電機-結構一體化設計的案例
基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化
基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化，實現了設計與分析一體化，通過快速迭代保證了設計階段數據的準確，而傳統結構快速設計僅僅是減少了部分重復勞動，對設計結果并未進行有效的校驗。
基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化，實現了統一設計環境的協同設計，保證了信息的暢通、數據格式的一致、結果的實時呈現、專業間的快速匯總反饋等，而傳統結構快速設計還停留在個人單干的設計模式。
基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化的實施效益
通過應用基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化，將會給企業產品研發帶來如下提升：
消除重復設計、顯著提高設計效率：消除了重復建立相近的裝配結構、零部件模型等工作，一般可減少重復工作量50%～70%以上，從而顯著地提高設計效率。
設計方法導引，降低設計難度：設計人員在系統的導引下分步驟完成設計，使設計人員有更多的精力關注在設計上，而不是消耗在模型和特征的具體操作上，降低了對設計人員的要求。
模型由系統產生，提高設計規范性：設計模型由統一的系統模板生成，而系統模板是經過優化建模的模型，因此可以保證系統設計生成模型的質量和規范化，消除了人為差異。
提高設計自動化程度：將標準規范、設計經驗和知識融入系統，植入經驗算法或公式，在設計過程中進行知識推送，對不合理的參數進行自動校核。
設計分析一體化：在整合現有結構分析流程的基礎上，打通“設計→分析”及“分析←設計”的中間環節，真正意義上實現設計分析循環、迭代優化設計，最終提升整體的產品設計研發效率。
縮短工程師培養時間：新員工使用系統按照規范的流程、方法進行設計，可防止設計失誤，快速學習和提高，節省企業的培養成本。
來源于：國睿信維
展開 基于Altair Inspire的結構設計與增材制造一體化研究
1.題目：
基于Altair Inspire的結構設計與增材制造一體化研究
概述：拓撲優化代表著當今結構設計的發展方向，通過該技術能得到滿足使用工況下的最優構型，達到輕量化的目的。增材制造技術的提出有效地解決了拓撲優化的難加工問題。本文主要通過結合增材制造技術和拓撲優化方法，利用Altair Inspire軟件，針對兩個具體研究對象，制定了結構創新設計和增材制造的設計制造流程。
2.課題要求:以某支撐結構優化設計為應用背景，根據零件結構和典型載荷工況，對結構進行減重。
3.課題內容:拓撲優化之后的結果難以采用傳統的加工工藝即減材制造方式加以制造，增材制造的提出有效的迎合了拓撲優化的需要，并且Altair公司旗下的Inspire是一款專業的仿真軟件，其介紹如圖1所示。
圖1 拓撲優化軟件
因此，針對一無人機支撐結構進行拓撲優化，首先提取出幾何模型進行建模，然后在Altair Inspire中劃分設計空間和非設計空間，選取底部八個角點作為固定支撐，頂部受到由機體傳遞的載荷，通過結構分析模塊得到等效應力云圖和等效應變云圖，并將其作為拓撲優化問題的比較基準，如圖2所示。
展開 設計仿真 | Simufact Welding焊接工藝-結構一體化仿真分析方案
最后，Digimat中的映射功能可將多種工藝仿真結果（包括焊接、模流、金屬鑄造、沖壓、復合材料RTM、AFP等）以及CT掃描實際結果映射到結構有限元網格上，上述焊接工藝-結構一體化仿真分析工作流程也可以擴展到各類工藝-結構一體化仿真分析流程，從而使產品結構仿真結果更加準確。
多源激勵下電機-減速器一體化系統NVH的研究
結合前文模態分析與機械激勵的分析結果，可以進一步得出以下結論：
(1)電磁激勵與機械激勵共同影響著動力總成系統的振動噪聲特性；其中，機械激勵為主要影響因素，而二級齒輪副的9.65階齒輪嚙合激勵對本研究動力總成系統有著較大的影響；
(2)一體化結構建模使得系統固有頻率降低，且部分固有頻率較為集中，容易引起系統共振；
(3)相較于機械激勵，電磁激勵具有更多諧波分量，更易產生結構共振，使得動力總成系統在速度較高時產生較為復雜的動力學響應。
綜上結論可知，應綜合考慮上述兩個因素，再通過一體化建模，才能得到較為準確的仿真分析結果。
4 噪聲測試實驗及結果分析
為了進一步驗證仿真結構的準確性，筆者進行動力總成噪聲測試實驗。實驗相關設備包括：永磁同步電機與減速器的動力總成系統、控制器、麥克風、LMS Testlab分析設備等。
實驗中參考國家標準，在半消音室內，麥克風距離動力總成1 m的距離。測試工況為動力總成系統從1 000 r/min到5 000 r/min的加速噪聲。
實驗環境與結果如圖6所示。
圖6 實驗環境與結果
對實驗結果進行分析可得：
(1)在加速過程中，減速器的9.65階噪聲較為明顯，電機的8階噪聲次之；
(2)在整個噪聲分布中，存在無明顯階次的頻域，屬于寬頻，由沖擊激勵導致；
(3)在加速過程中，在高速時有較大的噪聲，最大噪聲達到79 dB，這與仿真結果相符合。
5 結束語
筆者通過對電機-減速器一體化系統建模、仿真以及實驗分析，可得到如下結論：
(1)在相同階次下，一體化建模固有頻率有所降低，并有更豐富的固有模態分布，更易產生共振。
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復合材料設計與制造一體化仿真
【線上＋線下】第二期PAM-COMPOSITE復合材料成型工藝仿真培
訓
復合材料力學
復合材料力學
2025年12月30日 14:33 陜西
PAM-COMPOSITE軟件功能涵蓋：
纖維織物的懸垂和模壓成型
樹脂傳遞模塑 (RTM)、高壓 RTM 和壓縮 RTM及其衍生工藝
熱固性樹脂的固化過程
樹脂固化后引起的制件翹曲變形
片狀模塑料 (SMC)的模壓成型
與制件設計和結構仿真的傳輸接口
通過仿真檢驗設計部門定義的產品信息， 允許將制造結果順利轉移到設計部門進行復合 材料制件的結構數模“凍結”。
為了普及復合材料成形工藝仿真分析技術，復合材料力學公眾平臺將于2026年1月24 日-1月25日在陜西西安舉辦為期兩天的第二期PAM-COMPOSITE復合材料成型工藝 仿真培訓班，此期培訓主要通過“理論+實操”講解基于PAM-COMPOSITE軟件對連續 纖維增強復合材料制件的成型工藝仿真， 包括纖維干布或預浸料的模壓成型仿真， 液 態模塑RTM成型仿真，熱固性樹脂的固化變形仿真以及片狀模塑料（SMC）模壓成型
仿真。同時為了拓展復合材料制件設計制造一體化的全流程仿真，增加CATIA CPD或
Fibersim的制件鋪層設計簡單實操培訓和ABAQUS的制件強度校核簡單實操培訓。
展開 基于CATIA的舵桿CAD/CAE一體化設計
任浩楠等[2]研究了在CATIA(Computer Aided Three-dimensional Interactive Application)與ANSYS軟件之間搭建水工結構CAD/CAE一體化系統的方法，通過數據接口在兩者之間進行基于參數的雙向傳遞和互相驅動，可簡化水工結構優化設計流程；陳明等[3]研究了CATIA平臺的上飛機零件CAD/CAE集成，通過二次開發實現設計模型與仿真數據鏈接；王桂錄[4]研究了Pro/E環境下的直齒圓柱齒輪CAD/CAE一體化技術，完成了對零件的全流程設計。目前CAD/CAE一體化技術在船舶設計領域的應用相對較少。
CATIA是由達索公司開發的CAD/CAE/CAM(Computer Aided Manufacturing)集成化應用系統，軟件內容涵蓋產品從概念設計、三維設計、工程分析計算、動態模擬與仿真、工程圖生成到數控加工的全過程。本文將CATIA優秀的建模技術與強大的工程結構分析能力有效結合，對某船舵桿進行CAD/CAE一體化設計分析，獲取其力學特性并完成結構優化。
1 舵力和舵桿扭矩計算
該船配備2只懸掛舵，舵葉平均寬度為2.0 m, 舵葉面積為6.8 m2,船舶設計航速為16 kn。根據《鋼質海船入級規范》,舵力和扭矩的計算公式分別為
式(1)和式(2)中：F為舵力；vd為航速；A為舵葉面積；K1、K2和K3為相關舵葉參數；T為扭矩；R為臂距，其取值不小于0.1倍舵葉平均寬度。經計算得：F=323 kN;T=64.6 kN·m。
2 舵桿CAD/CAE一體化設計
在CATIA中對舵桿進行三維實體建模，通過其自帶的工程數據鏈接，將三維實體模型自動導入CATIA結構分析模塊中，采用有限元分析方法對結構性能進行評估，調整模型尺寸，以獲得最佳的舵桿結構設計方案，具體流程見圖1。
展開 機電一體化系統設計手冊
機電一體化系統設計手冊
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展開 如何讓設計仿真一體化？
目前前三期直播已結束（聯系文末客服看回放），第四期直播<設計仿真一體化>，已經開啟報名，歡迎參加~
產品設計中的一項重要工作是計算零部件和裝配件的強度、剛度及其動態特性，從而評估產品是否滿足工程需求、提前預測產品設計瑕疵所在，常用的分析方法是有限元法（Finite Element Method）。現在，有限元法不僅用于結構分析，而且在熱分析、流體分析、電磁分析等方面也得到越來越多的應用。
CATIA 軟件是一個 CAD/CAE/CAM 集成軟件，它提供了功能強大且使用方便的有限元分析模塊，設計與仿真可以在同一軟件環境下完成。對于廣大設計工程師而言，利用該模塊，不需要太多的有限元分析基礎，就可以快速地完成有限元分析。
展開 SolidWorks + 3DQuickPress 五金模具設計一體化
SolidWorks + 3DQuickPress 五金模具設計一體化
ICT - Abel Chen
目前仍有很多企業在使用2D軟件進行五金沖壓模設計；隨著3D軟件的發展，五金模具設計也已慢慢轉向3D設計，SolidWorks+3DQuickPress產品設計與模具設計是一個高效設計平臺，越來越多的企業導入3DQuickPress進行五金沖壓模設計。傳統的2D平臺，無參數，修改困難，容易出錯。而3DQuickPress無縫集成于SolidWorks，三維設計與模具設計參數化及有著很強的關聯性，
在模具設計過程中，也會經常遇到產品修改而導致模具也要同步修改的情況，而3DQuickPress就可以輕易解決產品與模具一致性的問題。如果產品發生修改變更時，3DQuickPress會自動更新料帶等，做到前后一致，減少錯誤，使模具設計減少很多重復性工作，提高設計周期。
如下圖片為一產品原始設計與模具設計：
零件
料帶
沖頭
模具
當產品設計變更，需要在產品上多加孔位，那在3DQuickPress中是如何更新模具呢？
首先產品更新
產品設計變更后，切換到3DQuickPress零件展開狀態，只要在料帶管理器中一鍵更新，產品展開圖即可與最新零件保持一致。
料帶更新后，切換到料帶狀態，也是一鍵更新。
當料帶更新后，切換到沖頭設計狀態，會自動提示料帶已變更，是否需要更新，點擊是。新添加沖頭即可得到新的沖頭設計，同樣把沖頭分類到上模與下模，新的模具基本完成。
展開 產品設計數據一體化BOM系統與Windchill系統的集成
1、前言
某公司使用的BOM系統為自主設計、開發的信息系統，是產品數據管理及應用的基礎數據平臺，為全公司研發、生產、銷售、采購、財務、售后服務等業務管理提供BOM數據和變更管理。
Windchill系統是美國PTC公司推出的一款PDM軟件系統，有成熟的CAD數據管理功能和體系。在汽車產品設計過程中，某公司使用Windchill系統進行CAD協同設計、變更控制、版本控制、數據存儲和交換、生命周期流程管理等基本功能。
某公司結合企業自身業務需求，將BOM系統與Windchill系統緊密集成，實現BOM結構數據與CAD數據在設計、評審、發布各階段的一體化，以及CAD數據在產品全生命周期各階段、全業務流程各部門的全面應用,提升數據質量，提高設計效率，消除產品設計數據信息孤島。
2.名詞定義介紹
1)BOM系統:本文中的BOM系統指某公司自主設計、開發產品數據管理系統。
2)Windchill:PTC公司的一款PLM系統軟件，研發用其管理CAD數據。
3)CAD數據:本文中的CAD數據指由CAD工具設計的3D模型、2D圖紙。
4)部件:Windchill中的信息項，沒有具體內容，用來關聯產品的3D數模、2D圖紙。
5)提交BOM:Windchill系統中的客制化功能，用于將部件及其關聯的3D數模、2D圖紙發送給BOM系統。提交BOM后的部件、3D數模、2D圖紙不可修改。
6)可視化數模:CAD數據經過可視化服務器轉換后生成的一種3D數模輕量化數據格式，可以使用CreoView打開。
展開 驅動橋殼一體化結構和制造技術研究現狀及發展趨勢(上)
圖4 優化后的仿真結果與試驗結果
濱州學院張義壯等人根據不同工況下的有限元分析結果，提出了輕量化設計思路，圖5 表示橋殼形狀優化仿真結果的三維模型，可以發現該橋殼優化設計采取了局部切除的手段進行橋殼的形狀優化，被除掉的部分是部分結構厚度和彈簧底座等區域。
圖5 橋殼形狀優化分析結果
作者簡介
岳峰麗
副教授，碩士研究生導師，主要從事汽車現代制造及設計、汽車輕量化等方面研究工作，主持遼寧省教學研究項目2 項和橫向課題多項，擁有1 項發明專利。
《驅動橋殼一體化結構和制造技術研究現狀及發展趨勢》(下)見《鍛造與沖壓》2023 年第4 期
——文章選自《鍛造與沖壓》2023年第2期
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JJE丨一體化電驅動橋（EDU）技術與結構特點
JJE丨一體化電驅動橋（EDU）技術與結構特點
鑄鋁一體化發動機罩的可靠性優化設計
上述文獻對發動機罩多目標優化的研究中，忽略了設計變量的不確定性，如載荷工況、材料特性、加工精度等，將導致結構性能的波動，使確定性分析結果超出約束邊界，從而降低了最終方案的優化效果。
針對發動機罩輕量化的設計與多目標優化的問題，本文對熔模精密鑄造的一體化發動機罩進行了可靠性分析。首先對長安CS15發動機罩進行了一體化幾何模型的正向設計，再建立原鋼制發動機罩和鑄鋁一體化發動機罩的有限元模型和抗凹性剛度、局部受壓剛度、正向彎曲剛度、側向彎曲剛度、中部扭轉剛度和約束模態6種分析工況。選取鑄鋁一體化發動機罩的三部分厚度為變量，運用最優拉丁超立方試驗設計提取30組樣本點，構建徑向基神經網絡近似模型。再利用多島遺傳算法對鑄鋁一體化發動機罩的約束一階模態和質量進行確定性優化。最后基于6Sigma可靠性標準對發動機罩進行可靠性優化，進而探索6Sigma方法在可靠性優化設計中的應用。
1 熔模精密鑄造一體化發動機罩設計
1.1工藝和材料
通過熔模鑄造的產品具有較高的尺寸精度和表面粗糙度，鑄件可以省下機械加工的操作，進而大幅節約金屬原材料，有利于節能減排。本文選用熔模鑄造的材料為ZL205A，主要化學成分為大部分的鋁元素以及少部分銅、錳元素，其材料性能參數見表1。
1.2設計和模型
1.2.1結構設計
發動機罩是車身前部主要的覆蓋件，由內板、外板、鎖扣加強板等組合而成。外板主要由整車的外形決定，不適合進行結構優化；內板則可以多樣化設計來提高其結構性能。
展開 Altair 推出一體化工業設計解決方案 Altair Inspire Studio
2019 年 10 月 14 日，Altair（納斯達克股票代碼：ALTR）宣布推出其全新 3D 設計和渲染解決方案 Altair Inspire Studio。
Inspire Studio 是一種全新解決方案，可供創新設計師、建筑師和數字藝術家以前所未有的速度快速創建、評估和可視化設計。憑借無與倫比的靈活性和精度，Inspire Studio 獨特的結構歷史記錄功能以及多種建模技術可在整個創作過程為用戶提供支持。
Inspire Studio 基于 Altair Evolve 的功能構建，可提供流暢的增強型用戶體驗。從初始草圖到使用自由格式、實體和 PolyNURBS 參數化建模探索造型方案，現在每種工具和工作流程都進行了優化，可提供高效的設計體驗。
同時推出的還有 Inspire Render，這是一款 3D 渲染和動畫軟件。借助該軟件，用戶可以使用基于物理的照明快速生成產品的照片級渲染和動畫。
“我們對這兩種面向全球工業設計用戶的全新解決方案非常滿意。Inspire Studio 基于我們此前的工業設計工具 Evolve 構建，但是功能遠超 Evolve。Altair 首席技術官 James Dagg 說到，Inspire Studio 可讓設計師實現自由設計，從而充分發揮其創造力。該軟件提供直觀的用戶界面和強大的構造歷史記錄功能，使設計師能夠快速創建設計并探索多次迭代。基于與采用強大的交互式、全面漸進式射線追蹤渲染引擎相同的現代用戶體驗，Inspire Render 將幫助設計人員在 GPU 和 CPU 上快速運行照片級渲染和演示動畫。”
展開 氣體質量流量控制器與質量流量傳感器是否是一體化設計？
這種一體化設計帶來了三大核心優勢，首先是無與倫比的響應速度，由于傳感器緊鄰閥門，信號傳輸路徑極短，配合先進的PID控制算法，布瑯軻鍶特MFC能夠在極短時間內完成流量的動態調整，實現極其穩定的氣流控制，其次是卓越的測量精度，一體化結構消除了外部管道帶來的壓力波動和泄漏風險，確保測量結果不受外界干擾，精度等級高，重復性好，最后是安裝與維護的極大便利，緊湊的模塊化外形不僅節省了寶貴的設備空間，也簡化了現場的配管工作，降低了安裝成本與泄漏隱患。
值得一提的是，布瑯軻鍶特在追求一體化性能的同時并未犧牲維護的便捷性，獨特的工程設計允許在不影響整體校準數據的前提下，對部分組件進行模塊化維護或更換，這種“功能一體化、維護模塊化”的雙重優勢，充分體現了對用戶實際需求的深刻洞察。
隨著工業4.0的推進，布瑯軻鍶特的一體化設計已從單純的機械集成，進化為集傳感、控制、通信于一體的數字智能終端，內置的數字電路板支持多種工業總線協議，使得流量數據的采集與設備的遠程控制變得輕而易舉。
氣體質量流量控制器與傳感器的一體化設計，是實現高精度、高動態流量控制的必然選擇，布瑯軻鍶特以精湛的工藝與前瞻的視野，將這一理念發揮到了極致，選擇布瑯軻鍶特，即是選擇了一種經過全球萬千應用場景驗證的、可靠且高效的流量控制解決方案。
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