MSC SimXpert--开启企业级多学科仿真新时代

    一．企业级多学科仿真的挑战与需求
   
    同行业产品的激烈竞争、消费者对产品要求的不断提升、产品设计的日趋复杂、经济的快速发展、产品市场与世界的同步和接轨，这些因素都迫使各行各业的制造商不断改进设计手段，从而缩短产品开发周期，进一步减少产品开发成本，同时加速技术创新，提高产品质量，来应对利润的压力和各个因素的挑战。
   
    VPD技术是MSC公司针对制造行业在产品开发、产品制造、供应链管理、协同开发、市场竞争和用户要求等的综合作用及对企业提出的迫切和苛刻的要求下，所提出的切实可行的具有革命性的技术方案。VPD技术涉及多体系统动力学、计算结构动力学、传热、疲劳、流体、控制、计算方法与软件工程等多个学科，利用计算机仿真技术建立与物理样机相对应的模型，并进行评估和测试，从而获取关于候选物理模型设计方案的特性，为设计和制造提供参数依据。虚拟样机环境可以将多个不同学科的模型集成起来，通过仿真分析来指导设计人员将设计思路转化为原型、在设计中发现问题，并通过子系统的优化、集成和仿真分析得到关于样机的性能描述，从而提高样机模型开发的效费比和缩短新产品的研制周期。
   
    MSC公司的VPD技术已经广泛地应用于航空航天、汽车、船舶、电子、铁道、一般机械、土木建筑等各种行业。利用先进的VPD技术，可在产品设计阶段，预测其动态性能，找出潜在的设计缺陷并获得最佳的设计方案。今天，越来越多的企业正在采用MSC公司的VPD技术，加速产品技术革新，缩短产品开发周期，减少对费钱、费时的物理试验的依赖，更加快速的响应市场，提高企业的市场竞争力。
   
    VPD技术在不同的企业呈现出不同的应用成熟度（VPDMM），即应用的深度和水平。统计分析表明，VPD技术的应用成熟度越高，企业的研发效率越高，产品革新的成本越低，周期越短，而产品的竞争力则越强。在应用成熟度较高的企业，VPD技术已经渗透到产品设计的各个环节，工程师们采用不同的分析工具解决各自在研发中的问题，取得了显著的效益，用户切实感受到MSC公司的VPD技术为他们带来的丰厚回报。
   
    然而，当前在VPD技术应用较为成熟的企业，用户在享受先进VPD技术带来的便利的同时，也不得不面临一些制约他们进一步扩大VPD技术应用效益的问题，传统单学科分析工具在企业用户新的需求下遭遇到了功能上的瓶颈：
   
    1.VPD技术和各学科的分析工具在企业中已经得到了广泛而深入的应用。工程师们在日常工作中采用各学科的分析工具独立的完成分析项目，对于各自使用的分析工具已经足够的熟练和精通。然而由于各学科采用不同的分析工具和相应的数据模型，工程师们使用的都是单学科点的分析工具或通常意义上的多场求解工具，在分析中无法全面考虑各学科之间的耦合作用和影响，难于实现真正的一体化的多学科仿真；
    2.其次，由于从事不同学科的工程师采用各自不同的分析工具和数据模型进行独立的分析计算，在考虑学科之间耦合作用而需要进行多学科集成仿真的时候，只能通过分析工具之间的数据接口进行"链式"的"联合仿真"，即一个工程师完成一个学科点的分析之后，将数据模型或分析结果通过软件之间的数据接口传递给下一个工程师，完成耦合计算。这样的联合仿真方式，一方面学科之间的集成和耦合非常有限，另一方面由于需要进行大量的数据模型的转换，也会影响到分析的精度和效率。工程师们将过多的时间花费在数据转换等没有附加值的工作上了。
    

    单学科分析工具的链式分析

    3.众多的单学科点分析工具也使得工程师们大为头疼。不同的分析工具都有各自不同风格的操作界面和分析环境，每一种分析工具对于从事其它学科的工程师来说都过于专业和复杂，形成了多重用户环境；例如，对于从事结构分析的熟悉了MSC Patran操作环境的工程师而言，如果要进行刚弹耦合的多学科分析，无疑需要重新花费大量的时间和精力去掌握机构动力学分析工具Adams/View。这种现状一方面限制了工程师之间的协作和交流，另一方面也制约了仿真分析的效率，阻碍了仿真分析效益的进一步提高。
    4.传统的各种单学科点分析工具在导入CAD模型时均需要经过数据格式的转化，CAE工具与CAD之间缺乏互动，转化和导入CAD模型的效率不高，同时模型的精度会有不同程度的损失。这种状况势必影响设计--分析迭代的过程，使得设计流程不畅，同时也给设计人员和分析人员之间的协作带来障碍，形成了设计与分析之间难以逾越的鸿沟。

    5.这些相互之间没有联接的单学科点仿真工具形成了分析计算的"孤岛"，导致仿真缺乏关联性和一致性，多重用户环境和不同数据格式的存在使企业无法有效的组织、管理和重用仿真数据，无法有效地追溯数据谱系 。
    6.仿真分析的结果受到不同工程师经验、水平和所采用的分析流程的制约，不同工程师即使给定相同的模型和计算条件，分析结果可能也大相径庭，影响了仿真分析结果的置信度，因此迫切的需要规范分析者的流程，加强工程师之间的交流。而传统分析工具的最大弱点在于，企业中富有经验的工程师的工程分析经验无法进行有效的积累以形成知识库，影响了知识的继承和仿真流程的重用。企业中很多分析工作的流程是具有共性的可重复的，但目前大多数企业在仿真流程上只能通过制定企业规范来加以引导，这样导致老工程师的经验无法快速的传递给新手，知识无法共享，大量的类似的分析工作需要重起炉灶。由于无法形成知识库，分析工程师的人员流动也会给企业带来较大的影响。
    

    仿真分析结果的置信度受到手动流程的制约

    7.目前企业中的大多数仿真分析工作需要工程师手动一步一步的进行，使得工程师的工作量太大，过于疲劳，分析效率有待提高，期待能够实现分析流程的自动化。企业仿真分析面临的以上问题，制约了仿真分析水平的提升，VPD技术在企业应用的范围和效益还存在很大的提升空间。
     

---