仿真技術(shù)的廣泛應用使得產(chǎn)品開發(fā)過程中的設計、仿真和試驗等每一階段的工作均需要大量的知識經(jīng)驗、研發(fā)流程等,形成了海量的仿真數(shù)據(jù)和種類繁多的仿真領域,如何對幾何模型、網(wǎng)格模型、載荷工況、邊界條件、腳本、計算結(jié)果、仿真報告等進行有效管理成為企業(yè)所關(guān)注的一個重要體系。
CAE軟件,如Ansys、Altair、MSC等自帶的數(shù)據(jù)管理模塊和協(xié)同仿真平臺,以及相繼推出仿真數(shù)據(jù)管理模塊的PLM領域廠商各展所長,成為解決這一問題的主角。
PDM 從數(shù)據(jù)源頭進行控制
一位工程師曾就仿真數(shù)據(jù)管理發(fā)表了自己的看法:“仿真數(shù)據(jù)管理的底線是不能在現(xiàn)有的信息鏈上產(chǎn)生出另外一個信息孤島。” 這是PLM廠商進軍CAE數(shù)據(jù)管理市場時對自己的要求,也是對CAE廠商現(xiàn)有數(shù)據(jù)管理軟件的一個優(yōu)勢。然而無論是CAE軟件自帶的數(shù)據(jù)管理模塊,還是PLM廠商推出的仿真數(shù)據(jù)管理模塊,都不得不根據(jù)CAE數(shù)據(jù)的特點制定出仿真數(shù)據(jù)管理的思想,這讓CAD出身的PLM數(shù)據(jù)管理軟件顯得心有余而力不足。
CAE數(shù)據(jù)的典型特點包括:
(1)CAE分析模型必須與CAD創(chuàng)建的幾何模型保持一致;
(2)CAE數(shù)據(jù)管理的對象較為復雜,不僅需要管理CAE的結(jié)果(如有限元網(wǎng)格文件、求解結(jié)果、分析報告),還需要管理CAE的分析過程(如網(wǎng)格的劃分、邊界條件的定義等);
(3)CAE分析仿真過程中經(jīng)常產(chǎn)生流數(shù)據(jù),其具有連續(xù)性、動態(tài)性、數(shù)據(jù)量大等特點,需進行分析才能得到有價值的結(jié)果;
(4)CAE數(shù)據(jù)的類型多,與不同的人員組織、項目、產(chǎn)品、零部件之間的關(guān)系復雜,給CAE數(shù)據(jù)的組織與管理、共享和受控訪問帶來了困難;
(5)缺乏對CAE分析仿真數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理的系統(tǒng),導致數(shù)據(jù)存放不規(guī)范,歷史數(shù)據(jù)和分析報告難以實現(xiàn)重復使用,導致大量重復計算和分析,且不能保證技術(shù)資料的安全性和保密性。
一位PLM領域資深人士發(fā)出過這樣的感慨:被設計過程和設計數(shù)據(jù)養(yǎng)大的PDM,骨子里的都是設計,對仿真幾乎無能為力,因此PDM管不了仿真的看法逐漸形成。根據(jù)PLM系統(tǒng)中CAE數(shù)據(jù)的特點,迫切需要解決CAE數(shù)據(jù)的組織與管理、共享與受控、訪問和過程控制等問題以確保CAE數(shù)據(jù)的完整性、一致性和可追溯性。簡言之,PLM廠商在仿真數(shù)據(jù)管理中面臨的問題就是如何將仿真小循環(huán)納入設計大循環(huán)之中,即仿真設計一體化。
但是,PDM有著自己的獨特優(yōu)勢:以往的CAE分析常常處于信息孤島狀態(tài),原因是用于進行CAE分析的CAD數(shù)據(jù),在進入CAE軟件平臺之后,失去了和原始CAD數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性。那么這種簡化后的CAD數(shù)據(jù)就無法和原始的CAD模型建立本質(zhì)上的關(guān)聯(lián),造成數(shù)據(jù)追溯的困難,會給企業(yè)數(shù)據(jù)管理無序性和復雜性。割裂了CAE數(shù)據(jù)與原始CAD模型的本質(zhì)相關(guān)性。CAXA技術(shù)總監(jiān)劉愛軍曾表示,具有CAD數(shù)據(jù)基因的PLM廠商具有天然優(yōu)勢,能夠從數(shù)據(jù)的源頭對數(shù)據(jù)進行控制,實現(xiàn)與CAD、PLM的有效集成。與CAE專業(yè)廠商相比,PLM廠商的數(shù)據(jù)管理軟件可以更加方便地與CAD和PLM系統(tǒng)集成。解決方案可以在一個系統(tǒng)中,使用相同的幾何模型來進行分析,可以方便地管理有限元網(wǎng)格、各種虛擬仿真的分析結(jié)果,以及虛擬仿真的流程。
推出Teamcenter for Simulation的西門子是這方面典型的PLM廠商。Teamcenter for Simulation提供了獨特的CAE數(shù)據(jù)類型,能夠?qū)崿F(xiàn)CAE數(shù)據(jù)的有效管理;與產(chǎn)品CAD BOM關(guān)聯(lián),基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)按照CAE的不同學科分析類型配置映射生成相關(guān)的CAE BOM;實現(xiàn)由產(chǎn)品設計改動而進行CAE數(shù)據(jù)智能更新,對CAE數(shù)據(jù)進行修改/版本控制,實現(xiàn)仿真變更與CAE流程管理;提供行業(yè)領先的輕量化CAE數(shù)據(jù)可視化功能,在PLM系統(tǒng)中脫離仿真前后處理器環(huán)境下CAE模型和計算結(jié)果的快速可視化,實現(xiàn)產(chǎn)品設計與仿真的協(xié)同;在PLM環(huán)境中實現(xiàn)常用CAE前后處理器的集成和求解器的集成;提供項目管理與用戶權(quán)限的管理,保證CAE數(shù)據(jù)的安全。雖然Teamcenter for Simulation無法保證完全消除信息孤島,但是Teamcenter 提供了需求管理模塊,可以直接把分析需求與分析對象進行關(guān)聯(lián),這是其他SDM平臺所欠缺的。此外,西門子推出的HD-PDM框架,能夠賦予大規(guī)模、分布廣泛且來源不同的數(shù)據(jù)意義,使數(shù)據(jù)變得更容易被用戶理解,從而大大加強生命周期中的決策質(zhì)量。因此可以看出,PLM 與仿真技術(shù)的無縫集成是西門子公司戰(zhàn)略的一個重要部分。
CAE數(shù)據(jù)管理與PDM相關(guān)模塊能夠互補
單一的某一軟件無法滿足一個公司的所有需求,同一公司的不同部門也有各自關(guān)注的重點。多次的修改和不同軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換導致數(shù)據(jù)冗繁,CAE和PLM在該領域都有自己的軟件不斷面世和更新。
對于越來越多PLM廠商介入到數(shù)據(jù)管理中,ANSYS公司副總裁Josh Fredbreg明確表示:“現(xiàn)在,沒有任何一家公司可以真正地針對CAE軟件進行商務性的開發(fā)。CAE數(shù)據(jù)管理和PDM廠商提供的模塊之間并不是競爭的關(guān)系,而是互補的。”那么CAE能否管理好海量的數(shù)據(jù)?答案是肯定的。
ANSYS公司的數(shù)據(jù)仿真管理解決方案,工程知識管理器 (Engineering Knowledge Manager, EKM) 就是專為幫助仿真/CAE 團體面對仿真過程和數(shù)據(jù)管理的挑戰(zhàn)而提出的。ANSYS EKM 軟件接口能夠?qū)崿F(xiàn)與PDM提供的軟件進行對接,解決了諸如如何更好管理、共享和重復利用仿真數(shù)據(jù)以及如何更好捕捉和重復利用仿真結(jié)果得出的工程專業(yè)技術(shù)等問題。
MSC.software(以下簡稱MSC)的CEO Dominic Gallello說:“正如大量的產(chǎn)品數(shù)據(jù)需要良好的PDM管理一樣,大量的仿真數(shù)據(jù)同樣也需要良好的仿真數(shù)據(jù)管理SDM。”
Dominic Gallello說,MSC未來有3個發(fā)展方向:(1)面對目前大量分散的CAE軟件,致力于集成求解器的開發(fā);(2)針對仿真領域的海量仿真數(shù)據(jù),不斷研發(fā)功能強大的數(shù)據(jù)管理軟件;(3)跨行業(yè)、跨地區(qū)的HPC(高性能計算)開發(fā)。其中,仿真數(shù)據(jù)管理工具SimManager能夠通過對幾何模型、網(wǎng)格模型、裝配信息、各類仿真結(jié)果等數(shù)據(jù)的有效管理,使用先進的信息技術(shù)把各部門協(xié)同到一起,形成多學科的解決方案,提高仿真數(shù)據(jù)的可重用性,并可通過客戶化的SDM實施,定義各種仿真分析流程。它解除了分析師常規(guī)的工作任務、理順了從設計獲得數(shù)據(jù)并反饋到開發(fā)流程的過程、利用完全可追溯的模型和數(shù)據(jù)來組織仿真數(shù)據(jù)(模型、結(jié)果和其他)以便重復利用和知識挖掘。它通過在產(chǎn)品開發(fā)初期對產(chǎn)品性能提供新的理解幫助提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
Altair Data Manager(ADM)是Altair公司的數(shù)據(jù)管理模塊,能夠在企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)范疇內(nèi)捕捉、組織并管理CAE和試驗數(shù)據(jù)。通過其強大的數(shù)據(jù)分析功能,為產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)提供可視化的信息。
可以看到,越來越多的CAE廠商推出了自己的數(shù)據(jù)管理模塊以及協(xié)同仿真設計平臺,并逐漸優(yōu)化流程,使仿真更早地介入研發(fā)流程當中,提高了數(shù)據(jù)的有效利用率和研發(fā)效率。