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李伟:VPD虚拟产品开发的最新技术动态
——“2005年中国制造业信息化(PLM)年会”主题演讲连载
发表时间:2005-12-19 李伟博士后   来源:e-works
关键字:PLM 产品开发 MSC 

    大家下午好!
    非常荣幸能有这次机会和大家来共同探讨VPD技术,也非常感谢e-works给我提供这样的一个机会,今天下午我讲的内容大概包含以下几个部分,首先是介绍一下VPD虚拟产品开发,然后介绍一些VPD技术的应用,和我们MSC公司提供的VPD工具,最后简单地介绍一下我们MSC  Software公司的情况。现在企业所面临的竞争都是全球性的竞争,这样全球性的竞争给企业带来的很大的挑战,具体表现在,一个,我们的客户对我们的产品要求越来越高,另外我们的市场已经瓜分成很小的碎片,产品的功能越来越多,导致产品的结构越来越复杂,产品的开发周期也越来越难。为了提高产品的竞争力,利润和成本的压力是非常显著的,最重要的一个就是企业产品创新的能力。在过去,我们一般是通过降低产品的成本,或者说把产品的结构设计得比较小,这样的手段来提升企业的竞争力。在今天,更多的企业是通过投资新产品的开发,来提升企业的竞争力。
    下面我给大家展示美国一家公司调查的结果,他的调查结果(见PPT),就是说如果一个企业把它的生产力提高10%到20%,那么这个企业在同行业的企业当中,它的竞争领先一年左右的时间,如果它的产品开发周期缩短30%,他们能领先同类企业两到三年的时间,但是如果它能设计出一个占绝对优势的新产品,他能领先同行业的时间就是四到五年,因此这个企业新产品创新的能力,对提升企业的竞争力也是非常重要的。产品创新的要求以及这个企业所面临的挑战,促使了这个产品研发流程的变革,他变革的方向和目标就是虚拟产品开发VPD。在过去,产品的开发流程是这样的,首先是通过手工图画,来制造物理样机,再通过物理样机来进行物理测试。通过这个测试的方法发现问题和解决问题,这样这个产品的一个是成本非常高,另外一个它这个周期也比较长。那么在这个产品的设计过程当中,首先由概念设计到详细设计,再到物理样机的制造,以及物理样机的测试,最后来检验你的产品是否满足要求,过去它的研发流程主要就是集中在详细设计,物理样机和物理的测试大循环当中,这是未来的产品开发流程,已经由手工绘图变成三维的CAD绘图,现在的企业已经有很大一部分企业做到这一点,由三维CAD软件设计出产品结构以后,接下来的流程就是制造数字发展模型,装备形成数字化的功能样机,和过去的区别就是不是直接来制造物理样机来进行试验,而是通过数字化的功能样机在仿真软件的仿真分析下来进行虚拟的试验,这是现代设计过程,产品研发流程的一个框架。
    从这个图上(PPT)可以看到,VPD技术他主要集中在产品的概念设计和初步评估的小循环这个方面,由这张图我们可以知道,利用VPD技术可以使你的产品设计周期能够压缩40%到70%,这是VPD所给我们带来的好处。通过VPD技术在设计早期阶段就能发现问题,减少成本和风险,因为它和传统的这个技术相比,可以显著地减少开发初期的成本。我们来总结一下什么叫VPD,VPD就是现在的产品开发是在新产品开发流程当中有效利用虚拟产品模型,经过仿真分析对产品设计做出判断,VPD是产品研发的重要组成部分,我们CAD的这个软件,它主要集中在产品的构成和装备,对于产品的性能和功能是要通过VPD技术来进行检验,所以VPD技术是产品研发核心的组成部分。VPD技术是在设计中发现问题,在实验中得到验证,通过VPD技术可以提升产品的质量,缩短产品投放市场的时间和降低成本。接下来介绍一下VPD的最新动态,首先是CAE市场发展的趋势,在全球PLM市场当中,CAD从90年代以来,CAD所占的市场份额,虽然还是比较大,但是从发展的趋势来看,它是成了一个逐渐下降的趋势,但是对于CAE来说是逐渐增长的趋势。在今后的十年当中,将是CAE发展的高峰期,在中国2005年,国家十一五规划,它的战略就是以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,这样就为VPD的技术的发展提供了良好的环境,VPD技术必将成为企业产品研发创新的必走之路。第二个趋势就是说我们现在的产品的功能越来越复杂,现在产品设计过程,往往是多学科领域,各个系统形成时期的一个过程,产品的开发过程也涉及到多个学科,多个的系统,并且这个系统之间有交叉吻合的作用,那么产品有这个机电系统、控制系统、电子系统,这三个系统联合作用,因此这个VPD所带来另一个的发展趋势就是多学科的联合仿真,在一个产品当中。我们要做可能要流体力学做分析,疲劳分析、振动、噪音、加工工艺、碰撞、热分析、运动和控制等等,这个将来都会在同一个平台下来完成。计算机硬件的发展以及软件计算的这个技术,现在来讲这个CAE仿真的费用越来越低,由于产品的结构、功能越来越多,所带来的费用是越来越高,因此现在有越来越多的人来做这个CAE的分析,这个CAE的分析的复杂性也越来越高,这样就导致一个问题就是说,有大量的这个CAE分析的数据,如何管理和管理这些数据这是VPD技术所面临的一个问题。随着企业信息化的发展,这个企业也对这个CAE提出来越来越多的要求,首先一个集成,这个是在PLM的框架下,是存在了各个系统和学科怎样进行无缝的集成,还有建造设计,仿真流程的管理,这里主要是指仿真流程的规范。另外一个就是专家知识的积累和再利用,还有仿真数据的访问,还有就是协同研发的要求,这个包括设计多学科协同仿真,还有跨部门和跨地区的协同,和供应商的协同。那么这些都要求对仿真数据和仿真流程进行管理,然后仿真数据和流程的管理对VPD技术也是非常重要,它可以提供一个设计仿真一体化的平台,可以进行数据的管理,流程的集成、规范化和标准化,还可以实现多方案的对比,包括自动持衡,还有知识的积累和利用。那么总的来讲就是仿真数据和流程的管理,消除了仿真的特殊途径,使合作、沟通、协同更加顺畅。接下来讲VPD技术的应用,这是日本的丰田公司,他针对产品开发前期发现问题和解决问题的策略在90年代的中期,他是通过改进沟通的方式来发现问题和解决问题,他在这个产品开发的过程当中,在第一个物理样机阶段,通过改进沟通可以解决40%的问题。到第二个物理样机的阶段,可以解决75%的问题。在90年代中期,他使用这个三维的CAD这个设计,这样在这个第一个物理样机的阶段,可以解决50%的问题,到第二个物理样机的阶段,可以解决90%的问题,在现代,他采用的VPD技术,采用VPD技术以后,在第一个样机阶段,它可以解决80%的问题,到了第二个物理样机的阶段就可以解决95%的问题。丰田佳美2002款,这款车型采用VPD技术以后,它所带来的效果是设计周期减少了10个月,设计人员减少了20%,设备花费减少了30%,样机制造的费用减少了65%。汽车的安全性,以往的技术都是通过实验的方法来测试,现在我们可以通过VPD技术对汽车的碰撞进行仿真,从仿真的过程中来发现问题,解决问题。这是台湾的一个企业,他制造这个AACD,他通过这个VPD技术可以找到有效的方法来减少这个AACD的厚度和AACD的质量。这是翻盖手机和折叠式手机,翻盖手机和折叠式手机的一个比较关键的地方就是这个柔性的FPCB板,柔性FPCB板是这种手机的寿命一个关键因素,以前的方法都是通过实验,不断地来测试,现在我们可以采用VPD技术,对翻盖过程当中,它的这个柔性FPCB板,它的运动,它的硬力和它的寿命来进行分析。这是手机跌落仿真,通过这个仿真,我们可以减少实际的跌落实验。这是一个多学科联合仿真的例子,这是一个沙滩摩托车,我们可以先用动力学仿真软件来仿真摩托车在过一个砍的这个载荷,然后这个载荷在传到这个软件当中来进行分析和摩擦分析,然后再把这个分析结果传回到动力仿真软件当中来仿真,他的这个整个的整合历程,最后通过疲劳软件来计算出产品的疲劳破坏点和疲劳寿命。最后给大家介绍一个结构改进的设计,这是一个PDA的手机,在这个产品,它的一个关键的结构就是这个LCD的支撑,这个动画放不了了,这个动画放出来以后,就是目前的结构,跌落下面以后,支撑镜会断掉,他的一个软件方案,就是把那个镜由原始的1.00MM改成1.4MM,这样来做这个仿真,这个分析的结果,这样的结构也不行,就是说跌破时他的已经支撑镜也会断掉,所以说他的设计方案,就是把正格的支撑结构改掉,改成这样一个圆柱型的结构,分析的结果,这样的结构可以在跌破的过程当中,它不破坏。那么最后他在实际样机当中,就是样件当中也采用这样的结构,并通过了实际的物理测试。这是洗衣机减振的例子(PPT),通过VPD技术我们可以筛选出最佳的方案来减少洗衣机的振动。
    接下来我介绍一下,我们MSC所提供的VPD工具,分成三个系列,首先是SIMULATIOOFFICE系列、SimDesigner系列、SimManager系列,那么在SIMULATIOOFFICE这个系列里面,我们可以有多种软件用来问题不同的分析,有动力学运动仿真的软件,还有控制仿真的软件,有做碰撞安全和跌落分析的软件,上面这个软件是对汽车行业开发出来的软件。做这个热分析和电磁厂,以及多层偶合分析的软件,还有做结构静态和动态的软件,是我们这个统一的一个陈述软件,SIMDESIGNER软件,他是集成在CAD系统当中的,在这个建立下,可以调用这个SIMDESIGNER来进行前面的软件所提供的各种分析,包括可以做热分析、运动仿真等等,那么SIMD也是我们一个仿真数据和流程管理的一个软件,它提供了一个系统平台,用于管理和仿真预防相关的流程数据和人员,那么SIMD可以使企业更有效地运行,基于这个仿真的流程,通过EAL的方式,无缝集成PDM等其他企业信息系统,实现设计分析的协同,科学跟科学之间的协同,以及跨部门和供应商之间的协同。最后简单介绍一下我们MSC公司,他的全称是MSC  Software公司,通常我们叫MSC公司,MSC的含义就是,MSC公司是全球仿真技术的领导者,目前在全球有超过10万个以上的用户在使用我们的产品,我们有行业丰富的工程应用经验和完整的VPD仿真方案,MSC公司创建于1963年,总部是位于美国的洛杉矶,是世界最大的有限元和MCE的软件供应商,我们公司是MSC的开发者和拥有者,开发,他是在1965年开始的,开发这个软件最初的目的是配合美国阿波罗登月计划,用这个软件,就是对阿波罗登月的飞船进行结构分析,在1971年,发布这个商业化的版本,发布以后就成为非常著名的结构分析软件。那么以至于现在有好多人知道这个,但是还不知道我们MSC公司,MSC公司全球架构,总部在美国洛杉矶,总部下来有三个工业部和一个工学院,还有五个研发中心,其中有一个研发中心是在中国,有两个总部,亚太总部和欧洲总部,亚太总部是设在日本的东京,在韩国、中国大陆、中国台湾、印度、澳洲和东南亚设有办事处,MSC最早进入中国的时间是在1993年,最初是在北京设立办事处,随后在成都、上海和深圳设立了三个办事处,在2000年在北京设立了一个咨询中心。值得一提的是在今年的四月,MSC在中国设立了一个研发中心,这样就大大加强了中国本土的技术支持力量,现在MSC公司在中国有超过60位员工,技术设计工程师都具有博士和硕士学位,我们不单给大家提供网内的技术支持服务,同时也提供优质的功能咨询服务,那么为了和客户方面沟通,我们有免费的咨询电话,还有中国的网站。MSC公司从93年成立到2005年,它的销售额是稳步增长的,公司业务的发展也由最初的单纯的软件销售,发展到现在软件销售加工程咨询和培训,三位于一体。MSC软件产品在国外有非常大的市场,这个我在这里简单地介绍一下,国内行业的用户,我们的用户几乎遍布各行各业,航空、航天汽车、全国通用机械、电子、大学和研究机构,这个是国内的一些用户,由于时间关系在这里我们就不多讲了,铁路行业的用户,造船、航空、航天、军事国防、通用机械、电子电器、研究机构、大专学校,MSC公司不但发展自身的技术之外,还加强第三方软件的合作,目前和我们合作的软件厂商有NCODE,NCODE是英国著名的软件开发公司,和美国的LSTC,它是美国就是说非常有名的做损坏的动力源分析,还有CDADAPCO,他的这个软件是十大CD,还有国内的SIGHINA,MSC有着40多年的VPD经验,有着全面最好技术和不断改进的VPD产品,我们提供协同的VPD方案,和完整的企业解决方案,因此我们是你们合作的最好伙伴,我希望我们能有机会和国内的企业一起携手迈向虚拟产品开发,大家可以登陆我们的网站和打我们的联系电话,了解我们更多的信息,在外面我们也有展台,如果大家需要了解更多的情况,可以到我们的展台和我们的工程师交流,谢谢大家!

(本文根据“2005年中国制造业信息化(PLM)年会”现场录音整理,未经作者本人确认)

 责任编辑:张敏