產品
CAD/CAE/CAM/PLM制造業信息化SIMULIA仿真模擬
全面深入的了解你的設計空間,獲得最優的設計方案
仿真流程自動話和設計優化解決方案——在大幅提高產品性能、質量和可靠性的同時顯著縮短設計周期、降低產品成本
業界挑戰
??CAE仿真分析已經在工業界得到了廣泛的實施與應用,在幫助減少產品設計周期,降低產品設計成本方面起到了重要的作用。但是,簡單的執行單一的CAE 分析,只能起到以仿真替代實驗的目的,驗證設計的有效與否;而進行CAE分析最核心的目的是通過仿真分析來指導或修改產品設計,使其滿足甚至超過最初的設 計目標,而要實現CAE分析的此目的,多學科多目標設計空間探索與優化是一個必不可少的工具。
??現代產品,尤其諸如飛機、汽車等高尖產品,運行環境復雜,設計考慮工況眾多,在產品的總體設計階段,因此需要進行多學科優化分析以綜合考慮其整體性 能。而多學科分析設計了眾多分析軟件,分析內容和多次分析循環,如何建立復雜的多學科仿真分析流程,并讓此流程可以自動運行,可以幫助工程師自動快速的計 算多種設計方案,了解設計空間,獲得最優設計,這也需要一個仿真流程自動化和多學科優化工具幫助客戶實現此目標。
Isight仿真流程自動化和多學科設計優化
??Isight是一個仿真分析流程自動化和多學科多目標優化工具,它提供了一個可視化的靈活的仿真流程搭建平臺,同時提供與多種主流CAE分析工具的專 用接口,利用此工具,用戶可以方便的以拖拽的方式可視化的快速建立復雜的仿真分析流程,設定和修改設計變量以及設計目標,自動進行多次分析循環。同時提供 了實驗設計、優化方法、近似模型和六西格瑪設計等一套完整的優軟件包,來幫助用戶深入全面的了解產品的設計空間,明晰設計變量與設計目標之間的關系,進而 實現多學科多目標優化設計。
成熟的第三方軟件接口與開放的集成平臺
??提供包括CAE工具ANSA,Abaqus,ADAMS,Nastran,ANSYS,Fluent等,CAD工具 Catia,UG,Pro/E,SolidWorks,還有Matlab,Excel,Mathcad等眾多工程分析中經常使用的相關工具。同時也提供通 用接口Simcode與企業自有的特殊工具軟件或自編程序集成。
??下圖列出了部分Isight中的Component.
Simulia Execution Engine(SEE,原Fiper)企業級多學科仿真流程集成與優化平臺
SEE是Isight在企業級的擴展應用,除了Isight客戶端外,SEE還提供基于Web的輕重級客戶端,用戶可以方便的通過網頁的形式修改仿真設 計參數,提交仿真分析流程,而作為SEE核心的SEE/ACS(Application Control System)將會統一管理整個分析中的工作流程、組件庫、運行環境等核心內容,流程中的CAE分析工作也會由ACS統一分配于相應的SEE Station 進行計算,人員之間可以共享不同的分析流程,或者協同工作完成復雜的分析流程。而不同企業之間則可以通過不同ACS的信息交換來實現企業界別的多學科仿真 協同。
Isight/SEE與仿真生命周期管理系統SLM無縫集成
??SEE基于高可擴展性的J2EE多層體系架構,具有良好的開放性和可擴展性,支持與企業的PLM/PDM系統集成,從PDM系統中提取相關的CAD設 計模型。同時可與DS/SIMULIA推出的仿真生命周期管理系統SLM無縫集成,進行仿真數據的有效管理,快速查詢檢索相關仿真數據,實現多仿真方案結 果快速對比等。
??下圖為KAI(Korea Aerospace Industries)利用SEE構建的企業級仿真流程與數據管理系統架構
Isight提供了完整而先進的優化技術包,包括實驗設計,優化設計,近似模型和六西格瑪設計,使工程師全面深入的了解產品的設計空間。
實驗設計
包括:中心復合法,全因子組合法,部分因子法,Box-Behnken法,超拉丁方法,優化拉丁方法,正交數組法和參數研究法以及用戶自定義的數據文件。
幫助用戶了解和評估各個設計變量對設計目標的影響,便于進行設計參數的篩選以減少優化問題規模。
優化設計
??包括數值優化、全局探索法、啟發式優化法和多目標多準則優化算法,具體包括:Hook Jeeves模式搜索法,簡約下降梯度法LSGRG2,序列二次規劃法NLPQL,修正可行方向法MMFD,單純行下山法Downhill Simplex,整數規劃法MOST,滿應力法Streess Ratio Optimize,直接法DIRECT Optimization,多島遺傳算法MIGA,自適應的模擬退火法ASA,進化算法Evol,多目標遺傳算法NCGA,多目標遺傳算法NSGA- LL,微觀遺傳算法AMGA,粒子群法Particle Swarm,全智能優化器Pointer。
??并支持任意組合合優化策略,取長補短。
近似模型
??提供相應模型(RSM),正交多項式擬合,Kringing近似模型,和徑向基函數(RBS)神經網絡等近似模型。
??幫助用戶快速擬合生成數學代理模型,從而避免在需要多次迭代計算的優化工程中運行大規模的CAE分析模型。
六西格瑪設計
??提供蒙特卡洛分析,可靠性分析,基于可靠性的優化設計,(動態、靜態)田口(Taguchi)穩健性設計,以及六西格瑪設計等多種質量控制方法。
幫助設計人員搜尋不僅理論上可行,而且實際上(存在隨機波動)也同樣可行的設計方案。
Boeing軍機事業部利用Isignt構建快速飛機設計平臺
??波音軍機事業部(Bocing Military),利用Isight/Fiper構建自己的飛機總體設計平臺CAVSIM(Conceptual Air Vehicle SIMulation),通過集成三維設計軟件CATIA,飛機總體設計軟件AVID ACS,快速構建仿真分析流程,結合Isight優化工具,快速做出設計決策。如利用次平臺,可以將翼型優化的設計周期從兩個月減少到四天,大幅度提高設 計效率,拓展設計空間,迅速獲得最優設計方案,并直接給出三維設計CAD模型。
歐盟VIVACE項目選擇Isight/Fiper提高飛機發動及發動機性能設計
VIVACE(Value Improvement through a Virtual Aeronautical Collaborative Enterprise),是歐盟資助的研究計劃,其目的是通過開發虛擬的合作工程環境以改善飛機和發動機設計流程。
Vivace計劃中的虛擬飛機設計和虛擬發動機設計均采用Isight/Fiper多學科多目標優化解決方案。通過Vivace項目的成功實施,飛機研制總費用(從新飛機設計到市場銷售)降低5%,減少飛機最后研制成本(final development phase costs)5%,縮短飛機研制周期30%,新型發動機研制費用降低50%。充分體現了多學科多目標優化和跨部門跨區域協同仿真的優勢。
GE發動機部,P&W采用Isight/Fiper進行航空發動機多學科多目標設計
? GE發動機采用Isight/Fiper的流程自動化和多學科多目標解決方案,進行GE90發動機改型,單機減重250lb,比油耗下降1%,每個引擎 節省近25萬美金,而整個工作在3個月內完成,產生了巨大的經濟效益。Isight/Fiper幾乎被應用于GE所有發動機的研發設計中,包括其為波音 787飛機設計GEnx發動機。
是Isight最大的商業客戶之一,Isight在葉型多目標氣動優化,透平高低壓缸過度段設計等近40多個領域得到廣泛應用,同時P&W利用 Fiper技術構建其企業級多學科優化設計平臺。其為F-35聯合攻擊機設計的F-135發動機即采用Isight/Fiper優化技術,為整個項目節省 成本超過千萬美金。
唐山軌道客車采用Isight進行受電弓導流罩多學科優化設計
針對高速動車的受電弓、導流進行氣動性能,結構強度多學科優化設計,實現滿足強度剛度要求下得最小氣動阻力,最小質量的導流罩外形。
通過Isight集成網格參數化工具Scupltor,氣動仿真軟件Star-ccm+,強度分析軟件Abaqus,建立分布式多學科調用流程。通過 實驗設計,近似建模,多目標優化,最終實現氣動阻力降低3.9%,導流罩質量減少13.3%,同時滿足剛度與強度設計規范要求。
豐田汽車利用Isight進行整車碰撞多目標優化分析
??豐田汽車需要優化某款車型車身9個部件厚度以提高整車碰撞性能指標,減少B柱加速度,降低地板插入位移,同時希望不增加汽車質量。利用Isight集 成PamCrash(整車模型規模超過5萬個單元,計算時間為80毫米),進行一系列的優化后,整車性能(B柱加速度,底板插入位移)有近8%的提高,而 整車的質量降低了10kg.成功完成最初的優化設計目標。
泛亞汽車采用Isight進行白車身多學科多目標優化前期設計
泛亞汽車利用Isight對某車型白車身進行多學科多目標優化分析。設計變量涉及了結構梁位置、角度、截面尺寸、板厚、材料等58個參數,以滿足包括白 車身剛度、模態、100%剛性墻碰撞、40%偏置碰撞、側撞等在內的多個設計目標。通過分析可以找出對各項性能有較大的影響的白車身設計參數,同時發現各 性能指標隨工程更改可能出現的變化趨勢,這對項目后期針對工程問題做出正確的決定非常重要。同時了解白車身滿足各設計目標的最大減重可能以及保持設計成本 時的最大產品設計潛能,并可以在多個目標值之間進行權衡分析,以對整個設計空間進行全面深入的了解。