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Simcenter,可预测性工程分析推动形成产品创新链的数字闭环

2020/5/20    来源:e-works    作者:e-works  许之颖      
关键字:Simcenter  Digital Twin  数字化闭环  荷比卢考察  预测性分析  
5月22日下午,“2019e-works荷比卢制造业数字化创新之旅”考察团参观了位于比利时鲁汶的西门子仿真产品线Simcenter的总部。西门子强调数字化转型是企业应对挑战和创新的关键,并提出价值链数字化的概念,即设计过程、制造过程、产品运行过程的数字化双胞胎。此次访问,考察团了解到西门子基于数字化双胞胎技术下产品可预测性工程分析理念、Simcenter产品组合及其价值,对西门子基于数字化双胞胎构建的产品创新平台有了进一步的认识。

    5月22日下午,“2019e-works荷比卢制造业数字化创新之旅”考察团参观了位于比利时鲁汶的西门子仿真产品线Simcenter的总部,西门子STS市场总监Peter De Clerck先生热情接待了考察团一行,向考察团重点介绍了西门子的全球业务、西门子仿真产品的理念、Simcenter产品组合,并陪同参观了Simcenter的实验室。

Peter De Clerck先生向考察团介绍西门子与Simcenter

Peter De Clerck先生向考察团介绍西门子与Simcenter

    数字化工业是西门子的核心业务板块之一,西门子数字化工业软件隶属于该板块。西门子为打造完整的数字创新平台,在过去的11年间,累计投资110亿美元进行了大量并购,其中包括UGS、LMS、CAMSTAR、MENTOR、CD-adapco等众多知名软件,融合各领域内领先的技术与解决方案,以帮助企业实现从理念到生产到运营整个创新过程的数字化。

西门子业务板块及2018年营收状况

西门子业务板块及2018年营收状况

西门子数字化创新平台

西门子数字化创新平台

西门子数字化工业软件并购路径

西门子数字化工业软件并购路径

    2014年西门子收购LMS,形成了Simcenter产品线。LMS聚焦于前端产品开发的虚拟仿真以及后端的产品测试技术,是全球知名的仿真和试验管理软件。仿真和测试技术作为产品数字模型构建与验证的重要手段,在西门子的数字化双胞胎构建中发挥着重要的作用,西门子意识到将设计、仿真和验证软件进行集成已经成为当务之急,通过并购、整合,推出了全新的仿真和测试产品套件Simcenter,进一步加强了西门子产品创新链条上产品性能可预测性分析的实力。

利用Digital Twin加强全价值链数字化闭环

    当前,产品的复杂度越来越高,从过去传统的机械产品向智能产品转变,产品中所蕴含的技术领域不断扩展,集成了机械、电气、电子、控制技术,技术与技术之间需要实现耦合。此外,面对复杂多变的市场环境,客户需求越来越个性化、产品越来越很复杂的状况下,企业需要研发制造更多的变型产品,仍然要以更高的质量、更短的周期、更低的成本制造交付产品。对于这些挑战,企业需要改变传统的研发模式与制造模式,优化研发过程和制造过程,应用数字化工具、实现多学科协作,通过数字化转型,才能得以更好的生存和发展。

    随着技术的不断进步,Digital Twin的应用在数字化转型中将扮演越来越重要的角色。Digital Twin一个很重要的特征是通过物联网、传感器打通虚实,通过逆向反馈运行信息对产品进行持续优化。

    因此,西门子提出实现全价值链的数字化,如当开发一个新产品时,建立数字化的产品模型,对其制造过程进行数字化仿真后,再进行真实的自动化生产制造真实的产品,真实产品融入大量传感器,通过传感器将产品运行的信息反馈回来,通过创新数字化双胞胎,获得洞察力,可以更准确地预测产品开发过程中各阶段的产品性能,从而优化产品与制造过程,形成产品全生命周期的闭环。

实现全价值链数字化

实现全价值链数字化

性能工程成熟度模型引导产品可预测性能力逐步提升

    仿真涉及复杂工具的使用、涉及多学科应用融合,算法不好和计算能力不强都将严重影响仿真的效果,因此西门子提出了性能工程成熟度模型,用于描述产品可预测性工程不同层次的应用水平以及智能化程度。

性能工程成熟度模型

性能工程成熟度模型

    第一级:REALISM(增强执信度)

    在这个层级,仿真的结果与实验的结果越来越近,比如能够耦合多个物理和学科,提供更精确的建模技术,能够实现各种计算,包括高性能计算,实时的交付,并在混合模型中包含真实数据。达到这一级水平,将对模拟和测试数据有更大的执信度,通过及时提供的数据,可以减少过度设计、缩短测试周期、降低现场故障的风险、缩短开发时间和进一步节约成本。

    第二级:CONTINUITY(一致性)

    在这个层级,需要通过更好的管理,使过程、模型和数据的实现共享和链接,通过自动化的工作流和整个工程周期需求的可跟踪性来实现企业范围人的协作,使性能工程在Digital Twin中发挥积极作用。生命周期中的任一环节发生变更,通过数字主线,都会保证相关环节发生相应变更,实现全局协作。

    第三级:EXPLORATION(洞察信息)

    在这一层,可以从仿真的结果中洞察信息,工程师可以利用强大的工具支撑决策,从自动化的获得结果到智能化的获得结果,使模拟可用和可访问,并指向最佳的可能的设计。

不同层次的仿真构建全面的解决方案组合

    Simcenter的产品组合中整合了一维的系统仿真、基于三维模型的CAE、物理测试等多种组件,形成端到端完整闭环的产品全生命周期的仿真与测试管理体系,通过仿真结果的可视化与数据分析,能够更好的洞察结果,实现产品预测性的工程分析。

Simcenter产品组合

Simcenter产品组合

    System Simulation:利用系统仿真,在早期的概念设计阶段进行产品设计的选型和整体架构的设计,从而尽早对设计产品的关键性能进行仿真验证,预测系统性能。Simcenter包含大量预定义的物理和应用程序库,工程人员可以构建产品早期的一维系统模型,如包含发动机、电机、气动系统、刹车系统,抽象成系统框图进行系统仿真,分析这些子系统之间是否可以协同起来,进行有效的工作。

系统仿真示例

系统仿真示例

    CAE Simulation:模拟基于几何设计的真实性能,提供多物理领域和机电液热控一体化仿真解决方案,涵盖强度、刚度、振动、噪声、热、流、疲劳耐久、复合材料等多领域、多学科,在行业上覆盖汽车、航空航天、工程机械、家电、能源电力等行业的产品研发过程。整合后的CAE仿真产品线包括Simcenter 3D、Nastran、Samcef、FEMAP、Simcenter MAGNET等众多仿真工具,并实现多学科耦合,以满足机电的耦合、流固的耦合、热疲劳的耦合、声疲劳的耦合、声固的耦合。

Simcenter FLOEFD——可嵌入CAD环境中仿真

Simcenter FLOEFD——可嵌入CAD环境中仿真

精确到肌肉动作的碰撞仿真

精确到肌肉动作的碰撞仿真

    Physical Testing:使用物理测试系统来实现精确的模拟和最终产品验证。Simcenter测试解决方案为基于测试的工程提供了完整的集成环境。Simcenter的物理测试包括振动测试、噪声测试、疲劳测试、环境测试、振动环境测试、噪声环境测试、热环境测试,也包括电子性能测试,如IC芯片测试。此外,物理测试的意义不仅仅在于最终产品验证,更是测试与仿真的融合,测试结果间接地用于仿真环境,去校准三维仿真模型,反之,又可利用仿真指导测试,在实物测试之前,利用模型优化测试方案,确保测试的可靠性。

利用西门子软件设计与验证的“好奇号”火星车已降落在火星上

利用西门子软件设计与验证的“好奇号”火星车已降落在火星上

    DESIGN EXPLORATION:实现仿真结果可视化,并能加速性能预测和设计修改决策。通过HEEDS与Simcenter 3D的接口,可以直接读取Simcenter 3D模型及分析结果,并识别Simcenter 3D中的参数变量,通过非常高效的Tag功能,实现两者的关联,再通过Heeds的混合-自适应算法,在探索过程中自动选择参数并不断调整,能够同时使用全局和局部搜索,对设计空间进行直接探索以快速完成优化求解计算,以找到优化设计方案。

    SIMULAION DATA MANAGEMENT:Simcenter与Teamcenter无缝结合,支持RFLP(需求(R)、功能(F)、逻辑(L)、3D物理开发过程(P)),利用数字主线连接生命周期的不同阶段,实现从需求到模型到数据的追踪与协同。并且,通过Teamcenter可集成多种仿真工具,对仿真数据实施有效地管理,实现分类、查询、检索与共享,以及对仿真过程实施权限控制。

Simcenter与Teamcenter无缝结合支持RFLP开发过程

Simcenter与Teamcenter无缝结合支持RFLP开发过程

基于know-how提供工程咨询服务

    西门子除了向制造业提供仿真的解决方案之外,还可以提供仿真与试验工程咨询服务,比如客户要解决一个振动或噪声的问题,自身能力不足,同时又缺乏专家资源,这种状况下,西门子可以安排技术专家或技术团队利用提供工程咨询服务,或通过工程外包方式,与客户协同,解决问题,以帮助客户完成产品验证。

后记

    通过交流与现场参观,西门子向考察团呈现了从产品需求到运行过程全生命周期的仿真解决方案,作为西门子Digital Twin技术的重要组成部分,Simcenter将传统以验证为中心的仿真方法向以数字孪生为主的预测方法转变,通过虚拟模型与物理对象的同步、信息反馈,形成与设计的闭环,驱动设计的优化。

考察团成员在Simcenter总部前的合影

考察团成员在Simcenter总部前的合影

责任编辑:程玥
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