ENTORNO DE SUMULACIÓN.

Un entorno de simulación para la simulación de un sistema o subsistema físico,

comprendiendo el entorno: una pluralidad de elementos (12), pudiendo disponerse los elementos (12) para formar cualquiera de una pluralidad de objetos de componentes u objetos de subcomponentes (14); en el que, dichos objetos de componentes o subcomponentes (14) se pueden ensamblar para formar al menos un objeto ensamblado (16) que comprende al menos parte de dicho sistema o subsistema (18); y en el que, cada elemento (12) está provisto con reglas de conectividad, gobernando dichas reglas de conectividad la interconexión de dichos elementos (12) para formar dichos objetos de componentes o subcomponentes (14); caracterizado porque: cada elemento (12) lleva datos de geometría y malla asociados que se pueden redefinir que comprenden los datos geométricos y matemáticos requeridos para la representación geométrica y matemática del elemento (12); y dichos datos de malla para un elemento particular (12) se incorporan automáticamente en cada objeto de componente o subcomponente completado (14) que incluya dicho elemento particular (12)

La presente invención se refiere a un entorno de simulación y, en particular, a un entorno de simulación adecuado para la simulación de sistemas y/o subsistemas físicos que incluyen maquinarias y motores rotativos, tales como los usados en las industrias aeroespaciales, de automoción y de generación de energía.

Los desarrolladores de maquinarias y motores rotativos para las industrias de generación de energía, 5 aeroespacial, de transporte, de automoción y similares están sometidos a una presión creciente para que tengan en cuenta los problemas medioambientales en el diseño de nuevos productos. Las organizaciones de gobierno mundiales crecientemente requieren que se tengan en cuenta las preocupaciones medioambientales tales como los problemas de calentamiento global y de las energías renovables durante los procesos de desarrollo, para producir soluciones ‘más verdes' con emisiones reducidas, consumo de combustible mejorado, menos (pérdidas por) fricción, etc. 10

Adicionalmente, los ciclos de vida de los productos se han reducido dramáticamente (típicamente desde 48 a 24 meses), para mantenerse al día con relación a las decisiones mundiales de política económica y para cumplir las aspiraciones de los usuarios finales del producto. Por ejemplo, los vehículos y los motores se actualizan ahora dentro del ciclo de vida del producto un cierto número de veces antes de que el producto sea sustituido por un diseño completamente nuevo. Esto es para asegurar el interés del cliente en el producto a lo largo de su vida. 15

Por ello, la dirección de gestión de ingeniería está bajo una presión creciente para hallar nuevas formas de alcanzar los agresivos objetivos de desarrollo, mientras que se mejora al mismo tiempo la fiabilidad del producto y se reducen los costes.

Las técnicas de Diseño Asistido por Ordenador (CAD) y de Ingeniería Asistida por Ordenador (CAE) que involucran Análisis de Elementos Finitos (FEA) y análisis de Mecánica de Fluidos Computacional (CFD), se han utilizado 20 durante largo tiempo para ayudar a reducir los ciclos de desarrollo permitiendo a los ingenieros y diseñadores simular los productos y analizar su rendimiento antes de que se fabriquen y ensayen los prototipos. Sin embargo, actualmente la vía de los CAD-CAE ha fallado en la consecución de su potencial, principalmente debido a que las herramientas de CAD-CAE actualmente disponibles no encapsulan completamente la finalidad y la metodología del diseño. Un ejemplo de un sistema CAD para producir mallas para su uso en análisis se desvela en el documento US 2001/148145 de Chen, Yifan 25 y col. que desvela un sistema de simulación que tiene una pluralidad de elementos que pueden disponerse para formar una pluralidad de polígonos en el que los polígonos se ensamblan para formar al menos un objeto sólido y en el que los polígonos tienen reglas de conectividad que controlan la interconexión de los objetos para formar el objeto sólido. Sin embargo el tiempo necesario para combinar el sistema y para recombinarlo si se hacen cambios geométricos es considerable. 30

Los problemas con tales herramientas son particularmente evidentes cuando se aplican CAD y FEA a estructuras de gran escala tales como, por ejemplo, culatas y bloques de cilindros de motor, en los que se requiere una buena calidad de la malla hexaédrica con el fin de su análisis.

Para tales simulaciones complejas, de gran escala, solamente la combinación puede llevar varias semanas o incluso meses. Por ello, las vías de análisis de diseño CAD-CAE actualmente disponibles pueden, en el mejor de los 35 casos, captar una oportunidad de análisis dentro de las escalas de tiempo impuestas por los agresivos ciclos de desarrollo. Por lo tanto, no se puede emprender una optimización estructural significativa y los cambios decididos después de que se haya comenzado la combinación no se pueden incorporar en el análisis. Estos problemas se agravan además por las frecuentes dificultades en la convergencia de un modelo particular con una solución adecuada, y los problemas de una mala geometría de CAD y la necesidad de reparaciones posteriores. 40

Otro problema asociado con los productos CAD-CAE actuales es la falta de integración. Los diseñadores tienden a utilizar herramientas de CAD dedicadas, mientras que los analistas usan aplicaciones de análisis FEA o CFD. Esto conduce a la necesidad de comunicación entre los productos usando un traductor de CAD o similar.

La presente invención busca proporcionar un entorno de simulación mejorado, que mitigue al menos algunos de los problemas anteriores. 45

De acuerdo con un primer aspecto de la invención se proporciona un entorno de simulación tal como se reivindica en la reivindicación 1.

El entorno de simulación puede incluir preferentemente cualquiera de las características enumeradas en las reivindicaciones dependientes.

Preferentemente la malla incorporada en el objeto del componente o subcomponente es sustancialmente 50 continua y un atributo o parte de un modelo sólido. El modelo sólido puede ser un objeto ensamblado a partir de otros objetos, por ejemplo, un objeto componente, un objeto sistema o un objeto subsistema.

La invención se describirá ahora solamente a modo de ejemplo con referencia a las figuras adjuntas en las que:

la figura 1 es un diagrama de bloques esquemático simplificado que ilustra un entorno de simulación de acuerdo con la invención;

la figura 2 es un diagrama que ilustra la interconexión de una pluralidad de objetos finitos en 2D.

la figura 3 es un diagrama que muestra un objeto en 3D formado a partir de una pluralidad de objetos finitos en 5 2D;

la figura 4(a) es una tabla de atributos geométricos para un objeto;

la figura 4(b) es una tabla de atributos materiales/físicos para un objeto;

la figura 4(c) es una tabla de atributos derivados para un objeto;

la figura 4(d) es una tabla de atributos de líquidos/fluidos para un objeto tribológico; 10

la figura 5 es un diagrama que ilustra el ensamblado de un objeto de eje de chaveta a partir de una pluralidad de objetos finitos;

la figura 6 es un diagrama que ilustra el ensamblado de un objeto de cigüeñal ensamblado a partir de una pluralidad de objetos menos complejos;

la figura 7 es un diagrama que ilustra el ensamblado del objeto de cigüeñal de la figura 6, con un 15 subensamblado de un objeto de volante y con un subensamblado de un objeto de amortiguador;

la figura 8 es un diagrama que ilustra el ensamblado de un objeto de bloque de cilindros a partir de una pluralidad de objetos / ensamblados de objetos menos complejos;

la figura 9 es un diagrama que ilustra el ensamblado de un objeto de carcasa de cigüeñal a partir de una pluralidad de objetos/ensamblados de objetos menos complejos; 20

la figura 10 es un diagrama que ilustra el ensamblado de un objeto de serie de válvulas ensamblado para un motor diesel de cuatro cilindros en línea;

la figura 11 es un diagrama que ilustra el ensamblado de un bloque y objetos ensamblados de la serie de cigüeñal para el motor diesel de cuatro cilindros en línea;

la figura 12 es un diagrama que ilustra el ensamblado de un objeto de motor ensamblado a partir de una 25 pluralidad de ensamblados de objetos menos complejos para el motor diesel de cuatro cilindros en línea;

la figura 13 es un diagrama que muestra un objeto ensamblado de motor para una configuración de motor en línea de un único cilindro que incluye elementos tribológicos;

la figura 14 es un diagrama de flujo que ilustra un entorno de construcción de objetos para el ensamblado de objetos finitos en un objeto de componente; 30

la figura 15 es un diagrama de flujo que ilustra un entorno de construcción del sistema para el ensamblado de objetos de componentes ensamblados en un ensamblado de subsistema o sistema;

la figura 16 es un diagrama de bloques esquemáticos de un esquema de diseñador de motor;

la figura 17(a) y que ilustra una parte de un árbol del objeto de realizador de plantillas de objeto;

las figuras 17(b) a (d) ilustran respectivamente, una parte de: un árbol del objeto de configuración del motor; un 35 árbol del objeto de análisis del motor y un árbol del objeto de resultados del motor; formando... [Seguir leyendo]

1. Un entorno de simulación para la simulación de un sistema o subsistema físico, comprendiendo el entorno:

una pluralidad de elementos (12), pudiendo disponerse los elementos (12) para formar cualquiera de una pluralidad de objetos de componentes u objetos de subcomponentes (14);

en el que, dichos objetos de componentes o subcomponentes (14) se pueden ensamblar para formar al menos 5 un objeto ensamblado (16) que comprende al menos parte de dicho sistema o subsistema (18); y

en el que, cada elemento (12) está provisto con reglas de conectividad, gobernando dichas reglas de conectividad la interconexión de dichos elementos (12) para formar dichos objetos de componentes o subcomponentes (14);

caracterizado porque: 10

cada elemento (12) lleva datos de geometría y malla asociados que se pueden redefinir que comprenden los datos geométricos y matemáticos requeridos para la representación geométrica y matemática del elemento (12); y

dichos datos de malla para un elemento particular (12) se incorporan automáticamente en cada objeto de componente o subcomponente completado (14) que incluya dicho elemento particular (12). 15

2. Un entorno de simulación de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la modificación de los datos geométricos da como resultado automáticamente un cambio asociado en los datos de la malla.

3. Un entorno de simulación de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que las conexiones internas entre los objetos de componentes o subcomponentes (14), en los lados/superficies de conectividad, se configuran para permitir que la información geométrica y de malla se pase desde un objeto, y por ello elemento, a otro y 20 de ahí permitir que los cambios en los atributos geométricos y materiales de un objeto y/o los cambios en los elementos se propaguen automáticamente dentro de la malla a través de los objetos ensamblados.

4. Un entorno de simulación de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que dicha malla incorporada en dicho objeto de componente o subcomponente (14) es sustancialmente continua.

5. Un entorno de simulación de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que dicha malla 25 incorporada en dicho objeto de componente o subcomponente (14) es un atributo o parte del objeto de componente o subcomponente (14) o el al menos un objeto ensamblado (16).

6. Un entorno de simulación de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que los elementos (12) comprenden tanto elementos bidimensionales como tridimensionales.

7. Un entorno de simulación de acuerdo con la reivindicación 6, en el que cada uno de los al menos algunos 30 elementos tridimensionales se forman a partir de la transformación aplicada a un elemento bidimensional asociado.

8. Un entorno de simulación de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que los elementos (12) comprenden además elementos tribológicos para análisis de la fricción y/o la lubricación.

9. Un entorno de simulación de acuerdo con cualquier reivindicación precedente en el que cada componente o subcomponente (14) está provisto con una pluralidad de atributos que definen propiedades de dicho componente o 35 subcomponente.

10. Un entorno de simulación de acuerdo con la reivindicación 9 en el que dichos atributos incluyen atributos geométricos que definen las propiedades geométricas de dicho componente o subcomponente.

11. Un entorno de simulación de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10 en el que dichos atributos incluyen atributos físicos o materiales que definen las propiedades físicas o materiales de dicho componente o subcomponente. 40

12. Un entorno de simulación de acuerdo con la reivindicación 9, 10 u 11 en el que dichos atributos incluyen atributos derivados de otros atributos.