云上的快速流体模拟

由Ansys Advantage Staff提供

马自达汽车公司通过结合基于模型的计算机辅助工程(CAE)高效地开发车辆。东洋先进技术公司(Toyo Advanced Technologies)是马自达(Mazda)的子公司，为自动变速箱设计、制造和供应油泵，这些油泵安装在装有马自达SKYACTIV技术的汽车上，可以提高燃油效率和发动机输出。该公司还生产燃料导轨，将燃料输送到发动机的每个气缸。为了在全球竞争日益激烈的汽车零部件行业中生存，必须迅速开发出高性能产品，以满足客户的时间表和要求。为了快速、经济地进行分析，东洋先进技术公司的工程师通过基于模型的CAE的云服务使用Ansys Fluent，而不是在自己的设施中安装高性能计算(HPC)系统。

如果是油泵，排量、尺寸等技术要求由客户提出。工程师根据技术要求估计零件的形状和尺寸，以实现客户的目标。根据Matsuda的说法，如果涉及到协同效应或相互作用，工程师就不擅长这种面向目标的估计。

Matsuda说:“工程师们擅长的是通过简单的计算来临时确定泵的形状，然后对其进行测试，然后根据结果重复这些步骤，直到满足客户的规格。”“这个过程非常简单，但并不能让客户满意。只有一个正确的、面向目标的估计才能得出最佳解决方案。CAE可以代替工程师进行这种估计。这是CAE的好处之一。”

作为协同效应或相互作用的一个例子，来自东洋汽车零部件开发部的Tetsuya Okimoto引用了液压。他说:“泵产生的液压脉动取决于流体力学因素，如泵的规格、液压供应目的地的形状和体积。”然而，由于脉动包括这些不同变量的相互作用，计算公式是复杂的。“因此，计算这种脉动的唯一方法是CAE，”Okimoto说。“我们成功地使用Ansys Fluent进行了计算。”

与客户保持同步

2012年，东洋先进技术公司决定将CAE用于单相流体流动和带空化的多相流，以缩短开发时间。2017年夏天，公司引进Fluent，进一步提高泵的开发效率。汽车零部件工程部用Fluent取代了传统的分析工具，以利用其高精度的泵分析模型和公司备受赞誉的技术支持。Okimoto说:“我们读到另一家公司关于泵的报告，说使用了Ansys开发工具，所以我们联系了Ansys进行基准测试。“基准测试中的模拟与实际数据非常接近，Ansys的技术支持服务水平非常高，因此我们决定实施该软件。”

“毫无疑问，CAE是必要的。没有CAE，我们无法满足客户快速增长的需求。”
——东洋先进技术公司Mitsunobu Matsuda

云速度分析，降低成本

在实现后，Toyo Advanced Technologies在内部PC上运行了一段时间Ansys Fluent。

虽然他们对Ansys Fluent的分析精度感到满意，但即使在24核的计算机上，泵流体分析有时也需要三天。

“这不仅仅是计算结果的准确性。谁愿意使用需要三天处理的软件呢?Matsuda问道。“因此，我们寻找解决这个问题的方法，并找到了云服务。”

该公司从2018年初开始使用Rescale Japan的云高性能计算服务，以提高分析速度。

在确认Fluent将用于该服务之后，从批准服务实施的预算到该服务可用大约花了两周时间。东洋先进技术公司通过Rescale Japan开始使用128核，以及其内部的24核PC。这成功地将分析时间从3天减少到1天，缩短了66%。下载分析结果需要30-60分钟，但使用云服务远比在内部安装HPC服务器更具成本效益。

减少开发时间和原型

汽车零部件工程部的目标是在三个月内开发出满足客户要求的泵。理想情况下，这包括三周的概念设计粗略结构，两周的详细设计实际部件的形状和大小，大约一个月的原型，两到三周的确认原型符合要求。然而，过去仅仅是概念设计就需要6到7周的时间，这造成了瓶颈。在云HPC服务上运行Fluent成功地将概念设计时间缩短到三周的窗口。

流畅的模拟还减少了在每个开发阶段创建的原型的数量。在泵设计的零件开发阶段，东洋先进技术通过模拟将原型的数量和成本减少了多达三分之一。鉴于这样的结果，员工们现在说:“为什么要做原型?我们有CAE。”

Matsuda正在考虑进一步提高分析精度，以便将Ansys Fluent用于新产品开发。这将涉及在概念设计阶段确定基本泵结构的方向和优化其形状。然后，在详细设计阶段，他想估计一个优化形状的性能。

“我们希望成为把解决客户问题放在首位的供应商，”Matsuda说。“作为一名工程师，最快乐的事情就是每当客户遇到问题时，第一个去找他们。”