インダストリアル デザイン / IndusTrIAl dEsIgn Article by Pissanuwat Keowamrat References: www.icas.org, www.plm.automation.siemens.com コンピューター援用エンジニアリング、 航空機の性能向上を後押し 世界では、 昨今の航空機事故により、 航空産業に対する疑問の声が上がっています。 ここ数ヶ月間に発生した航空機事故により、 一部の人々は航空機 の利用へ恐怖を覚えており、 これは、 航空産業が大きく成長しているアジア・太平洋地域において特に顕著です。 しかし、 国際航空運送協会(IATA)が昨 年末に発表したデータによると、 アジア・太平洋地域における2014年1月から9月にかけての航空機事故の発生率は、 100万便につき2.2回となって おり、 航空機移動は、 依然として安全で信頼性の高い移動手段となっています。 本記事では、 最新のコンピュータ援用エンジニアリング(CAE)が、 いか に現代の航空機に利益をもたらし、 乗客の安全確保に貢献するかについて考察します。 CAEは、 EDA(電子機器、 半導体など電子系の設計作業を自動化し支援 するためのソフトウェア、 ハードウェアおよび手法の総称)産業において 広く使用されている言葉で、 コンピュータを用いた製品やプロセスの設 航空機メーカーは、現在では、CAEを通し航空機の軽量化を行う事が 出来ると同時に、乗客の快適性や安全性を向上する事が出来ます。 エン ジニアは、CAEを通し、応力、 メカニズムや脆弱性のシュミレーションな 計、 分析や製造を意味します。 CAEには、 コンピュータを用いて製図やモ ど、構造モデルへより速やかに対応する事が出来ます。 また、 パラメータ 製造工程の管理を行うコンピュータ支援製造(CAM)の２つがあります。 事が出来ます。 航空機メーカーや航空機部品のサプライヤーは、 CAEを デリングを行うコンピュータ支援設計(CAD)と、 コンピュータを用いて 航空機設計におけるCAE 化されたCAEにより、 効率的で速やかに異なる構造の計算・評価を行う 通し、従来型の手動による設計と比較し、設計プロセスを最大100倍短 縮する事が出来ます。 世界で航空機の設計がスタートした当初は、 設計者は一般的に、 解析理 新しい航空機の設計には、 何千ものエンジニア、 及び最大で100万種類の た。 航空物理学、 航空力学、 熱膨張・収縮が航空機エンジンへ及ぼす影響 所における設計前の最初のコンセプトから、 航空機部品製造メーカーが単 論を駆使し様々な工学計算を行い、 その後多くのテストを行っていまし や着陸装置の力学などは全て、 計算、 テストやエラーに基づき決定されな ければなりませんでした。 しかし、 これらの計算には、 非常に多くの労働力 や時間を要しました。 26 Asia Pacific Plant Management 製図が関わっています。 これらのエンジニアは現在、 CADを通し、 設計事務 純部品や非常に高度な部品の製造に使用するNC機械の詳細なプログラ ミングに至るまで、 製品の全工程に対応する事が出来ます。 現代のCAEにおける別の主要なツールは、 ナレッジベーストエンジニア 例えば、 シーメンスが提供するNX™ CAEは、 従来型のCAEツールに見 リング(KBE)です。KBEには、 より多くの知識が組み込まれており、 これ られる手動プロセスと比較し、100倍近く高速なシュミレーションプロ スなCAD + KBE パッケージが実現し、 これは、 より多くの共通利益を ンジン、 ドライブシャフトや他の回転機械の性能のシュミレーション)、 熱 金、 加工済み部品、 複合材料、 パイプ、 チューブや電力など、 航空機のあら 為のラミネート複合材の動的シュミレーションなどを行う事が出来ます。 らの知識を配列したものがCADに組み込まれます。 その結果、 シームレ 生み出すと同時に、 工程品質の向上に貢献します。 このパッケージは、 板 ゆる製品・部品群に対応します。 現代の航空機製造におけるシュミレーション 民間航空機は今日、高効率なジェット推進システムや、非常に強い静電 気や動荷重に耐える事が出来る高度な軽量材料により製造された機体 を導入しています。 それゆえ、 ますます複雑化する航空機関連製品の性 能分析には、 従来型の繫がっていないCAEツールでは対応出来なくなっ ています。 現在では、 CAEの新しいシュミレーション環境が開発されてお り、 航空産業においても、 航空機関連製品の生産初期段階におけるテス トや分析に導入されています。 これらのテストを通し、 手動計算では不可 セスを可能にします。NX™ CAEでは、環境シュミレーション(航空機エ 分析、 フロー分析、 モーション分析(着陸装置の性能分析)や振動要因の 結論 航空産業による航空機需要の増加により、 航空機メーカーは、 航空機の 納期を早めなければならないでしょう。 しかし、 リードタイムの短縮により、 最終組立て段階、 及びコンポーネント段階の両方において、 製造ミスが発 生する可能性が高まります。 航空宇宙産業は、 初期の設計前段階において 高度なCAEシステムを導入する事で、 航空機が製造される前に、 分析者の 精度、 効率性や柔軟性を向上させ、 軽量、 快適で安全な航空機をシュミレ ーションする為の新しい方法やアプローチを得る事が出来ます。 能なより複雑なシナリオを分析する事が出来ます。 Computer - Aided Engineering and Aircraft Performance The recent air disasters in the world have raised questions about the aviation industry. A few airplane accidents happened in last few months would scare some people, especially in Asia Pacific; the region that has witnessed high growth of airline industry. However, the figures released by the International Air Transport Association (IATA) late last year showed that the accident rate in Asia-Pacific in the first nine months of 2014 was 2.2 per million flight segments, which would make the air travel looks pretty safe and reliable. This article will focus on how modern aircraft will benefit from the latest developments in Computer - Aided Engineering (CAE) and how such systems contribute to passenger safety. CAE is a broad term used by the electronic design automation (EDA) industry for the use of computers to design, analyze, and manufacture products and processes. CAE includes CAD (computer-aided design) - the use of a computer for drafting and modeling designs, and CAM (computer-aided manufacturing) - the use of computers for managing manufacturing processes. CAE and Aircraft Design In the early days of aircraft design, designers generally used analytical theory to do the various engineering calculations and a lot of experimentation followed. The physics of flight, aerodynamics of the aircraft, thermal expansion and contraction effects on the engine, and the dynamics of the landing gear, all had to be determined through calculations, trial and error. These calculations were labor intensive and time consuming. February - March 2015 27 インダストリアル デザイン / IndusTrIAl dEsIgn Aircraft manufacturers now use CAE programs to aid in weight reduction of aircraft and to increase the comfort and safety of the passengers. CAE helps engineers to deal with structural modeling; including stress, mechanism and vulnerability simulations at a faster rate. The highly parameterized structure of CAE allows engineers to calculate and assess different structures with efficiency and speed. CAE allows manufacturers and part suppliers to shorten the design process by up to 100 times faster than the traditional manual method. In the design of new aircraft, there are thousands of engineers and up to a million of drawings involved in the process. CAD technology now enables these people to support a complete product process from the first pre-design concepts in the design office to the detailed programming of the numerical controlled machine for the manufacturing of the basic to highly sophisticated parts. Another key tool in modern CAE is Knowledge Based Engineering or KBE applications where embedding more knowledge and managing this knowledge in configuration are embedded into the CAD system, and hence creating a seamless CAD + KBE package, delivers more and more collective benefit, and contributes to industrial processes quality. This package can be envisaged for all product/ part families of an aircraft, such as: sheet metal, machined parts, composites, piping, tubing, and electricity. Modern Simulation for Aerospace Today’s commercial aircraft are characterized by highly efficient jet propulsion systems and airframes comprised 28 Asia Pacific Plant Management of advanced lightweight materials capable of withstanding extremely high static and dynamic loads. Traditional, disconnected CAE tools are not sufficient to analyze the performance of increasingly complex products. A modern simulation environment has been developed and introduced to the aerospace industry to conduct tests and analysis at an earlier stage of production. These tests are able to analyze more complex scenarios that cannot be tested with manual calculations. For example, the NX™ CAE from Siemens can speed up the simulation processes - as much as 100 times faster than the manual processes found in traditional CAE tools. Its capabilities include environment simulation (the performance of aircraft engines, drive shafts and other rotating machinery), thermal and flow analysis, motion analysis (landing gear performance) and laminate composite dynamic simulation for a vibration event, etc. Conclusion The higher demand from airline industry will push the aircraft manufacturers for faster delivery. On the other hand, the shorter lead time could bring up higher chance for manufacturing errors both at the final aircraft assembly and at the component levels. Luckily, the use of advanced CAE systems in the early pre-design will help the aerospace industry to find new methods and approaches to improve accuracy, efficiency and flexibility of the analyst and simulation of these lighter, more comfortable and safer aircrafts before they are even manufactured. Enquiry No. 92 • 104 Please turn to page 73
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