MSCSimManager新一代企業(yè)級仿真管理平臺

1、MSC SimManager 新一代企業(yè)級仿真管理平臺虛擬產(chǎn)品開發(fā)（ VPD）的概念及行業(yè)現(xiàn)狀VPD（Virtual Product Developing） 為虛擬產(chǎn)品開發(fā)的英文頭三個字母的縮 寫，是 MSC.Software 公司針對機械制造行業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品制造、供應鏈管 理、協(xié)同開發(fā)、市場競爭和用戶要求等的綜合作用及對制造企業(yè)提出的更迫切和 苛刻的要求下，所提出的切實可行的解決方案。虛擬產(chǎn)品開發(fā)從階段上看分為概念設計（總體設計） 階段和詳細設計階段， 無論是 概念設計（或稱為總體、系統(tǒng) 級設計階段） 還是詳細設計階 段均包括三個 方面之內(nèi)容： 1. 構型 （Form）、2. 虛擬裝配、

2、干涉 檢查和結構布局（ Fit ，又稱 為數(shù)字化虛擬樣機， 即 DMU）， 和 3. 功能或性能樣機 （Function Prototyping ）三 部分 , 簡稱 3F。如圖所示。在上述三個方面的內(nèi)容中， 涉及眾多 CAX軟件的使用。 目前國內(nèi)外經(jīng)多年對 CAX等技術的廣泛應用，取得了顯著的效果，對進一步的發(fā)展方向亦達成了相對 明確和一致的共識?；揪哂腥缦氯齻€方面：以 PLM（產(chǎn)品生命周期管理）戰(zhàn)略管理整個產(chǎn)品生命周期 對應用 CAD的設計過程和數(shù)據(jù)的 PDM管理系統(tǒng)已相對成熟 對單點的仿真分析技術的掌握已達到一定深度和成熟度虛擬產(chǎn)品開發(fā)仿真管理平臺的提出隨著物理樣機成本的不斷攀升、 虛

3、擬樣機成本的不斷下降， 虛擬產(chǎn)品開發(fā)被 制造業(yè)大量采用， 設計過程對仿真的依賴程度越來越高， 仿真分析的復雜程度和 數(shù)量不斷提高，制造業(yè)中分析工程師的人數(shù)也急劇增加。以汽車工業(yè)為例，在上世紀末 20 年的時間里，通過采用碰撞仿真技術，汽 車平臺車型的開發(fā)，碰撞試驗的次數(shù)由 240多次下降到了 80 多次，大大加速了 汽車開發(fā)的周期。與此同時從事碰撞仿真的分析工程師人數(shù)量卻急劇增加， 今天， 美國三大汽車公司中， 每個公司每個工作日都有幾十次甚至近百次的碰撞仿真計 算，每個公司從事碰撞仿真工作的分析工程師人數(shù)達百人。 如此龐大的團隊， 如 此復雜的分析工作， 如果沒有有效的仿真流程管理， 很難保

4、證每個人的分析方法 和分析結果的一致性，計算結果也就很難被用來作為設計評價和改進的依據(jù)。據(jù)國外航空和汽車制造業(yè)的統(tǒng)計， 每次仿真涉及到的各種文件和報告達 100 個，每次仿真平均產(chǎn)生 1GB的數(shù)據(jù)，如果每天進行 1次仿真計算， 每年仿真涉及 的文件數(shù)將達 2 萬多個，每年產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)將達 200GB以上，而三大汽車公司 每天僅碰撞仿真的次數(shù)就達百次， 試想如此海量的仿真文件和數(shù)據(jù)如果沒有有效 的管理，如何查找？如何使用？又如何與試驗結果進行快速對比和修正？針對上面的要求而建立的虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實際上是在單點仿真技術層面 之上的仿真管理平臺。 虛擬產(chǎn)品開發(fā)仿真管理平臺是一個支持自上而下設計，

5、自 下而上綜合驗證過程的 V 字型系統(tǒng)。具體過程如下：總體（概念）方案設計完成 并經(jīng)過仿真分析后將技術要求和指標規(guī)范下達給子系統(tǒng)、 零組件；零組件根據(jù)總 體設計的技術指標和要求開展子系統(tǒng)、 零組件的方案設計； 每部分的子系統(tǒng)、 零 組件方案設計仿真分析優(yōu)化后， 總體設計匯同各子系統(tǒng)、 零組件方案設計人員將 各部分設計模型組裝在一起， 形成功能虛擬樣機， 進行聯(lián)合仿真， 驗證樣機整體 性能。滿足要求后，開展各子系統(tǒng)、零部件的詳細工程設計。如圖所示。仿真管理平臺 MSCS imManager將在上述 V 字型的開發(fā)流程中， 對產(chǎn)品開發(fā)中 的數(shù)據(jù)、流程、人員進行高效的管理， SimManager是

6、MSC公司企業(yè)級解決方案 SimEnterprise 的主要組成部分?；?MSC SimManager仿真管理平臺的功能架構基于 MSCSimManager仿真管理平 臺功能架構以功能化驅(qū) 動為標志，以數(shù)字化樣機 為體現(xiàn)，以促進產(chǎn)品創(chuàng)新 研發(fā)為目的，通過 EAI 方式與其它企業(yè)信息化系統(tǒng)平臺，如 PDM系統(tǒng)等 無縫集成，形成協(xié)同設計 和多學科優(yōu)化能力。 基于 SimManager虛擬產(chǎn)品開 發(fā)仿真管理平臺的架構如圖所示MSCS imManager以虛擬產(chǎn)品開 發(fā)為主軸，以基于 B/S 方式的架構， 實現(xiàn)從總體設計到零組件設計這一 V字形產(chǎn)品開發(fā)流程的集成框架環(huán) 境，作為為一企業(yè)級（中心級、院

7、 所級）的仿真管理平臺架構，使用 人員（總師、型號總師、 專業(yè)總師、 項目經(jīng)理、仿真分析工程師、設計 工程師）以自己的角色、按照被系 統(tǒng)賦予的權限和工作內(nèi)容，在仿真 管理平臺參與相關的工作，包括Build（ 構建性能模型 ） ，Test（ 分析測試，可以以虛擬仿真的方式， 和物理試驗的方式，或是兩者的結合 ） ，Review（評審，跨部門，跨地區(qū)、跨學科的聯(lián)合快速 評審，Improve （持續(xù)改進，包括，對工況自動對比， DOE，穩(wěn)健性分析和多學科 優(yōu)化等），在仿真流程中可以方便地調(diào)用各中商用軟件和自制軟件， 使用人員（特別是仿真分析人員和設計人員） 還可以以客戶端的方式在工作的客戶端啟動應用

8、 程序，交互地完成分析和設計工作。使用人員在仿真管理平臺中所完成的各項工作的中間結果和最終結果可以自動化地保存到 SimManager數(shù)據(jù)庫中， 該數(shù)據(jù)庫和其他企業(yè)信息化系統(tǒng)如 PDM、 ERP等可通過 EAI（企業(yè)應用集成）或者 SOA（面向服務架構）的方式進行集成?；?MSC.SimManager仿真管理平臺的功能和特點- 基于 Web訪問的系統(tǒng)，采 用 B/S 架構： 基于瀏覽器的 B/S 架構是與目前以及今后 的 Internet 應用方式相適應的先進的信 息管理架構；具備保密性、安全性、易用 性、可維護性、擴展性；使用人員工作的客戶端無需進行額外的系統(tǒng)配置， 只需通過瀏覽器登陸服務

9、器即可方便地進行工作，不受時間地點的限制， 這也大大減小了企業(yè) IT 部門的維護工作量。圖是航空發(fā)動機門戶的 IE 界面。- 與 PDM系統(tǒng)無縫集成為設計分析一體化平臺框架： 基于 EAI 的與企業(yè)級 其它信息系統(tǒng)如 PDM等的無縫集成， 仿真管理平臺通過提供一個富于效率 的協(xié)作平臺用以在流程參與者之間共享仿真數(shù)據(jù)、 信 息和知識， 以及將結果與 PDM更加緊密的相連。 這可 以使：設計和評估模型保持一致， 結論可以更快更直 接的反饋到設計流程， 促進設計改進 （例如來自早期 概念設計）更好的反饋到產(chǎn)品研發(fā)中的機制， 在整個 流程中 CAE被提前使用從而促使真正的仿真驅(qū)動產(chǎn) 品開發(fā)。- 協(xié)同仿

10、真的平臺： 由于不同部門或供應商需要交 換模型或結果， 在仿真流程中的協(xié)同越來越重要。 這 需要有一個合適的平臺用于交換在 VPD流程中產(chǎn)生 的所有數(shù)據(jù)?；诜植际綐嫾堋⒉捎脴藴实?Web服務器，可在 Windows、 Unix 、Linux 的異構硬件平臺上運行，為協(xié)同研發(fā)提供了可靠的保證，協(xié) 同首先能夠達到所有流程數(shù)據(jù)的方便訪問，而且能夠訪問具有一致性的 “最佳實踐” 流程中的服務和工具。 最后，還要能夠管理和組織所有合作 伙伴之間的數(shù)據(jù)流。- 數(shù)據(jù)管理： 在仿真分析過程中，所有相關的數(shù)據(jù)自動存儲在關系型數(shù)據(jù) 庫中，文件自動保存在文件倉庫中，因此，仿真分析完成后，所有中間數(shù) 據(jù)和結果數(shù)據(jù)的

11、前后繼承關系也完全確定下來， SimManager可以簡單地 通過點擊鼠標對數(shù)據(jù)譜系關系進行追蹤并可以通過組合條件在數(shù)據(jù)庫中 對數(shù)據(jù)進行搜索查詢。- 基于項目樹、 流程圖的管理： SimManager 可以將數(shù)據(jù)和分析仿真流程以 非常直觀的方式顯示在界面上，如下圖。使用人員可以方便的從項目樹 和流程圖的方式進行自己的工作， 也可以隨時了解仿真流程的工作進度。- 最佳工業(yè)實踐的流程集成和規(guī)范化： 內(nèi)嵌基于標準化、模板化的快速模 型構建與集成，包括模板化的載荷、材料、邊界條件和部件模型庫，綜 合組件模型庫、材料庫和載荷庫及客戶化的模型組模塊和軟件工具的開 發(fā)與集成，達到快速模型構建的目的；并將企業(yè)

12、的最佳實踐封裝在仿真 流程之中。并且可用 Web Services 方式，管理和重用通過 SimXpert 或 其它工具創(chuàng)建、發(fā)布和共享的專家知識模版，實現(xiàn)企業(yè)級的知識共 享和重用。同時，可內(nèi)嵌業(yè)務標準、規(guī)范并根據(jù)其進行新設計方案的可 行性驗證。- 快速多方案、多工況對比能力： 具備與多學科優(yōu)化軟件的完善 Web Services 接口，支持 HPC、網(wǎng)格計算。諸如基于 TS 的自動多方案對比和 流程批處理化模塊可包括 Robust Design 的帶概率分布輸入?yún)?shù)的穩(wěn)健 性仿真分析，實現(xiàn) 6-Sigma 設計。下圖顯示對于汽車碰撞分析而言，可 以一次性地提交多個設計方案并自動獲得相關的性能

13、指標，可以通過對 性能指標的比較來判斷更優(yōu)的方案。- 快速配置與客戶化： 對于客戶來講時間意味著競爭力、市場和 效益，成熟的仿真管理平臺應該能夠做到快速化搭建和配置。 SimManager本身具有三層 schema的架構，如下左圖。其中 Industry Portal Schema 面向某個行業(yè)，如汽車行業(yè)，仿真管理 平臺的配置可以在行業(yè)共有特點的基礎上，考慮具體客戶專有特 點快速地完成平臺的搭建； 快速配置還在于 SimManager產(chǎn)品已具 備和主流商用數(shù)據(jù)庫（ Oracle/DB2/SQL Server ）、主流網(wǎng)絡應用 服務器（ WebSphere、 Tomcat）以及資源和負載管理軟

14、件（如 Analysis Manager ）的無縫連接，無需在這方面浪費時間- 平臺開放性 : 基于 MSC.SimManage仿r 真管理平臺可以實現(xiàn)對仿真的全 面管理，包括數(shù)據(jù)、流程和知識的管理。 此平臺基于面向服務架構 （SOA）， 并提供 Process Builder （流程搭建工具）以圖形化拖拽方式快速搭建、 調(diào)整業(yè)務流程。- 報告自動生成： 基于標準化、模板化、客戶化的報告生成器，可 以按客戶的要求，定制并自動生成網(wǎng)絡化的報告，且可以方便的 發(fā)布到其它企業(yè)信息系統(tǒng)如 PDM系統(tǒng)中去。- 項目管理： SimManager 可以根據(jù)客戶需要的項目管理要求進行 項目管理相關的配置，具有

15、的功能包括：對項目進行人力資源配 置、靈活界定職責范圍、詳細的權限分配體系、規(guī)范的質(zhì)量管理 流程等。- 知識庫的積累和利用： 在總體設計階段和詳細設計階段都有大量的設計 參數(shù)變化、產(chǎn)品狀態(tài)變化、材料參數(shù)變化、載荷邊界條件的變化等等， 需要進行大量的“ What-If ”分析和多學科平衡和優(yōu)化。所有這些都以定 制好的內(nèi)嵌最佳實踐的流程加以實現(xiàn)，且于流程相關的數(shù)據(jù)保留在 SimManager的關系型數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)數(shù)據(jù)挖掘、總結、抽取，形成一數(shù)字 化工程研發(fā)的基于數(shù)據(jù)庫的知識庫， 在后續(xù)產(chǎn)品研制中可直接得到利用， 以提高設計質(zhì)量?；?MSC SimManager仿真管理平臺給用戶帶來的收益- 創(chuàng)新

16、創(chuàng)新對于 VPD流程中獲得性能優(yōu)異的、 不同的產(chǎn)品而言是至為關鍵 的。通過使仿真流程方便、 快捷地在開發(fā)早期運行更多的基于仿真的調(diào)研 （被稱為“ front-loading ”仿真），則高效率的 VPD可以降低費用、縮 短時間、減小風險。這是對傳統(tǒng)設計的突破同時也是一項艱巨的挑戰(zhàn)。- 設計空間探索研究 探索研究的關鍵不僅僅是訪問當前設計的能力， 而且 要具有訪問設計空間所有設計以及產(chǎn)品所遇到的不同的工況條件的能力。 這使得在早期就可以探究研究所有設計可能， 以保證在產(chǎn)品所有可能的使 用狀況下具有最優(yōu)的性能。 一個高效的探索研究環(huán)境不但加速虛擬樣機的 建造過程， 而且能夠評估所有設計和載荷工況變

17、量。 因此，這個環(huán)境需要 提供一種方法獲得仿真流程并可重復使用。- 管理 今天的分析師已經(jīng)花費了大量的時間用于常規(guī)的數(shù)據(jù)管理和搜索 以前建造的模型及結果數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)管理不成熟已經(jīng)成為進一步充分利用仿 真技術的一個主要不利因素。 SimManager將用戶從繁重的數(shù)據(jù)管理中解 放出來并自動對所有數(shù)據(jù)進行組織和索引，是擴大仿真使用的必要環(huán)節(jié)， 并且數(shù)據(jù)譜系關系的追蹤對于理解和解釋仿真數(shù)據(jù)是十分必要的。- 輔助設計 有效地改善產(chǎn)品開發(fā)流程是提高產(chǎn)品性能的基本手段。其中及 時的反饋是問題的關鍵， 非常遺憾的是當前許多企業(yè)仍舊在設計完成后再 進行仿真， 這樣造成仿真數(shù)據(jù)提交太晚而不能改進設計。 當 VP

18、D仿真和設 計能夠做到無縫集成后， 將會以快速的方式給設計人員提供反饋， 以保證 設計不斷提高。 為了保證在設計階段使仿真發(fā)揮作用， 模型要針對當前設 計進行實時更新，所得結果和結論要以快速和一致的方式反饋給設計人 員。在企業(yè)的 PLM框架下，這需要連接諸如 PDM系統(tǒng)等不同的 PLM組件和 仿真管理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并使其具有通知和簽署的機制。 MSC.SimManage可r 以設計為 PLM框架下的一個組件，并可以以（ EAI）的方式溝通 PLM框架 內(nèi)企業(yè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流，進而可以參與到企業(yè)范圍的工作流中去。- 提高效率 通常，利用 MSC.SimManager開始的、直接的效益是減少分析 師常

19、規(guī)的、管理的工作量?？蛻魳I(yè)已顯示可以達到超過 50的效率提高： 在 MSC.SimManage上r 的投資僅僅是由于效率的提高，也可在部署后最初的 18 24 月內(nèi)收回投資。客戶曾經(jīng)報告由于效率的提高，分析師能夠完 成比以前多 23 倍的仿真工作量。- 模型和知識的共享和知識庫的積累 MSC.SimManager通過提供對不同開 發(fā)項目的數(shù)據(jù)、模型和結果的一致性訪問而產(chǎn)生長期的、實質(zhì)性的效益。 這包括使分析師訪問以前的知識和工作， 從而加速當前的項目； 分析師還 能夠通過挖掘數(shù)據(jù)以決定其關聯(lián)性和趨勢，并可以提供以前未有的結論。 在體現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)能力的因素中， 有兩個是至關重要的， 一是自己的開發(fā)流 程和規(guī)范，一是凝聚了自己知識的數(shù)據(jù)庫， MSC.SimManage可r 以通過將 仿真的經(jīng)驗、 知識、 規(guī)范等納入到