MSC，构建从材料微观结构到系统协同仿真战略

    2015年5月，国务院发布了我国实施制造强国战略的第一个十年行动纲领《中国制造2025》，提出了实现中国制造向中国创造转型的规划。可以说，如何准确把握和有效应对《中国制造2025》战略所带来的机遇和挑战，是摆在中国制造业面前的紧迫任务。在MSC软件中国区技术总监陈扬博士看来，中国制造业的转型升级，一定离不开核心技术的突破，而这个过程中，仿真技术的应用将不可或缺。

    作为成立50余年、在中国市场耕耘超过20年的CAE软件公司，MSC的仿真技术已经在航天、航空、军工、汽车为代表的制造业的结构强度、NVH、多体动力学、非线性、工艺仿真等领域得到了广泛的应用。陈扬博士近日在接受e-works记者采访时指出，MSC软件在中国的战略愿景与《中国制造2025》的规划是不谋而合的，我们希望通过提供从材料微观结构→工艺仿真→部件→系统协同仿真的一系列技术，有效地帮助客户缩短新产品研发周期，提升产品质量和设计研发水平，加快产品上市时间，为中国制造业的发展做出贡献。

MSC中国区技术总监陈扬博士

    纵观MSC软件的发展历程，一定程度上是浓缩版的CAE软件发展史。从18000美元起家到被业界评为与IBM、苹果及微软共同入围的“十大原创软件公司”，MSC的产品线不断扩充，逐渐覆盖到从材料微观结构→工艺仿真→部件→系统协同仿真。

MSC软件发展历程

    MSC中国区技术总监陈扬博士认为，近年来，随着针对单一部件的仿真技术越来越成熟，企业的应用开始更多转向复杂产品的系统级仿真，多物理场耦合、多学科优化逐渐成为当前热门的CAE技术发展趋势。陈扬说，“从产品部件的仿真过渡到系统级仿真非常重要，而从产品部件的仿真回溯到面向材料的仿真同样具有非常重要的意义。”

    近几年，针对复合材料的研究备受关注，但这仍是一个充满诸多未知和挑战的领域。在陈扬看来，未来任何一个伟大产品的诞生都要基于与之匹配的材料工程技术，这是MSC一直致力于材料微观结构仿真的出发点。

    复合材料具有轻质、高强度、高刚度、抗疲劳和耐腐蚀等优异性能，几乎主流的CAE软件供应商都有面向材料工程的解决方案。除了在MSC Nastran和Marc等产品中具备面向复合材料的功能，MSC前两年还收购了高端材料仿真领域的领先厂商e-Xstream，e-Xstream公司的Digimat产品应用于各个行业的材料体系创新设计，以实现材料的最佳使用并提升产品性能。Digimat除了提供了非线性、多尺度的复合材料建模手段以外，同时兼顾了各种复合材料的制造工艺。

    陈扬介绍了一个重要的电子元件从1米高度跌落遭到损坏的实际案例，跟物理实验相比，传统方法预报的跌落损坏要轻微得多，对材料的非线性和失效考虑严重不足，这将导致对产品强度的过高估计，同时也从侧面反映了Digimat的非线性/多尺度复合材料模型仿真的重要性。

    陈扬认为，要实现智能制造，除了智能仿真，还需要智能工艺。从材料微观结构→工艺仿真→部件→系统协同仿真的整个虚拟仿真链中，工艺仿真也越来越被重视。并且，把在工艺制造过程中产生的残留应力/初始变形反映到部件的仿真中去，将大大提高部件的仿真精度。MSC在2015年初收购了集所有金属工艺仿真于一身的Simufact软件。Simufact为用户提供了各种复杂设备包/材料库，支持部件之间非兼容网格和局部加密，并能对复杂的工艺流程进行直观的可视化流程管理，使得设计工程师，工艺工程师也能方便的利用仿真技术。

    陈扬介绍，目前MSC除了MSC Nastran，Adams，Marc在线性，非线性型和多体动力学的仿真分析优势尤为突出的核心产品以外，MSC还注重这些旗舰产品与其他产品线(比如，金属工艺加工的Simufact，声学/噪音仿真的Actran，基于模型开发的Easy5等)的联合仿真应用，同时也在不断进行收购，加强多物理场仿真能力。

    以新能源汽车的仿真应用为例，电动汽车和新能源汽车的质量分布和刚度分布与传统汽车的不同，其动力系统、传动系统、悬架系统的动力学特性与响应、结构优化、局部的非线性现象、疲劳寿命、耐久性/可靠性等都需要用传统的仿真工具(如MSC Nastran、ADAMS、Marc、MSC Fatigue)进行逐一调整和确认。陈扬说，这些经过久经实践验证的仿真软件的确在电动汽车和新能源汽车的核心技术突破中大有作为，但利用MSC的协同仿真技术，可以通过不同学科的仿真组合，考虑其相互影响和作用，派生出更准确、更全面的协同仿真解决方案来真实地描述新产品设计的复杂过程和系统控制。

    陈扬在采访中提到一个“基于协同仿真的关门声质评解决方案”的例子：作为汽车NVH特性的第一印象，关门声品质有着非常重要的意义，直接影响着整车品质的评价。陈扬介绍，汽车的关门过程具有时间短、频率带宽、伴有高度非线性冲击和噪声的特点。除了关门冲击引起的门结构振动以外，其他许多因素也直接影响关门声质，比如门结构的重量、密封条、漏气空、门锁的机构等。要对这些众多的要素进行综合考量，一定需要对其进行瞬态非线性声学仿真。利用MSC的声学仿真软件Actran与MSC Nastran,Adams,Marc的联合仿真技术，能够描述复杂的关门中出现的鸣铃、异响、尖叫现象，以进一步研究它们影响声质的贡献度和改进方案。

    一定程度上，未来的市场竞争就是细节的竞争，在高档汽车领域，客户可以直接把联合仿真的输出结果转换成用于关门声质的趋势性客观评价，在物理样机制作之前就能进行设计的趋势性的声质评价和改进，节省大量的实验费用和时间。陈扬认为，这个案例所折射出的价值与《中国制造2025》所倡导制造业水平提升的方向是一致的。

    在《中国制造2025》行动规划中，提出重点发展新一代信息技术、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械、农业机械装备十大领域，强化工业基础能力，提高工艺水平和产品质量，推进智能制造、绿色制造。陈扬说，这些技术方向和行业领域都与MSC的技术息息相关，不管是面向新材料技术的研究，还是各个重点行业的核心技术突破，都离不开仿真技术的手段。而MSC提出的材料微观结构→工艺仿真→部件→系统协同仿真愿景，将能促进工业化和信息化深度融合，着力在一些关键领域抢占先机、取得突破。

    除此之外，MSC还将重点发展新一代仿真应用平台——MSC Apex，从2014年发布第一个版本以来，MSC Apex在2016年初即将迎来第五个版本的发布。作为MSC面向未来的战略性产品，MSC Apex致力于探索新的仿真应用模式，在传统仿真流程中，工程仿真总在不断地进行“仿真－评估－改进”的循环，而MSC Apex基于计算部件技术可以大幅减少重复性仿真工作。陈扬说，MSC Apex未来会是一款平台化和系统化的CAE软件，目前它还很年轻，但非常有潜力。