面前设计工程师的Simulia应用

寂静回声

作为达索系统 3DEXPERIENCE 平台不可或缺的一部分，Simulia通过虚拟仿真技术，实现了在交付昂贵耗时的实物原型之前对产品的评估和改进，以仿真驱动设计，加速了产品研发进程。本文通过介绍达索3DEXPERIENCE平台中面向设计工程师的各个仿真角色及其应用案例，为企业实现将仿真引入企业核心业务来改善决策，最终提高客户的仿真投资回报提供思路和借鉴。
1、Simulia介绍
Simulia是面向仿真用户和企业推出的革命性平台。当今的客户迫切需要企业级和集团级工具，以使扩展团队能够在高价值的端到端工业流程（需求、设计、生产制造等）中构建和执行最复杂的仿真模型。Simulia是当今可以满足此需求的第一款也是唯一一款功能套件，它将仿真能力从垂直工程部门带入到企业内的水平业务流程。
在产品研发制造的工业流程中，不同的工程角色对仿真的需求如图所示：

对于设计师/设计工程师，产品设计是主要的工作内容，设计工程师并不具备深厚的仿真知识，因此，3DEXPERIENCE 为希望在设计环境内工作的用户提供了扩展的内部和云端仿真角色组合，通过平台提供的APPS，设计工程师在概念设计阶段能够受益于仿真的价值，改善早期设计决策。
对于仿真工程师/仿真分析专家，3DEXPERIENCE 平台支持结构、流体、声学、电磁学等多学科的专业级仿真。通过对现有仿真产品、数据和 IP 与平台仿真集成，消除了以往因使用专门工具而产生的传统仿真孤岛。
针对各个岗位的工程师对仿真的需求，Simulia提供了丰富的仿真角色，仿真角色包含对应的应用程序块（APPS），每一个APPS中包含不同的工具，工程师通过APPS完成仿真工作流程。


面向设计工程师的Simulia角色介绍

MDS: Stress Engineer应力工程师角色，MDS是一个入门级的仿真角色，对于设计师而言，没有很多的仿真知识，同时需要基本的仿真来验证他们的产品，比如希望在静态负载下执行常规强度和挠度计算来估计产品寿命、分析静力学特征等，借助MDS，设计师可以在产品设计的早期优化他们的产品设计。应力工程师角色的主要优点是允许设计人员在相同的设计环境(Ul)中执行仿真，角色充满了智能应用程序，这些应用程序专注于易用性，为其用户提供了指导工作流，以便他们在创建仿真模型时不会出错或错过任何步骤，消除了设计师使用产品时所需要的猜测和专业知识。
DRD: Structural Analysis Engineer结构分析工程师角色，角色适用对象为设计工程师，是CATIA V5迁移用户的替代建议角色。与MDS相比，DRD提供了高级选项和访问功能，帮助用户执行更复杂的模拟。DRD包含丰富的中级仿真工具APPS，用户可以创建一维、二维、三维有限元模型，执行非线性静态、频率、热、屈曲和基本模态动力学分析。在系统兼容方面，DRD与CAD和PLM系统无缝集成，从而确保仿真模型是最新的。此外，用户能够使用高性能引擎自动管理模拟，并对非常大的模型进行后期处理和可视化结果分析。
SCI: Composites Simulation Engineer复合材料仿真工程师角色，角色帮助用户直接链接到已经在CATIA composites Apps中定义的复合材料数据，并在仿真模型中重用这些数据来为复合材料建模。由于SCl是一个附加产品，它需要DRD或其他可以创建模拟的角色作为先决条件。
INK：Plastic Injection Analysis Engineer注塑分析工程师角色，用户能够进行填充和包装分析、评估塑料零件、预测常见的模具缺陷、估计冷却时间、预测注塑压力要求和刀具夹紧力等。INK提供了与CATIA模具设计应用程序的无缝集成，并支持快速迭代，帮助用户更快地做出更好的设计。INK提供了易于使用的界面，模板式工作流程，显著降低了学习难度，帮助设计师轻松地进行仿真。
FMK：Fluids Dynamics Engineer流体动力学工程师角色，角色为设计师提供在稳态流动下执行常规流体计算。与MDS角色一样，流体动力学工程师角色与CAD角色，特别是与CATIA模具设计角色有着无缝集成，与CAD工具的紧密集成提供了与设计的关联，以便在早期设计阶段快速迭代。  
FMK可以对不可压缩流进行稳态建模。由于FMK是为设计人员打包的，所以它不允许在模型中进行多步模拟或流固耦合分析。与MDS一样，FMK提供了一个指导工作流来帮助设计人员完成模拟，使设计师执行CFD分析，而不需要他们有太多的专业知识。
SEI: Simulation Foundation仿真基础角色，是所有设计人员和设计工程师角色的基础角色。SEl主要关注仪表板，并提供小部件，帮助用户以更有效的方式组织数据，实现轻量级版本交互，而不需要加载大型模型。用户还可以执行影响分析，以了解使用哪些输入和工具来生成结果，以及它们是否同步。授权用户以易于使用的方式利用工作流，用户可以了解和跟踪他们的数据，使他们能够做出更好的决策。




本节通过一款新型汽车控制臂的研发流程，介绍不同设计工程师角色利用Simulia实现“仿真驱动设计”。本次控制臂的设计仿真工作共有两个3DEXPERIENCE用户参与，设计组成员A，设计组长B

在工作流程中，设计组成员A在3DEXPERIENCE平台中的角色为MDS（应力工程师），工作的主要内容是使用MDS包含的指导工作流程，完成基于控制杆三维模型的静力学分析，并根据分析结果对模型进行设计参数变更，对比两次分析的结果，最后提交结果供上级设计组长B参考。

其中，由计算结果#1显示，强度安全因子大于20，最大变形为7.21mm，此时控制臂质量1.97kg，设计工程师A根据静力学分析结果判定此时设计存在一定的冗余，因此，在#1设计的基础上进行了模型的设计参数变更，得到结果#2，结果#2的强度安全因子大于20，最大变形为7.64mm，此时的控制臂质量为1.74kg。
设计工程师A具备的仿真知识较少，仅从静力学角度对方案做了初步的判断，在分析结束后将两套设计方案及对应的结果全部提交给设计组长B做进一步核算。设计组长B的角色为包含更多仿真应用程序的DRD（结构分析工程师）。工作的主要内容为在设计组成员A完成静力学分析并提交后，利用DRD角色更丰富的仿真APPS对控制杆模型进行进一步的分析，最终形成设计方案。


设计组长B将设计组成员A的计算结果和模型做了进一步的分析，并开启动力学分析流程，对两套方案做动力学分析，最终根据静力学、动力学的分析结果选定最优方案。设计组长B利用3DEXPERIENCE平台提供的分析工具，将两套方案的设计指标进行对比，最终选定方案#2为最终设计方案。


利用达索3DEXPERIENCE提供的仿真角色，基于同一数据源，设计工程师可以快速实现相关仿真分析，使仿真工作在设计的初始阶段发挥作用，减少后期的反复迭代更改，SIMULIA 应用程序加快了在将原材料和产品投入物理原型之前评估其性能、可靠性和安全性的过程，实现了仿真驱动设计。