Case Study
BAR Technologies

Firma BAR Technologies wykorzystała doświadczenia zdobyte podczas projektowania jachtów regatowych America’s Cup oraz rozwiązania Siemens do opracowania Princess R35 – nowej klasy sportowego jachtu motorowego. Połączenie parametrycznego modelowania w NX, symulacji CFD w Simcenter STAR-CCM+, analiz konstrukcyjnych Simcenter Nastran i zarządzania danymi w Teamcenter umożliwiło optymalizację kadłuba i hydropłatów. W efekcie osiągnięto m.in. redukcję zużycia paliwa przy prędkościach przelotowych nawet o 30% – bez spadku prędkości maksymalnej.

Zaprojektowanie zupełnie nowej klasy jachtu

Połączenie sportowych osiągów z komfortem i łatwością prowadzenia

Zapewnienie stabilności oraz bezpieczeństwa jednostki

Zwiększenie efektywności paliwowej bez pogorszenia osiągów

Zachowanie luksusowego charakteru i jakości produktów Princess Yachts

Skoordynowanie prac kilku zespołów zaangażowanych w rozwój jachtu

Wykorzystanie NX do parametrycznego modelowania kadłuba i hydropłatów

Automatyzacja generowania wariantów geometrii za pomocą skryptów NX

Zastosowanie Simcenter STAR-CCM+ do prowadzenia zaawansowanych analiz CFD

Wykorzystanie wyników analiz CFD oraz sieci neuronowych do optymalizacji konstrukcji

Zastosowanie Simcenter Nastran do analiz konstrukcyjnych

Wykorzystanie Teamcenter do zarządzania danymi i współpracy pomiędzy zespołami

Równoległe prowadzenie optymalizacji, projektowania szczegółowego i prac konstrukcyjnych

Opracowanie zoptymalizowanej geometrii kadłuba i hydropłatów

Redukcja zużycia paliwa przy prędkościach przelotowych nawet o 30%

Zachowanie prędkości maksymalnej pomimo zwiększenia efektywności paliwowej

Poprawa osiągów, właściwości morskich i komfortu

Możliwość szybkiego analizowania milionów potencjalnych wariantów kadłuba

Skrócenie procesu dzięki równoległemu rozwojowi zintegrowanych zespołów

Zwiększenie dokładności produkcji dzięki precyzyjnej geometrii cyfrowej

Usprawnienie współpracy pomiędzy zespołami pracującymi w różnych lokalizacjach

BAR Technologies to brytyjska firma inżynierska specjalizująca się w projektowaniu jednostek morskich. Jej kompetencje wywodzą się m.in. z doświadczeń zdobytych przy projektowaniu jachtów startujących w America’s Cup, gdzie osiągi konstrukcji oraz tempo jej rozwoju mają kluczowe znaczenie.

Princess Yachts zwrócił się do BAR Technologies z zadaniem stworzenia zupełnie nowego produktu. Miał to być stosunkowo niewielki jacht, atrakcyjny dla konsumentów, którzy wcześniej nie rozważali zakupu łodzi. Jednostka miała być ekscytująca, a jednocześnie łatwa w prowadzeniu – stanowiąc w pewnym sensie wodny odpowiednik supersamochodu sportowego.

Jednocześnie należało zachować luksusowy charakter i jakość wykonania kojarzone z Princess Yachts

Podstawą procesu projektowego BAR Technologies było zintegrowane środowisko wirtualne wykorzystujące rozwiązania Siemens.

Obejmowało ono:

Designcenter NX – do projektowania produktu i parametrycznego modelowania geometrii,

Simcenter:

• Simcenter STAR-CCM+ – do obliczeniowej mechaniki płynów (CFD),
• Simcenter Nastran – do analiz konstrukcyjnych,

Teamcenter – do zarządzania danymi i ich wymiany pomiędzy zespołami.

Takie połączenie pozwoliło wykorzystać modele cyfrowe nie tylko do odwzorowania gotowej koncepcji, ale przede wszystkim jako podstawę procesu poszukiwania optymalnych rozwiązań projektowych.

Szczególnie istotne znaczenie miała możliwość automatycznego generowania kolejnych wariantów geometrii w NX oraz poddawania ich analizom CFD. Dzięki temu symulacja stała się integralną częścią procesu projektowania i optymalizacji konstrukcji.

Jednym z najważniejszych wyróżników Princess R35 stało się wykorzystanie hydropłatów.

W jachtach regatowych America’s Cup służą one przede wszystkim do unoszenia kadłuba ponad powierzchnię wody. W R35 BAR Technologies zastosował inne podejście. Hydropłaty współpracują ze specjalnie zaprojektowaną geometrią kadłuba i przejmują część wyporności jednostki.

Ich położenie jest ponadto automatycznie regulowane w celu aktywnej kontroli przechyłu bocznego i wzdłużnego. Pozwala to poprawić właściwości morskie jednostki oraz ograniczyć zużycie paliwa.

Rozwiązanie miało więc nie tylko zwiększać osiągi. Jego zadaniem było również zapewnienie komfortu i ułatwienie wykorzystania możliwości jachtu osobom bez doświadczenia charakterystycznego dla użytkowników jednostek wyczynowych.

BAR Technologies wykorzystał doświadczenie zdobyte podczas projektowania jachtów regatowych do stworzenia zautomatyzowanego procesu optymalizacji. Geometria kadłuba i hydropłatów została sparametryzowana w NX. Następnie za pomocą skryptów automatycznie generowano kolejne konfiguracje.

W praktyce oznaczało to zastąpienie tradycyjnego podejścia, w którym konstruktor przygotowuje i sprawdza ograniczoną liczbę wariantów, procesem pozwalającym systematycznie eksplorować znacznie większą przestrzeń projektową.

Możliwość automatycznego wygenerowania tysięcy geometrii nie rozwiązywała sama z siebie problemu optymalizacji. Każdy wariant należało jeszcze ocenić pod kątem jego właściwości hydrodynamicznych. Firma BAR Technologies wykorzystała w tym celu szczegółowe symulacje Simcenter STAR-CCM+. Wyniki analiz CFD trafiały następnie do opracowanych przez firmę metod optymalizacji wykorzystujących sieci neuronowe. Połączenie parametrycznego modelowania, automatycznych symulacji CFD i metod opartych na sztucznej inteligencji pozwoliło znacznie poszerzyć zakres i zwiększyć skalę analiz. W efekcie decyzje dotyczące ostatecznej geometrii mogły być podejmowane na podstawie znacznie większej liczby danych symulacyjnych niż w tradycyjnym procesie projektowym.

Projekt Princess R35 wymagał ścisłej współpracy kilku zespołów. Za stylistykę zewnętrzną odpowiadało włoskie studio Pininfarina, które przygotowało powierzchnie następnie parametryzowane przez BAR Technologies w NX. Firma Princess Yachts – również korzytająca z NX – odpowiadała m.in. za projekt systemów wewnętrznych. BAR Technologies prowadził natomiast m.in. prace konstrukcyjne z wykorzystaniem Simcenter Nastran. Wymianą danych pomiędzy Princess Yachts i BAR Technologies zarządzano za pomocą Teamcenter. Miało to szczególne znaczenie ze względu na konieczność połączenia złożonych systemów mechanicznych i elektrycznych, w tym hydropłatów oraz ich układów sterowania.

Aby pozostawić jak najwięcej czasu na optymalizację kadłuba, BAR Technologies prowadził projektowanie konstrukcji i prace szczegółowe równolegle z procesem optymalizacji. Parametryczne możliwości NX pozwalały aktualizować główne złożenia na podstawie najnowszej zoptymalizowanej geometrii nawet na późnych etapach procesu. Powiązane elementy projektu oraz dokumentacja były przy tym automatycznie aktualizowane. Pozwalało to dłużej rozwijać i doskonalić kluczową geometrię jednostki bez konieczności wstrzymywania procesu na wczesnym etapie tylko po to, aby można było rozpocząć prace nad pozostałymi elementami.

Jednym z najważniejszych rezultatów optymalizacji była redukcja zużycia paliwa przez jacht Princess R35. Spalanie zredukowano przy prędkościach przelotowych nawet o 30%. Jednocześnie nie nastąpiło pogorszenie prędkości maksymalnej. Aktywnie sterowane hydropłaty poprawiły również właściwości morskie jednostki. Użytkownik może wybrać tryb sportowy lub komfortowy i w ten sposób dostosować zachowanie jachtu do warunków oraz własnych preferencji.

Połączenie NX, Simcenter STAR-CCM+ i metod wykorzystujących sieci neuronowe umożliwiło BAR Technologies bardzo szybkie przewidywanie właściwości milionów potencjalnych wariantów kadłuba. Pozwoliło to znacznie szerzej eksplorować przestrzeń projektową i wybrać rozwiązanie zapewniające odpowiedni kompromis pomiędzy osiągami, efektywnością, stabilnością i komfortem.

Teamcenter umożliwił zarządzanie wymianą danych pomiędzy BAR Technologies i Princess Yachts, podczas gdy wspólne wykorzystanie NX ułatwiało pracę na spójnej geometrii. Miało to znaczenie w projekcie, w którym równolegle rozwijano konstrukcję, stylistykę, systemy wewnętrzne, hydropłaty i ich układy sterowania.

Cały projekt – od opracowania koncepcji, przez wykonanie i testy prototypu, po premierę Princess R35 w Cannes we wrześniu 2018 roku – zrealizowano w ciągu 18 miesięcy. Było to szczególnie istotne ze względu na innowacyjny charakter jednostki. R35 był pierwszym od długiego czasu niewielkim jachtem Princess, pierwszym modelem firmy wykorzystującym technologię hydropłatów oraz pierwszą jednostką Princess wykonaną w całości z włókna węglowego.

Case study BAR Technologies pokazuje, że największe korzyści z cyfryzacji procesu projektowego nie wynikają wyłącznie z zastosowania pojedynczego programu CAD lub solvera CFD. Kluczowe znaczenie ma połączenie narzędzi w jeden proces.

W przypadku Princess R35 parametryczny model NX stanowił punkt wyjścia dla automatycznie generowanych wariantów konstrukcji. Simcenter STAR-CCM+ umożliwiał ocenę ich właściwości hydrodynamicznych, a wyniki symulacji zasilały proces optymalizacji wykorzystujący sieci neuronowe. Simcenter Nastran wspierał analizy konstrukcyjne, natomiast Teamcenter zapewniał przepływ danych pomiędzy uczestnikami projektu.

Takie podejście umożliwiło prowadzenie optymalizacji równolegle z innymi pracami konstrukcyjnymi i aktualizowanie projektu na podstawie kolejnych wyników praktycznie do późnych etapów jego rozwoju.

Projekt Princess R35 pokazuje, jak technologie rozwijane na potrzeby sportu wyczynowego można wykorzystać w projektowaniu jednostek rekreacyjnych.

Zastosowanie rozwiązań Siemens pozwoliło BAR Technologies:

automatycznie generować tysiące wariantów geometrii kadłuba i hydropłatów,

wykorzystać zaawansowane symulacje CFD do optymalizacji konstrukcji,

połączyć wyniki CFD z metodami opartymi na sieciach neuronowych,

analizować właściwości milionów potencjalnych wariantów kadłuba,

prowadzić projektowanie szczegółowe równolegle z optymalizacją,

usprawnić współpracę zespołów za pomocą Teamcenter,

zwiększyć dokładność procesu produkcyjnego dzięki precyzyjnej geometrii,

poprawić osiągi, właściwości morskie oraz komfort jachtu,

ograniczyć zużycie paliwa przy prędkości przelotowej nawet o 30% bez pogorszenia prędkości maksymalnej.

Projekt został przeprowadzony w ciągu 18 miesięcy od koncepcji do premiery. Przykład BAR Technologies pokazuje tym samym, jak integracja CAD, CAE, automatyzacji, optymalizacji i PLM może zmienić symulację z narzędzia służącego do weryfikacji gotowego projektu w aktywny element procesu poszukiwania optymalnej konstrukcji.