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从LMS发展看复杂产品仿真分析趋势

发表时间:2010-12-10 王阳
今年7月,LMS完成收购美国Emmeskay公司,加上2007年对法国Imagine公司的收购,LMS从早期的试验和NVH(振动噪声)仿真领域,拓展到三维仿真,再到一维仿真,到如今的“基于模型系统工程的仿真”,帮助企业实现复杂产品的机械系统和控制系统的双重仿真愿景。

113-4日,LMS 2010年用户年会在成都举办,虽然不是第一次接触到LMS致力于仿真和试验领域的技术,不过对于成立整整30年的LMS来说,2010年无疑是非常重要的一年,也给媒体呈现了不一样的战略视景。

今年7月,LMS完成收购美国Emmeskay公司,加上2007年对法国Imagine公司的收购,LMS从早期的试验和NVH(振动噪声)仿真领域,拓展到三维仿真,再到一维仿真,到如今的“基于模型系统工程的仿真”,帮助企业实现复杂产品的机械系统控制系统的双重仿真愿景。

 

一、30年的工程创新背景

 

成立之初的LMS,是一个单纯的NVH试验公司,通过基于计算机技术的多通道振动噪声数据分析,并开发先进的数据采集及分析系统,使工程领域的噪声振动问题可以快速、深入地分析。

在九十年代,很多客户已经开始寻找新的途径用仿真的方法来部分替代实物试验,以缩短开发过程,并在多属性多变量中节约成本。LMS对这一需求提供了解决方案。

在这一时期,LMS成为混合仿真解决方案的先行者。

再随着产品复杂程度的逐渐提高,很多产品的仿真需要从概念阶段就开始。这个时候,产品的一部分部件已经设计出来了,而一些部件仍待开发,没有完整的几何模型,如何进行仿真呢?

这些工程的挑战在未来将引发下一代的开发流程的变革,LMS也结合多年的经验提出了建立系统级模型的想法,并推出基于模型的系统工程MBSE)方法。(MBSE:Model-based System Engineering)

LMS发展历经了三个阶段

 

二、从三维仿真到一维仿真,再到“基于模型系统工程”的仿真

 

在介绍LMS“基于模型系统工程”的仿真之前,我想简单地解释一下“三维仿真”和“一维仿真”的关系。

譬如在一辆普通轿车中,各种各样的系统多则达到30余个,通过3D CAD设计出来的发动机、底盘等机械系统只是其复杂系统中的一部分。如何让汽车驾驶起来更舒适,可以通过数字化样机技术建立起相应机械系统,予以碰撞分析、振动噪声分析等,这是“三维仿真”的范畴;而如何测试汽车的电控系统、刹车系统、操作稳定性和平滑性等……则需要对性能进行仿真分析,这就要求建立起相应的“一维仿真模型”。

众所周知,随着产品设计的复杂程度越来越高,特别是在汽车、航空等领域,越早地对产品进行分析验证,可以更早地进行设计修正和调整,从而降低设计环节的周期和成本。

PTC 2007年用户大会上,密歇根大学Jeffrey K. Liker先生和美国麻省理工Steven D. Eppinger教授所推崇的产品“精益研发”的思想,就是建议在产品开发环节更早地实施“前端工程”,以降低开发变更的成本,并可视化追踪研发前端的问题。

其实,在对产品仿真分析领域,存在同样的道理:如果在产品概念阶段,就能进行一定的仿真分析;随着详细设计的推进,再逐渐对产品“数字样机模型”进行分析优化;最后,基于产品“智能模型”进行分析……

这样循序渐进、由浅入深的过程,即是LMS所提出的从一维仿真到三维仿真、再到“基于模型系统工程”的仿真。

 

  • 何为一维仿真?

LMS收购法国Imagine公司之后,推出了Imagine.Lab平台,通过在产品概念阶段,建立基于产品性能(而非产品功能)的控制系统模型,而从完成的仿真分析。

  • 何为三维仿真?

即传统的基于机械系统的仿真分析,通过CAD建立起的数字样机,在规定的物理场范畴内进行有限元分析、优化。当然,随着CAE技术的发展,三维仿真的概念也随之发生变化,诸多软件厂商推出了仿真平台的概念,诸如ANSYS workbenchAltair HyperworksMSC simmanager等,加强了三维仿真技术在多个物理域的交互和耦合功能。

这类仿真的特点是需要建立起相应的机械模型(我们通常说的数字样机或虚拟样机),往往在产品详细设计之后才能完成。 

  • 何为 “基于模型系统工程”的仿真?

这也是LMS收购美国Emmeskay公司的最直接目的。Emmeskay具有很强的针对受控对象进行物理建模控制系统开发的技术,使得产品的机械系统控制系统可以整合在一起,同时进行仿真分析。

“基于模型系统工程”的仿真一个宏观的命题,LMS一直在试图找到一个系统级的仿真方法,能准确描述机械系统控制系统的集大成者,并将二者的仿真结合起来,这一愿景催生了“智能系统模型”的推出。

LMS也借此完成了提供基于“一维仿真”和“三维仿真”相融合、并且更完备的解决方案。

 

二、全球化业务布局

LMS全球客户主要集中在先进制造业,同时集中在复杂产品开发领域。譬如航空、航天、船舶、汽车、汽车零部件、重工、工程机械、家电等行业。

 

   

目前,LMS在全球有30家办事机构和25个代理机构,为了保证技术的先进性,LMS将每年超过25%的收入都用于研发工作。 

当然,这样的投入也取决于LMS每年都持续并稳定的发展,即使在金融危机时期。值得一提的是,LMS仍然是一家私有企业,管理层成员拥有股份。这使得LMS很多工作的开展和实行更加自主和具有效率。

在全球诸多的研发中心里,譬如比利时、荷兰、法国、美国、德国、罗马尼亚和印度,时常会组织各种各样的培训,因为仿真及试验领域的技术更新非常快,LMS的员工必须经常接受培训,才能保证更好地为客户提供帮助和支持。

 

三、LMS在中国

 

         LMS中国团队成立已经有13年的历史,目前发展至60余人。

LMS全球市场中,中国无疑是业务增长最快的地区。在中国业务开始的初期几年,LMS中国的业务仅为全球业务量1%,而如今这一比例提升到了12%

骤增的客户需求和快速的业务增长使得中国市场被LMS越来越多的关注到,LMS CHINA20082009年连续获得全球“BEST OFFICE”称号就是很好的证明。

 

LMS发展战略走向来看,既将“仿真”和“试验”两者进行了融合,软件仿真分析实物物理试验相结合;同时,将产品按照系统工程的方法予以划分,使得机械系统控制系统可以分开仿真,又可以集大成。

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责任编辑:江艳芬