高速動車綜合設(shè)計平臺應(yīng)用案例

精品文檔-下載后可編輯高速動車綜合設(shè)計平臺應(yīng)用案例在全球化經(jīng)濟(jì)時代的今天，隨著國際市場的逐步打開，我國高速動車企業(yè)迎來了空前的發(fā)展機(jī)遇，但在迎接機(jī)遇到來的同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)不僅僅來自于國內(nèi)競爭者給予的壓力，更多的則來自于國際市場中的競爭者。為了迎接國際市場帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，提升企業(yè)研發(fā)效率和創(chuàng)新能力以增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力則尤為重要。

高速動車設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，通常由多個專業(yè)的子系統(tǒng)組成，出色的設(shè)計方案必然是在對其各個專業(yè)子系統(tǒng)進(jìn)行有效的綜合和協(xié)調(diào)之后產(chǎn)生的，因此，研發(fā)活動協(xié)同效率的好壞將直接影響企業(yè)研發(fā)和創(chuàng)新能力的提升。

為了有效解決高端研發(fā)企業(yè)在研發(fā)活動中遇到的問題，打通研發(fā)效率和創(chuàng)新能力難以提升的瓶頸，企業(yè)級綜合設(shè)計平臺PERA.Workspace應(yīng)運(yùn)而生。PERA.Workspace將產(chǎn)品研發(fā)仿真過程中涉及的人、技術(shù)、業(yè)務(wù)等諸多方面實現(xiàn)協(xié)同；將多學(xué)科、多參數(shù)、多物理場的問題實現(xiàn)耦合計算和優(yōu)化；將研發(fā)活動產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、知識、經(jīng)驗實現(xiàn)管理和沉淀等；最終通過科學(xué)的信息化手段幫助企業(yè)實現(xiàn)研發(fā)效率和創(chuàng)新能力的提升。

項目背景

中國某機(jī)車企業(yè)主要從事鐵路機(jī)車、客車、貨車、動車、城軌、地鐵及重要零部件的研發(fā)、制造，和軌道交通裝備專有技術(shù)延伸產(chǎn)業(yè)。該公司在電力機(jī)車、高檔客車、高速動車組、鐵路貨車、內(nèi)燃機(jī)車、柴油機(jī)等領(lǐng)域擁有較為領(lǐng)先的研發(fā)和制造技術(shù)，是我國高速動車領(lǐng)域重大科技攻關(guān)項目的中堅力量。

在該公司的高速動車研發(fā)仿真活動中，涉及到結(jié)構(gòu)、車輛動力學(xué)、疲勞、空氣動力學(xué)、振動噪聲，室內(nèi)流場、碰撞、沖壓成型等多學(xué)科，各學(xué)科的研發(fā)過程中均會使用多種仿真工具軟件，同時產(chǎn)生大量的仿真文件數(shù)據(jù)并在軟件之間頻繁傳遞。由于這些仿真任務(wù)、仿真軟件和仿真數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一有效的管理，導(dǎo)致各學(xué)科、各部門的仿真成果尚不能有機(jī)結(jié)合為一體形成技術(shù)優(yōu)勢。因此，如何整合設(shè)計、仿真、工藝等技術(shù)和數(shù)據(jù)資源，為企業(yè)提供一個多學(xué)科綜合設(shè)計協(xié)同工作的平臺環(huán)境是迫切需要解決的問題，也是企業(yè)快速提高研發(fā)能力，加快技術(shù)引進(jìn)吸收，實現(xiàn)高速動車自主創(chuàng)新的必要條件。

面臨的挑戰(zhàn)

為了有效實現(xiàn)高速動車研發(fā)效率和創(chuàng)新能力的提高，企業(yè)通過調(diào)研和梳理將目前在高速動車研發(fā)設(shè)計過程中遇到的主要制約問題歸納如下：

研發(fā)活動中的仿真需求與仿真工作主要依靠行政手段進(jìn)行銜接，缺少規(guī)范化的仿真流程，人員之間的信息交流效率低，且容易出錯，無法有效實現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。

多學(xué)科仿真過程會涉及多種學(xué)科的仿真工具軟件，并產(chǎn)生大量的仿真數(shù)據(jù)文件，這些軟件和數(shù)據(jù)都分布在各個相關(guān)人員的計算機(jī)中形成數(shù)據(jù)孤島，部門之間、學(xué)科之間的數(shù)據(jù)交互困難，阻礙了研發(fā)設(shè)計工作的協(xié)同。

隨著大量設(shè)計、仿真工具的使用，完成一次仿真分析任務(wù)需要操作多種軟件，軟件之間切換和數(shù)據(jù)傳遞頻繁，手動操作較多，效率低下，且容易出錯。

由于學(xué)科仿真的復(fù)雜性，各種仿真工具軟件分散在各專業(yè)且由少數(shù)人員操作，知識和經(jīng)驗非常分散，難以積累共享形成合力，不利于企業(yè)知識的沉淀、管理和再利用。

綜合設(shè)計平臺的建立

通過系統(tǒng)調(diào)研，結(jié)合研發(fā)現(xiàn)狀，為該企業(yè)搭建了以滿足當(dāng)前需求的高速動車綜合設(shè)計平臺，平臺功能主要包括研發(fā)活動的過程數(shù)據(jù)管理、多學(xué)科軟件集成、工作流程管理，專為高速動車設(shè)計定制的專業(yè)研發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，便于動車研發(fā)中知識沉淀和重用的設(shè)計步驟封裝與模板生成功能，以及為企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)有數(shù)據(jù)系統(tǒng)（如PDM）的集成等內(nèi)容。平臺功能架構(gòu)如下：

平臺主要功能模塊介紹如下高速動車專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)定制結(jié)合企業(yè)研發(fā)特點定制開發(fā)出面向高速動車設(shè)計的結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度仿真環(huán)境、空氣動力學(xué)仿真環(huán)境、疲勞仿真環(huán)境、鑄造過程仿真環(huán)境、沖壓成型過程仿真環(huán)境、焊接過程仿真環(huán)境等；

工作流程管理通過仿真流程梳理為該企業(yè)構(gòu)建了科學(xué)高效的研發(fā)仿真流程，并通過數(shù)字化的手段實現(xiàn)仿真任務(wù)流程的定制、固化和任務(wù)協(xié)同；

過程數(shù)據(jù)管理：建立了以仿真數(shù)據(jù)管理為主的研發(fā)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和仿真數(shù)據(jù)庫，對仿真過程中產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)分別進(jìn)行管理，將離散化的過程數(shù)據(jù)實行網(wǎng)絡(luò)化管理，保證數(shù)據(jù)完整性、傳遞穩(wěn)定性、可追溯性以及數(shù)據(jù)共享：

步驟封裝與模板生成根據(jù)需求定制出不同執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)下的車體靜強(qiáng)度仿真分析模板、動車車體仿真模板、轉(zhuǎn)向架靜強(qiáng)度分析模板等，以及將產(chǎn)品研發(fā)中能夠固化下的步驟進(jìn)行封裝，作為知識儲備實現(xiàn)共享；

多學(xué)科軟件集成將該企業(yè)與高速動車仿真相關(guān)的仿真工具進(jìn)行集成，實現(xiàn)在流程流轉(zhuǎn)中喚起結(jié)構(gòu)、流體等相關(guān)CAE軟件，及不同工具的腳本調(diào)用，主要包括PRO]E、CATIA等CAD軟件：ABAQUS、ANSYS、ICEMCFD、FLUENT、SIMPACK／RAiL、AIRPAK、LS-DYNA、DYNAFORM等CAE軟件；

與PDM系統(tǒng)集成：建立了與該企業(yè)PDM系統(tǒng)的接口，可以直接從PDM系統(tǒng)獲取仿真任務(wù)書、產(chǎn)品對象、關(guān)鍵數(shù)據(jù)等，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)可以直接上傳到PDM系統(tǒng)，保證企業(yè)研發(fā)的單一數(shù)據(jù)源。

應(yīng)用效果

綜合設(shè)計平臺PERA，Workspace的建立，有效改善了制約該企業(yè)高速動車研發(fā)效率的問題，并大大提升了企業(yè)研發(fā)活動的整體工作效率。主要表現(xiàn)在以下幾方面：通過對研發(fā)工作流程的管理，使該企業(yè)的研發(fā)活動變得科學(xué)有序，并建立了高效的協(xié)同工作研發(fā)環(huán)境，形成了以“仿真驅(qū)動研發(fā)”為主導(dǎo)的科學(xué)研發(fā)模式；通過對各種仿真工具的集成，解決了軟件間的異構(gòu)問題，形成了統(tǒng)一的研發(fā)環(huán)境，各種研發(fā)仿真數(shù)據(jù)在后臺自動傳遞，提高了準(zhǔn)確性，降低了工作量；使研發(fā)過程中的各種離散化數(shù)據(jù)得到了有效管理，保障了企業(yè)研發(fā)活動中相關(guān)數(shù)據(jù)的引用、查詢和追溯：各種仿真模板的開發(fā)和應(yīng)用，降低了仿真工具的應(yīng)用門檻，使CAE新手或者設(shè)計工程師都能夠利用模板和專業(yè)向?qū)нM(jìn)行快速仿真評估，提高了工作效率；打通與該企業(yè)PDM等數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的連接，保證了企業(yè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和唯一性。

自主研發(fā)和創(chuàng)新能力的提升是每個企業(yè)在發(fā)展中都會持續(xù)追求的目標(biāo)，尤其是在市場競爭空前激烈的今天，研發(fā)能力的高低決定了企業(yè)的發(fā)展空間，對于企業(yè)來講，尋找到有效提升企業(yè)研發(fā)效率的方法和工具則顯得至關(guān)重要。通過高速動車綜合設(shè)計平臺的案例，可以總結(jié)出PERA.Workspace對提升企業(yè)研發(fā)效率和創(chuàng)新能力上的價值主要集中在以下幾方面聚焦于企業(yè)研發(fā)活動中的設(shè)計與仿真工作，通過將研發(fā)活動和數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一的管理，保障客戶研發(fā)活動能夠有序進(jìn)行，并實現(xiàn)研發(fā)過程數(shù)據(jù)的可追溯性為企業(yè)建立可視可控的流程管理系統(tǒng)，規(guī)范研發(fā)流程，并通過與企業(yè)現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)建立聯(lián)系，為企業(yè)