引言
科學技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來產(chǎn)品復雜程度的大幅提升，如汽車、飛機、船舶等都屬于大型復雜產(chǎn)品。其研發(fā)過程具有涉及專業(yè)學科廣泛、流程復雜、任務繁多等特點。于是，工程師在研發(fā)過程中，常常遇到這樣的問題：設計、分析工具繁多而接口不一，無法獲得綜合信息進行優(yōu)化設計，且設計任務變更頻繁，需不斷修改仿真分析模型，修改模型的時間甚至比重新建模的時間更長，大量重復性工作耗費人工且容易引入錯誤，而優(yōu)秀經(jīng)驗卻無法固化和傳承。如何解決研發(fā)過程中遇到的令工程師頭疼不已的問題呢，多學科協(xié)同設計仿真技術(shù)的出現(xiàn)給出了答案。
多學科協(xié)同設計仿真技術(shù)
隨著物理樣機成本的不斷攀升，以及虛擬樣機成本的不斷下降，虛擬產(chǎn)品開發(fā)已被制造業(yè)廣泛采用，設計過程對仿真的依賴程度越來越高。且隨著客戶需求的不斷提升，產(chǎn)品設計涉及到的各個學科的深度與廣度也在不斷擴展，各學科內(nèi)部也呈現(xiàn)不斷細分的趨勢，于是學科間的耦合關(guān)系變得越來越復雜。
以汽車研發(fā)為例，各設計部門與專業(yè)科室分別負責不同總成與功能的研發(fā)，應用不同專業(yè)的設計/分析軟件進行單學科設計分析與優(yōu)化。而汽車總體設計則由整車集成部門負責，對多個學科之間的耦合關(guān)系進行分析，最終優(yōu)化出整體設計方案。
圖1 汽車總體設計
更具體的說，如汽車總體設計涉及發(fā)動機、傳動、懸架、氣動、結(jié)構(gòu)、控制等多個學科的耦合分析，牽一發(fā)而動全身。發(fā)動機改變需要合適的傳動系統(tǒng)來匹配，而傳動系統(tǒng)改變需要整車結(jié)構(gòu)做出適應性改變，結(jié)構(gòu)改變又會影響整車重量和懸架系統(tǒng)的設計，結(jié)構(gòu)外形還會影響氣動阻力大小，這些改變都需要在控制系統(tǒng)設計中予以考慮。
因此，不但需要汽車總體設計部門在研發(fā)前期進行多學科全局協(xié)調(diào)，還需要不同專業(yè)的工程師在研發(fā)過程中及時協(xié)同，以避免大量不必要的重復工作，并通過提高仿真過程的自動化程度，使仿真流程規(guī)范化，進而減少工程師的工作量。為此，設計分析軟件不但需要實現(xiàn)多學科軟件之間的集成，還需要解決多學科之間的耦合問題。故而，復雜產(chǎn)品在研發(fā)過程中，迫切需要多學科協(xié)同設計仿真軟件，以提升多學科聯(lián)合仿真的效率與質(zhì)量。
多學科協(xié)同設計仿真的解決方案
針對復雜產(chǎn)品的設計研發(fā)，上海索辰信息科技有限公司打造了一款軟件產(chǎn)品——EMT多學科協(xié)同設計仿真軟件，能夠廣泛集成市場上各專業(yè)學科主流仿真軟件與客戶自研軟件程序，旨在為不同專業(yè)仿真工程師提供統(tǒng)一的設計仿真環(huán)境。
圖2 EMT多學科協(xié)同設計仿真軟件
通過多維度建模技術(shù)與標簽技術(shù)，使CAE建模工作不再依賴于幾何，可與CAD設計同步進行，大幅提升復雜產(chǎn)品的研發(fā)效率。通過仿真流程可視化建模，將仿真流程固化為模板，自動完成網(wǎng)格劃分、單學科分析計算和多學科數(shù)據(jù)耦合，無需人工干預，實現(xiàn)多學科聯(lián)合仿真分析自動化。且通過多目標計算引擎，利用所集成的專業(yè)優(yōu)化工具與算法，對設計參數(shù)進行優(yōu)化，快速完成不同設計方案的仿真分析工作，大幅提升產(chǎn)品研發(fā)效率。
圖3 多維度建模技術(shù)與標簽技術(shù)
結(jié)語
多學科協(xié)同設計仿真技術(shù)對產(chǎn)品研發(fā)過程具有十分重要的意義，在提升產(chǎn)品設計性能的同時，縮短研發(fā)周期并降低設計成本。而索辰多學科協(xié)同設計仿真軟件的出現(xiàn)，無疑為廣大工程師解決復雜工程問題帶來了福音。
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