MSC通用行业技术总监 李伟
1 中国制造业面临的机遇和挑战
目前中国的制造业正面临前所未有的大发展机遇，主要体现在电子信息、高铁、工程机械等行业。电子信息产业中，现在人们消费观念和消费方式的转变以及对新产品新技术的青睐，给电子行业带来了巨大的应用市场，城镇化发展也提供了巨大的需求潜力，国内消费需求进入加快成长期。高铁和地铁时代全面来临，改变了交通运输的格局。近几年国家提出了战略区域规划让工程机械行业持续受益。新能源战略对风能、核能、太阳能等产业起了全面推动作用。另外国家产业升级需要重型装备制造业的大力支持，高端装备制造业也在国家十二五规划里列为重点战略目标。
当然看到机遇同时也面临着空前的挑战，首先是中国制造业缺乏核心技术的缺失导致，因此产品的附加值不高。同时劳动生产率低下，单位产品能耗较高。另外在研发投入少、研发手段落后导致企业的创新能力不足。全球化也推动了更为复杂的市场竞争。
应对挑战，最重要的事情是缩减产品开发周期，以更多的创新、更高的质量和更低的成本去占领市场。为了帮助制造企业实现缩短产品的开发周期以及提高产品的创新能力，MSC提出了虚拟产品开发技术（VPD）。VPD的核心是虚拟样机建模及仿真测试，而先进的仿真技术又是该核心的关键。
2 MSC VPD多学科解决方案
2.1 VPD的发展趋势
多学科集成。以前仿真技术的应用主要是集中在特定的单学科，比如产品的应力、稳定性、耐久性、振动噪声等。而现在仿真发展趋势是各个学科的融合，为了真实展现产品在实际工作环境中的性能，需要综合考虑各学科对它的影响，也就是多学科的集成仿真，在集成的仿真环境中研究问题同时还要考虑各学科之间的耦合影响。
仿真流程建设。以前在企业仿真工作需要专门的技术人员来做，为了降低仿真工作的技术门槛，需要把仿真分析的方法用模板制定出标准的流程，这样即使只有少量专业知识的人也能进行仿真分析工作。这就是仿真流程的定制和管理，通过仿真流程的定制和管理可以对企业的仿真工作进行标准化、规范化，在提高仿真分析效率的同时保证了精度。
CAD/CAE集成。CAD和CAE的集成有助于企业研发部门内部的协同工作，加深设计部门和仿真部门的交流，更加高效的进行产品研发工作。
2.2 MSC多学科仿真环境
MSC多学科仿真环境
MSC多学科虚拟仿真环境，在运动控制、流体力学、耐久性、振动噪声等各个学科领域都提供了仿真分析工具来解决相应的问题。以Nastran为例，Nastran在CAE领域是非常著名的结构分析软件，最早期广泛地应用于航天航空行业。现在的Nastran与以前相比增加了很多新功能，以前Nastran主要是静力学、动力学、声学分析，现在还包含了优化、装配分析、碰撞、跌落、热、转子动力等分析功能，还和流体分析软件集合实现流固耦合分析，是真正意义上的多学科求解器。
2.3 解决方案：工具+服务
有了优秀的CAE软件并不代表能解决产品设计中的实际问题，为了用好CAE软件，MSC根据客户的应用层次提供不同的服务。对初级用户提供软件及系统的支持服务，包括软件使用技术的培训和软件环境的搭建；对中级用户提供CAE软件的分析应用和专业意见，通过导航项目去指导客户使用软件解决实际工程问题；对中高层用户提供流程自动化、经验整合及资料管理方面的服务，这样可以帮助用户制定企业内部的标准分析流程，通过分析流程的定制固化企业的仿真知识经验，达到知识积累和重用；对高级用户提供产品研发的建议和部署平台架构，涉及到企业仿真管理。
总的来说MSC为不同应用层次的客户提供软件工具加技术服务的解决方案，有了软件工具和技术服务之后，从根本上解决客户的实际问题。
3 应用及案例
3.1 电子行业
VPD技术在电子产品中的应用内容包括温度场及热应力分析、密封性分析、电路板振动分析、柔性体机构运动分析、抗冲击及跌落分析等。
热分析是电子行业仿真中非常重要的内容，包括两个方面。首先是相对简单的温度场计算，只要给出热边界条件就可以算出温度分布。另一方面是比较复杂的热和结构的耦合分析，一般用在封装结构上，结构变形和温度分布相互影响。
传热和热应力分析
机械运动性能和组装仿真可以解决电子产品的干扰问题、确认组装的可行性还有评估它的机械性能。例如通过打印机中扫描过程的运动仿真可以分析接触图像传感器在扫描过程中振动的情况，通过振动程度来优化扫描仪结构尺寸等参数。在某型号洗衣机的结构设计中为了对其减震性能进行优化，首先用MSC Nastran进行洗衣机柜模态分析，然后用ADAMS结合MBD技术进行洗衣机装配体分析并创建Nastran等效模型，最后用MSC Nastran进行包含柔性洗衣机面板的等效洗衣机振动分析，经过多次优化之后振动位移下降了70%。对于无线电话的插销插拔过程，在装配时如果结构不合理插入过程需要用很大的力，某些结构强行插入后会出现材料发白的现象。可以通过插销插拔过程（包括外插销插入中间支座孔和插入后内卡扣插入外插销两个插入过程）仿真来优化结构设计。
洗衣机防振结构优化
针对跌落分析，企业会针对产品各个姿态的跌落结果制定标准，出厂之前进行试验。除了直接的电子产品跌落分析之外，对于带包装的产品也要进行仿真模拟，有效评估不同包装设计与材质的缓冲与抗损能力，来优化包装结构设计和使用最合适的包装材料。同时也可以研究产品的各个部件在冲击、跌落的过程中的塑性变形、强度等方面的问题，由此来判断在跌落过程中会不会发生破坏。
模组跌落分析
3.2 通用机械行业
VPD技术在通用机械行业的应用内容包括焊接应力、结构应力、疲劳寿命、控制系统分析、冷却系统分析、流程自动化、分析和报告自动生成、瞬态路面平顺性分析等。
工程机械机电液一体化仿真
典型的案例就是ADAMS在风电机的多体系统仿真中的应用，Adams已用于此用途超过10年，它包含齿轮、轴承、控制系统、柔性组件以及空气动力学荷载的高级模型。典型应用为研究完整系统在各种动态荷载下的不同行为，方法是查看系统中的位移、速度、加速度和作用力。多体系统仿真是准确预测系统中荷载的流行方法，而荷载以后可用于应力和疲劳分析。通过查看结构的不同部分之间输入和输出之间的传输功能，也可以在频域中进行分析，以研究风电机的模式，并进而研究系统的激励。
风电机的完整仿真
3.3 汽车行业
VPD技术在汽车行业的应用内容有虚拟试验场、车门下沉（流程自动化）、制动器啸叫分析（链式分析）、发动机缸体分析（自动装配）、共模型（碰撞和NVH）等。
VPD技术在汽车行业的应用
3.4 其他行业
VPD技术在交通运输行业中的应用内容有详细的应力分析流程和报告自动化、热力学仿真、气候舒适度和冷却、噪声-振动、横风稳定性、隧道空气动力学、与障碍物等碰撞安全性分析等。在日用品行业中的应用内容有非线性屈曲压碎分析、包装性能分析、密封性分析、跌落测试过程流固耦合分析、装配线系统建模仿真等。
4 总结
MSC为用户提供了多学科仿真全面的分析工具和解决方案， VPD仿真体系是系统和完整的多学科系统虚拟产品开发环境，先进的多学科联合仿真技术能帮助用户降低设计风险、减少物理样机试制与试验、节省开发成本和缩短开发周期，对于制造业产品开发有着重要的意义和应用前景。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
相关文章
