虛擬原型開發的案例
分析報告 I 在重型裝備工程中采用虛擬原型和整體建模
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。
探索
本分析報告中所概括的改進措施，提高性能工程設計的成熟度，進而采用更先進的流程和技術，大幅改進未來的設備和流程。
展開 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
↑點擊藍字，了解更多/立即報名
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 高速永磁同步電機快速原型開發技術
10秒的加速時間進入弱磁升速的現象
在額定轉速（20000rpm）下突加額定負載
（來源：商飛信息科技（上海）有限公司，版權歸原作者）
建筑師使用建筑外殼花邊結構開發3D打印氣管支架原型
原型支架的開發得到了2016年英國政府組織的Innovate計劃資助。
縮減開發周期！使用 VI-grade 虛擬試驗場革新汽車開發【10月16日直播】
面對日益增長的對先進安全汽車的需求，工程師們正在轉向使用尖端虛擬測試環境以保持競爭優勢。</p><p>在這場60分鐘的網絡研討會中，來自VI-grade應用工程師張炎將講解<strong>如何利用VI-grade 虛擬試驗場來應對現代汽車開發面臨的多元化挑戰。</strong></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_gif/b96CibCt70iabWEnNLIJBhGH7rvZ322E9kc3QR0ZvzrKCKGxhNiayyyvl2vzwUVLUicvdeVuaiayYWyWASW3I9RFJjQ/640?wx_fmt=gif" width="1171"></p><p><strong>??直播內容與亮點</strong></p><p>1??探索如何利用數字化測試設施來縮減開發周期、降低成本，并提升汽車的品質與安全性；</p><p>2??學習如何將VI-grade 虛擬試驗場與VI-Worldsim、VI-CarRealTime以及VI-NVHSim結合，實現實時駕駛員在環體驗及離線評估，覆蓋車輛動力學、駕駛舒適性、NVH、高級ADAS及多學科仿真；</p><p>3??了解VI-grade虛擬試驗場的設施，從8.6公里高速環道到操控賽道、駕駛舒適性道路、NVH路面、拉力賽道，以及包括對開路面的濕滑測試路面等多個功能區域的全方位介紹。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/vaEzBb6YGvlFTzXOFdcKLJLOB48FVzXpESmfib8WZEkdM6Eo4sqVvo2cORRA8FPs0H0asgIJkn1iabHQkSl9u1Tg/640?
展開 虛擬試驗場：汽車開發的數字化革命
虛擬試驗場是汽車開發領域的數字化革命，旨在通過高級計算和模擬技術，提升汽車設計和測試的效率與精確度。其核心功能包括三維數字路面建模，通過創建精確的虛擬環境，模擬實際道路的各種情況，從而在早期階段預測汽車性能。FTire輪胎測試和模型辨識能夠模擬和分析輪胎在各種路況和駕駛條件下的反應，以此優化設計和提升車輛安全性。通過整車多體動力學建模和優化，可以模擬整車在不同工況下的動力學行為，為優化車輛操控性和駕駛舒適性提供依據。六分力試驗對標是通過仿真技術精確測量和優化汽車的六個基本力，即前后、左右、上下的力，以提高汽車的穩定性和控制性。耐久虛擬仿真則通過模擬長期使用和惡劣環境下的情況，預測汽車的耐用性和可靠性。
一、引言
汽車的開發需要大量的時間和資金，而且傳統的試驗方法需要消耗大量的物理資源。為了提高汽車開發的效率和質量，數字化技術已經成為了汽車開發的趨勢。虛擬試驗場是數字化技術在汽車開發中的重要應用，它能夠提供高度精確的試驗環境，加快汽車開發的速度和降低開發成本。本文將介紹虛擬試驗場的技術實現和應用，分析其優勢和挑戰，并展望數字化技術對汽車開發的未來影響。
二、虛擬試驗場的技術實現
虛擬試驗場是基于計算機仿真技術的汽車試驗平臺，其主要實現包括三維數字路面建模、FTire輪胎測試和模型辨識、整車多體動力學建模和優化、六分力試驗對標以及耐久虛擬仿真。下面將對這些技術進行詳細介紹。
三維數字路面建模
三維數字路面建模是虛擬試驗場的基礎技術，它能夠在計算機中構建高度精確的路面模型。這個模型可以包括路面的幾何形狀、摩擦系數、噪聲和震動等特征。在模擬試驗中，汽車模型通過在數字路面上運動，模擬真實道路上的運動狀態。三維數字路面建模需要基于車輛運動學和動力學模型，考慮路面的各種特征，如平整度、垂直和橫向坡度、橫向橫坡和縱向垂坡等，實現高度真實的模擬效果。
展開 案例分享 | 柔性起落架虛擬測試模型的快速開發
卡爾頓大學應用動力學實驗室開發了一套最佳測試方案：在Nastran中開發初步的柔性機身模型，但不需要詳細的FEM，再將其用于在Adams中進行高保真著陸仿真，以證明柔性化對支線噴氣飛機的重要性。
圖 1: 柔性著陸模型開發工作流
圖 2:柔性機身的1階可視化模態（紅色）
機身在機翼-機身交界處具有最大的剛度，并沿著前機身和后機身衰落，通常類似于高斯分布。通過使用分布函數表示剛度特性，可以從其他分析組獲得并發的工程結果，從而簡單地調整模態響應并修改特性。
最后，必須分配質量分布的初始估計值以完成桿式模型。Jan Roskam的《飛機設計第五部分：零件重量估算》是其中一種使用經驗方法估算結構零件重量的理論。然后，可以評估油箱和乘客位置，以將重量增加到仿真所需的量，例如，最大著陸重量（MLW）。
估算幾何形狀、剛度和質量分布后，MSC Nastran SOL 103可用于機身的模態分析，如圖2所示。
文獻中提供了典型的模態頻率和模態形狀，可以對剛度分布進行調整以匹配這些值。作為通用指南，最關鍵的是將所有模態頻率匹配到20 Hz以內，超出這個范圍則模型精確度降低。一旦獲得令人滿意的收斂結果，就可以創建一個模態中性文件以作為Adams中的柔性體。
桿式模型
在著陸模擬中表示飛機機身的傳統方法是通過所謂的桿式模型。桿式模型將飛機的主要組件（例如機翼，機身和尾部表面）表示為等效梁。這些梁的質量和剛度分布使得組件保持與飛機相同體積的靜態和動態特性。桿式模型可以用作著陸動態仿真中的柔性體。
展開 基于虛擬技術的柴油機狀態監測與故障診斷系統的開發
挑戰： 將計算機軟硬件相結合，開發柴油機狀態監測與故障診斷系統。該系統能采用多參數多
方法的故障診斷技術在線或離線進行柴油機的狀態監測與故障診斷。
請享用！
RecurDyn成功案例：使用MFBD的雙桿拖拉機開發ROPS虛擬試驗方法
▎仿真過程
① 創建駕駛員安全區域、ROPS結構、液壓推動器的動力學模型
② 為ROPS結構創建柔性體模型（細長幾何，使用Shell建模）
-使用Geo Surface Contact，在液壓推動器（Rigid）和結構物（FFlex）接觸時，將振動降至最低
-在接觸位置定義Contact，以避免結構變形導致穿透
-考慮到Mid-surface類型的Shell Element特性，將焊縫建模為FDR（RBE2）元素
③ 啟動連續位移負載試驗程序，比較評估滿足要求能量的最大位移
▎關鍵仿真技術
?用于ROPS虛擬試驗的MFBD（剛柔耦合）建模仿真技術
?在Mid-surface類型的FE模型中，用于焊縫處理的FDR（RBE2）單元處理技術
?Scenario分析功能和Contact On/Off控制技術可實現連續位移負載
▎工具包
? RecurDyn/Professional
? RecurDyn//FFlex
▎工程問題
?物理樣機制造成本耗費大量的時間和金錢
?需要對多個設計變量進行主動安全評估
?需要實施連續負荷控制方法以考慮殘余應力
?比靜力學分析模型更簡單的定義接觸以及快速收斂
?對仿真時間的要求
▎解決方案
?使用RecurDyn的MFBD剛柔耦合模型代替物理試驗所需的物理樣機
?通過從CAD幾何的Mid-surface geometry創建Shell單元的柔性體模型，縮短仿真分析時間
?考慮結構的大變形和材料非線性特性（塑性），使用非線性各向同性強化彈塑性
?在每個負載階段確認安全區域受到威脅時，為了在保持塑性變形的條件下進行連續分析
展開 助力虛擬開發：VI-grade FSS駕駛模擬器集成轉向臺架
</div><div contenteditable="false" width="100%">
對于轉向系統的開發，工程師和測試駕駛員可以合作，根據車輛速度優化轉向輔助力，確保完美的中心轉向感。
</div><p><br></p><div contenteditable="false" width="100%">
<hr>
</div><p><br></p><p class="ql-align-justify">關于 VI-grade：</p><p class="ql-align-justify">VI-grade是實時仿真和專業駕駛模擬器解決方案的領先供應商，可加速整個車輛交通行業的產品開發。VI-grade的駕駛模擬器包括從靜態桌面解決方案到全尺寸駕駛員在環動態模擬器，使主機廠、供應商、研究中心、賽車隊和高校能夠減少物理原型的開發并加速創新。</p><p class="ql-align-justify">VI-grade在仿真領域擁有超過30年的經驗，總部位于德國達姆施塔特，在意大利、英國、日本、中國和美國設有技術中心。</p><p class="ql-align-justify">自2018年9月以來，VI-grade成為思百吉的一部分。思百吉公司在四個主要領域開展業務——材料分析、測試與測量、在線測量儀器和精密控制，并廣泛服務于從車輛交通到航空航天、電子、能源、采礦、制藥等眾多行業。
展開 
基于catia航空加油多用途工作車的虛擬產品開發技術
基于catia航空加油多用途工作車的虛擬產品開發技術.PDF
案例分享: Mercedes-AMG的虛擬驗證計劃如何推動車輛動力學的開發
?? 新案例研究：Mercedes-AMG
Mercedes-AMG GmbH 如何在縮短開發周期與日益復雜的車輛和系統之間取得平衡？
在我們最新的案例研究中，梅賽德斯-AMG分享了其基于VI-grade解決方案的虛擬驗證計劃，如何通過先進的實時仿真徹底改變車輛動力學的發展。
該項目的核心是AMG虛擬車庫，這是一個集中的云平臺框架，能夠實現跨車型的一致、實時模擬。結合動態模型配置、聯合仿真和具備實時能力的輪胎模型，Mercedes-AMG能夠實現自動化驗證，減少對物理原型的依賴，加快開發進程，同時保持高仿真精度。
?? 感興趣嗎？掃描下方客服二維碼，回復【VI-grade案例0304】免費獲取完整案例！
關于 VI-grade
VI-grade 是全球顛覆性汽車開發解決方案提供商，致力于推動零原型車開發模式的落地。
公司以人為本的解決方案涵蓋行業領先的實時仿真軟件、專業駕駛模擬器及硬件在環解決方案，助力交通運輸行業加速產品開發。
其可擴展的駕駛模擬器產品系列覆蓋廣泛性能區間，能夠全面評估多學科駕駛體驗。這些經過實踐驗證的解決方案，幫助整車廠、供應商、研究中心、賽車團隊及高校減少物理原型車使用，同時加速創新進程，逐步實現零原型車的終極開發目標。
VI-grade 隸屬于 HBK ISV（仿真與驗證）事業部，該事業部專注于提供實時軟件、模擬器及硬件在環解決方案，支持產品開發全周期的虛擬測試，助力企業加速創新、縮短上市時間并提升競爭優勢。
VI-grade 標志及所有產品名稱均為 VI-grade GmbH 的商標或注冊商標。
展開 RecurDyn成功案例：使用MFBD的雙桿拖拉機開發ROPS虛擬試驗方法
▎仿真過程
① 創建駕駛員安全區域、ROPS結構、液壓推動器的動力學模型
② 為ROPS結構創建柔性體模型（細長幾何，使用Shell建模）
-使用Geo Surface Contact，在液壓推動器（Rigid）和結構物（FFlex）接觸時，將振動降至最低
-在接觸位置定義Contact，以避免結構變形導致穿透
-考慮到Mid-surface類型的Shell Element特性，將焊縫建模為FDR（RBE2）元素
③ 啟動連續位移負載試驗程序，比較評估滿足要求能量的最大位移
▎關鍵仿真技術
?用于ROPS虛擬試驗的MFBD（剛柔耦合）建模仿真技術
?在Mid-surface類型的FE模型中，用于焊縫處理的FDR（RBE2）單元處理技術
?Scenario分析功能和Contact On/Off控制技術可實現連續位移負載
▎工具包
? RecurDyn/Professional
? RecurDyn//FFlex
▎工程問題
?物理樣機制造成本耗費大量的時間和金錢
?需要對多個設計變量進行主動安全評估
?需要實施連續負荷控制方法以考慮殘余應力
?比靜力學分析模型更簡單的定義接觸以及快速收斂
?對仿真時間的要求
▎解決方案
?使用RecurDyn的MFBD剛柔耦合模型代替物理試驗所需的物理樣機
?通過從CAD幾何的Mid-surface geometry創建Shell單元的柔性體模型，縮短仿真分析時間
?考慮結構的大變形和材料非線性特性（塑性），使用非線性各向同性強化彈塑性
展開 虛擬現實技術幫助其客戶實現了產品開發和生產的仿真模擬
國際大型工業零部件制造商依靠虛擬的3D CAD模型來加快設計流程
國際零部件制造商DESTACO依賴于虛擬現實技術，幫助客戶加快產品的設計進程：使用虛擬現實（VR）眼鏡和兩個手部控制器，工程師能夠把視覺虛擬現實工具作為DESTACO的創新加速數字化解決方案的一部分，在模擬狀態下，將DESTACO工業零部件集成到產品和機器中，并在組裝之前進行虛擬測試。
一旦工程師戴上VR眼鏡，他就會發現自己處于一個虛擬制造世界里，他可以將零部件在幾分鐘內創建成產品的數字化CAD模型。虛擬模型具有精確的尺寸以及所有預安裝和即用型的連接。
借助創新的虛擬現實解決方案，DESTACO的工程師能夠根據已有的CAD模型進行精確的設計。不僅避免了設計工程中繁多的工作步驟，而且能為設計師提供非常精確的施工圖紙，還實現了附加的分析能力和強的分析精準度。
一旦在虛擬現實平臺上進行開發設計，零部件模型將由DESTACO系統提交給智能機器人輔助構建及驗證程序進行初步審查。最終成品是通過智能機器人生產單元來完成開發的，并用激光掃描技術來確定產品精確的尺寸和設計的合理性。
當組件制造商使用CADENAS的3D CAD 模型，并把它嵌入到虛擬現實環境中，在虛擬空間里設計師能獲得所需的三維動態視圖和設計工程數據，這樣就能夠大大簡化設計流程和節省設計開發新產品的時間。
借助于CADENAS的3D CAD模型和計算機視覺及虛擬現實工具讓工程師能輕松完成設計開發。兩種工具相鋪相成，提高了企業生產力，賦予設計師以新的靈感。
展開 