研討會精華分享五：MBD設(shè)計仿真一體化加速產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化
11月16日，由深圳市有限元科技有限公司&達(dá)索系統(tǒng)Simulia聯(lián)合主辦的“第二屆電子產(chǎn)品性能設(shè)計提升研討會”，在深圳深航酒店成功召開。此次“電子產(chǎn)品性能設(shè)計提升”主題研討會，旨在通過會議搭建一個開放的技術(shù)交流平臺，分享電子產(chǎn)品設(shè)計方面的成果與經(jīng)驗，共同探討電子領(lǐng)域面臨的技術(shù)難題。以下，將為大家分享會議精華五：MBD設(shè)計仿真一體化加速產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化（達(dá)索系統(tǒng)高級仿真工程師陳維老師報告）。
電子行業(yè)產(chǎn)品研發(fā)現(xiàn)狀及趨勢
近幾年來，智能制造已成為全球主要國家制造業(yè)競爭的焦點。全球制造業(yè)正邁向數(shù)字化、智能化時代。為應(yīng)對新工業(yè)革命下的國際競爭，發(fā)達(dá)國家不約而同地將智能制造作為制造業(yè)未來發(fā)展的重要方向。比如，德國最先提出實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，美國推進(jìn)“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”，日本部署“互聯(lián)工業(yè)”，英國實施“英國制造2050”戰(zhàn)略，法國實施“新工業(yè)法國”戰(zhàn)略等，中國也提出來“中國制造2025”計劃，其核心都是推進(jìn)智能制造發(fā)展。
在如何推進(jìn)智能制造發(fā)展上，各個國家各行各業(yè)可能都會有不同的思維理念和做法，但有一個公認(rèn)的核心就是：數(shù)字化。數(shù)字化就是從我們最開始的研發(fā)設(shè)計、仿真、工藝、制造、生產(chǎn)、產(chǎn)品出廠等等這樣一個完整的過程。
我們?nèi)绾螌?shù)字化應(yīng)用到全產(chǎn)業(yè)鏈中去呢？我們現(xiàn)在能做的到就是將3D模型進(jìn)行裝配，未來將整機中涉及到的所有信息都進(jìn)行數(shù)字化，數(shù)字化的好處就是在后面研發(fā)、制造、出廠等流程都能夠進(jìn)行追溯。去年，全球首款全數(shù)字化樣機空客A350已經(jīng)完全實現(xiàn)了，整個業(yè)界都感到很振奮，這說明數(shù)字化這條路是走得通的而且已經(jīng)可實現(xiàn)了。
對于中國制造2025規(guī)劃，國家列處理十大重點領(lǐng)域，電子行業(yè)是其中非常重要的領(lǐng)域，電子行業(yè)智能設(shè)計制造需求應(yīng)該算是最為迫切的。航天航空等其他領(lǐng)域，某個產(chǎn)品型號的研發(fā)周期很長，但電子領(lǐng)域特別是消費電子領(lǐng)域，從設(shè)計研發(fā)到產(chǎn)品最終走向市場可能只有短短的不到1年時間，產(chǎn)品迭代時間非常的快，這對于產(chǎn)品研發(fā)和制造的要求也更加嚴(yán)格。
智能制造數(shù)字化，能夠做什么
數(shù)字化雙胞技術(shù)是智能工廠的虛實互聯(lián)技術(shù)，從構(gòu)想、設(shè)計、測試、仿真、生產(chǎn)線、廠房規(guī)劃等環(huán)節(jié)，可以虛擬和判斷出生產(chǎn)或規(guī)劃中所有的工藝流程，以及可能出現(xiàn)的矛盾、缺陷、不匹配，所有情況都可以用這種方式進(jìn)行事先的仿真，縮短大量方案設(shè)計及安裝調(diào)試時間，加快交付周期。
智能制造數(shù)字化能夠?qū)崿F(xiàn)以下三個階段的工作：產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、產(chǎn)品制造，現(xiàn)有的企業(yè)這三個階段數(shù)字化是相互隔離的，中間信息傳遞基本都是文本文檔形式，實際上還屬于三個不互通的信息孤島。只有將三個階段實現(xiàn)打通，才能實現(xiàn)全流域的數(shù)字化智能制造方案。
基于模型研發(fā)與制造數(shù)字化融合
如何實現(xiàn)三個信息孤島的打通工作， MBD方法是以產(chǎn)品的幾何模型為核心，將所有相關(guān)的仿真測試、工藝描述、屬性、管理等信息都附著在產(chǎn)品的三維模型中的先進(jìn)的數(shù)字化定義方法。
傳統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)模式：
1、以圖紙為中心的傳統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)模式（單一的2D圖紙，用于零部件定義和GD&T標(biāo)注）
2、2D和3D混合的產(chǎn)品研發(fā)模式（這是一種較為傳統(tǒng)的模式，現(xiàn)今仍大量中小型企業(yè)應(yīng)用）
在傳統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)模式種，設(shè)計仿真常常會遇到如下痛點。三維設(shè)計模型到CAE仿真中間是有個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的，這個過程數(shù)據(jù)是分開的，這就造成一個問題：一旦設(shè)計更改，以下流程我們就要重做一遍來回進(jìn)行迭代。同時，在CAE仿真過程中，數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)不兼容或數(shù)據(jù)丟失的問題。
- 產(chǎn)品設(shè)計師、CAE分析師各自為政，約定書成的專業(yè)劃分形成了阻礙協(xié)同的無形隔離墻
- CAD/CAE采用不同的工具造成大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作和數(shù)據(jù)丟失
- CAE工程師工具不同的分析業(yè)務(wù)重新進(jìn)行模型重構(gòu)和選擇不同的分析工具
- 分析流程數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、模板化、自動化程度低使CAE分析的成果不能得到充分的重用
新一代產(chǎn)品開發(fā)模式：MBD基于模型的產(chǎn)品開發(fā)
MBD方法是以產(chǎn)品的幾何模型為核心，將所有相關(guān)的仿真測試、工藝描述、屬性、管理等信息都附著在產(chǎn)品的三維模型中，在此條件下，設(shè)計仿真能夠?qū)崿F(xiàn)真正的一體化解決方案。
優(yōu)勢：
- 提供單源產(chǎn)品定義，消除3D和2D圖紙間的存在不一致的潛在風(fēng)險
- 消除“兩張皮”現(xiàn)象，減少圖紙的重復(fù)創(chuàng)建時間以及數(shù)據(jù)存儲空間
- 減少下游人員（工藝、制造、市場、服務(wù)等）對模型的理解時間及誤差
- 和CAD工具配合使用可以規(guī)范、自動化數(shù)據(jù)集的輸入，可進(jìn)行公差分析
- 可以在產(chǎn)品開發(fā)流程的早期獲取設(shè)計意圖，極大地支持并行工程
基于模型的設(shè)計分析一體化
MBD模型包含的內(nèi)容以下內(nèi)容：
1、產(chǎn)品定義核心元素
除產(chǎn)品的幾何定義外，還包括尺寸、公差、通用注釋、符號說明等注釋用以說明產(chǎn)品的基本設(shè)計、制造信息和意圖
2、產(chǎn)品定義輔助元素
關(guān)于產(chǎn)品定義的補充信息(比如制造說明或裝配順序等)，這類元素的種類往往取決于各公司的實際情況，以及將被制造的產(chǎn)品的類型
3、產(chǎn)品定義管理元素
用來支持產(chǎn)品的驗證、發(fā)放、變更管理、認(rèn)證及存儲的各類信息?？蛻粢话惆凑掌髽I(yè)各自的實際情況來增添/減少該類信息
MBD模型信息傳遞的過程
基于MBD的產(chǎn)品開發(fā)模式
基于MBD的數(shù)字化設(shè)計
模擬真實的世界
仿真驅(qū)動設(shè)計提升產(chǎn)品質(zhì)量，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本
仿真驅(qū)動設(shè)計
基于MBD數(shù)字化設(shè)計分析一體化
基于單一數(shù)據(jù)源的設(shè)計及仿真工具的有效結(jié)合，實現(xiàn)從需求到驗證完整閉環(huán)及可追溯
達(dá)索系統(tǒng)一體化數(shù)字平臺 - 平臺+工具
達(dá)索系統(tǒng)關(guān)鍵使能總體架構(gòu)
案例分享-基于MBD的鏡頭設(shè)計
精密玻璃成型
非球面透鏡的繪制
模型描述
仿真結(jié)果
整個流程運行時間
√ 工作流設(shè)置時間：2-3個工作日
√ 工作流運行時間：2小時20小時
- 679 Abaqus runs
- 600 DOE points
- 20 factors
- 5380 Taguchi analyses
- 8 control factors at 2 levels
- 10 noise factors at 2 levels
- 28 responses
√ 總時間：不到一周
輸入源
用CAE仿真技術(shù)保持技術(shù)領(lǐng)先
在21世紀(jì)，隨著科技的發(fā)展，智能制造服務(wù)不斷創(chuàng)新和演變，不過可以確定的是，智能制造服務(wù)的發(fā)展方向是以實時、可靠、高效、低成本為基礎(chǔ)的，而這些因素都將幫助我國的制造業(yè)迎來新的時代。構(gòu)建一個基于模型的企業(yè)是一條漫長之路，需要在許多方面做出突破和改善，面對這些挑戰(zhàn)，元王愿與業(yè)內(nèi)專家共同努力解決難題。
