0 引言

    虛擬仿真（Computer Aided Engineering，簡稱CAE）,，如碰撞,、剛度、耐久性,、熱力學(xué)性能,、流體分析和振動噪聲等多學(xué)科仿真分析，作為驗證系統(tǒng)性能的重要方法,，近些年來已在大多企業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用,。仿真技術(shù)的應(yīng)用可以減少物理樣機(jī)的研制，降低研發(fā)成本,，提高研發(fā)效率,，從而大大提升企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力。目前,，越來越多的企業(yè)體會到仿真數(shù)據(jù)與過程管理給研發(fā)業(yè)務(wù)帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益,。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，產(chǎn)品類型多樣化,、仿真對象多學(xué)科化、仿真需求高質(zhì)量化以及仿真數(shù)據(jù)海量化等有別于傳統(tǒng)PDM數(shù)據(jù)管理的特殊問題逐步凸顯,，這使得一些企業(yè)開始考慮建立專門的系統(tǒng)來管理仿真數(shù)據(jù)和過程,。基于大多數(shù)企業(yè)都已經(jīng)擁有PDM系統(tǒng)的現(xiàn)狀,，如何擴(kuò)展PLM來建立仿真數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Simulation Data Management,，簡稱SDM系統(tǒng)），如何在設(shè)計大流程的管理框架下將仿真流程與設(shè)計流程有效融合,，同時兼顧考慮SDM業(yè)務(wù)的特殊性,，都將是建設(shè)該系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)。

1 仿真數(shù)據(jù)與過程管理系統(tǒng)的需求分析及解決方案

    隨著企業(yè)設(shè)計能力的提升以及系統(tǒng)工程方法在企業(yè)中的推廣應(yīng)用,，仿真設(shè)計與過程管理在企業(yè)信息化建設(shè)過程中越來越受到重視,。一些企業(yè)的PLM平臺已經(jīng)開始以系統(tǒng)工程和項目管理為主線進(jìn)行設(shè)計與仿真一體化管理等工作，詳見圖1,。企業(yè)級的PLM系統(tǒng)需要更全面的考慮整個產(chǎn)品研發(fā)過程中的設(shè)計,、制造、仿真以及試驗過程中的數(shù)據(jù)和流程交互,。目前國內(nèi)外眾多大型企業(yè)如福特,、通用,、南北車集團(tuán)等都紛紛建設(shè)了SDM系統(tǒng)。下文將介紹幾個行業(yè)的典型需求和解決方案,。

圖1 產(chǎn)品PLM平臺

1.1 交通行業(yè)的需求分析及解決方案

    交通行業(yè)最顯著的發(fā)展趨勢是車輛型號多樣化不斷增長,，強(qiáng)制性法規(guī)需求不斷增多。由此需要進(jìn)行大量仿真,，從而產(chǎn)生海量CAE模型和仿真結(jié)果數(shù)據(jù),。

    趨勢二為CAE模型重用需求的增加。多數(shù)車型由于同平臺或者近似度高,，因而需要重用CAE模型,。然而，傳統(tǒng)的模型和結(jié)果文件存儲在某個工程師的電腦或共享驅(qū)動器上,，原始數(shù)據(jù)文檔的命名方式對于獨立組件不適用,，盡管具有一定程度的可追溯性，但是由于不同汽車整體系統(tǒng)零件的位置不同,，會導(dǎo)致重用失敗,。

    趨勢三是產(chǎn)品制造高效率的需求。根據(jù)市場和顧客需求,，制造商要保質(zhì)保量的做出快速反應(yīng),。然而，物理樣機(jī)的制造通常需要耗費(fèi)大量成本和時間,，這意味著實物測試將不能滿足市場需求,，用仿真手段逐步替代實物測試,，依賴仿真結(jié)果快速決策設(shè)計方案是產(chǎn)品研發(fā)的必然發(fā)展趨勢,。由此要求建立的模型和輸出的仿真結(jié)果必須具有較高的質(zhì)量，并且具有可追溯性,。

1.1.1 通用汽車SDM平臺的需求分析及解決方案

    通用汽車公司使用的CAD/PDM系統(tǒng)是西門子PLM軟件Teamcenter （TC）,，他們采用TC的Teamcenter for Simulation（簡稱TC4SIM）模塊構(gòu)建仿真數(shù)據(jù)管理平臺,。公司先以碰撞仿真為對象，采用正向思維,，從CAD數(shù)據(jù)和相關(guān)的CAE模型開始，建立仿真數(shù)據(jù)和管理流程,，數(shù)據(jù)和流程范圍包括仿真結(jié)果文件以及相應(yīng)的流程分析。

    為了能夠較大程度地使用標(biāo)準(zhǔn)化功能,，減少OEM需求定制化服務(wù),，超出TC4SIM提供功能之外的需求，通過二次開發(fā)實現(xiàn),。建設(shè)完成的SDM系統(tǒng)包含以下幾個特點：

    （1）協(xié)同合作和標(biāo)準(zhǔn)化：利用原有遍布全球通用企業(yè)的Teamcenter數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的互訪，相關(guān)的CAE數(shù)據(jù)也可以實現(xiàn)協(xié)同共享,；基于通用的標(biāo)準(zhǔn)化過程，企業(yè)可以實現(xiàn)部門內(nèi)的任務(wù)分配,，甚至全球任務(wù)分配,。

    （2）高效重用：提供共享模型對比功能,，分析CAE模型的差異性，進(jìn)一步提高CAE模型的重用效率,。

    （3）有效的可追溯性：實現(xiàn)CAE數(shù)據(jù)到其原始CAD數(shù)據(jù)的可追溯性，自動核對CAE模型數(shù)據(jù)版本信息及變更管理,。

    （4）保證模型質(zhì)量：核對CAE基本模型質(zhì)量,，并做出完整的調(diào)試標(biāo)記，記錄本地仿真系統(tǒng)中成功使用的模型,，保證下次重用模型時,，模型質(zhì)量優(yōu)劣可查詢。

1.1.2 南車浦鎮(zhèn)公司SDM的平臺需求分析及解決方案

    近年來隨著鐵路軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展,，南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司承擔(dān)了很多動車,、城軌和地鐵等新型產(chǎn)品的研發(fā)和制造工作。該行業(yè)包含的仿真類型包括與設(shè)計相關(guān)的CAE仿真,，如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,、疲勞、碰撞,、動力學(xué),、流體仿真等,，電氣類仿真，如牽引仿真,、網(wǎng)絡(luò)仿真等,，以及與制造相關(guān)的工藝仿真，如焊接仿真,、沖壓仿真等。仿真結(jié)果數(shù)據(jù)種類繁多,、組成復(fù)雜、數(shù)量巨大,，由此給仿真工作帶來很多問題,。

    浦鎮(zhèn)公司基于Teamcenter平臺上的Teamcenter for Simulation模塊搭建了協(xié)同設(shè)計仿真平臺，以實現(xiàn)如下功能需求：

    （1）仿真數(shù)據(jù)管理：設(shè)計一仿真一工藝間的數(shù)據(jù)交流,、傳遞和共享,。

    （2）仿真流程管理：流程標(biāo)準(zhǔn)化和業(yè)務(wù)規(guī)范化。

    （3）數(shù)據(jù)安全性：根據(jù)企業(yè)行政組織架構(gòu)統(tǒng)一規(guī)則設(shè)定訪問權(quán)限,，保障數(shù)據(jù)的安全性,。

    此外,，中國北車齊齊哈爾軌道交通裝備公司作為中國鐵路貨車和鐵路起重機(jī)設(shè)計制造的領(lǐng)軍企業(yè)和出口基地,，采用基于Teamcenter平臺建立的支持多學(xué)科仿真數(shù)據(jù)和流程管理工作的SDM系統(tǒng)，從而,，加速了設(shè)計與仿真的協(xié)同流程，提升了產(chǎn)品研發(fā)的效率,。