虛擬原型設計的案例
行業分享丨虛擬原型技術如何革新重型裝備設計？
本文作者：P?r-Ola Jansell
Altair 副總裁兼重型機械、卡車與軌道交通全球技術負責人
重型裝備行業長期以來主要依賴物理原型設計。在許多情況下，物理原型是法規要求的必要環節。畢竟，這些大型重型設備承受著巨大壓力和磨損，必須確保操作人員和周圍人員的安全。
1虛擬原型技術的崛起
隨著仿真技術（特別是有限元分析/FEA）在20世紀90年代的出現和發展，行業迎來了新的設計和測試范式，虛擬原型技術開始發揮更大作用。如今，該行業正在經歷又一次范式轉變：虛擬原型正從輔助驗證工具發展成為設計、測試和認證過程中的核心能力與驅動因素。了解虛擬原型技術的發展歷程，有助于我們認識它如何革新重型裝備設計，并預見其未來發展方向。
2工具生態的擴展
在20世紀90年代初虛擬原型工具問世前，重型裝備設計相對保守。許多設計多年來甚至幾十年都未發生重大變化。由于所有設計都必須進行物理測試，開發過程緩慢、繁瑣且成本高昂，這抑制了創新嘗試。
雖然行業普遍希望以更低成本制造更好的設備，但傳統方法往往只能通過增加高應力區域的材料用量來提升強度和耐用性。FEA技術改變了這一局面。90年代，一些先驅企業推出了比以往更堅固耐用、同時更輕便靈活的機械設備。
數字化工具使制造商能夠通過重新評估整個設計流程來解決問題，而不僅僅是增加材料。那些原本僅將FEA用于驗證和測試的企業意識到，必須將其應用于包括優化和認證在內的全生命周期。快速有效采用新技術的企業將獲得顯著商業優勢。
進入21世紀后，企業對虛擬原型工具的運用更加成熟，并將數據分析和散料模擬等新功能納入技術體系。開發速度加快、成本降低，創新水平顯著提升。
展開 行業分享丨虛擬原型技術：顛覆傳統，引領礦業裝備設計新紀元
本文作者：Altair 重型機械全球技術副總裁
P?r-Ola Jansell
礦業裝備設計正經歷一場由虛擬原型技術引領的范式轉移。Altair重型機械全球技術副總裁P?r-Ola Jansell指出，通過融合仿真、AI與數據分析的虛擬原型技術，礦業企業正在實現：
研發效率的指數級躍升
將原型測試周期從傳統數月縮短至數天
通過數字孿生實現90%設計缺陷的早期識別
動態載荷仿真精度達到物理測試的98%匹配度
Altair EDEM 離散元仿真技術研討會
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價值重構：更智能的設計范式
虛擬原型技術的核心優勢在于：
多物理場協同仿真
結合FEA有限元分析與DEM離散元法
數字孿生實現全生命周期預測
AI驅動設計革命
幾何深度學習使仿真速度提升1000倍
智能優化算法自動生成創新方案
全流程價值閉環
從給料機卸料到破碎機工況模擬
覆蓋振動篩、磨機頭等關鍵部件驗證
已落地的行業變革
某礦山設備商通過AI仿真將轉接溜槽設計周期從6周壓縮至3天
圓錐破碎機物料破碎分析精度達到物理測試的98%
帶式給料機散料卸料仿真誤差小于5%
未來已來：AI與數字孿生的新邊疆
知識圖譜驅動的AI代理將重塑供應鏈決策
多學科系統仿真打破數據孤島
實時性能優化降低30%運維成本
"這不僅是技術升級，"Jansell強調，"更是設計思維的徹底重構。
展開 分析報告 I 在重型裝備工程中采用虛擬原型和整體建模
重型裝備工程師需要不斷改進和優化裝備設計，但他們如何才能更快完成正確的產品設計，從而滿足項目和產品目標呢？預測式性能工程的業務潛能巨大，能夠助力企業解鎖新的創新和性能水平。
下載 Tech-Clarity 近期編撰的分析報告，探索
如何通
過虛擬原型和整體建模提高性能工程成熟度改進效率并降低成本
。
點擊鏈接 獲取報告
http://t8iw4ulf0hpixn8k.mikecrm.com/Mb9aR16
通過成熟度模型框架賦能持續改進
企業可以
通過成熟度模型框架賦能持續改進完善
以下四個方面，從而
提高性能工程設計成熟度
：
創建整體設備模型
利用仿真預測性能
利用測試改進預測
利用現場數據改進預測
借助西門子全面數字孿生來達成項目目標
如今更加儀表化且互聯的產品可以為設備制造商提供全新的機會，利用來自物聯網、控制系統和其他數據源的大量現實世界的操作數據來確定性能改進。
改進性能工程設計的首要步驟是確保數字化的產品演示，或者數字孿生，能充分反映最終產品。
重型裝備企業可以借助西門子全面數字孿生來達成項目標并降低成本。
重型裝備工程持續驗證的優勢
為了實現項目目標并優化性能，重型裝備工程必須能夠通過測試和現場數據預測來
增加虛擬驗證和改進。
展開 全新NVH模擬器2019.0發布
使用場景
車輛設計過程中任何階段都能進行NVH的虛擬原型設計
在物理原型設計之前可設置NVH目標，將目標逐步細化為單個元件
競爭對象車輛標桿管理
開發過程中進行傳動系統聲品質評估
客戶、管理層和市場人員的NVH評估
幫助電腦輔助工程分析師了解車輛NVH設計更改的影響
桌面駕駛和車內選項
除了匹配車輪和踏板系統的桌面PC，可使用更多選項。全車NVH模擬器可實現更多真實性，在真實的靜態車輛之前顯示道路，配備擴音器和振動器——以便進行振動模擬。通過道路模擬器，實際駕駛車輛時的車輛聲音可進行評估。現有車輛和環境的聲音可進行修改而非替代，從而對設計聲音進行自然呈現——在最真實的模擬器中進行自然呈現。
功能
在車輛之間進行切換，比較各種競爭對手車輛和各種設計的特點
迅速評估各種駕駛條件和部分載荷條件，在全作業范圍之內評估車輛
切換各種不同的元件，對不同元件進行實時過濾，對車輛的聲學和振動品質進行工程設計
隨時或在任何天氣條件下在數據庫中駕駛任何車輛
創建道路和車道來適應環境和測試要求
評審團評估工具，可對主觀意見進行量化分析
測試和電腦輔助工程數據
模擬模型可能包含任何NVH數據，從簡單地錄制整車聲音到工程設計模型，包括道路和（噪聲）源貢獻數據，修改后的元件。模擬器可輕松將CAE預測數據融入，插入真實車輛的NVH數據時可對虛擬元件設計進行主觀評估。
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可持續 | 肯尼亞初創公司借助仿真推動碳捕獲技術的發展
Wanjau表示：“Ansys仿真將有助于降低我們的DAC技術成本，通過實現虛擬原型設計，減少對傳統物理原型的需求，并創建用于實時監控技術的數字孿生，幫助識別和解決代價高昂的故障，甚至預測機器的未來性能。”
如何以幾何形體為原型進行產品設計？
總結
以幾何形體作為造型原型是設計師常用的設計方法。
學習和運用這樣的方法你需要掌握兩個要素：1、學會運用分割、切削、等方法變形幾何形體，賦予幾何形體功能屬性；2、依據產品的造型美學優化產品的造型、趨勢、比例等，賦予產品美學屬性。
本文章圖片來自：https://www.vestel.com.tr/
— END —
Raise3D助力汽車零部件原型設計
公司的設計與創新能力備受業內認可和好評，累積了強大的客戶基礎。在生產最終部件之前，親元企業的開發團隊會對每個部件的可用性和可行性進行原型測試。
正如每一家企業一樣，在這些年的發展中，親元企業也一直在尋求提高產能，降低生產成本的新方式。
傳統原型制作過程中的缺陷
在使用3D打印技術制作原型之前，在制作一件測試原型時，開發團隊需要經歷以下的流程：
手工測量零件獲得粗略數據 -> 使用傳統CNC技術制作大量不同的吸塑模具 -> 模具修整與調試 -> CNC加工獲得最終的測試原型。
由于每一個模具都以CNC加工制作方法生產，尺寸非常大，需要進行大量的溝通和協調工作，這樣的生產模式不僅過程復雜，生產時間冗長，成本高昂。除此之外，在生產過程中，開發團隊需要依靠具有豐富專業知識的技術人員，冗長復雜的生產流程也將耗費技術人員大量的時間、精力與費用，加上有些更為復雜的設計難以實現。因此，這樣的傳統制作方式不僅會導致開發團隊因時間及費用考量在設計方面往往受限。
展開 案例分享 | 靈活的增材制造工藝：仿真技術如何支持3D原型設計
圖2:從設計到生產完成——盡可能地減小變形這歸功于Simufact Additive
增材制造的工藝仿真使得MBFZ toolcraf 能夠靈活、快速的響應客戶的要求，例如更改設計、顯著縮短上市時間。強大的仿真解決方案所提供的虛擬工程，使得3D打印項目的開發過程更加緊湊。而這種方法的實現完全得益于可靠的增材制造仿真軟件Simufact Additive。
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展開 采用獨特菱形機翼設計 FLY-R展示多款全新無人機原型
不過由法國公司 FLY-R 帶來的無人機原型，它采用了獨特的菱形機翼設計，聲稱能夠帶來一些明顯的優勢。
▲ FLY-R R2-150
▲ FLY-R R2-240
在最新展示的 R2-150 原型機由設置在低處的一對前翼和設置在高處的一對后翼形成，前翼向后掠起，而后翼向前掠起并向下傾斜，因此它們在機尖處與前翼相連，這幾乎就是一架雙翼飛機，只不過上翼和下翼的兩端被捏在一起。
FLY-R 的總部位于印度洋的法國留尼汪島，公司表示這種菱形設計在很多方面都優于傳統的機翼。首先，翼展減少了一半左右，另外空氣動力阻力也有所減少。此外，結構質量減少了約三分之一，飛機在大范圍的速度下保持穩定，而且具有很高的機動性。
目前以電池為動力的 R2-150 是為完全自主的監視、觀察和偵察等任務而設計的。它的翼展為1.5米(4.9英尺)，巡航速度為115公里/小時(71英里/小時)，每次充電可飛行2小時–邊飛行邊傳輸實時視頻。
其他型號的設計是為了走得更遠，攜帶更重的有效載荷，飛得更快。例如，噴氣動力的R2-HSTD計劃的最高速度為0.65馬赫（803公里/小時或499英里/小時）。它的目的是作為目標無人機，用于軍事演習。
▲ FLY-R R2-HSTD
FLY-R甚至還計劃研制一款中短程載客飛機，命名為水晶CR-1200。FLY-R Crystal CR-1200應該可以攜帶重達800公斤（1764磅）的物品。該飛機可容納兩名飛行員和八名乘客（盡管可能采用其他配置），它將采用混合動力系統，其中燃燒燃料的發電機將為機載電池組充電，而電池組又將為兩個后推螺旋槳的電動機提供動力。
展開 從概念設計到虛擬驗收：實時車輛模型在數字化設計的核心作用
從概念設計到虛擬驗收：實時車輛模型在數字化設計的核心作用
來自VI-grade 公司的工程師將解讀行業領先的企業如何將 VI-CarRealTime 作為其數字化工具鏈的核心組件。
車輛系統日益復雜，主機廠及供應商需要一套強大的數字化核心體系 —— 既能加速創新，又能降低成本與實車測試。VI-CarRealTime提供了統一的實時車輛動力學模型，可支持從概念設計、集成各底盤系統及控制算法、驗證到最終驗收的全開發流程。
在本次網絡研討會中，參會者將深入了解實時仿真在實際應用中的價值：它將如何助力車輛實現更快的迭代速度、更高效的協作，以及更早的驗證環節。
??核心要點與價值
1??理解為何實時車輛模型是現代數字工程的核心 —— 它能銜接概念設計、系統集成與虛擬驗收全鏈路。
2??學習行業領先的企業如何借助 VI-CarRealTime 加速電動化進程、主動底盤集成，以及純電動汽車（BEV）專屬參數調校。
3??探索實用的工作流程與應用案例，了解其如何縮短開發周期、提升協作效率，并減少對物理樣車的依賴。
從概念設計到虛擬驗收：實時車輛模型在數字化設計的核心作用
直播時間：9月18日 15:00
直播講師：鄧賢亮
VI-grade中國區應用工程師，從事車輛動力學仿真及駕駛模擬器應用技術支持，負責多個駕駛模擬器售后技術工作，熟悉駕駛模擬器在車輛動力學、賽車運動等領域的應用。
從事整車性能開發、車輛動力學、底盤電子、ADAS系統開發與測試的工程師、注重用戶感受的工程師和行業研究人員，想要掌握最新技術？就在9月18日 15:00！！！
展開 三維機械設計、虛擬裝配、設計與仿真工作站配置探討（2020年10月更新）
三維機械設計模型越來越復雜，越來越大，三維虛擬裝配模型越來越大，另外設計模型的仿真模擬計算要求也越來越高。
主流設計軟件：catia，ug，creo，solidworks、autocad等。
三維部件數量不斷變化：從幾萬、十幾萬、百萬級，市場上圖形工作站性能似乎永遠也跟不上應用。
西安坤隆計算機科技有限公司，自2013年推出最快的設計類工作站，至今，在不斷的提升性能，滿足最復雜的三維模型設計等需求。
1. 三維設計工作站硬件配置
典型應用：三維設計、虛擬裝配、逆向工程、三維建模等。
展開 
利用 HyperWorks 進行客車側翻性能仿真， 虛擬設計實現更輕更安全的客車設計
汽車和航空航天企業借助 RADIOSS來了解和預測復雜環境中的設計狀態，對 其發揮的巨大作用給予了高度認可。RADIOSS與HyperWorks環境緊密集成后，便 成為一個功能強大的設計工具。
“我們的 FEA 模型擁有一致、可重復的設置，這使我們能夠以前所未有的低成本開發側翻結構 并運行假設場景。”
Laurence Wood
Team Leader, Test & Development
Alexander Dennis Ltd
解決方案
“流程管理器”模板開發
該項目的著手點是Altair提供的一款現有簡易側翻模板。該模板完成了一系列基本任務，例如加載模型、整合生存空間 以及創建側翻起點平臺和撞擊地面。
展開 AEYE攜手ANSYS推動自動駕駛安全性技術的發展
ANSYS為AEye提供虛擬原型設計方案，從而實現在多種極富挑戰的真實場景中加快汽車感知技術的設計、測試和驗證
新一代自動駕駛汽車將通過利用AEye 和ANSYS技術來模擬人眼是如何關注和評估駕駛路況的。AEye將ANSYS業界領先的仿真解決方案整合到其智能檢測和測距（iDAR?）的平臺設計之中，旨在幫助客戶減少物理原型，并提高自動駕駛系統的安全性與可靠性。
要確保自動駕駛的安全性，就需要利用新一代傳感器技術快速準確地解析某些傳統感知平臺無法有效檢測到的危險道路狀況。為了驗證傳感器的有效性，必須順利完成全方位的道路測試，這需要較長的研發時間和高昂的成本。通過利用ANSYS仿真技術，AEye可以幫助汽車廠商在短短幾天內就完成數百萬英里的駕駛場景仿真，從而最大限度地減少物理原型。
AEye在其iDAR設計中采用ANSYS? SPEOS?和ANSYS? VRXPERIENCE?，這是一款基于物理傳感器模型的先進駕駛仿真工具，能幫助客戶在逼真的虛擬駕駛環境中快速測試和驗證iDAR設計。AEye車規級iDAR將確定性和AI驅動型感知技術完美結合，以傳統激光雷達或攝像頭傳感器無法實現的極快速度進行遠距離檢測和分類。通過技術整合，采用自動駕駛系統和高級駕駛輔助系統（ADAS）的汽車客戶將能在虛擬環境中對AEye靈敏的軟件可定義型激光雷達進行原型設計，并精確仿真其環境感知情況。
AEye的聯合創始人兼首席執行官Luis Dussan指出：“系統化地處理場景案例最終使AEye、其OEM廠商和tier 1客戶能夠從邊緣驅動更多智能并提高無人化能力，我們將這一概念定義為按需無人。
展開 追求虛擬未來—Abaqus在百事可樂包裝設計領域的應用
貌似普通的飲料瓶，實際上也需要非常系統的方法來設計，將形狀設計和仿真結合，可以改進包裝設計過程，提高生產率、質量和可持續性。
百事可樂設計團隊使用仿真來執行設計迭代分析，并在所有的設計迭代中選擇最佳的設計。最佳設計選定后，將進行概念驗證評估，通過模擬進行非常詳細的評估，以確定包裝是否符合百事可樂的要求。
為了獲得在飲料瓶開發過程早期的設計和制造工藝依據，百事可樂使用了達索系統SIMULIA品牌的Abaqus模擬注拉吹成型和擠吹成型，以確定哪種工藝條件下可以生產出適合瓶壁厚度分布的最佳產品。在設計的后期階段，結合仿真和性能評估，以優化所需性能的飲料瓶。
Abaqus幫助百事可樂大大減少了試驗次數，節約了成本。通過在公司內部進行績效評估，公司每年可以直接和間接節省100多萬美元。
2016年，百事可樂團隊對市場上不同的軟件進行了比較，并選擇了SIMULIA品牌的Abaqus，因為它具有強大的非線性顯式功能。
2020年，百事可樂開始與達索系統合作開發一個基于網絡的虛擬測試實驗室。從那時起，百事可樂逐漸將手工線下仿真轉變為全自動、流水線型的仿真流程。最終目標是將70%的物理測試帶入虛擬測試實驗室，特別是飲料包裝。由于是完全自動化和流水線型的仿真過程，它不需要用戶的專業知識，工業設計師、包裝工程師等非CAE專家也可以輕松使用。這樣一來，專業的CAE工程師就可以騰出時間來完成創新任務，比如開發更多的仿真應用程序。
圖. 物理測試之前對產品進行虛擬測試，確保新包裝滿足所有要求
百事可樂還利用仿真技術來實現其可持續發展目標，結合現實世界和數字世界，形成并完善數字孿生解決方案，進一步改善產品開發，降低成本，并提高生產率和效率。
展開 Wingcopter利用Ansys技術擴大無人機運送醫療物資的規模
Wingcopter利用仿真技術改進其無人機設計，在保持載荷能力的同時增加飛行里程，并更快地運送重要物資
主要亮點
Wingcopter開發的無人機可自主將重要物資（包括疫苗、藥物、血液/其他實驗室樣本和醫療設備）運送到難以抵達的地區，從而加快運送速度并降低成本
在Ansys的支持下，Wingcopter利用仿真技術加速其無人機技術的虛擬原型設計，從而實現穩健、可擴展的產品設計，將飛行里程增加10%以上
Ansys技術可輕松連接到Wingcopter的傳統工具，使團隊能夠遵循嚴格的研發流程并符合嚴苛的認證要求
在Ansys仿真技術以及Ansys Apex渠道合作伙伴CADFEM Germany GmbH的支持下，Wingcopter正在開發前沿無人機技術。其無人機可為難以抵達的地區運送重要物資，包括疫苗、藥物、血液/其他實驗室樣本和醫療設備，并且還提供用于基礎設施檢查的遠程激光雷達測量服務。通過此次合作，Wingcopter確定并優化了其無人機的有效載荷解決方案，可將飛行里程增加10%以上，從而可為更多人運送更多物資。
為了實現從懸停到巡航的平穩過渡，垂直起降（VTOL）飛行器設計需在推進系統的靈活性、空氣動力學、能效和安全性等方面進行工程優化。Wingcopter依靠Ansys的多物理場和安全分析解決方案來驗證無人機設計。其無人機配備冗余電池系統和8個電機，其中4個電機采用傾轉旋翼技術，以增強向巡航狀態的過渡的性能。
仿真技術可幫助Wingcopter評估無人機在各種條件下（包括強風、暴雨、不同海拔等）的性能。仿真結果會與現場測試和運行數據進行比對，并且，結果將被反饋到虛擬環境中，形成一個數據驅動的設計循環，從而實現部件的快速優化，提高性能和安全性。
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