电子产品正越来越多地嵌入到传统机械设备中,一系列新技术逐步成为社会发展的主流,比如自动驾驶汽车、物联网(IoT)、机器人技术、大数据分析、云计算、人工智能(AI)和增材制造等,这些技术的发展助长了产品历史发展中电子与机械的融合。
第一次工业革命是蒸汽动力,第二次是大规模生产和自动化,第三次是IT和机器人技术。现在我们有了新的网络物理系统(CPS)概念,即数字孪生或数字化双胞胎,德国人据此提出了工业4.0的概念,表明我们正在经历第四次工业革命,它将消除各种工业价值链中最薄弱的环节,可能今天大家熟悉的公司明天就会消失。
对于所有制造企业来说,这都将是一个巨大的转变,因为今后世界上的每个设备或产品,都将在虚拟数字空间中进行设计。
工程仿真软件(CAE)是使制造商能够以更低的成本、更快地速度、将更好的产品推向市场,这项技术在航空航天等军工领域已经发展了几十年,近些年正加速向民用领域拓展应用空间。
企业在早期产品设计开发中使用模拟仿真,可以获得最大的投资回报。
随着工业互联网和工业物联网的普及,这些设备或产品将能实现全球连接,同时将涉及软件和电气化、自动化、数字化和智能化,只有更快的响应市场变化,才能立于不败之地。
自2013年以来,德国西门子花费近65亿美元用于扩展其工业基础软件的产品组合,连续收购奥地利的LMS公司(1D和CAE/3D仿真和测试软件,2013)、英国的CD-adapco公司(CFD流体动力学仿真软件,2016)和Mentor Graphics公司(EDA电子设计和散热仿真分析软件,2017年)。
西门子现在正在争夺成为产品生命周期管理(PLM)领域的全球第一,通过一连串的收购重组,西门子PLM软件已经能够提供最广泛的虚拟仿真技术支持,以及所有工业制造业企业对产品仿真优化设计和虚拟测试的需求。
通过不同工具之间的整合,打通数据接口,西门子有机会真正弥合CAD、CAE和EDA等工业软件之间的屏障,更有利于机械设计和电子系统之间的融合。所以,2016年西门子推出了全新的Simcenter仿真分析和数据管理软件产品,有希望加速重新定义仿真和分析市场的创新步伐。
西门子已经在其PLM核心软件Teamcenter支持仿真数据管理(SDM)功能,在其NX或Solid Edge CAD三维设计软件中嵌入仿真分析前后处理功能,在其LMS试验数据采集平台中,将一维系统建模和三维多物理场结合在一起进行仿真和测试一体化分析。
如果嵌入式电子软件被添加到制造业的经典V型研发系统的混合中,那么电气和机械设计世界之间的鸿沟就被桥接,特别是在系统级的产品研发过程中。因为同许多行业的顶尖企业共同合作,西门子拥有世界上最大的CAE数据和知识库。
在现实世界的制造PLM工作流程中,加速拓展CFD的使用群体普及(即CFD民主化),这是以前从未曾有过的。将CFD嵌入到本地CAD软件中将是未来十年推动CFD民主化的关键技术之一。
工程师们以设计为中心,快速进行一维系统建模,再同三维多物理场仿真分析耦合,包括以协同方式使用真实世界的测试设备和测试数据,这样可以得到的最准确的CAE模拟结果,从而指导下一步的产品创新。全新的设计探索迭代开发模式,极大增加了CFD和CAE仿真分析的应用数量。
可以肯定地说,将CFD/CAE仿真预测系统与产品生命周期管理软件整合为一体,实现实时数字孪生的场景,是西门子PLM所要达到的最终目标。
参考资料:
[1] Viveca Woods. Gartner Identifies Three Essential Competencies for the Digital Store[[EB/OL]]. https://www. gartner.com/en/newsroom /archive , 2015-11-11.
[2] Joe Kaeser. Strategy & Business Magazine Article [J].
[3] Roland Feldhinkel. CFD民主化-个人旅程[J]. 工程边缘杂志,2015,(6).
本文图源来自:Siemens
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