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Altair:走向设计与工程的融合

2016年10月12日     来源:e-works        作者:e-works  赵栋       
关键字:Altair  工程仿真  拓扑优化  solidThinking  
作为一直关注工程仿真领域的Altair公司今年创新性地提出了CONVERGE大会,聚焦于促进更好、更具创新的设计流程。Altair认为只有仿真、工程、设计等多领域的融汇交流才能促进创新的产品,为用户提供更好的体验。
    2016年9月27日,由Altair公司主办的solidThinking CONVERGE2016创新设计大会中国站在上海卓美亚喜马拉雅大酒店盛大举行。作为一直关注工程仿真领域的Altair公司今年创新性地提出了CONVERGE大会,聚焦于促进更好、更具创新的设计流程。对此,Altair认为目前以技术驱动产品及体验创造的时代已经来临,只有仿真、工程、设计等多领域的融汇交流才能促进创新的产品,为用户提供更好的体验,而Altair公司也在从关注技术、到关注设计、到关注设计与工程融合的转变过程中。
 
    会议期间,e-works记者采访到Altair大中华区总经理刘源博士,请他介绍Altair融合设计与工程这一愿景的由来,以及仿真技术如何支撑3D打印、物联网等新兴场景。刘源博士也站在供应商的角度,分析了如何帮助企业最大限度发挥仿真价值。
 
 Altair大中华区总经理刘源博士
Altair大中华区总经理刘源博士
 
solidThinking,面向产品设计人员的仿真平台
 
    起家于汽车行业工程咨询服务的Altair公司,在过去三十年的发展历程中,将工程仿真业务逐渐扩展到前处理工具、求解器以及数据管理等领域。如今,Altair解决方案已全方位覆盖建模与可视化、线性与非线性分析、结构优化、CFD和多体动力学仿真、电磁分析,以及云仿真和高性能计算,帮助客户实现仿真驱动的产品创新。
 
    长久以来,仿真技术早已在各行业扮演重要角色,仿真流程成为产品研发中不可或缺的一环,然而在众多研发人员心中,仿真仍旧是一门“高冷”的技术,需要具备多学科理论功底,熟知有限元分析原理,此外还要处理复杂的网格和边界条件,这些门槛使得仿真技术的应用只能局限于企业小范围的仿真专家中,而无法为产品研发前端的设计人员提供帮助。
 
    在刘源博士看来,仿真的最大价值并非只是单纯的虚拟验证,还应该在产品研发早期来指导设计,快速得到优化的概念设计。特别是在如今,产品更新换代速度加快,出现在设计师脑海中的新灵感如果不能快速付诸现实,企业就会错失优先占领市场的良机。
 
    因此,在最近几年中除了持续投入开发更先进的瞬态非线性、多体动力、CFD、电磁等求解器之外,Altair也致力于打造一个专门面向设计人员的仿真平台,在设计人员并不具备专业仿真技术背景的情况下,也能利用CAE工具来优化设计流程,加快设计速度,solidThinking就是这样一个平台。
 
    solidThinking是源自意大利的老牌工业设计软件,在概念建模方面有不俗的表现。自2008年正式成为Altair旗下产品线之后,solidThinking逐渐发展成为集概念设计(Inspire)、创意造型(Evolve)、控制系统建模(Embed)、铸造仿真(Click2Cast)、数据可视化分析(Envision)等于一体的仿真工具体系。
 
    刘源博士指出,由solidThinking所支撑的典型产品设计流程中,设计人员首先只需向Inspire中导入粗略的设计空间或原始CAD模型,然后施加材料、载荷和约束数据,由Inspire运行拓扑优化,生成满足性能要求的最高效、精简的结构布局。拓扑优化后的模型也许边角不够顺滑、外观不够酷炫、且不利于制造,这时Evolve可以对其探索更多的造型样式,并生成高质量的即时渲染效果,构建可制造的模型。
 
    由于内嵌拓扑优化、静力分析、模态分析等技术,Inspire可以快速帮助设计人员获得满足性能且轻量化的结构,大大缩短了概念研发中所耗费的时间和成本。而Evolve则将设计人员从以工程为主导的CAD工具中解放出来,完成工程设计与工业设计的融合,这些都足以革新传统设计流程,让设计人员独立完成从产品创意到最终数字模型的整个过程。
 
当拓扑优化遇见3D打印
 
    设计一个产品时,如何获得最优的结构形状是设计人员面临的第一个挑战,拓扑优化技术解决了这个问题,经过拓扑优化的产品模型是在给定载荷与工况下确定能满足性能要求的最优模型,而且具备轻量化的特点,这对于当前很多产品实现节能减排、降低成本意义重大。
 
    然而,经过拓扑优化后的结构,其可制造性往往比较差,因为在传统制造方法中,要求产品模型具有对称性、相对固定的尺寸,且能满足重复制造的要求。这使得工程师通常要在可制造性及产品性能二者间进行平衡,或多或少牺牲掉产品在轻量化、高性能上的优势。
 
经过拓扑优化后的建筑部件
经过拓扑优化后的建筑部件
 
    以3D打印为典型的增材制造技术的出现则完美的打破了可制造性这一约束,即使是模型最复杂的产品也能通过3D打印制造出来,而且几乎无需返工。这无疑极大释放了设计潜能,设计人员可以只专注于产品本身,可以设计任何结构的产品,而不需要考虑制造工艺的局限。所以,3D打印让拓扑优化能完全发挥其真正价值。
 
    近几年,消费水平不断提高,消费者更注重产品本身性能和体验,3D打印技术迅速获得社会各界的广泛关注,越来越多的企业加入到这个领域,来提升企业正向研发能力与制造效率。3D打印技术特别适用于复杂结构的产品制造,但是如果只是单纯想用3D打印来替代传统制造,反而会造成成本增加。只有当产品结构独特且具有高性能时,才值得通过3D打印技术实现,这正好是拓扑优化的特点所在。
 
    可以说,拓扑优化与3D打印两者相得益彰,而Altair也很早就看到了这种相得益彰对于推动产品创新设计的重要价值,于2008年收购了solidThinking并基于自身在工程仿真领域的优势重新整合产品线,推出适用于3D打印即增材制造的解决方案。
 
    经过Inspire完成拓扑优化后的模型并不能直接作为3D打印输入,还需在Evolve中进行几何构建,以及网格优化后的进一步减重和后续设计迭代验证,确保对接3D打印输出最优的制造结果。目前,Altair基于solidThinking的增材制造解决方案已经在全球航空航天、汽车、建筑、模具等众多行业得到应用。
 
助力仿真发挥最大价值
 
    当企业投资引进仿真人才、CAE软件、计算硬件之后,需要考虑的是如何通过虚拟仿真为产品进行建模分析,解决实际的工程难题。然而,国内很多企业毕竟缺少仿真经验的积累,面对专业性较强的仿真技术,软件使用、仿真流程的准确度和效率不高会影响企业发挥仿真技术的价值。
 
    产品智能化、互联化发展的同时,安全性、环保性的要求也越来越高,这些更提出了多学科联合仿真的挑战,低效的仿真反而会拖慢企业产品研发进度。刘源博士指出,Altair主要从四个方面着手来解决这些问题,帮助客户发挥仿真的最大价值:
 
    第一,软件易用性。随着Altair产品大家族成员的不断扩充,在分析多学科问题时有着不同用户界面的软件会降低操作效率和用户体验,因此Altair正着力于为旗下所有软件开发统一、简洁的用户界面,来适应用户最熟练的操作习惯,用尽量少的鼠标操作就能完成分析。此外类似solidThinking系列软件中,将专业的理论知识和分析原理进行封装,而不需要用户具备深厚的CAE背景。
 
    第二,工程服务。Altair建立了专业的ProductDesign团队,帮助客户解决具体工程难题。在全球多地建立仿真优化中心,与客户共同完成仿真项目,培养用户仿真能力后退出,比如最早在波音公司内部就建立了优化中心,这种模式也适合在中国进行推广。同时Altair还为企业提供定制化的二次开发,来打造适合企业业务特点的仿真流程,并将其固化。
 
    第三,全面的仿真平台。产品复杂程度越来越高,单学科或单场的仿真无法模拟出产品在现实世界中的表现,物联网、新能源汽车等新的场景下,更是需要企业进行结构、热、流体、电磁等多学科耦合的仿真。近些年来,Altair通过并购整合不断完善仿真解决方案的广度和深度,HyperWorks品牌已经囊括用于结构、流体、热、电磁四大基本物理场以及不同物理场之间耦合分析的CAE软件,满足企业对于复杂产品系统的仿真需求。
 
    第四,云仿真和HPC。相对于企业其它业务,仿真工作对于IT资源的要求更高,面对大型项目时,要想快速交付精确的仿真结果,势必带来较大的IT负载。而基于云的CAE仿真,企业不用再耗费金钱和精力来购买和管理计算集群,并且可以更加灵活的选用多种软件,甚至随时随地开展仿真工作。自2014年,Altair推出HyperWorks Unlimited解决方案,可以根据需要,为企业以私有云或公有云方式搭建云平台,而且支持CAE计算能力的扩展和HPC访问。目前,Altair已与亚马逊和微软达成合作,来在全球推广云仿真模式。而在中国,新能源、高科技电子等产品迭代周期非常快的行业中,由于需要将更多精力专注于产品本身,没有时间来专门部署仿真环境,借助云仿真已经成为这些行业的切实选择,来帮助它们提升仿真能力,加速产品上市周期。
责任编辑:赵栋
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