دور اللكس في تطوير مكونات المركبات الكهربائية

مقدمة: العمود الفقري الرقمي لهندسة المركبات الكهربائية

ويمثل الانتقال العالمي إلى المركبات الكهربائية أحد أكثر التحديات الهندسية تعقيدا في التاريخ الحديث، إذ يجب على صناع السيارات والموردين أن يتقنوا في نفس الوقت النطاق والسلامة والتكلفة والقابلية للتصنيع، مع الضغط على الأطر الزمنية للتنمية، وفي مركز هذا التحول سيمينز نكس، وهو برنامج شامل لهندسة المنتجات أصبح أداة موحدة لتصميم مكونات EV وحفزها وصنعها.

Understanding Siemens NX and Its Position in the EV Ecosystem

NX, developed by Siemens Digital Industries Software, is an integrated suite of computer-aided design (CAD), computer-aided manufacturing (CAM), and computer-aided engineering (CAE) - contrast general 3D modeling software, NX is purpose-built for the development of complexميكانيكي and electrical systems. It offers a unified environment where engineering teams can manage the entire product life cycle, from conceptual design.

في صناعة الأشعة السينية، يتنافس الـ(نكس) مع أدوات مثل (كاشيا) و(كروو) و(سوليدو) و(سولاند ووركس) ويكملها، غير أن دمجه العميق مع حافظة (سيمينز) للمتصفح الأوسع نطاقاً، بما في ذلك مركز الفرز الخاص بإدارة دورة حياة المنتج و(مؤقت) للمحاكاة المتقدمة، يعطيها ميزة مميزة للمنظمات التي تحتاج إلى الاستمرارية الرقمية النهائية.

ويعتمد العديد من المورِّدين الرئيسيين لأجهزة السيارات والطور 1 على الـ NX لبرامجهم الخاصة بالمركبات الإلكترونية. Siemens reports] that NX is used by companies such as BMW, Tesla suppliers, and numerous Chinese EV startups to develop components ranging from inverter housings to high-voltage cable routings.

القدرات الأساسية للشركة الوطنية للتكسين التي تؤثر مباشرة على تطوير عنصر EV

وتجلب شركة نكس مجموعة من القدرات التي تعالج المطالب الفريدة لهندسة الأشعة السينية، وتشمل هذه القدرات التكنولوجيا المتزامنة لتغييرات التصميم السريع، والتصنيف الأمثل لأصول هياكل الوزن الخفيف، ووضع نماذج متجانسة للعمل مع البيانات المتناقلة، وتهيئة بيئة متكاملة تماماً للمحاكاة، وتؤدي كل من هذه القدرات دوراً محدداً في التغلب على العقبات المرتبطة بتطوير عنصر EV.

تكنولوجيا التصاميم

يمكن أن يصبح النموذج المظلي التقليدي متشدداً عندما تتطور التصميمات بسرعة، تكنولوجيا تزامن الـ (إنكس) تسمح للمهندسين بتعديل الهندسة دون أن يقيدوا بالتاريخ الأصلي للعلامات، و بالنسبة لضميمة البطارية الإلكترونية، مثلاً، يمكن للمصمم أن يحرك حائط قناة التبريد، أو يعاد تشكيل رئيس متحرك، أو يضبط سطحاً مُحكماً بمجرد اختيار الهندسة وسحبها إلى برنامج جديد.

تحقيق الاستخدام الأمثل للحد من الوزن

ويمثل الحد من الوزن إحدى الأولويات العليا في تصميم المركبات الإلكترونية لأن كل كيلوغرام يمتد مباشرة إلى نطاق القيادة، ويشمل الأشعة غير المكسورة أدوات متقدمة لتحقيق الترميز في الطبقات العليا تسمح للمهندسين بتحديد مكان للتصميم، وتطبيق الحمولات والقيود، والسماح للبرمجيات بتوليد هيكل فعال ماديا، وبالنسبة للسكن المزود بمحركات كهربائية، يمكن أن تزيل المبيدات السائلة من المناطق المنخفضة، بينما تعزز المناطق المحيطة بمقاعد العزلة وتركيب المتحركة التقليدية.

Convergent Modeling for Additive and Cast components

قدرة نكس على وضع النماذج المتجانسة تمكن المهندسين من العمل مباشرة مع البيانات المتناقلة من التضاريس أو المسح المغناطيسي بدلاً من تحويل البيانات المصغرة إلى أسطح معقدة سلسة، يعامل الـ(نكس) الميوش كعنصر تصميم أصلي يمكن تحريره، أو قطعه للتصنيع المضاف، أو استخدامه كمرجع لأدوات التلقيح

نظام البطاريات المتقدم للتصميم مع NX

إن نظم البطاريات هي أكثر النظم الفرعية أهمية وتعقيدا في أي نظام من أشكال المركبات، ويجب عليها إدارة الطاقة الكهربائية، والحمولات الحرارية، وحمولات التحطم الهيكلي، ومتطلبات القدرة على العمل، وكلها في إطار مجموعة محدودة تناسب هيكل المركبات، وتوفر شركة نكس مجموعة من الأدوات التي تعالج كل من هذه الجوانب.

إدماج الخلايا والنموذج

وتنتقل مجموعات البطاريات الحديثة من الخلايا إلى الترميز إلى التصاميم الأكثر تكاملاً للخلية إلى العبوة، ويتيح هذا المقياس للمهندسين إنشاء مواصفات مفصلة من 3D من الخلايا، والحافلات، ولوحات التبريد، وطبقات العزل داخل تجمع واحد، كما أن القيود على البرامجيات وأدوات إدارة التجمع تساعد على التحقق من أن أجهزة التصاميم الخاصة بالتوسع في الخلايا تحظى بالاحترام وأن أجهزة الاتصال يمكن إزالتها دون تدخل مركب.

محاكاة الإدارة الحرارية

إن الوقاية من الممر الحراري هي أهم تحد للسلامة في تصميم البطاريات، إذ تدمج شركة NX مع شركة سيمسنتر لإجراء تحليل لنقل الحرارة في مجمعات البطاريات، ويمكن للمهندسين تحفيز الزهرة المبردة عبر لوحات باردة، وتحلل درجة الحرارة عبر صفائف الخلايا، وتتوقع بؤر ساخنة تحت ظروف عالية الخطورة، وتتيح هذه القدرة على المحاكاة أفرقة تصميم لتقييم مختلف استراتيجيات التبريد.

تحليل النزاهة والطفح الجلدي

ويجب أن تتحمل الضيوف البطارية أعباء شديدة من حوادث التحطم دون تدخل إلى منطقة الخلايا، وتوفر شركة NX مذيبات واضحة يمكن أن تحفّز آثار القطب الجانبي، والاصطدامات الخلفية، والسيناريوهات التي تؤثر على الأرض، ويمكن للمهندسين أن يصمموا شكل البطاريات، وقطع الأعضاء، وسكات السكك الحديدية كهيكل متكامل، وأن يحللوا خصائص الامتزاز في الطاقة من مختلف أنواع القارات الصلبة(100).

وحدة النقل الكهربائي والقيادة

ويطرح المحرك الكهربائي، واللافقار، وجمعية أجهزة التروس، التي كثيرا ما تسمى " e-axle " ، مجموعة من التحديات الهندسية الخاصة بها.

المحاكاة المشتركة للكهرباء الحرارية

ويمكن للشركة الوطنية للتكسين، إلى جانب جهاز " سيمسنتر " ، أن تُحاكي الفيزياء المتعددة التي يُحدثها الأزواج من حيث التأثيرات الكهرومغناطيسية والحرارية، ويمكن لمصممي الخرائط أن يقيِّموا كيف تُحدِّد أنماط الرياح المختلفة، ودرجات المغناطيس، وكميات المحركات، وكميات المحركات، من حيث تُحدِّد المواد الحرارية، ثم يُبيِّدُ كيف تُ الخسائر في الحرارة، إلى ارتفاع حرارة، وتُ تُتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَت

تحليل البنية التحتية في السرعة العالية

وتدور المحركات الحديثة ذات الترددات الكهربائية بصورة روتينية بسرعات تتجاوز 000 15 إلى 000 20 ريم، وفي هذه السرعة، فإن قوى الطرد المركزي على السلاسل والمغنطسات الدوارة تصبح شديدة، ويتيح الاكس للمهندسين أن يصمموا كومة الدوار كتجمع من التطهيرات والمغنطس، ثم يُجريوا تحليلا هيكليا متناوبا يُفضي إلى التداخل بين البرمجيات.

محاكاة التصنيع لإنتاج المفاعلات والريح

ويشمل تصنيع المحركات الكهربائية عمليات دقيقة مثل اللحام الليزري، وتشكيل الحافلات، والارتحال، وتوفر شركة NX CAM قدرات برمجة وطنية لتوليد أدوات لتشذيب المساكن المحركات، والسرقات، ومكونات المعدات، كما يمكن للبرمجيات أن تحاكي عمليات الإقراض والإدخال في أجهزة تحديد الشباك، وتساعد مهندسي العمليات على تحديد الأضرار المحتملة في صناعة الأسلاك أو في إنتاج الأدوات.

أجهزة إلكترونية وأجهزة تصميم منحرفة

إن أجهزة الإلكترونية الكهربائية هي واجهة بين البطارية والمحرك، والسيطرة على تدفق الطاقة الكهربائية، ويجب أن تتكفل هذه المكونات بالفولط المرتفع، والترددات العالية المبدلة، والحمولات الحرارية الكبيرة في إطار مجموعة من الاتفاقات.

الإدارة الحرارية لطرائق تشغيل المواد الكيميائية

(د) يتيح الـ (نكس) بالاقتران مع (سيمسنتر) وضع نماذج حرارية مفصلة لـ (إيغي بي تي) أو (سي سي سي إم فيتي) نموذجية لطبقات الموت المكدسة، والبائع، والخماسي، وجهاز التحكم في درجة الحرارة تحت دورات قيادة العالم الحقيقي، ويساعد هذا التحليل على تحديد معدل التدفق المشترك المطلوب من أجل الانتقاء واللوحات الباردة.

EMC and Parasitic Extraction

ويولد التحول في الترددات العالية في المحافير تدخلاً الكهرومغناطيسياً يمكن أن يعطل نظم الاتصالات بالمركبات، وقدرة تصميم النظام الإلكتروني للشركة (NX) تسمح للمهندسين باستخراج الموصلات الطفيلية وتحمل التكاليف من مخطط الحافلات اللافقرية، وذلك عن طريق وضع نماذج لقياس التحلل الجيوديعي لحواجز الحفارات في العاصمة، وتتبعات إنتاج البوابات، والتصميمات التي تعمل على تحديد الأوزانات، والزيادة.

الإعداد والتصنيع المتكامل

ومن أقوى عروض القيمة للشركة الوطنية للاكس ارتباطها المطلق بين التصميم والتصنيع، وبالنسبة لمكونات الأشعة المكشوفة التي تتطلب أدوات معقدة، مثل المساكن التي تستخدم فيها البطاريات التي تستخدم بالسواتل أو الموصولات التي تُطلق بالحقن، فإن هذا التكامل لا يقدر بثمن.

Die-Cast Mold Design for High-Volume Production

وتتزايد إنتاج المكونات الهيكلية الكبيرة للمركبات الإلكترونية، مثل الإطار الخلفي للملابس أو البطارية، كصور واحدة كبيرة للديون، وتوفر شركة نكس أدوات تصميم متخصصة للبيع تسمح لمنتجي الأدوات بتطوير التجمعات المميتة الكاملة، بما في ذلك قنوات التبريد، وأجهزة الطرد، وإجراءات الشرائح، مباشرة من جانب الجسم الأرضي، ويمكن للبرمجيات أن ترسم نمط التعبئة، والترسيب، وتحليلات الاصطناعية للتنبؤ بالقدرات والحرب.

اللحام الآلي والتخطيط لمسار الجمعية

وكثيرا ما تتطلب هياكل الجسد الأبيض في الهواء الطلقات الكثيفة، وهي أكثر صعوبة من الفولاذ بسبب التشوه الحراري، وتتيح برامج المسار الآلي غير المكسيكي للمهندسين الصناعيين محاكاة كامل تسلسل اللحام في صينية البطاريات أو في المحركات، وتعظيم مسارات الروبوتات لتقليل وقت الدورة إلى أدنى حد، والإسهامات الحرارية، وقدرة على التحقق من عملية القذف في النموذج الرقمي قبل أن تخفض نوعية الأدوات المادية.

أثر الصناعة ونتائج الأعمال التجارية

وقد أدى اعتماد الـ (ن.أ.أ) عبر سلسلة الإمداد بالفيروسات الرجعية إلى تحسينات قابلة للقياس في سرعة التنمية ونوعية المنتجات وكفاءة التكاليف، وأفاد الموردون الآليون بأن استخدام الـ (ن.أ) للتصميم المتكامل والمحاكاة يمكن أن يقلص دورة التطوير لحزمة بطارية جديدة بعدة أشهر، وأن تخفيض الزرع المادي وحده يمكن أن يوفّر ملايين الدولارات لكل برنامج، ولا سيما بالنسبة للعناصر التي تتطلب أدوات غالية للتنبؤ بالديات أو لوازم المهيمنة.

وعلاوة على ذلك، فإن القدرة على الحفاظ على خيط رقمي واحد من التصميم عن طريق التصنيع تساعد صناع المركبات الإلكترونية على الامتثال بشكل متزايد للشروط التنظيمية الصارمة المتعلقة بسلامة البطاريات، وإعادة تدويرها في نهاية العمر، والإبلاغ عن آثار الكربون. تقارير السيمن أن عملائها الآليين قد حققوا ما يصل إلى 30 في المائة من الوقت أسرع إلى السوق على برامج EV وذلك عن طريق التركيز على النظام الإيكولوجي الوطني والفريق

وقد أثبت المنبر أيضاً أنه لا غنى عنه لتطوير تكنولوجيات الجيل القادم، حيث يستخدم مطورو البطاريات في الدول الصلبة نكس لتصميم نظم الضغط المعقدة اللازمة لأجهزة الليثيوم - الميض، وتعتمد الشركات العاملة على محركات التدفق الحاد على الاكس لتعظيم قياس الجراثيم المغناطيسي 3D الذي لا يمكن أن يُصاغ على غرار نهج الـ2D. [FLTgeneration]

التحديات والنظر في تنفيذ اتفاقية عدم الانتشار من أجل التنمية الإلكترونية

بينما تقدم شركة (إنكس) قدرات واسعة النطاق، يجب على المنظمات أن تعالج عدة عوامل لتحقيق كامل إمكاناتها، مجموعة البرامجيات الواسعة تتطلب استثماراً كبيراً في التدريب، ويواجه العديد من الموردين نقصاً في المهندسين الذين يتقنون كلاً من نماذج البرمجيات المتطورة في إطار برنامج مكافحة التصحر والفيزياء المتعددة، بالإضافة إلى ذلك، فإن المطالب الحسابية لنماذج تجمعات الأشعة الإلكترونية الكبيرة، لا سيما تلك التي تحتوي على آلاف خلايا البطارية وشبكات التبريد المتداخلة، يمكن أن تضغط عليها.

ومن الاعتبارات الأخرى إدارة البيانات أنه بدون وجود نظام قوي لإدارة دورة حياة المنتجات مثل مركز التكوين، يمكن أن يصبح الحجم الخفي من تكرار التصميم ونتائج المحاكاة أمراً لا يمكن التحكم فيه، وأفضل الممارسات لدى الشركات الرائدة في مجال تقييم الانبعاثات هي وضع سياسات واضحة لإدارة البيانات وإضفاء الطابع الآلي على استعراضات التصميم وتقارير المحاكاة.

وقد يجد صغار الموردين والبدء تكاليف الترخيص للشركة غير المنسّقة، غير أن شركة Siemens قد استحدثت نماذج مرنة للمشاركة وخيارات للوصول إلى السحابات تقلل من الحاجز أمام الدخول، وقد نجحت العديد من بدايات السيارات في اعتماد NX كمنبرها الإنمائي الرئيسي بالتركيز على مجموعة فرعية من الأدوات التي تتوافق مع احتياجاتها الفورية وتزيد من نضجها.

الاتجاهات المستقبلية: NX والجيل القادم من التكاثر الكهربائي

ومع استمرار تطور تكنولوجيا الأشعة السينية، يجري تعزيز الأشعة دون الرجعية لتلبية المتطلبات الناشئة، ويتسارع إدماج قدرات الاستخبارات الاصطناعية والتصميم السخائي، مما يتيح للمهندسين تحديد أهداف الأداء، ويتيح للبرنامج الحاسوبي اقتراح بدائل جغرافية متعددة لمحركات أو محركات التبريد، ومن المتوقع أن تقلل تدفقات العمل التي يقودها المعهد من وقت تصميم المفاهيم بأوامر الحجم.

وثمة اتجاه هام آخر هو تقارب التصميم الميكانيكي والكهربائي، حيث تدعم شركة نكس بشكل متزايد تصميما مشتركا للالكترونيات الكهربائية وأجهزة الكشف الآلي الخاصة بها، مما يمكّن المهندسين من محاكاة السلوك الكهرومغناطيسي والحراري للنظام بأكمله كوحدة متكاملة، وهذا النهج الكلي أساسي للهيكلات الـ 800 فولت التي أصبحت معيارا في أجهزة قياسية الدفع بالأشعة فوق البنفسجية.

كما أن تحليل الاستدامة أصبح مدمجاً في عملية التصميم، ويمكن الآن للشركة تقدير أثر الكربون في عنصر يستند إلى عملية اختيار المواد والتصنيع، ومساعدة المهندسين على إجراء تبادل مستنير بين الأداء والأثر البيئي. يذكر رجال السياح أن حافظة برامجها تدعم رحلة صناعة السيارات نحو الإنتاج الصافي للزراعة من خلال التمكين من التصميم الفعال والتصميم.

الاستنتاج: نكس بوصفه أصولاً استراتيجية في سباق الأشعة السينية

ويشكل تطوير مكونات المركبات الكهربائية تحديا متعدد التخصصات يتطلب تكاملا لا يرقى بين التصميم والمحاكاة والتصنيع، ويوفر سيمونز نكس منصة قوية تعالج هذه الحاجة عن طريق الجمع بين أدوات متقدمة من نوع CAD و CAM و CAE في بيئة واحدة، ومن السلامة الحرارية للحزمة البطارية إلى الديناميات ذات الجودة العالية، ومن تصميم أدوات الصنع الغذائي إلى تخطيط المسارات الفولية الآلية، ومن إنتاج النجمات الأكثر صحة.

ومع انتقال صناعة الأشعة الإلكترونية نحو ارتفاع حجم الفولط، والكيمياء الخلوية الجديدة، والهيكلات الأكثر تكاملاً لتكوين الطاقة الكهربائية، فإن دور أدوات الهندسة الرقمية الشاملة مثل الاكس لن ينمو إلا، أما المنظمات التي تستثمر في بناء خبرتها في هذا المنبر، إلى جانب ما يرتبط به من إدارة البيانات وسير عمل المحاكاة، فستصبح في وضع أفضل يمكنها من التنافس في سوق تكون سرعة التنمية ونوعية المنتجات عوامل تنافسية حاسمة.