำลองส่วนประกอบเทอร์โมไฮดรอลิกและระบบอีกด้วย
ก่อนที่จะนำ Simcenter Amesim มาใช้ ผู้เชี่ยวชาญในแผนกไฮดรอลิกและควบคุมการบินของ Airbus Helicopters สามารถสร้างแบบจำลองระบบไฮดรอลิกแบบกึ่งคงที่ได้เท่านั้น พารามิเตอร์ส่วนใหญ่ถูกกำหนดในระหว่างขั้นตอนการทดสอบต้นแบบ ยิ่งไปกว่านั้น แบบจำลองไฮดรอลิกเหล่านี้ไม่เข้ากันได้กับสภาพแวดล้อมการจำลองร่วมที่กว้างขึ้น เพื่อพิจารณาพฤติกรรมของวงจรไฮดรอลิกในการจำลองแบบเรียลไทม์ Airbus Helicopters ได้สร้างแบบจำลองอีกแบบหนึ่งโดยใช้ข้อกำหนดที่ผู้เชี่ยวชาญด้านไฮดรอลิกเตรียมไว้ให้ซัพพลายเออร์ อย่างไรก็ตาม การจำลองเหล่านั้นไม่สามารถคาดการณ์ได้และจำเป็นต้องอาศัยความร่วมมือจากวิศวกรไฮดรอลิก การใช้ Simcenter Amesim ช่วยให้วิศวกรออกแบบไฮดรอลิกสามารถเปลี่ยนจากโลกกึ่งคงที่ไปสู่โลกแบบไดนามิกได้ ปัจจุบัน พวกเขาไม่เพียงแต่สามารถจำลองระบบไฮดรอลิกและระบบย่อยต่างๆ เช่น ปั๊ม ตัวกระตุ้น และถังเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้แบบจำลองเดียวกันนี้เพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมของระบบเมื่อโต้ตอบกับระบบความร้อน ระบบกลไก หรือระบบไฟฟ้าได้อีกด้วย
“ด้วยการใช้ Simcenter Amesim ในการออกแบบระบบไฮดรอลิก เราประเมินว่าสามารถลดเวลาการปรับปรุงประสิทธิภาพลงได้สามเท่า และลดต้นทุนการสร้างต้นแบบลงได้สี่เท่า” ธิโบต์ มาร์เกอร์ อดีตผู้เชี่ยวชาญด้านการวิเคราะห์และการจำลองสถานการณ์ในแผนกไฮดรอลิกและการควบคุมการบินของ Airbus Helicopters Research and Development อธิบาย “ต้นแบบแรกที่เราผลิตคือการปรับแต่งแบบจำลอง Simcenter Amesim อย่างละเอียด การปรับแต่งระบบจะดำเนินการแบบเสมือนจริง ซึ่งนำไปสู่การสร้างต้นแบบใหม่ที่ใกล้เคียงกับการปรับปรุงประสิทธิภาพมากที่สุด”
Providing top-notch services
ซอฟต์แวร์ Siemens Digital Industries ยังได้ช่วยให้ Airbus Helicopters ค้นหาโซลูชันสำหรับการจำลองแบบเรียลไทม์ ซึ่งรองรับวิศวกรรมระบบ รวมถึงการออกแบบแท่นทดสอบและโปรแกรมจำลองการบินเต็มรูปแบบ ด้วยประสบการณ์ในการพัฒนาวิธีการ Simcenter Engineering and Consulting Services จึงมอบการสนับสนุนที่ดีที่สุดให้กับ Airbus Helicopters ในการแปลงแบบจำลองโรงงานวงจรไฮดรอลิกที่สร้างโดยใช้ Simcenter Amesim ให้เป็นแบบจำลองที่เข้ากันได้แบบเรียลไทม์ จากนั้นแบบจำลองเหล่านี้จะถูกนำไปใช้บนแพลตฟอร์มจำลองแบบเรียลไทม์เฉพาะของ Airbus Helicopters เพื่อพัฒนา Airbus Helicopter H175 ขั้นแรก Simcenter Engineering and Consulting ได้วิเคราะห์เวลาของหน่วยประมวลผลคอมพิวเตอร์ (CPU) ที่จำเป็นต้องใช้ในแบบจำลองไฮดรอลิกที่มีอยู่ และช่วยให้ Airbus Helicopters ปรับแต่งแบบจำลองให้เหมาะสม โดยพิจารณาถึงความผิดปกติที่อาจเกิดขึ้น เช่น ปั๊มไฮดรอลิกเสียหาย การรั่วไหลของแอคชูเอเตอร์ หรือการทำงานของปั๊มสำรองโดยไม่ได้ตั้งใจ ขั้นต่อไป บริษัทได้ใช้แบบจำลองเฉพาะเพื่อให้สามารถเข้าใจพฤติกรรมพลวัตทางความร้อนของระบบในสถานการณ์ต่างๆ ได้ และสุดท้าย แบบจำลองถูกย่อลงเพื่อให้เหลือเฉพาะปรากฏการณ์ที่เข้ากันได้กับความถี่ของตัวแก้ปัญหาแบบคงที่แบบเรียลไทม์
การใช้ไลบรารี่มาตรฐานของ Simcenter Amesim ความสามารถ และเครื่องมือต่างๆ ทำให้โครงการนี้เป็นไปได้ ซึ่งรวมถึงไลบรารี Simcenter Amesim Hydraulics, ไลบรารี Simcenter Amesim Hydraulic Component Design, ไลบรารี Simcenter Amesim Signal, Control และไลบรารี่ Simcenter Amesim Mechanical รวมถึงเครื่องมือวิเคราะห์ประสิทธิภาพการวิเคราะห์เชิงเส้น ฟังก์ชั่นซูเปอร์คอมโพเนนต์ ดัชนีกิจกรรม
The pilot project is aimed at validating the simulation approach in the H160 in order to reduce the fuel system test cycles by a factor of two for the next helicopter models
Reducing flight test hours by half
หลังจากประสบความสำเร็จในการใช้ Simcenter Amesim สำหรับการออกแบบและตรวจสอบระบบไฮดรอลิก บริษัทจึงตัดสินใจเปิดตัวโครงการทดสอบประสิทธิภาพ (benchmark project) ซึ่งมุ่งขยายแนวทางการจำลองนี้ไปสู่ระบบเชื้อเพลิง การรวมระบบเชื้อเพลิงเข้ากับ H160 ได้รับการตรวจสอบส่วนใหญ่ในระหว่างการทดสอบบนแท่นขุดเจาะแบบเข้มข้นและการทดสอบการบิน แม้ว่า H160 จะใกล้จะเข้าประจำการแล้ว แต่เป้าหมายของโครงการนำร่องนี้คือการตรวจสอบวิธีการจำลองนี้สำหรับเฮลิคอปเตอร์รุ่นต่อไป และช่วยให้ Airbus Helicopters สามารถลดรอบการทดสอบระบบเชื้อเพลิงลงได้สองเท่า
ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีช่องว่างสำหรับการปรับปรุงกระบวนการออกแบบ: ก่อนหน้านี้ นอกเหนือจากแบบจำลองทางกายภาพที่พัฒนาโดยผู้เชี่ยวชาญด้านเชื้อเพลิงแล้ว ผู้เชี่ยวชาญด้านการบูรณาการยังได้พัฒนาแบบจำลองแบบเรียลไทม์ ซึ่งให้ข้อมูลพฤติกรรมมหภาคของระบบเชื้อเพลิงแก่ส่วนประกอบอื่นๆ หากปราศจากความร่วมมืออย่างต่อเนื่องระหว่างทั้งสองกลุ่ม การแก้ไขปัญหาทางวิศวกรรมที่ซับซ้อน เช่น การกำหนดขนาดของวาล์วและท่อ การออกแบบถังเชื้อเพลิงที่มีรูปทรงซับซ้อน การวิเคราะห์การถ่ายเทเชื้อเพลิงที่ขึ้นอยู่กับท่าทางและความเร่งของเฮลิคอปเตอร์ และการวิเคราะห์ลักษณะทางกายภาพของไหลที่ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิหรือความดัน ก็เป็นเรื่องยาก
สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งคือการตรวจสอบตำแหน่งของมาตรวัดเชื้อเพลิง เพื่อประมาณปริมาณเชื้อเพลิงที่เหลืออยู่ในถังแต่ละถังได้อย่างแม่นยำ (ตลอดภารกิจประเภทต่างๆ และตามทัศนคติของเฮลิคอปเตอร์) และอำนวยความสะดวกในการบูรณาการระบบเชื้อเพลิงกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบิน และเพื่อให้สามารถแจ้งเวลาที่เหลือของภารกิจให้ลูกเรือทราบได้อย่างน่าเชื่อถือ
“ด้วยความสามารถของอุปกรณ์ความร้อน ไฮดรอลิก กลไก และเชื้อเพลิงของ Simcenter Amesim เราสามารถสร้างแบบจำลองที่ช่วยให้คาดการณ์พฤติกรรมของระบบเชื้อเพลิงได้อย่างแม่นยำ” สเตฟาน อเมริโอ วิศวกรจำลองสถานการณ์ของแอร์บัส เฮลิคอปเตอร์ กล่าว “การวิเคราะห์นี้บนแท่นทดสอบจริงอาจมีค่าใช้จ่ายสูงและอันตรายเกินไป”
“ผมให้ข้อมูลแก่สำนักงานออกแบบเพื่อปรับแต่งแบบจำลองจำลองและพัฒนาวิธีการทำงานของเราอย่างต่อเนื่อง” นิโคลัส เซอร์เทน วิศวกรทดสอบการบินของแอร์บัส เฮลิคอปเตอร์ กล่าว “การจำลองไม่เพียงแต่ช่วยให้เราลดรอบการทดสอบเท่านั้น แต่ยังช่วยให้เรามุ่งเน้นไปที่ประเด็นสำคัญที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพการบินได้อีกด้วย”
“Simcenter Amesim ช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญด้านการบูรณาการสามารถสร้างแบบจำลองที่เข้าใจง่าย และสามารถนำไปใช้ร่วมกันภายในองค์กรของเราได้” แฟรงค์ นิโคลัส หัวหน้าฝ่ายจำลองสถานการณ์และเครื่องมือของแอร์บัส เฮลิคอปเตอร์ส์ อธิบาย “แบบจำลองเฉพาะนี้สามารถปรับให้เข้ากับเป้าหมายการวิเคราะห์ของเรา และนำไปใช้ในการออกแบบระบบ การตรวจสอบความถูกต้องของระบบควบคุม การจำลองสถานการณ์ และแท่นทดสอบได้”
Adapting to customer needs
โครงการเปรียบเทียบประสิทธิภาพนี้ทำให้ Airbus Helicopters สามารถสร้างแบบจำลองเชิงทำนายและตรวจสอบความถูกต้องโดยการเปรียบเทียบผลการจำลองและการทดสอบ
“วิธีการใหม่นี้ถูกนำมาใช้กับแนวคิดนวัตกรรมใหม่ๆ ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ และช่วยให้เราลดขั้นตอนการออกแบบระบบเชื้อเพลิงลงได้ 12 เดือน และขั้นตอนบูรณาการลงได้ 9 เดือน” แฟรงค์ นิโคลัส กล่าว “หลังจากการทำงานร่วมกันเป็นเวลา 3 เดือนกับทีมวิศวกรรมและที่ปรึกษาของ Simcenter ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อกำหนดวิธีการแบบเรียลไทม์แบบทีละขั้นตอนเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพตามที่ต้องการ ผู้เชี่ยวชาญด้านการจำลองเชื้อเพลิงจึงเชื่อมั่นในสิ่งนี้ และได้ตัดสินใจที่จะขยายวิธีการนี้ไปยังแบบจำลองเชื้อเพลิงแบบเรียลไทม์ทั้งหมด”
โครงการนี้ส่งผลให้แอร์บัส เฮลิคอปเตอร์ส์ค้นพบโอกาสใหม่ๆ ในการปรับปรุงกระบวนการจำลอง เนื่องจากแบบจำลองเดิมถูกนำมาใช้ซ้ำและปรับปรุงตลอดวงจรการออกแบบ ผู้เชี่ยวชาญด้านการพัฒนาจึงไม่เพียงแต่ให้ความสนใจกับประสิทธิภาพของระบบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิธีที่ระบบมีปฏิสัมพันธ์กับระบบอื่นๆ ด้วย ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถประเมินประสิทธิภาพของระบบภายใต้เงื่อนไขและโหมดการทำงานที่แตกต่างกัน รวมถึงคาดการณ์พฤติกรรมที่ไม่พึงประสงค์ในระบบก่อนที่จะนำไปติดตั้งในเฮลิคอปเตอร์
“การสามารถคาดการณ์ปัญหาได้ถือเป็นปัจจัยสำคัญในการลดต้นทุนและความเสี่ยง” นิโคลัส ดามิอานี ผู้เชี่ยวชาญด้านการจำลองสถานการณ์ประจำแผนกจำลองสถานการณ์ของฝ่ายวิศวกรรม ประจำศูนย์วิจัยและพัฒนาแอร์บัส เฮลิคอปเตอร์ กล่าว “วิธีการนี้ช่วยให้เราสามารถควบคุมวงจรการพัฒนาและระยะเวลาการส่งมอบ รวมถึงลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมการพัฒนาเชื้อเพลิงและการบูรณาการที่เรามักเผชิญในโครงการดังกล่าว”
Airbus Helicopters กำลังศึกษาความเป็นไปได้ในการขยายกระบวนการนี้ไปยังระบบอื่นๆ และแนวทางนี้กำลังดึงดูดความสนใจจากหน่วยงานอื่นๆ ของ Airbus
“การใช้ Simcenter Amesim เป็นส่วนหนึ่งของแนวทางวิศวกรรมระบบที่ใช้แบบจำลองและการจำลองแบบที่ครอบคลุมมากขึ้น ซึ่งมุ่งเป้าไปที่การตรวจจับข้อผิดพลาดด้านข้อกำหนดและการออกแบบตั้งแต่เนิ่นๆ ของวงจรการออกแบบ” Pascal Paper หัวหน้าฝ่ายวิธีการและเครื่องมือวิศวกรรมระบบที่ใช้แบบจำลอง (MBSE) ของ Airbus Helicopters กล่าว “วิศวกรรมระบบที่ใช้แบบจำลองเป็นปัจจัยสำคัญที่เอื้อต่อการตรวจสอบข้อกำหนด การใช้ประโยชน์จากความรู้ และความร่วมมือแบบสหวิทยาการภายในหน่วยงานต่างๆ ของ Airbus”
