研讨会精华分享五：MBD设计仿真一体化加速产品设计优化

11月16日，由深圳市有限元科技有限公司&达索系统Simulia联合主办的“第二届电子产品性能设计提升研讨会”，在深圳深航酒店成功召开。此次“电子产品性能设计提升”主题研讨会，旨在通过会议搭建一个开放的技术交流平台，分享电子产品设计方面的成果与经验，共同探讨电子领域面临的技术难题。以下，将为大家分享会议精华五：MBD设计仿真一体化加速产品设计优化（达索系统高级仿真工程师陈维老师报告）。

   电子行业产品研发现状及趋势   

近几年来，智能制造已成为全球主要国家制造业竞争的焦点。全球制造业正迈向数字化、智能化时代。为应对新工业革命下的国际竞争，发达国家不约而同地将智能制造作为制造业未来发展的重要方向。比如，德国最先提出实施“工业4.0”战略，美国推进“先进制造业国家战略计划”，日本部署“互联工业”，英国实施“英国制造2050”战略，法国实施“新工业法国”战略等，中国也提出来“中国制造2025”计划，其核心都是推进智能制造发展。

在如何推进智能制造发展上，各个国家各行各业可能都会有不同的思维理念和做法，但有一个公认的核心就是：数字化。数字化就是从我们最开始的研发设计、仿真、工艺、制造、生产、产品出厂等等这样一个完整的过程。

我们如何将数字化应用到全产业链中去呢？我们现在能做的到就是将3D模型进行装配，未来将整机中涉及到的所有信息都进行数字化，数字化的好处就是在后面研发、制造、出厂等流程都能够进行追溯。去年，全球首款全数字化样机空客A350已经完全实现了，整个业界都感到很振奋，这说明数字化这条路是走得通的而且已经可实现了。

对于中国制造2025规划，国家列处理十大重点领域，电子行业是其中非常重要的领域，电子行业智能设计制造需求应该算是最为迫切的。航天航空等其他领域，某个产品型号的研发周期很长，但电子领域特别是消费电子领域，从设计研发到产品最终走向市场可能只有短短的不到1年时间，产品迭代时间非常的快，这对于产品研发和制造的要求也更加严格。

   智能制造数字化，能够做什么   

数字化双胞技术是智能工厂的虚实互联技术，从构想、设计、测试、仿真、生产线、厂房规划等环节，可以虚拟和判断出生产或规划中所有的工艺流程，以及可能出现的矛盾、缺陷、不匹配，所有情况都可以用这种方式进行事先的仿真，缩短大量方案设计及安装调试时间，加快交付周期。

智能制造数字化能够实现以下三个阶段的工作：产品设计、工艺规划、产品制造，现有的企业这三个阶段数字化是相互隔离的，中间信息传递基本都是文本文档形式，实际上还属于三个不互通的信息孤岛。只有将三个阶段实现打通，才能实现全流域的数字化智能制造方案。

   基于模型研发与制造数字化融合   

如何实现三个信息孤岛的打通工作， MBD方法是以产品的几何模型为核心，将所有相关的仿真测试、工艺描述、属性、管理等信息都附着在产品的三维模型中的先进的数字化定义方法。

传统产品研发模式：

1、以图纸为中心的传统产品研发模式（单一的2D图纸，用于零部件定义和GD&T标注）

2、2D和3D混合的产品研发模式（这是一种较为传统的模式，现今仍大量中小型企业应用）

在传统产品研发模式种，设计仿真常常会遇到如下痛点。三维设计模型到CAE仿真中间是有个数据转换的，这个过程数据是分开的，这就造成一个问题：一旦设计更改，以下流程我们就要重做一遍来回进行迭代。同时，在CAE仿真过程中，数据可能会出现不兼容或数据丢失的问题。

- 产品设计师、CAE分析师各自为政，约定书成的专业划分形成了阻碍协同的无形隔离墙

- CAD/CAE采用不同的工具造成大量的数据转换工作和数据丢失

- CAE工程师工具不同的分析业务重新进行模型重构和选择不同的分析工具

- 分析流程数据的标准化、规范化、模板化、自动化程度低使CAE分析的成果不能得到充分的重用

新一代产品开发模式：MBD基于模型的产品开发

MBD方法是以产品的几何模型为核心，将所有相关的仿真测试、工艺描述、属性、管理等信息都附着在产品的三维模型中，在此条件下，设计仿真能够实现真正的一体化解决方案。

优势：

- 提供单源产品定义，消除3D和2D图纸间的存在不一致的潜在风险

- 消除“两张皮”现象，减少图纸的重复创建时间以及数据存储空间

- 减少下游人员（工艺、制造、市场、服务等）对模型的理解时间及误差

- 和CAD工具配合使用可以规范、自动化数据集的输入，可进行公差分析

- 可以在产品开发流程的早期获取设计意图，极大地支持并行工程

    基于模型的设计分析一体化    

MBD模型包含的内容以下内容：

1、产品定义核心元素

除产品的几何定义外，还包括尺寸、公差、通用注释、符号说明等注释用以说明产品的基本设计、制造信息和意图

2、产品定义辅助元素

关于产品定义的补充信息(比如制造说明或装配顺序等)，这类元素的种类往往取决于各公司的实际情况，以及将被制造的产品的类型

3、产品定义管理元素

用来支持产品的验证、发放、变更管理、认证及存储的各类信息。客户一般按照企业各自的实际情况来增添/减少该类信息

MBD模型信息传递的过程

基于MBD的产品开发模式

基于MBD的数字化设计

模拟真实的世界

仿真驱动设计提升产品质量，缩短开发周期，降低开发成本

仿真驱动设计   

基于MBD数字化设计分析一体化

基于单一数据源的设计及仿真工具的有效结合，实现从需求到验证完整闭环及可追溯

达索系统一体化数字平台 - 平台+工具

达索系统关键使能总体架构

    案例分享-基于MBD的镜头设计    

精密玻璃成型

非球面透镜的绘制

模型描述

仿真结果

整个流程运行时间

√ 工作流设置时间：2-3个工作日

√ 工作流运行时间：2小时20小时

   - 679 Abaqus runs

   - 600 DOE points

   - 20 factors

   - 5380 Taguchi analyses

   - 8 control factors at 2 levels

   - 10 noise factors at 2 levels

   - 28 responses

√ 总时间：不到一周

输入源

用CAE仿真技术保持技术领先

在21世纪，随着科技的发展，智能制造服务不断创新和演变，不过可以确定的是，智能制造服务的发展方向是以实时、可靠、高效、低成本为基础的，而这些因素都将帮助我国的制造业迎来新的时代。构建一个基于模型的企业是一条漫长之路，需要在许多方面做出突破和改善，面对这些挑战，元王愿与业内专家共同努力解决难题。