快速启动的仿真驱动设计

除云和AI等新技术外,组织还需要采用最佳实践,以使仿真遍及整个设计过程。

除云和AI等新技术外,组织还需要采用最佳实践,以使仿真遍及整个设计过程。

最新版本的Inspire集成了SimSolid,可对复杂装配进行快速,准确的结构分析。图片由Altair提供。


多年来,行业专家一直在吹捧以仿真驱动的设计,以此来颠覆开发过程。模拟软件有望打破这一漫长的周期,并鼓励在开始阶段进行更广泛的设计探索,而不是传统的方法来构建,破坏,分析故障并返回图纸进行重新设计。

尽管该概念已在汽车和航空航天领域的早期采用者中流行,但它’对于整个行业以及更广泛的工程界而言,它仍然不是主流的设计实践。  

原因是’与缺乏兴趣或无法识别以仿真为主导的设计方法的好处有关。障碍是大多数组织仍然不这样做’具有足够的带宽,内部专业知识或工具来推动使仿真过程可供广大用户广泛使用,同时在整个设计过程的每个阶段都可以实现这些功能。

“显然,以仿真为驱动的设计正在受到关注,但很多领域’仍需全力以赴,因为这需要过程和文化上的改变。测试和其他方法不要’给予见识和理解;他们提供验证。获得理解的唯一方法是提前进行实际模拟,”首席执行官兼创始人乔·沃尔什(Joe Walsh)说 IntrinSIM 兼首席执行官兼联合创始人 评估计划,这是一家提倡用于基于模型的分析和以仿真为主导的设计的软件工具和策略的组织。

作为初始设计周期一部分的前载仿真并不像投资一系列分析工具并释放工程师来做自己的事那样简单。 

“无论是否这样做,都需要将知识从专家转移到非专家。’通过[人工智能(AI)]或模板或每周一次的面对面会议,” Walsh explains. “The method isn’尚未确定,但需要明确。”

复杂的景观

随着复杂性的不断提高和上市时间的加快,制造商处于明显的劣势,因为缺乏成熟的实践来促进创新,同时又无法提高效率和洞察力,从而带来更好的产品。 

由仿真驱动的设计流程可以为工程师和产品涉众提供早期见解,从而帮助降低成本和风险,改善交付进度并通过更具创新性的产品增强竞争优势,从而填补了空白。在过程中测试驱动更多可能的设计迭代的能力’发作使组织能够在变更成本远低于成本的情况下及早解决产品和制造问题。 

“以仿真为主导的设计天堂的价值主张’t changed—通过减少物理原型设计和测试的轮次以及发布后的变更单的数量,您可以减少产品的成本,避免过度设计,并通过创新产品来增加销售额。这是15年前的事实,’s still true today,”总统查德·杰克逊(Chad Jackson)说 生命周期见解,一家专门从事产品开发和工程问题的咨询和研究公司。 

杰克逊说,由于与连接硬件,软件和嵌入式电子产品相结合的新型互联产品相关的特殊挑战,现在的赌注尤其高。 

除了购买正确的分析工具外,对仿真驱动设计很重视的组织还必须促进正确的组织,文化和流程变化,这些变化将支持对设计和工程产品的全新思考方式。 

传统的设计方法是顺序的,要依靠不同的团队来构思其特定领域的专业知识,通过物理原型来测试设计的可行性,并且只有在原型得到实质性发展时才共同解决错误。采用仿真驱动的设计方法,工程团队无需’在共享关键数据之前,不要等到物理原型阶段,而要在周期的更早阶段进行设计协作。  

“您应该能够更早地测试很多想法,而不必等到构建物理东西之后,”SIMULIA行业流程成功副总裁Ales Alajbegovic说 达索系统èmes. “人们需要在周期的早期进行合作。”

但是,许多组织内部都有一些文化障碍,Phil Kinnane表示, COMSOL。例如,仿真和建模专家可能不愿意放弃对其中某些过程的控制。设计人员也可能不喜欢其中一些功能。 

“我们面临的最大挑战是与传统作斗争,” Kinnane says. “从大学开始,模拟始终属于能够理解物理或数学的人。其他利益相关者可能不愿意做他们所没有的事情’传统上一直在做。它们可以用于实验或原型制作。如果给他们模拟,对他们来说是全新的。”

模拟民主化

对于达索系统è早期设计合作的基础是mes,3DEXPERIENCE平台使工程团队可以在可访问且熟悉的环境中使用一系列仿真工具来探索和评估设计。无论模拟领域是有限元分析,计算流体力学(CFD),多体物理还是更专业的物理模态,工程师都可以在一个平台上利用合适的工具来完成这项工作。 

“今天,我们处于几乎每个物理领域都有一个好的工具的阶段,但是’启用工具一起使用时提供的特殊值,”Alajbegovic解释。“You can’有一套复杂的程序。该平台使—it’不是技术工具;它’通讯工具。”

在采用平台方法之前,Dassault与许多其他设计工具提供商一起通过将模拟功能直接折叠到熟悉的CAD程序中来解决可访问性问题。这种方法为传统的设计工程师提供了从基本到中等水平的分析功能,他们通常不熟悉并且经常不熟悉’不能访问博士学位和专门的仿真专家所擅长的特定CAE工具集。

嵌入CAD的模拟是使高级模拟对非专家更可口并在此过程中向上游进一步发展的第一种策略。杰克逊(Jackson)说,这种做法已经得到了发展,这得益于新技术的推动,例如针对特定应用案例的模板化工作流,实时仿真以及生成设计软件的新类别,后者依靠人工智能提出了创新的设计,’传统工艺是不可能的。 

“进行仿真驱动设计的方式发生了很大变化,” Jackson says. “许多新工具都很聪明,足以知道您是哪种类型的问题’重新尝试求解以及需要哪种类型的求解器。大量的知识和专长正在建立。 ”

规模化 认为基于云的工程仿真方法是使仿真驱动设计民主化的杠杆。云提供了可扩展的计算能力,可以经受住将物联网和5G产品等复杂新技术及时推向市场所需的复杂模拟。 

规模化’的云方法“synthetic data”用于训练AI算法的工具集,将传感器和系统的传统物理测试与模拟驱动的设计方法互换。 Image courtesy of 规模化.

同时,根据OnScale的Ian Campbell的说法,使用云技术可以消除成本和性能障碍,为更多的工程师使用这些工具铺平道路。’s CEO.

考虑一个典型的高风险电子工程组织的发展节奏。 

“团队可能需要四分之一的时间进行模拟,因为他们’重新准备推出产品,由于他们正在扩大规模,下个季度需要更多仿真,然后不要’之后不需要任何模拟,因此他们不需要’不必购买许可证,” Campbell explains. 

除了轻松,经济高效地访问仿真软件外,基于云的方法还有助于使对高性能计算(HPC)资源的访问民主化,而高性能计算(HPC)资源是仿真驱动设计实践的重要基础。 

“从台式机到云的过渡比从绘图纸到CAD的过渡同样重要,甚至更重要,” Campbell explains. “It’是电源工程师的根本性转变。”

随着时间的推移,人工智能和自动化的集成还使非专家更容易使用仿真平台,并消除了与网格划分和数据转换相关的一些瓶颈和常见错误。“我们可以使用AI查看过去的模拟和结果,准确率,运行时间和计算成本,并使用该上下文来设置下一个模拟,” Campbell says.

与AI一起,自动化和仿真数据管理技术对于使仿真更易于访问至关重要,因为它们有助于将与CAE相关的数据,模型和最佳实践更直接地集成到设计流程中,同时促进系统建模方法的发展。 

公司仍然落后,但是自动化功能可以帮助仿真成为早期设计阶段更普遍的部分,并消除繁琐且容易出错的手动流程,这些流程阻碍了更广泛的仿真使用,分析解决方案副总裁Malcolm Panthaki表示。为阿拉斯和冠军之一 Rev-Sim,这是一项致力于模拟民主化的非营利性工作。

诸如彗星解决方案之类的技术’现在由Aras拥有的SimApps和COMSOL’的Application Builder和COMSOL Server,允许仿真专家将其专业知识嵌入可通过Web部署的应用程序或模板中,从而使对仿真工具了解甚少的用户’物理学专家将从分析中受益,以做出更好的产品相关决策。 

COMSOL’s Application Builder允许专家创建模型,然后将其转换为适合组织内其他角色的易于使用的应用程序。然后可以通过COMSOL Compiler或COMSOL Server分发和部署它们。

“我们的客户现在已经开始使用这种以模拟为驱动力的设计方法,并且得到了理解创建模拟所需的所有基础物理和数学的支持,” Kinnane says. “如果我们可以将这些应用程序提供给工程师或运行每个流程的人员,则它们具有唾手可得的仿真功能,可以即时使用它们来创建更好的设计或运行更好的流程。”

Comet / Aras技术允许使用最少的编程或脚本来构建模板,并且还可以自动完成繁琐且重复的建模任务,例如在更改设计时更新网格和边界条件。

“这样简单的图形形式的用户对底层模板一无所知—他们只需要了解他们正在分析的产品,但他们却没有’不必了解任何工具,”Panthaki解释。与整个产品团队一起—模拟专家和非专家都一样—他补充说,由于现在可以访问专家生成的数据和计算,因此可以鼓励进行更多的系统级思考,而这一直是人们所缺少的。

安思 正在以两种方式促进仿真驱动的设计:该公司发布了许多技术,以使仿真更容易访问和更快,并且扩展了可以仿真的模态的数量和类型,以便工程师可以对以前的模型进行建模。’Ansys副总裁兼总经理Mark Hindsbo说,这是不可能的。 

安思 Discovery Live提供即时仿真以促进交互式设计探索,可让工程师直接处理几何并查看即时结果。 Hindsbo说,获得仿真结果的速度对于鼓励工程师提出更多问题并迭代更多设计至关重要。展望未来,Ansys致力于改进Ansys Discovery Live的用户体验,以使非专业模拟用户获得更直观的见解。

“与Excel类似,您可以’不能将糟糕的每次转化费用转化为好的每次转化费用,但是您可以将好的每次转化费用提高为理想水平,” Hindsbo says. “That’这就是我们将要使用Ansys Discovery Live做的事情。我们一直在努力,以便优秀的工程师可以直观地进行[模拟]并获得见解。”

融合建模功能可促进早期使用仿真,使设计人员可以轻松处理通过扫描或拓扑优化过程创建的几何。 图片由西门子数字工业软件提供。

西门子数字工业软件 它还有大量计划在积极进行模拟并促进模拟驱动的设计实践。其Simcenter 3D全套件模拟环境可与NX完全集成,以提供无缝的CAD / CAE体验,而其FloEFD 差价合约解决方案直接内置于包括西门子在内的各种CAD程序中’拥有NX和Solid Edge,还拥有Creo,CATIA V5和SolidWorks等第三方平台。 

FloEFD特别是从头开始设计,以方便非CFD专家使用,包括其SmartCells功能,从而减少了网格划分和求解所需的时间。—即使在复杂的几何体上,也能保持最高的准确性。

“当您将这些类型的解决方案部署给非专家时,您需要保持一定的准确性,以确保对解决方案的信心不会受到损害,”西门子数字软件产业公司Simcenter产品营销总监Ravi Shankar说。借助Simcenter Webapp服务器,项目工程师和技术销售人员可以访问Simcenter Amesim系统仿真模型,从而帮助他们利用数字孪生子向潜在客户提供预测信息。

生成设计能力是西门子数字软件工业公司和其他供应商将仿真功能注入设计周期的早期阶段以支持创新的另一种方式。利用这些工具,工程师可以建立关键的设计约束,并且该软件可以在最佳设计中快速将解决方案迭代为零。 

牵牛星高性能计算,模拟和数据分析的提供者,最近通过集成其SimSolid结构分析软件为Inspire生成设计解决方案提供了加速服务,该软件凭借消除几何简化和网格划分步骤的能力开辟了新天地—这是两个最大的耗时和专家资源密集型任务。通过将SimSolid集成到Inspire环境中,Altair可以更快,更轻松地尽早测试更多的设计方案,而不是后期验证。

“这是一个巨大的变化,因为最大的错误源是模型简化,并且[两者的结合]完全避免了这种情况,”Altair的James Dagg说’首席技术官。

入门最佳做法

除了推动仿真主导设计的大量新技术外,还有许多最佳实践可以指导工程组织成功过渡。 

专家说,一种重要的做法是建立模拟治理。核心组件应该是仿真产品数据管理,用于为仿真模型和数据以及简化且一致的工作流程创建集中式存储库。 

此外,自动化,高级管理人员对明确政策和正式实践的支持,以确保模型得到验证和可重复,从而确保了与产品相关的决策仿真的可靠性。

角色和工作流程转换对于仿真驱动的设计也至关重要。尽管模拟的民主化为非专家打开了利用分析来获取见解的大门,’使仿真专家积极参与该过程非常重要。 

“在这方面最成功的公司让设计师和CAE专家共同努力,以定义标准,测试模拟并致力于设置负载和界限,” explains 牵牛星’s Dagg. “It’关于那些团队一起工作。”

同时,模拟分析师的角色也从执行者变成了指导者。“随着民主化,分析人员需要促进对其他所有人的仿真使用,” says 安思’ Hindsbo. “他们知道最佳做法;他们知道如何设置仿真以获得准确的结果。现在他们’我们不会自己做10个模拟,而是要弄清楚如何使10个人能够进行100个模拟。它’s a big change.”

COVID-19成为虚拟设计的焦点

当工程师和产品设计协作者的团队可以进行时会发生什么’不能在一起建造和测试原型? 

专家称,随着冠状病毒的影响继续在全球范围内回荡,产品公司正争先恐后地促进远程设计协作,并且仿真可能会发挥越来越大的作用。尽管以仿真为主导的设计策略在大多数公司中进展缓慢,但是在大流行高峰时期要留在家中的需求迫使公司提高远程工作能力,包括虚拟样机和仿真。 

“公司意识到他们没有’不能使用他们的测试设施,但是工作必须继续进行,他们仍然需要与客户互动,” explains Dassault’s Alajbegovic. “Overnight, they’我们已经使用数字仿真来测试和设计零件和组件。”

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