MBD分析
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-26
MBD分析的實例教程
結(jié)合CAD、PDM/PLM及測量系統(tǒng)，逐步形成從設(shè)計、分析到檢測的完整數(shù)據(jù)鏈。
這樣一來，公差數(shù)據(jù)不再只是一次性的計算結(jié)果，而是變成可以復(fù)用、可追溯的工程數(shù)據(jù)。
（MBD+虛擬點建模并行方案）
從工程實踐看，公差分析正在發(fā)生一個很實際的變化：一方面，通過MBD和虛擬點建模，把計算流程做得更高效；另一方面，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，讓公差信息在設(shè)計、制造和測量之間能夠持續(xù)傳遞和反饋。這兩點疊加，才真正體現(xiàn)出MBD的價值。
1 基于模型的開發(fā)和效率圖
在MBD中，無需等待真實樣機制造完成就可以評估電機的特性。電機效率圖是電機驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)中的重要評價項目之一。因此，有必要利用有限元仿真獲得高精度的電機效率圖。
但是，如果我們談?wù)撔蕡D評估，則根據(jù)開發(fā)階段的不同，效率圖的準確性和計算時間成本也會有所不同。在這里，我們考慮以下兩個階段的效率圖評估：
概念設(shè)計。
詳細的性能評估。
在概念設(shè)計中，當改變電機的拓撲和形狀時，評估機器的特性。因此，有必要評估每個電機結(jié)構(gòu)方案的效率圖。為了評估大量方案，必須限制一次生成效率圖所花費的成本（計算時間）。另一方面，在詳細性能評估階段，通常會制作樣機，并在電機臺架上進行性能評估。在MBD中，臺架試驗被模擬虛擬試驗代替。因此，在仿真中，需要一個相當于真實機器的精度。
利用有限元分析軟件[1][2]可以通過模擬評估效率圖。然而，很少有文章提到上述每個開發(fā)階段的map評估。本文詳細闡述了性能評估中的概念設(shè)計和效率圖生成評估方法。此外，還將闡述生成Map圖所需的精度及其計算成本。
圖1和表1顯示了本文案例的電動機及其規(guī)格。
展開 近年來，MBD（基于模型的定義）被業(yè)界譽為實現(xiàn)數(shù)字化制造與智能工廠的“必經(jīng)之路”。但現(xiàn)實中，盡管3D建模早已成為主流，真正能讓MBD落地生根的企業(yè)仍是少數(shù)。其核心難點之一，正如Autodesk、PTC、達索等主流CAD廠商一致強調(diào)的那樣——缺乏有效的公差分析，MBD就只是一個“看上去很美”的數(shù)字外殼。
公差分析是MBD的“骨架”
無論是達索強調(diào)的“單一真實數(shù)據(jù)源”，Autodesk提出的“精準制造保障”，還是PTC主張的“風(fēng)險前移”，都不約而同指出：公差分析是MBD系統(tǒng)中承載制造可行性、質(zhì)量控制與成本優(yōu)化的關(guān)鍵模塊。沒有它，3D模型只是靜態(tài)圖形，無法驅(qū)動實際生產(chǎn)。
PTC將公差分析直接集成在CAD環(huán)境中，幫助設(shè)計師在建模階段即開展公差堆棧分析，從而在設(shè)計初期規(guī)避尺寸偏差風(fēng)險；Autodesk的公差分析則通過在3D模型中嵌入語義PMI，實現(xiàn)跨部門的標準化溝通，減少返工與浪費；而達索則進一步指出，沒有公差分析的MBD，將難以成為制造環(huán)節(jié)中真正可信賴的“唯一來源”。
MBD失敗根源：“斷鏈”和“手工干預(yù)”
雖然許多企業(yè)已開始嘗試MBD，但在實際部署中，仍面臨諸如數(shù)據(jù)割裂、手工干預(yù)頻繁、模型信息不完整等問題。特別是在缺乏公差分析能力的情況下，MBD模型無法有效承載幾何尺寸與加工公差的可制造性驗證，使得設(shè)計與工藝、質(zhì)量之間協(xié)同困難，常常需要回退到傳統(tǒng)的2D圖紙確認流程。
根據(jù)誠智鵬對大量客戶的調(diào)研，許多企業(yè)MBD項目的失敗，正是因為“缺乏公差分析導(dǎo)致的設(shè)計意圖不可驗證、模型難以追溯、制造不可靠”。因此，要最大化實現(xiàn)MBD的ROI（投資回報），必須在MBD架構(gòu)中補上“公差分析”這一短板。
展開 空中客車公司目前已在設(shè)計過程中將有限元分析（FEA）和MBD仿真結(jié)合起來，以同等水平替代證明符合監(jiān)管要求所需的物理試驗。
近年來，計算能力更強的高性能計算和更快的求解器的出現(xiàn)，使得MBD模型能夠作為硬件在環(huán)（HiL）和駕駛員在環(huán)（DiL）測試系統(tǒng)的一部分用于道路車輛試驗臺，以進行系統(tǒng)測試、驗證和校準。在試驗臺上能夠使用真實的和虛擬的子系統(tǒng)定義，通過減少對物理測試原型的需求，使車輛測試更便宜、更高效。
MBD仿真的使用不再局限于產(chǎn)品開發(fā)過程的單一階段。從概念系統(tǒng)設(shè)計到物理測試，MBD仿真對領(lǐng)先工程組織中動態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)有著廣泛的影響。
誤區(qū)三
MBD模型的物理保真度有限
在MBD仿真中，機構(gòu)中最復(fù)雜的部分可
以表示為一個簡單的環(huán)節(jié)，這樣就可以在系統(tǒng)層次上研究其動力學(xué)。
然而，MBD仿真的實用性并不局限于研究廣泛的系統(tǒng)級效應(yīng)。
今天，MBD正被應(yīng)用于組件級的高度復(fù)雜的物理模型。
此外，當可以向模型提供正確的輸入（例如零件符合度、彈簧或襯套特性）時，可以實現(xiàn)高水平的物理級精度。
隨著產(chǎn)品開發(fā)過程的深入，有機會逐步提高MBD模型的保真度。使用初始MBD分析確定機構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)，然后分析人員可以結(jié)合CAD來詳細說明單個零件。然后，基于CAD數(shù)據(jù)的FEA提供了詳細的零件符合度，從而能夠創(chuàng)建可用于進一步增強MBD模型保真度的柔性體。在每個階段，MBD系統(tǒng)模型都可以與可用的工程信息級別保持一致，以確保最佳的保真度。
當然，與任何模擬技術(shù)一樣，MBD模型必須根據(jù)預(yù)期模擬所需的物理逼真程度進行調(diào)整。
展開 2.局部坐標系
局部坐標系在定義材料方向、各種連接器、施加邊界條件、后處理坐標轉(zhuǎn)換等方面大有用途，學(xué)會使用局部坐標系是進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)建模、Abaqus MBD分析的基礎(chǔ)。有直角坐標、柱坐標、球坐標三類可選，按照需要創(chuàng)建。
3.運動參考點
后處理時，定義運動參考點可以從視覺上一目了然地完成運動關(guān)系轉(zhuǎn)換，需要注意的是，這僅僅是視覺上，結(jié)果的量化上還需要進行坐標變換，如下圖，右圖是選擇左圖中方塊上的高亮紅點作為參考點的運動轉(zhuǎn)換。
4.渲染
渲染可以提高結(jié)果的展示性，按實際產(chǎn)品色彩渲染，能更好地對產(chǎn)品進行預(yù)示，在進行大型復(fù)雜裝配體結(jié)構(gòu)分析時，合理使用color code，在前、后處理階段大大提高工作效率。
5.插入背景圖片
View菜單欄下拉的image功能，可以插入圖片和視頻，并調(diào)整大小、透明度、位置、播放時間等。比如你想進行一個結(jié)構(gòu)仿真，但只有它的照片，沒有三維幾何模型，這時可以插入圖片，在sketch里面進行平面描繪畫圖，得到草圖后，再附加其他空間特征，快速得到三維模型進行結(jié)構(gòu)仿真分析；后處理也能插入視頻與animation同步播放，進行仿真與試驗過程對比。
6.動畫輸出
動畫輸出比較簡單，animation下拉菜單下操作即可，可以根據(jù)需要選擇視頻尺寸、格式、時間幀次等。
好了，有了前面的技巧，分析完鋼鐵俠頭盔開合動作以后，就可以做出下面這張圖片了，你學(xué)會了嗎？
鄙人已入魔，神馬都是云圖
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MBD分析的最新內(nèi)容
項目成果
n獲取了夾爪設(shè)計階段所需夾持力分析的MBD數(shù)據(jù)；
n得到預(yù)設(shè)計夾爪的應(yīng)力與應(yīng)變結(jié)果，識別出結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域；
n建立了可靠耐久性分析所需的缺口系數(shù)選用方法；
n完成新型夾爪預(yù)期壽命評估，并形成相應(yīng)分析數(shù)據(jù)。
疲勞失效的預(yù)期發(fā)生位置與擴展方向
以3DCC為例，公差分析直接基于MBD模型開展，可減少約20%的人工補錄，同時保證設(shè)計與制造階段的語義一致。在制造階段，測量數(shù)據(jù)可以回傳，用于驗證分析結(jié)果；在后續(xù)型號或批次中，這些數(shù)據(jù)還能作為參考繼續(xù)使用。結(jié)合CAD、PDM/PLM及測量系統(tǒng)，逐步形成從設(shè)計、分析到檢測的完整數(shù)據(jù)鏈。
這樣一來，公差數(shù)據(jù)不再只是一次性的計算結(jié)果，而是變成可以復(fù)用、可追溯的工程數(shù)據(jù)。
01、工程演進：MBD正在重塑公差分析的角色
當前，全球制造業(yè)正由二維圖紙驅(qū)動，加速轉(zhuǎn)向以三維模型為唯一數(shù)據(jù)源的MBD模式。幾何模型不再只是設(shè)計結(jié)果的表達，而成為貫穿設(shè)計、仿真、制造、裝配與質(zhì)量驗證全過程的載體。
圍繞這一趨勢，3DCC V7.0在保持高精度公差分析核心優(yōu)勢的同時，完成了面向MBD一體化工程體系的系統(tǒng)升級。
- CPU單核計算 (重要影響因素): 對于大多數(shù)常規(guī)MBD分析，CPU的主頻依然是決定性因素之一。高主頻的CPU能顯著縮短單次仿真時間。
- GPU計算 (較少應(yīng)用): 由于其算法的并行度不如FEM/CFD高，GPU在MBD領(lǐng)域的應(yīng)用相對較少，不是主流。
3.
其核心難點之一，正如Autodesk、PTC、達索等主流CAD廠商一致強調(diào)的那樣——缺乏有效的公差分析，MBD就只是一個“看上去很美”的數(shù)字外殼。
公差分析是MBD的“骨架”
無論是達索強調(diào)的“單一真實數(shù)據(jù)源”，Autodesk提出的“精準制造保障”，還是PTC主張的“風(fēng)險前移”，都不約而同指出：公差分析是MBD系統(tǒng)中承載制造可行性、質(zhì)量控制與成本優(yōu)化的關(guān)鍵模塊。
（誠智鵬科技創(chuàng)始人、總經(jīng)理劉尚成在航空航天數(shù)字化建設(shè)合作峰會上介紹3DCC公差分析軟件關(guān)于MBD技術(shù)的創(chuàng)新。）
在此變革浪潮中，誠智鵬科技自主研發(fā)的3DCC公差分析軟件，正是彌補了傳統(tǒng)三維模型"幾何定義完整，制造語義缺失"的缺失。
圖：鉸鏈1-5的動態(tài)載荷仿真
為了確保設(shè)計能夠安全地使用新的塑料材料（在本例中為聚酰胺），團隊使用Adams進行了MBD分析，以計算一個運動周期內(nèi)組件各個連接點上的載荷。
）：系統(tǒng)分析
MBD：成分分析
amics（NVH）和疲勞
系統(tǒng)界?-多種組合
Ansys運動?具包
系統(tǒng)NVH
在系統(tǒng)動力學(xué)仿真領(lǐng)域，MBD分析員一直是仿真模型的把關(guān)人。然而，隨著工程仿真在設(shè)計和開發(fā)中占據(jù)中心地位，對仿真模型和建模信息進行公開訪問的需求正在增長。為此，仿真軟件供應(yīng)商努力將分析人員的知識和技能封裝到模型中。
誤區(qū)一
MBD仿真=運動分析
MBD仿真求解一套復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，遠遠超出了僅僅模擬約束機構(gòu)的運動。領(lǐng)先的組織不會在局部進行優(yōu)化，而是跨學(xué)科協(xié)作來權(quán)衡參數(shù)并實現(xiàn)所需的系統(tǒng)級優(yōu)化。例如，汽車制造商擁有跨職能的團隊，他們專注于機械耐久性、安全性、噪音和振動分析。
