近年来，国内外各军工单位都在积极发展以CAE/CAD/CAM 为核心的“虚拟化仿真设计制造技术”为基础的“数字化产品设计”以及“数字军工信息化”。这其中计算机辅助工程（CAE）技术对军工产品的贡献是极其巨大的。现代CAE 的三大方向——结构力学有限元分析（FEA）、计算流体力学分析（CFD）和计算电磁学分析（CEM），在军工单位的科研生产中均发挥了巨大的作用。同时，仿真技术也是当今世界发展快、应用广、渗透性强、影响深远的关键研发技术，已成为衡量一个国家和地区创新设计的重要标志和设计技术手段。国外发达国家在产品研制中，运用仿真技术实现虚拟设计已经取得了成功的应用，包括电器、飞机等大量新产品的研制都是在数字化设计模型的基础上通过仿真技术实现虚拟装配、分析、性能模拟及环境适应软件模拟测试等。实现了仿真技术集成应用全新突破，用仿真软件技术全面支撑着产品高效研制开发。随着计算机辅助工程（CAE）技术成为产品设计和实现重大工程核心技术，经过近几年的发展，数字仿真分析在航空、航天、机械、电子等领域获得巨大成功应用，正在逐步成为制造业信息化深入应用的关键技术，国际大型企业在产品研发、生产的全周期中已经普遍应用仿真软件虚拟设计技术加快了产品研制。
在我国，大力推进仿真技术应用能力建设已成为贯彻科学发展观、建设创新型国家的迫切需要。特别是面临原材料上涨、人民币升值等因素为企业发展带来的巨大挑战，缩短产品研发和生产周期、增加产品高科技附加值成为提高企业核心竞争力的关键，而仿真软件集成技术成为促进产品工程设计的关键基础，这是因为在整个产品生命周期中，产品研发虽然只占了产品整体成本的5%，但产品研发对产品却要产生70%的影响，这种影响包括了成本、性能、质量等。特别是随着产品科研向高科技领域的跨入及当前产品科研所面对的全新竞争态势，在研发-生产-销售的竞争时代背景下，竞争越来加剧。“缩短产品研制周期”、“降低产品研发成本”、“提高产品质量”、“提高产品高技术附加值”等已成为产品研发的共同要求。目前的工程研发信息支撑环境只能满足常规产品的开发，而难以满足以上高标准的产品研发要求，如现有的CAD 设计系统只能辅助工程设计计算、绘图，而不能全部胜任虚拟设计模拟分析全部要求，现有的仿真分析系统是以机械专业分析为主的工程分析单一工具，无法进行空气动力学、水下运动和电磁等新设计业务要求，现有的计算机软、硬件设备也无法满足大量并行设计计算和设计工艺模拟分析要求，在数字化设计、数字化加工及数字化试验方面与虚拟仿真创新应用还存在着巨大的差距。如目前动力系统的设计中主要依靠传统的设计手段和局部仿真分析手段。但这些传统设计手段都难以满足复杂产品设计需要，因为这些手段都有其严重的不足性，经验设计难以发现新方案中存在的不足，产品有潜在质量问题，实物实测手段的物理样机制造和测试消耗大，周期长，有难度, 方案改动不易；局部仿真分析只能预测大方向，难以准确把握详细细节，难以预计产品整体使用性能和寿命。因此，在我们的设计中迫切需要加大设计仿真应用创新设计手段提高设计水平，用集成仿真软件技术实现产品的精益研发，这也是产品科研、生产和工程信息化的技术关键所在。
为了实现从“画、加、打”研制模式向“仿真驱动产品研发”模式的快速转变，就要在现有的仿真设计基础上通过集成仿真软件技术应用，快速构建企业精益研发基础平台。
仿真驱动研发
因目前的产品基本都是一个复杂的集机电一体化，还可能包含光、气、液以及火药爆炸、燃烧于一体的综合系统。对于这样的复杂综合产品系统，迫切需要对其整体及零部件设计进行结构强度分析，需要用ANSYS Mechanical 软件完成结构静态强度、刚度性能分析及结构动力学分析，包括模态分析、冲击振动响应分析、模拟自由飞行及运输过程中的随机振动分析，需要进行非金属材料的结构力学性能分析和金属/复合材料的线性/非线性强度、刚度、屈曲及振动分析，从而实现产品复杂部件在固化降温、高温点火、长期储存等情况下的设计结构完整性分析及其在工作情况下的线性/非线性强度变化、温度场及温度应力分析等。需要通过ANSYS CFX 软件完成产品气动力精确评估的六面体网格划分，完成阻力精确评估，进行马格努斯力精确评估，进行动态不稳定特性模拟和高速飞行气动安全性评估分析等，特别是瞬态、高温、高压的复杂物理化学过程其中所涉及的复杂流体动力学问题、传热学问题、燃烧化学反应问题还需要涉及多个相关软件耦合仿真分析和多学科优化，ANSYS-CFX/ ANSYS FLUENT 强大的流固耦合技术可以和ANSYS 结构分析软件进行流动、热、结构的耦合场计算，也是有着极大的技术优势。应用ANSYS 流、固耦合分析完成燃烧过程的化学反应/气体动力学分析、膛内多相流内弹道安全性与稳定性分析，从而达到优化设计性能的目的。同样，在同一方案、同一模型上还要利用AUTODYN 进行威力或毁伤效果模拟分析，完成穿甲、射流及爆轰等侵彻效应分析。而以上所有的分析都离开产品数字化模型，如何保持模型数据在多个专业分析软件中充分利用也正是提高产品设计分析效率的关键。
ANSYS Workbench协同仿真技术环境集成了仿真模型设计、专业计算求解和仿真结果处理等，将结构强度分析、流体力学分析、瞬态非线性及爆轰动力学分析等专业分析软件数据集成在了一个系统里，方便了使用，提高了设计仿真工作效率。
协同仿真技术环境
同时Workbench仿真技术集成了设计数据模型和设计分析参数及仿真分析步骤过程和流程，通过Workbench环境，方便了仿真分析数据管理。
另外，设计仿真软件运行也需要良好的硬件支撑。特别是在集成环境下，大量仿真计算需要大内存、多核多CPU的快速运算，需要大量的中间数据存储和大量分析结果数据网络传输。因此，必须建立与其相适应的高速网络系统和高性能计算服务系统，如千兆传输网络和高速内部infiniband计算专用网络，图形工作站、计算机服务器或刀片服务器及高性能计算集群等，为各仿真终端和仿真设计系统提供硬件支持，为仿真计算和仿真设计提供通用的软件运行支持，同时对仿真软、硬件、仿真计算任务、仿真流程协同管理，实现高效协同仿真设计，达到产品设计精益研发。
集成环境下硬件支撑
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本文标题：仿真集成技术在企业精益研发中的应用
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