“《中國制造2025》綱領(lǐng)的提出，為中國制造業(yè)開辟了全新的發(fā)展局面。如何準(zhǔn)確把握并積極應(yīng)對《中國制造2025》戰(zhàn)略所帶來的機遇和挑戰(zhàn)，是擺在中國制造業(yè)面前的緊迫任務(wù)，也是對中國仿真行業(yè)提出的更高要求。”MSC Software中國區(qū)技術(shù)總監(jiān)陳揚在MSC Software北京辦公室接受記者采訪時如是說。
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軟件產(chǎn)品由微觀到系統(tǒng)逐級鋪開，是MSC Software多年的發(fā)展戰(zhàn)略，以材料分析為基礎(chǔ)，向上開展工藝仿真、部件仿真，再到裝配仿真，最終實現(xiàn)全系統(tǒng)的聯(lián)合仿真。陳揚博士認(rèn)為，“從材料微觀結(jié)構(gòu)到系統(tǒng)協(xié)同仿真”的模式正是把握了《中國制造2025》提出的發(fā)展戰(zhàn)略，緊隨“中國制造2025”的趨勢，從多方面幫助中國制造企業(yè)在新形勢下實現(xiàn)新突破。
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大力推動新材料仿真發(fā)展
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新材料領(lǐng)域是《中國制造2025》中要求大力推動突破發(fā)展的十個重點領(lǐng)域之一。通過利用復(fù)合材料替代金屬，實現(xiàn)材料輕量化，并達(dá)到節(jié)能減排的目的。然而新型復(fù)合材料與金屬不同，它性質(zhì)復(fù)雜，很多材料內(nèi)部纖維構(gòu)成在不同的工藝情況下都有所不同，因此以材料結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，預(yù)測材料的特性成為新材料研發(fā)中的重要一環(huán)。
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以改性塑料為例，改性塑料是目前應(yīng)用最廣、用量最大的一類廣義復(fù)合材料，主要用于電子電器和汽車內(nèi)外飾結(jié)構(gòu)等。改性塑料部件結(jié)構(gòu)分析面臨的主要問題有4個方面：(1)塑料產(chǎn)品大多為薄壁殼體結(jié)構(gòu)。需要先對實體CAD模型抽取中面，之后在中面網(wǎng)格上進(jìn)行仿真計算;(2)纖維的分布受到注塑過程的影響，因此在結(jié)構(gòu)空間上存在明顯的各向異性。切且塑料材料特性隨時間、頻率和溫度變化而變化;(3)工藝仿真與結(jié)構(gòu)有限元計算通常是在不同的網(wǎng)格模型上進(jìn)行的，為了在結(jié)構(gòu)有限元計算中考慮局部纖維排向影響，勢必需要將纖維方向張量數(shù)據(jù)在不同網(wǎng)格之間傳遞;(4)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元計算時，局部材料剛度需要被分別計算出來，考慮到剛度隨載荷狀態(tài)和時間的變化(材料非線性)，材料剛度的計算需要被嵌套進(jìn)結(jié)構(gòu)有限元計算的每一個增量步中。
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在這種情況下，需要根據(jù)原材料特性和材料微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測其宏觀性能，并與結(jié)構(gòu)有限元和工藝仿真相結(jié)合，提高結(jié)構(gòu)分析精度。“考慮成型工藝影響的改性塑料部件結(jié)構(gòu)分析方法，就是針對改性塑料部件的特殊技術(shù)。”陳揚博士介紹說，MSC Software針對復(fù)合材料分析問題，專門收購了業(yè)內(nèi)知名企業(yè)e-Xstream公司的Digimat軟件。利用MSC Apex、Digimat、MSC Nastran及Marc等非線性軟件的組合, 可以快速抽取薄壁結(jié)構(gòu)CAD中面(MSC APEX)，創(chuàng)建改性塑料非線性各向異性材料模型，還能考慮注塑工藝對纖維分布不均勻性的影響以及綜合諸多因素(Digimat)，很好地解決了復(fù)合材料的強度、NVH和沖擊等結(jié)構(gòu)分析(MSC Nastran、Marc、Dytran及其他非線性軟件)過程中遇到的問題。
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大量的物理試驗證明,傳統(tǒng)方法預(yù)報的損傷破壞要輕微得多，對材料的非線性和失效考慮嚴(yán)重不足，這將導(dǎo)致對產(chǎn)品強度的過高估計。而Digimat提倡的方法與實驗結(jié)果相比，誤差可以控制在10%以內(nèi)。
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從材料微觀結(jié)構(gòu)到系統(tǒng)協(xié)同仿真
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智能設(shè)計+智能工藝
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在推廣智能設(shè)計的同時，《中國制造2025》還重點提到了對制造過程智能化的建設(shè)。通過在重點領(lǐng)域試點建設(shè)智能工廠、數(shù)字化車間，加快人機智能交互、工業(yè)機器人、智能物流管理和增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制以及狀態(tài)信息實時監(jiān)測和自適應(yīng)控制。
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在工藝仿真方面，金屬工藝加工仿真軟件Simufact為關(guān)鍵共性基礎(chǔ)工藝研究，開展先進(jìn)成型和加工等關(guān)鍵制造工藝聯(lián)合攻關(guān)提供了幫助。Simufact可以模擬的工藝場景包括：輥鍛、楔橫軋、孔型斜軋、環(huán)件軋制、擺碾、徑向鍛造、開坯鍛、剪切/強力旋壓、擠壓、鐓鍛、自由鍛、溫鍛、錘鍛、多向模鍛及板管的液壓漲形等。同時，Simufact還具有模具應(yīng)力分析、熱處理工藝仿真、材料微觀組織仿真和焊接仿真等專業(yè)的配套模塊。以焊接仿真為例，在仿真過程中，Simufact可以省去焊縫、焊條和部件之間網(wǎng)格匹配的過程，在仿真開始以后，根據(jù)應(yīng)變情況自動改變，并能夠把焊接過程中的參數(shù)直接代入到裝配環(huán)節(jié)，使仿真貫通產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。Simufact根據(jù)歐美主要OEM廠商的要求，成功地彌補了已有工具軟件的不足之處，大大增強了軟件的易學(xué)易用性,使設(shè)計工程師、工藝工程師也能方便地利用仿真技術(shù)。
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聯(lián)合仿真與協(xié)同系統(tǒng)建設(shè)
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汽車的關(guān)門過程具有時間短、頻率帶寬、伴有高度非線性沖擊和噪聲的特點。研究認(rèn)為以下會引起關(guān)門聲質(zhì)的不良效果：響度太大，尖銳度太高，鳴鈴和異響現(xiàn)象，門鎖的抨擊不光會導(dǎo)致太大的響度，也會引起尖叫，在設(shè)計中應(yīng)該盡量減小和避免。除了關(guān)門沖擊引起的門結(jié)構(gòu)振動以外，其他許多因素也直接影響關(guān)門聲質(zhì)。例如：門結(jié)構(gòu)的重量，密封條(吸收能量，衰減高頻振動)，漏氣空的大小、位置分布，門鎖的機構(gòu)等。優(yōu)化汽車關(guān)門過程的仿真實驗，需要設(shè)計多個物理條件的耦合，形成了一個全面的聯(lián)合仿真應(yīng)用實例。
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陳楊博士介紹說，利用MSC Software聯(lián)合仿真技術(shù)描述具有高度非線性的關(guān)門過程，并建立虛擬樣機。用戶可以直接把聯(lián)合仿真的輸出結(jié)果轉(zhuǎn)換成用于關(guān)門聲質(zhì)的趨勢性客觀評價基于聯(lián)合仿真結(jié)果建立的關(guān)門聲質(zhì)評價系統(tǒng)，在物理樣機制作之前就能進(jìn)行趨勢性的聲質(zhì)評價和改進(jìn)，節(jié)省了大量的實驗費用和時間。
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陳揚博士認(rèn)為，近年來CAE業(yè)界已經(jīng)從基于頻域的穩(wěn)態(tài)噪聲分析進(jìn)化到基于時域，且需要考慮非線性的瞬態(tài)因素的聲質(zhì)評價和改善。以聲學(xué)和噪聲分析軟件Actran為中心，利用MSC Nastran、Adams和Marc等主要產(chǎn)品的聯(lián)合仿真，在車門的關(guān)門聲質(zhì)評價、發(fā)動機活塞沖擊噪聲分析等各種瞬態(tài)非線性噪聲分析，以及含有非線性彈簧、襯套及齒輪接觸等的懸架系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)中，實現(xiàn)了對飛機、汽車油箱晃動問題的重要突破。
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仿真數(shù)據(jù)和流程管理
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在企業(yè)中建立協(xié)同管理平臺，是實現(xiàn)信息化融合的重要途徑，可以幫助企業(yè)更好地管理數(shù)據(jù)，積累知識。隨著企業(yè)規(guī)模的擴大，數(shù)據(jù)與流程管理過程中的問題日益凸顯。
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不同工程師的建模方法不一樣，可能造成分析載荷、約束條件等都不一樣，分析流程不統(tǒng)一，就有可能導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差;在分析優(yōu)化后進(jìn)入設(shè)計改型階段，又會遇到圖樣版本不統(tǒng)一、仿真結(jié)果跟不上實驗結(jié)果等問題;設(shè)計完成以后，數(shù)據(jù)的存儲與管理也會發(fā)生狀況，在龐大的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)遍布各個角落，仿真分析涉及大量數(shù)據(jù)內(nèi)容，管理不當(dāng)很容易造成數(shù)據(jù)丟失。
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建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)與流程管理平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)級的協(xié)同仿真，對于企業(yè)信息化建設(shè)至關(guān)重要。以信息化支撐產(chǎn)品研發(fā)和管理，也是MSC產(chǎn)品戰(zhàn)略的重要部分。基于SimManager的仿真流程、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以對虛擬產(chǎn)品研發(fā)過程中的仿真數(shù)據(jù)和流程進(jìn)行管理，提高虛擬產(chǎn)品研發(fā)的效率和產(chǎn)品研發(fā)的質(zhì)量。陳楊博士指出，建設(shè)信息化管理平臺對于企業(yè)來說十分重要，但在建設(shè)過程中，切忌盲目“發(fā)力”，應(yīng)該先切實做好CAE的數(shù)據(jù)、路程管理系統(tǒng)，再與企業(yè)的PLM系統(tǒng)整合，一步一步地把信息化建設(shè)的路走實。
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此外，MSC Software在2014年正式推出的基于部件計算技術(shù)的全新仿真平臺MSC Apex也一直在加速發(fā)展。自2014年發(fā)布第一版本以來，已有4個版本更新，并將于2016年初再次發(fā)布最新版本。MSC Apex自推出以來，已在全球范圍內(nèi)取得了眾多成功應(yīng)用案例，陳揚表示：“MSC Apex將會以平臺化和系統(tǒng)化為主要發(fā)展方向，逐步增強功能，成為更加完善的CAE軟件，目前它還很年輕，但很有潛力。”
