多學科協同設計的案例
設計仿真 | 基于SimManager多學科協同仿真流程構建和應用
背景與目標
在復雜產品研制過程中，設計工作包括機械結構設計、控制系統設計、電子學設計、操控軟件設計、工藝設計等。需要應用不同學科的仿真軟件，包括控制仿真、結構仿真、動力學仿真、電磁效應仿真、熱仿真等。
因仿真涉及多個學科，存在多變量、多目標、多約束的復雜情況，而且各個學科之間的變量之間可能還存在著耦合關系。在產品開發過程，如何考慮多學科集成設計、性能優化、成本、時間周期等諸多重要因素，在中間找到最佳的平衡點和數據耦合成為至關重要的問題。
基于這個需求，通過SimManager可構建基于流程任務的多學科協同仿真平臺，通過平臺串聯產品研發各流程模塊，并實現上下游分析任務的輸入/輸出傳遞，將仿真分析數據按照產品型號進行結構化層次管理，在任務流程中通過集成仿真分析軟件，實現仿真軟件按流程任務調用，并將相關知識與流程綁定，在任務執行中自動推送相關知識。
技術挑戰
實現多學科協同仿真流程，存在著如下的技術挑戰：
1. 通過交互方式動態構建多學科協同仿真流程，支持多學科、多部門之間的協同工作。
2. 工作任務拆解，將任務拆解為可執行的流程節點。
3. 構建的多學科仿真流程可發布、編輯、復用；建立多學科協同仿真流程共享數據庫和資源池。
4. 使仿真流程規范化，并對仿真執行過程實現監控。
解決方案
基于SimManager的多學科協同仿真流程方案包括仿真流程構建、仿真流程應用執行。
多學科協同仿真流程構建中，SimManager提供圖形化的流程定義界面，定義仿真任務的先后順序和邏輯關系。指定各個節點仿真任務的負責人、計劃時間等任務信息,指定任務節點的輸入輸出數據（參數和文件等）,定義任務的激活條件。
展開 汽車領域多學科優化設計解決方案--Optimus
汽車設計是一項復雜的系統工程，涉及多個學科專業領域，包括結構、碰撞、NVH、熱、電池、光學等多學科的協同設計，不同學科之間數據難以傳遞，基于經驗的人工試錯優化過程導致研發周期長、研發成本高。
圖1 汽車領域多學科優化設計
經緯恒潤基于Optimus工具提供多學科優化設計解決方案。Optimus是比利時Noesis Solutions公司著名的多學科過程集成和優化設計軟件產品。通過Optimus軟件，可管理多學科的仿真流程及數據，自動顯示和探索設計空間，實現產品設計過程中的自動性能優化，并且實現多學科、多指標參數的均衡優化，能對產品設計部門的設計變更給出明確指導意見，在提高產品性能的同時降低成本、縮短設計時間。
圖2 多學科過程集成和優化設計軟件--Optimus
Optimus功能模塊
Optimus具備仿真流程集成、試驗設計、創建代理模型、優化設計、可靠性和魯棒性優化等功能。
? 多學科仿真流程集成
多學科仿真流程集成是進行自動化優化迭代的基礎，是實現多學科協同的前提條件。Optimus可以實現對常用汽車領域CAD/CAE工具的集成與調用，將不同部門、不同專業的仿真工具集成起來，比如結構、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學等學科的仿真工具，在同一平臺下自動調用各工具執行多學科耦合仿真分析。
圖3 Optimus仿真流程集成界面
? 試驗設計
科學地確定試驗或仿真方案中的參數組合，采用少量代表性的試驗方案，快速探索整個設計空間，實現參數的靈敏度分析、相關性分析，辨別關鍵參數，幫助用戶對設計問題有更深入的了解。
展開 Isight 過程集成能力介紹
CIDO (Collaborative Integrated Design Optimization Platform)
協同式集成設計優化平臺解決方案
賽特達的CIDO解決方案是具有國際領先水平的靈活、完整的多學科協同設計/分析/優化平臺的解決方案，主要用于系統總體和各分系統方案設計的多學科權衡和優化。其主要功能是將建模、仿真等軟件工具及計算資源平臺集成在統一的網絡環境下，通過建立設計規范、模型支撐庫和知識庫和關聯主模型, 將運行方式、數據格式各不相同的多專業學科設計分析工具和算法進行封裝和集成，方便快捷地定制多學科協同設計過程模板，并在此基礎上通過調用后臺強大的優化算法庫和優化策略進行多學科綜合仿真分析和設計優化,形成企業級的多學科設計、分析、優化流程的閉環體系,充分利用各個學科或子系統之間的相互作用所產生的協同效應，實現不同階段、不同范圍和不同復雜程度的多學科優化設計以及多方案對比分析。
技術架構
CIDO解決方案的技術架構基于J2EE的企業多層體系架構，采用XML標準進行任務描述和封裝，通過組件技術、過程集成技術、多學科設計矩陣技術、Web應用技術和接口技術，從總體架構基礎上保證了該系統平臺具有高度的可靠性、可重用性、可擴展性和可集成性。
獨特功能
多學科協同設計分析平臺支持結構、流體、氣動、強度、控制等多物理量耦合計算和協同仿真，通過模型封裝和過程集成的方式將多學科模型及其數據流關聯起來，實現多學科優化過程的自動化分析迭代，其主要功能包括:
1)
高度柔性的模型封裝以及關聯主模型集成
提供方便的機、電、控制、運動學、強度等學科分析模型的信息封裝、信息集成和信息抽取功能。
展開 多學科協同仿真管理平臺SDMan
多學科協同仿真管理平臺SDMan針對多學科多專業的計算機仿真數據進行結構化管理、對仿真流程進行規范化管理、對仿真工具進行集成管理，實現多學科仿真過程的協同管理。平臺通過仿真流程管理功能實現多學科仿真任務的策劃，分配仿真任務給各學科的專業分析人員，實現任務之間的仿真數據傳遞。通過仿真流程模板可定義多學科耦合的仿真流程，支持串行、并行等流程執行方式。通過數據管理功能實現仿真過程數據的存儲、檢索、數據譜系和多方案多工況的對比。實現管理者、專業分析人員之間的多學科仿真任務協同和數據協同。
平臺提供基于B/S（瀏覽器/服務器）架構的Web訪問，以及基于C/S（客戶端/服務器）架構的本地客戶端訪問。Web訪問方式方便管理者通過瀏覽器對仿真項目的管理、仿真任務的策劃、資源的調配、仿真過程的監控、仿真文件的查看等。本地客戶端方式貼合仿真分析工程師的日常工作環境，可在客戶端集成仿真環境中調用封裝的工具軟件、執行仿真任務、上傳仿真結果等工作。
功能特色
功能特色
多學科協同仿真管理平臺核心的功能模塊包括仿真流程管理、仿真數據管理以及仿真工具集成，同時平臺具備仿真知識管理功能，用于管理仿真規范、仿真模板、仿真材料等，平臺可集成高算資源，仿真流程中的仿真求解任務可提交到高算平臺上。平臺具備完善的權限管理配置功能，滿足三員管理及保密功能。
多學科協同仿真管理平臺的核心功能模塊見下圖。
展開 
協同式集成設計優化平臺解決方案
CIDO (Collaborative Integrated Design Optimization Platform)
協同式集成設計優化平臺解決方案
賽特達的CIDO解決方案是具有國際領先水平的靈活、完整的多學科協同設計/分析/優化平臺的解決方案，主要用于系統總體和各分系統方案設計的多學科權衡和優化。其主要功能是將建模、仿真等軟件工具及計算資源平臺集成在統一的網絡環境下，通過建立設計規范、模型支撐庫和知識庫和關聯主模型, 將運行方式、數據格式各不相同的多專業學科設計分析工具和算法進行封裝和集成，方便快捷地定制多學科協同設計過程模板，并在此基礎上通過調用后臺強大的優化算法庫和優化策略進行多學科綜合仿真分析和設計優化,形成企業級的多學科設計、分析、優化流程的閉環體系,充分利用各個學科或子系統之間的相互作用所產生的協同效應，實現不同階段、不同范圍和不同復雜程度的多學科優化設計以及多方案對比分析。
技術架構
CIDO解決方案的技術架構基于J2EE的企業多層體系架構，采用XML標準進行任務描述和封裝，通過組件技術、過程集成技術、多學科設計矩陣技術、Web應用技術和接口技術，從總體架構基礎上保證了該系統平臺具有高度的可靠性、可重用性、可擴展性和可集成性。
獨特功能
多學科協同設計分析平臺支持結構、流體、氣動、強度、控制等多物理量耦合計算和協同仿真，通過模型封裝和過程集成的方式將多學科模型及其數據流關聯起來，實現多學科優化過程的自動化分析迭代，其主要功能包括:
1)
高度柔性的模型封裝以及關聯主模型集成
提供方便的機、電、控制、運動學、強度等學科分析模型的信息封裝、信息集成和信息抽取功能。
展開 TISC—系統多學科協同仿真平臺
德國TLK-Thermo GmbH公司的TISC是一款實現多學科物理協同仿真的平臺工具，它提供了一個標準的協同仿真環境，支持本地、遠程以及分布式仿真，能將各仿真客戶端有效連接起來并進行同步和控制，被廣泛應用于汽車、家電等領域。
產品介紹
—TISC平臺架構
TISC平臺在應用中有兩個層級：仿真層和控制層。仿真層是利用TISC-Center的Simulation Server將存在于各仿真軟件中的多學科模型進行集成耦合，確保接口的數據同步與交互；控制層是利用TISC-Center的Control-Server對參與聯合仿真的分布式計算機進行管理和控制，統一調度仿真步調，確保仿真過程有序進行。
—TISC平臺特點
TISC平臺是一個多學科物理協同聯合仿真管理和調度中心，具有以下特點：
支持軟硬件交互：支持通過TCP/IP實現與仿真模型的耦合，支持通過網關實現與硬件耦合
支持跨平臺聯仿：支持Windows、Linux、UNIX等不同操作系統之間的聯仿
支持多學科聯仿：支持各學科專業軟件之間的聯仿
支持一三維聯防：支持系統仿真軟件和三維CAE軟件的聯仿
支持分布式聯仿：支持多計算機之間的聯仿
支持仿真可視化：支持在仿真過程中觀測數值變化
支持擴展開發：提供C、C++、C#、Python及Fortran等開發接口，支持定制商業軟件接口開發
—TISC平臺支持的CAE軟件
TISC支持絕大多數的CAE仿真軟件，軟件涵蓋了工程各領域，其中*為用戶定制專業軟件接口。
展開 基于SimManager多學科協同仿真流程構建和應用
背景與目標
在復雜產品研制過程中，設計工作包括機械結構設計、控制系統設計、電子學設計、操控軟件設計、工藝設計等。需要應用不同學科的仿真軟件，包括控制仿真、結構仿真、動力學仿真電磁效應仿真、熱仿真等。
因仿真涉及多個學科，存在多變量、多目標、多約束的復雜情況，而且各個學科之間的變量之間可能還存在著耦合關系。在產品開發過程，如何考慮多學科集成設計、性能優化、成本、時間周期等諸多重要因素，在中間找到最佳的平衡點和數據耦合成為至關重要的問題。
基于這個需求，通過SimManager可構建基于流程任務的多學科協同仿真平臺，通過平臺串聯產品研發各流程模塊，并實現上下游分析任務的輸入/輸出傳遞，將仿真分析數據按照產品型號進行結構化層次管理，在任務流程中通過集成仿真分析軟件，實現仿真軟件按流程任務調用，并將相關知識與流程綁定，在任務執行中自動推送相關知識。
技術挑戰
實現多學科協同仿真流程，存在著如下的技術挑戰：
1. 通過交互方式動態構建多學科協同仿真流程，支持多學科、多部門之間的協同工作。
2. 工作任務拆解，將任務拆解為可執行的流程節點。
3. 構建的多學科仿真流程可發布、編輯、復用；建立多學科協同仿真流程共享數據庫和資源池。
4. 使仿真流程規范化，并對仿真執行過程實現監控。
解決方案
基于SimManager的多學科協同仿真流程方案包括仿真流程構建、仿真流程應用執行。
多學科協同仿真流程構建中，SimManager提供圖形化的流程定義界面，定義仿真任務的先后順序和邏輯關系。指定各個節點仿真任務的負責人、計劃時間等任務信息,指定任務節點的輸入輸出數據（參數和文件等）,定義任務的激活條件。對于流程節點的關系，支持循環、判斷、并行、串行及支持嵌套子流程等方式，下面為流程構建界面的示意圖。
展開 油冷電驅性能工程進階課：2萬轉時代的多學科協同仿真
●演講看點：
★ 介紹Simcenter AMESIM系統仿真及應用
★ 油冷電驅仿真工作流程
★ 油冷電驅客戶案例分享
3驅動電機油冷仿真技術開發
●會議時間：
14:50-15:30
●演講嘉賓：
范俊磊
西門子數字化工業軟件
資深技術顧問
CFD 仿真工程師
●演講內容：
本演講專注于驅動電機的油冷系統優化設計及其仿真技術。通過實例分析不同入口配置、射流動力學及熱交換過程的影響，以高效設置和運行冷卻系統模擬實現高效散熱。此外，演講還將探討固體熱傳導模擬方法，助力工程師在產品設計初期快速識別潛在熱點，優化設計方案，以提升新能源汽車驅動電機的整體性能。
●演講看點：
★ 電機冷卻原理概述
★ 多相流模擬最佳實踐
★ 固體熱模擬
4電驅系統集成NVH開發方案
●會議時間：
15:30-16:10
●演講嘉賓：
馮海星 博士
西門子數字化工業軟件
資深技術顧問
●演講內容：
隨著電動汽車的普及，電驅系統已成為整車主要的噪聲與振動源頭之一，其NVH問題更為突出和敏感。為應對上述問題，西門子Simcenter3D提供了集成的電驅NVH分析流程。通過多學科協同、仿真與測試深度融合、系統級優化的手段，為高效、系統地解決電驅系統NVH問題提供了全面的技術路徑。
●演講看點：
★ 電驅NVH開發挑戰及應對
★ Simcenter3D集成的NVH分析流程
★ 電驅NVH仿真應用案例介紹
從流程集成到仿真實踐，從熱管理到 NVH 優化。西門子邀請您云端相聚，帶您全方位拆解行業技術關鍵難點，直擊油冷電驅研發的核心突破。
掃碼預約西門子油冷電驅性能工程進階課，在新能源汽車電驅研發的賽道上，快人一步，搶占先機。
展開 CATIA數字化電子樣機DMU的5個重要價值，讓您的設計飛起！
CATIA數字化電子樣機DMU提供了強大的多學科協同設計功能，使設計師們能夠與其他專家實時共享設計數據，并進行跨學科的協同工作。這不僅提高了設計團隊的協作效率，還確保了產品設計的全面性和一致性。
5. 促進創新和迭代
在數字化環境中，設計師們可以更加自由地進行創新和迭代。CATIA數字化電子樣機DMU提供了豐富的設計工具和功能，使設計師們能夠快速嘗試不同的設計方案，并進行實時的反饋和調整。這不僅激發了設計師們的創造力，也加快了產品的迭代速度，使企業能夠更快地推出創新產品。
總結：
CATIA數字化電子樣機DMU作為一款領先的設計軟件，具備了提高設計效率、減少錯誤和成本、提供真實感的可視化效果、支持多學科協同設計以及促進創新和迭代等五個重要價值。通過使用DMU，設計師們可以在數字化環境中更加高效地進行產品設計，并實現更好的設計效果。相信隨著科技的不斷進步，DMU的重要價值將會得到更廣泛的認可和應用，助力企業實現創新與發展！
文章來源：CATIA云課堂
展開 【觀看回放】西門子油冷電驅性能工程進階課：2萬轉時代的多學科協同仿真
設定目標后，利用已有參數，在動態閉環工況下，同步開展電驅系統油冷熱管理設計，并提前評估及抑制振動噪聲，實現全流程一次性閉環驗證。
●演講看點：
★ 介紹Simcenter AMESIM系統仿真及應用
★ 油冷電驅仿真工作流程
★ 油冷電驅客戶案例分享
3驅動電機油冷仿真技術開發
●演講嘉賓：
范俊磊
西門子數字化工業軟件
資深技術顧問
CFD 仿真工程師
●演講內容：
本演講專注于驅動電機的油冷系統優化設計及其仿真技術。通過實例分析不同入口配置、射流動力學及熱交換過程的影響，以高效設置和運行冷卻系統模擬實現高效散熱。此外，演講還將探討固體熱傳導模擬方法，助力工程師在產品設計初期快速識別潛在熱點，優化設計方案，以提升新能源汽車驅動電機的整體性能。
●演講看點：
★ 電機冷卻原理概述
★ 多相流模擬最佳實踐
★ 固體熱模擬
4電驅系統集成NVH開發方案
●演講嘉賓：
馮海星 博士
西門子數字化工業軟件
資深技術顧問
●演講內容：
隨著電動汽車的普及，電驅系統已成為整車主要的噪聲與振動源頭之一，其NVH問題更為突出和敏感。為應對上述問題，西門子Simcenter3D提供了集成的電驅NVH分析流程。通過多學科協同、仿真與測試深度融合、系統級優化的手段，為高效、系統地解決電驅系統NVH問題提供了全面的技術路徑。
●演講看點：
★ 電驅NVH開發挑戰及應對
★ Simcenter3D集成的NVH分析流程
★ 電驅NVH仿真應用案例介紹
從流程集成到仿真實踐，從熱管理到 NVH 優化。西門子邀請您云端相聚，帶您全方位拆解行業技術關鍵難點，直擊油冷電驅研發的核心突破。
展開 多學科設計優化技術研究
多學科設計優化技術研究part1
多學科設計優化技術研究.part1.rar
多學科設計優化技術研究.part2.rar
多學科設計優化技術研究.part3.rar
多學科設計優化技術研究.part4.rar
多學科設計優化技術研究.part5.rar
達索SIMULIA多學科多目標優化設計軟件Isight高級應用研討論壇回顧
達索SIMULIA多學科多目標優化設計軟件Isight高級應用研討論壇于2018年7月26日在杭州洲際酒店北京廳召開。來自達索總部的專家，國內的航空航天、鐵路、汽車、石油、能源動力與高校等行業的高級客戶；以及達索的合作伙伴從全國各地齊聚杭州參加了此次技術高峰論壇。對基于多學科多領域的參數綜合優化、設計流程自動化、分析流程模板、基于Isight的定制流程開發的領域進行了多方面專業化的深入的技術交流。
多學科多目標優化設計軟件Isight高級應用研討論壇注冊處：
大會于上午8：40時許召開。首先由達索系統SIMULIA品牌中國區總監MikeSheh博士致開場詞并介紹了大會的日程安排，并向到場的客戶、合作伙伴致謝。
達索系統SIMULIA品牌中國區總監Mike Sheh博士致開場詞
達索SIMULIA多學科多目標優化設計軟件Isight應用論壇主要內容涵蓋以下十個方面：
Isight多學科有目標優化軟件在國際上的應用（主要介紹在英國與日本的應用情況）
Isight多學科多目標優化技術的戰略規劃和版本更新。
Isight多學科多目標優化技術在航天領域的應用。
Isight多學科多目標優化技術在航空發動機設計領域中的應用。
Isight多學科多目標優化技術在鐵路行業中的應用。
Isight多學科多目標優化技術在石油鉆井領域的應用。
Isight多學科多目標優化技術在汽車行業中的應用。
Isight多學科多目標優化技術在船舶發動機領域的應用。
Isight多學科多目標優化技術定制化二次開發的應用。
達索合作伙伴對Isight優化技術的高級深度應用。
展開 eVTOL飛行器螺旋槳多學科設計分析與優化
在任何復雜系統的設計中，設計優化都是提高產品性能、滿足各種利益相關者要求、減少成本和上市時間的關鍵活動。在設計空間的自動搜索中，設計優化廣泛使用了計算機輔助工程（CAE）仿真。工程系統結合了子系統和組件；每個部件都由不同的物理建模，性能評估涵蓋了一系列工程學科，包括：流體動力學、結構、熱學、電磁和許多其他學科。這種組合被稱為多學科設計分析與優化（MDAO）。使用MDAO框架的動機是尋求一種行之有效的方法，以滿足不斷變化和日益復雜的環境的需求。
為什么要在eVTOL飛行器開發中進行多學科設計分析與優化（MDAO）
在過去的十年里，分布式電力推進（DEP）在航空領域的興起為飛行器設計問題增添了一種新的范式。電動垂直起降（eVTOL）飛行器在獨特的多學科環境中工作。這類飛行器的螺旋槳必須在巡航以及垂直和過渡飛行模式下運行。一些設計使用一組電動高升力螺旋槳（HLP）來增加流量，以在低速飛行條件下增加升力，而其他設計可以為垂直或短距起飛和著陸（V/STOL）提供額外的推力。幾個概念旨在實現機身空氣動力學和戰略集成推進器之間的良好相互作用，實現迄今為止無法實現的性能優勢。這些螺旋槳必須結構良好，以應對復雜的飛行器過渡。
展開 Optimus—多學科仿真集成與優化設計平臺
Optimus是比利時Noesis Solutions公司專注研發的一款多學科仿真集成與優化設計軟件產品。通過Optimus平臺，可管理多學科的仿真流程及數據，自動顯示和探索設計空間，進行產品設計過程中的自動性能優化，實現多學科、多指標參數的均衡優化，能對產品設計部門的設計變更給出明確指導意見，在提高產品性能的同時降低成本、縮短設計時間。
產品介紹
?? 多學科仿真流程集成
多學科仿真流程集成是進行自動化優化迭代的基礎，是實現多學科協同的前提條件。Optimus支持對常用汽車領域三維建模、有限元仿真分析工具進行集成與調用，將不同部門、不同專業的仿真工具集成起來，比如結構、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學等學科的仿真工具，在同一平臺下自動調用各工具，執行多學科耦合仿真分析。
?? 試驗設計
科學地確定試驗或仿真方案中的參數組合，采用少量代表性的試驗方案，快速探索整個設計空間，實現參數的靈敏度分析、相關性分析，辨別關鍵參數，幫助用戶深入了解設計問題。
?? 代理模型
基于試驗設計/實驗測試得到的數據，建立反映設計參數與產品性能之間關系的近似模型，以數字化模型替換耗時仿真，大幅度提高優化效率。
展開 一文了解基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化
這要求電機設計必須兼顧電磁性能、溫升性能以及機械設計等方面的多物理場性能，同時還要考慮電機的成本、研發周期等因素，如何在最短的時間內將一款高性能、低成本的電機產品推向市場是目前各大電機廠商面對的難題。
現代電機設計是一個典型的多學科、強耦合、多變量、非線性的問題，在其中多學科分析和優化設計扮演了非常重要的角色。電機設計工作的特點要求設計工具需要具有以下幾方面特征：
兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度，提供專業的前、后處理功能
電磁和熱的耦合分析必須快速高效以滿足產品研發周期的需求
電機機械強度的分析需要在電磁設計階段同時進行，以減少設計迭代
將同時具有以上特征的設計工具與優化工具相結合，工程師便可以兼顧電磁、熱、機械性能，在電機設計初期獲得較好的設計方案，為后面的精確分析與優化奠定基礎。
Ansys解決方案：
Ansys Motor-CAD 集成了電磁場有限元法、磁路法、熱路法、結構有限元法，20 年積累的豐富電磁熱計算經驗數據，有效提升了不同種類、不同冷卻型式電機電磁與熱計算的效率。借助Motor-CAD與optiSLang，電機工程師可以在概念設計階段快速評估設計參數對電磁、熱、機械強度的綜合影響，在最短時間內給出電機最佳初始設計方案，另外借助Motor-CAD與Maxwell、Twin Builder之間的軟件接口，工程師可進一步對初始設計方案進行電磁場高精度分析、系統級場路協同仿真分析。
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