引言

    科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來產(chǎn)品復(fù)雜程度的大幅提升，如汽車、飛機、船舶等都屬于大型復(fù)雜產(chǎn)品。其研發(fā)過程具有涉及專業(yè)學(xué)科廣泛、流程復(fù)雜、任務(wù)繁多等特點。于是，工程師在研發(fā)過程中，常常遇到這樣的問題：設(shè)計、分析工具繁多而接口不一，無法獲得綜合信息進行優(yōu)化設(shè)計，且設(shè)計任務(wù)變更頻繁，需不斷修改仿真分析模型，修改模型的時間甚至比重新建模的時間更長，大量重復(fù)性工作耗費人工且容易引入錯誤，而優(yōu)秀經(jīng)驗卻無法固化和傳承。如何解決研發(fā)過程中遇到的令工程師頭疼不已的問題呢，多學(xué)科協(xié)同設(shè)計仿真技術(shù)的出現(xiàn)給出了答案。

多學(xué)科協(xié)同設(shè)計仿真技術(shù)

    隨著物理樣機成本的不斷攀升，以及虛擬樣機成本的不斷下降，虛擬產(chǎn)品開發(fā)已被制造業(yè)廣泛采用，設(shè)計過程對仿真的依賴程度越來越高。且隨著客戶需求的不斷提升，產(chǎn)品設(shè)計涉及到的各個學(xué)科的深度與廣度也在不斷擴展，各學(xué)科內(nèi)部也呈現(xiàn)不斷細(xì)分的趨勢，于是學(xué)科間的耦合關(guān)系變得越來越復(fù)雜。

    以汽車研發(fā)為例，各設(shè)計部門與專業(yè)科室分別負(fù)責(zé)不同總成與功能的研發(fā)，應(yīng)用不同專業(yè)的設(shè)計/分析軟件進行單學(xué)科設(shè)計分析與優(yōu)化。而汽車總體設(shè)計則由整車集成部門負(fù)責(zé)，對多個學(xué)科之間的耦合關(guān)系進行分析，最終優(yōu)化出整體設(shè)計方案。

圖1 汽車總體設(shè)計

    更具體的說，如汽車總體設(shè)計涉及發(fā)動機、傳動、懸架、氣動、結(jié)構(gòu)、控制等多個學(xué)科的耦合分析，牽一發(fā)而動全身。發(fā)動機改變需要合適的傳動系統(tǒng)來匹配，而傳動系統(tǒng)改變需要整車結(jié)構(gòu)做出適應(yīng)性改變，結(jié)構(gòu)改變又會影響整車重量和懸架系統(tǒng)的設(shè)計，結(jié)構(gòu)外形還會影響氣動阻力大小，這些改變都需要在控制系統(tǒng)設(shè)計中予以考慮。

    因此，不但需要汽車總體設(shè)計部門在研發(fā)前期進行多學(xué)科全局協(xié)調(diào)，還需要不同專業(yè)的工程師在研發(fā)過程中及時協(xié)同，以避免大量不必要的重復(fù)工作，并通過提高仿真過程的自動化程度，使仿真流程規(guī)范化，進而減少工程師的工作量。為此，設(shè)計分析軟件不但需要實現(xiàn)多學(xué)科軟件之間的集成，還需要解決多學(xué)科之間的耦合問題。故而，復(fù)雜產(chǎn)品在研發(fā)過程中，迫切需要多學(xué)科協(xié)同設(shè)計仿真軟件，以提升多學(xué)科聯(lián)合仿真的效率與質(zhì)量。

多學(xué)科協(xié)同設(shè)計仿真的解決方案

    針對復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)，上海索辰信息科技有限公司打造了一款軟件產(chǎn)品——EMT多學(xué)科協(xié)同設(shè)計仿真軟件，能夠廣泛集成市場上各專業(yè)學(xué)科主流仿真軟件與客戶自研軟件程序，旨在為不同專業(yè)仿真工程師提供統(tǒng)一的設(shè)計仿真環(huán)境。

圖2 EMT多學(xué)科協(xié)同設(shè)計仿真軟件

    通過多維度建模技術(shù)與標(biāo)簽技術(shù)，使CAE建模工作不再依賴于幾何，可與CAD設(shè)計同步進行，大幅提升復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)效率。通過仿真流程可視化建模，將仿真流程固化為模板，自動完成網(wǎng)格劃分、單學(xué)科分析計算和多學(xué)科數(shù)據(jù)耦合，無需人工干預(yù)，實現(xiàn)多學(xué)科聯(lián)合仿真分析自動化。且通過多目標(biāo)計算引擎，利用所集成的專業(yè)優(yōu)化工具與算法，對設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化，快速完成不同設(shè)計方案的仿真分析工作，大幅提升產(chǎn)品研發(fā)效率。

圖3 多維度建模技術(shù)與標(biāo)簽技術(shù)

結(jié)語

    多學(xué)科協(xié)同設(shè)計仿真技術(shù)對產(chǎn)品研發(fā)過程具有十分重要的意義，在提升產(chǎn)品設(shè)計性能的同時，縮短研發(fā)周期并降低設(shè)計成本。而索辰多學(xué)科協(xié)同設(shè)計仿真軟件的出現(xiàn)，無疑為廣大工程師解決復(fù)雜工程問題帶來了福音。

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