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基于PDM系统企业协同仿真环境实施方案 |
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作者：兵器工业 茹丽妙 江金寿 李瑞英 |
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基于产品数字化虚拟样机的并行协同设计、并行协同仿真和虚拟试验技术是产品研制的支柱技术，也是信息化建设中重要方面，这三项技术是产品数据管理系统PDM的重要组成部分。文章重点介绍的并行协同仿真ANSYS仿真协同平台ANSYS WorkBench Enviroment（简称AWE）。它真正适应产品信息化和数字化的要求和需要，为产品设计仿真提供了一个真正意义上仿真并行协同平台技术，为产品信息化和数字化提供一个仿真协同的完整解决方案。
一、ANSYS协同仿真平台实现并行协同的实施方案及实施路线
制造业往往是集设计、分析、试验和管理等于一体的产品研制单位。ANSYS新一代仿真协同环境实现基于产品数字样机的设计-仿真-优化-实验的并行协同仿真和虚拟试验，以及基于仿真项目的设计设据、分析数据和优化数据的解读、转换、共享、协同与管理。
1.基于产品数据管理技术的企业集成方案
制造过程一体化解决方案的核心就是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE/CAM并行设计与制造，使每个环节都在统一界面、统一的虚拟数字化模型能够无缝集成的CAD/CAE/CAM系统上进行，以求构建贯穿于产品设计、分析、模拟、制造全过程的完整解决方案。
基于网络的CAD/CAE/CAM等集成系统的信息化技术是发展的必然趋势，为此必须构建一个基层分布式操作、图形化用户接口及数据库管理为一体的企业内联网络将有助于充分利用企业已有的软硬件资源，为各部门之间数据及资源共享提供快速通道，并通过因特网实现与外界的信息交流。
下图1所示，是一个以产品数据管理(PDM)为核心的多系统集成平台逻辑结构，该系统提供了企业内部协同工作环境的网络环境、基于网络浏览器为统一用户界面、以PDM为核心平台的CAD/CAE/CAPP/CAM等集成系统，以及他们之间彼此进行信息交换与共享。
图1 以产品数据管理(PDM)为核心的多系统集成平台逻辑结构
2.基于PDM的ANSYS仿真并行协同方案实施路线
对于图1所描述的制造企业多系统集成并行协同平台，ANSYS新一代仿真协同环境作为PDM系统的相对独立子系统，即CAE仿真并行协同平台。现将图1中与ANSYS新一代仿真协同环境相关的部分分离出来，形成仿真并行协同平台的逻辑结构，如图2所示。
图2 基于PDM的ANSYS协同数据流程
该平台的主要目标如下：
一方面，ANSYS新一代仿真协同环境需要与从PDM集成系统数据库中获取虚拟样机仿真与实验所需的产品几何数字样机数据、材料数据、运行工况数据等一序列数据，这样按标准化进行管理的数据直接通过数据转换、共享与装配技术，就形成用于虚拟样机仿真与实验所需要的数字样机模型。ANSYS新一代仿真协同环境是一个CAD-CAE并行协同仿真平台，它集成所有的CAE软件系统形成一个基于仿真项目管理的界面统一，实现多学科分析软件并行协同与耦合。
另一方面，ANSYS新一代仿真协同环境最根本的目标就是实现数字化虚拟样机的仿真与实验，实现基于产品数字样机的CAE仿真，进行大量的产品功能、性能验证和试验，如产品静/动强度与刚度、疲劳、冲击、运动学、武器发射瞬态过程、数值风洞、温度效应、电磁屏蔽与兼容、电磁干扰、隐身性能等，并进行设计优化和改进。除此之外，还利用虚拟仿真技术进行制造工艺的仿真与优化，如钣金成型、体积成型、铸造、焊接等。基于数字化虚拟仿真样机进行产品功能、性能评估和数字虚拟试验已经部分或者全部替代过去手工计算和物理样机试验，极大地提高设计分析效率，缩短研制周期，降低研制成本。
最后，ANSYS新一代仿真协同环境产生的所有分析数据包括仿真虚拟样机模型、各种仿真分析结果和报告等数据，全部按照产品项目分类管理方式存储到PDM系统的仿真数据管理分系统中进行管理，通过PDM系统其他研制人员都可在权限允许情况下共享仿真数据信息，真正实现CAE仿真与其他环节的并行协同，其具体运行构架常见下一节详细介绍。
二、ANSYS协同仿真平台的功能
1.基于仿真项目管理的并行协同平台
ANSYS新一代仿真协同环境作为多学科CAE软件并行与协同仿真统一集成平台，其最基本的并行协同仿真分析数据管理的核心是基于仿真项目管理，如图3所示。在ANSYS新一代仿真协同环境中，针对每种研制产品进行虚拟样机仿真和试验，首先通过PDM获取CAD数字样机零部件、子系统或者全产品CAD模型数据，形成用于仿真的数字样机。然后，基于产品虚拟CAD数字样机建造仿真分析样机模型，这时需要具有几何修复、网格划分、网格修复与编辑以及模型装配等高级CAE建模工具，并能提供给集成其中的所有CAE软件所需要的网格模型，然后并行进行多学科仿真分析与实验验证，并进行学科交叉耦合分析，逼近真实物理现象的虚拟样机仿真。基于虚拟样机仿真，可以进行优化设计计算，使产品性能进一步优化，达到最大经济效益和最高产品质量与可靠性。
2.建立全参数化的用于仿真的虚拟样机
在ANSYS新一代仿真协同环境中首先需要建立用于仿真分析用的全场数化、数字化的CAD虚拟样机，即通过PDM系统以双向参数互动方式实现对单种/多种CAD软件设计数据的获取、共享与装配，如图3所示。
图3 ANSYS协同仿真环境中集成并共享多CAD模型
3.实现多CAD系统与ANSYS系统环境的双向参数互动
双向参数互动方式是指多CAD系统与ANSYS协同仿真环境能够轻松实现CAD和CAE之间参数化模型的双向传递，实现“可变”设计和“可变”仿真全新技术。这种连接共享方式有别于传统的几何模型文件读入接口（固定不变的几何模型），而是二者共享参数化的几何模型，几何模型的所有设计参数、装配关系等所有特性均实现共享，从而CAD人员修改CAD软件中的几何设计参数则立即刷新CAE软件中几何模型，CAE人员修改CAE软件中的几何设计参数则立即刷新CAD软件中几何模型，优化设计环境中修改几何设计参数则立即刷新CAE软件中几何模型。
4.基于虚拟样机的多学科并行协同仿真分析与实验
基于虚拟样机的多学科并行协同仿真与实验，首先需要建立仿真虚拟样机模型，该模型首先是基于前面CAD协同创建的全参数化的CAD数字样机模型。ANSYS新一代仿真协同环境提供先进、高级CAE建模工具(AI Environment即Advanced Mesh)，直接将参数化的CAD数字样机模型划分各种高级分析网格模型，并输出所有CAE软件各自的需要不同仿真分析模型，如图4所示。
图4 ANSYS协同仿真环境集成多学科仿真系统，实现结构-热-流体-电磁耦合分析
5.面向产品研发的客户化系统开发
ANSYS新一代仿真协同环境是一个开放构架，强大二次开发能力，能够实现对所有CAE软件的集成开发，实现面向产品研制的客户化系统开发。本企业在PDM已经建成的基础上对ANSYS新一代仿真协同环境进行三个方面的实施开发：
实施开发1：在PDM系统中集成CAE数据浏览器，对PDM数据中心中的CAE数据，包括模型、结果信息、各类报告以及相关文档进行数据浏览和分析。CAE数据浏览器采用ANSYS协同平台提供的高级前后处理器AI Environment模块。开发任务是主要将AI Environment模块集成到PDM系统中，并建立数据文件的自动关联关系，当选中某个CAE数据文件时CAE浏览器会自动打开文件并进行可视化浏览。
实施开发2：建立ANSYS仿真并行协同平台与PDM系统之间的数据检入/检出接口等相关流程，最主要的目标是分析人员根据委派的分析任务从PDM的CAD数据库获取分析所需的CAD几何模型、材料数据等，并共享到ANSYS仿真并行协同平台中。反之，当ANSYS仿真并行协同平台完成仿真分析之后，按照检入权限要求可以将新的设计CAD数据检入到PDM系统中CAD数据库中，同时按要求将需要归档的CAE数据检入到PDM系统的CAE数据库中，供CAE数据浏览器进行浏览。
实施开发3：ANSYS仿真并行协同平台已经实现对自己所有产品的集成与多学科优化。另外，将系统总体部现有的多种CAE软件系统全部集成到ANSYS仿真并行协同平台中，实现包括ANSYS求解器在内的所有CAE求解器的集成，实现多种CAE多学科仿真与优化。一旦实现多种CAE的集成，所有的CAE软件仅仅作为求解器在ANSYS仿真并行协同平台中作为仿真分析求解器进行调用。(end)
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(12/14/2004) |
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