家用電器的數(shù)字化仿真試驗方法 第1部分：要求 征求意見稿

1GB/TXXXX—XXXX家用電器的數(shù)字化仿真試驗方法第1部分：通用要求本文件規(guī)定了家用電器數(shù)字化仿真試驗一般要求，規(guī)范了數(shù)據(jù)分類及管理要求，并給出了便于技術(shù)規(guī)定的分類要求。本文件適用于家用和類似用途電器數(shù)字化仿真試驗通用的開發(fā)過程及應(yīng)用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T33582機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有限元力學(xué)分析通用規(guī)則GB/T26100機械產(chǎn)品數(shù)字樣機通用要求GB/T31054機械產(chǎn)品計算機輔助工程有限元數(shù)值計算術(shù)語GB/T39334（所有部分）機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真3術(shù)語和定義GB/T33582、GB/T26100、GB/T31054和GB/T39334界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1數(shù)字化仿真digitalsimulation利用計算機技術(shù)手段將實際的物理模型或系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的模型，在計算機中進行仿真計算，實現(xiàn)對實際模型的虛擬分析過程。3.2數(shù)字化仿真試驗digitalsimulationtest利用計算機仿真手段，對數(shù)字化的模型對象進行性能或結(jié)果的檢測，實現(xiàn)對模型行為或功能的分析、預(yù)測和優(yōu)化的過程。4分類4.1按照學(xué)科分類家用電器的數(shù)字化仿真試驗主要涉及以下學(xué)科：——系統(tǒng)仿真；——結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真；——流體力學(xué)仿真；——運動學(xué)仿真；——熱力學(xué)仿真；——聲學(xué)仿真；——電磁學(xué)仿真；2GB/TXXXX—XXXX——其他仿真學(xué)科。4.2按照試驗場景分類家用電器的數(shù)字化仿真試驗用于家電產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、應(yīng)用等過程中的相關(guān)性能進預(yù)測、評價和改善優(yōu)化，主要涉及以下典型應(yīng)用試驗場景：1)機械強度，主要分析家電產(chǎn)品生產(chǎn)、使用過程中的抗破壞性，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計進行預(yù)測和優(yōu)化等；2)振動噪聲，主要分析家電產(chǎn)品整機及模塊的振動噪聲，對產(chǎn)品振動噪聲性能進行分析預(yù)測和優(yōu)化；3)包裝運輸，主要分析家電產(chǎn)品的物流運輸過程中可靠性，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和包裝設(shè)計進行預(yù)測和優(yōu)化；注：例如對運輸過程中堆碼、夾持、跌落、沖擊、振4)送風(fēng)性能；主要分析家電產(chǎn)品風(fēng)扇風(fēng)道的特性，對風(fēng)扇風(fēng)道的性能進行分析預(yù)測和優(yōu)化；5)能力能效：主要模擬家電產(chǎn)品的能力、能效，用于系統(tǒng)匹配與控制、設(shè)備選型與運維等，指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化；6)疲勞耐久：主要模擬家電產(chǎn)品經(jīng)受的循環(huán)載荷情況，對產(chǎn)品的疲勞耐久性能進行預(yù)測和優(yōu)化；7)熱流及溫度場：分析產(chǎn)品在工作條件下的溫度場分布、熱傳遞路徑，對熱源、傳熱路徑及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化；8)舒適性：分析家電產(chǎn)品在實際使用場景中的用戶舒適度，并結(jié)合實際使用場景對產(chǎn)品進行優(yōu)化；9)運動仿真：分析家電產(chǎn)品運動機構(gòu)部件間的運動特性，包括軌、速度、加速度等特性，對運動機構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化；10)電磁兼容：分析家電產(chǎn)品整機及電子模塊的電磁干擾及抗干擾能力，對電路、電腦板及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化；11)成型仿真：分析產(chǎn)品零部件用材料成型能力，對零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計進行優(yōu)化；12)其它場景。5一般要求5.1概述數(shù)字化仿真可用于產(chǎn)品全生命周期各個環(huán)節(jié)，包括但不限于設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、運維等階段。企業(yè)可根據(jù)自身的研發(fā)流程，建立數(shù)字化仿真驅(qū)動的研發(fā)體系。為了確保數(shù)字化仿真試驗結(jié)果的置信度處于合理水平，數(shù)字化仿真試驗在軟件/硬件、仿真人員、仿真流程等方面要符合本文件5.2～5.4的相關(guān)要求。5.2軟件、硬件要求3GB/TXXXX—XXXX5.2.1軟件要求軟件要求是基于仿真試驗的計算機軟件，是具備支撐開展仿真工作的開發(fā)與運行環(huán)境的必要條件。企業(yè)或組織應(yīng)根據(jù)仿真分析目的，合理選擇仿真軟件。一般企業(yè)需要配置包含但不限于前處理、求解器、后處理等功能的軟件工具等。5.2.2硬件要求硬件是仿真任務(wù)計算求解的仿真作業(yè)平臺，一般應(yīng)根據(jù)自身企業(yè)的仿真需求、應(yīng)用場景、模型規(guī)模、求解效率、數(shù)據(jù)存儲等要求合理配置計算資源。注：已有規(guī)模企業(yè)配置了超級計算機群(HPC)5.3人員要求5.3.1角色要求開展數(shù)字化仿真試驗的機構(gòu)，應(yīng)組建數(shù)字化仿真團隊，設(shè)置具體角色負(fù)責(zé)需求獲取及分析、建模及仿真、仿真評價、最終決策等工作。角色具體要求如下：——需求獲?。簩赢a(chǎn)品部門，獲取仿真需求并對需求信息進行評估分析，將仿真任務(wù)分發(fā)至執(zhí)行層，應(yīng)至少具有高級能力；——仿真執(zhí)行：負(fù)責(zé)具體仿真任務(wù)的執(zhí)行，根據(jù)需求制定方案，模型搭建，計算分析以及結(jié)果的提取，報告輸出，應(yīng)至少具有初級能力；——仿真評價：對仿真過程、模型、計算結(jié)果進行評估，確保結(jié)果的有效性和可靠性，應(yīng)至少具有高級能力；——方案決策：對仿真方案進行分析決策，負(fù)責(zé)仿真解決方案的具體實施，應(yīng)至少具有高級能力。5.3.2能力要求開展數(shù)字化仿真試驗的機構(gòu)可依據(jù)表1所列維度，結(jié)合機構(gòu)的實際情況和需求，對仿真人員的能力進行分級。■■■■■■■■■■■■■■■■■5.4仿真試驗流程5.4.1總則企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的仿真人力資源、軟硬件資源、測試資源制定仿真標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，其規(guī)范應(yīng)包括需求輸入（包括仿真分析目的）、方案制定、模型建立、計算分析、仿真結(jié)果評估、結(jié)果應(yīng)用（包括方案驗證、方案優(yōu)化、方案決策等）、報告輸出等過程，如圖1所示。4GB/TXXXX—XXXX圖1數(shù)字化仿真流程5.4.2需求輸入需求提出人根據(jù)業(yè)務(wù)需要，提出仿真試驗需求；或者在產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)流程中，通過項目節(jié)點系統(tǒng)自動觸發(fā)仿真試驗需求。需求輸入應(yīng)包括仿真分析的目的及目標(biāo)要求，企業(yè)可以基于產(chǎn)品設(shè)計要求或者質(zhì)量痛點問題，制定仿真試驗的目標(biāo)，目標(biāo)包含但不限于成本、效率、性能等相關(guān)指標(biāo)要求。5.4.3方案制定仿真工程師在接到仿真需求后對需求信息進評估，確定仿真分析類型，根據(jù)不同的仿真分析類型，確定仿真建模所需的數(shù)據(jù)，包括幾何數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)、邊界數(shù)據(jù)及其他仿真試驗需求所要求的數(shù)據(jù)，仿真數(shù)據(jù)應(yīng)具有可靠的來源，并且企業(yè)對數(shù)據(jù)應(yīng)形成自身的管理規(guī)范，輸出具體的仿真分析計劃。5.4.4模型建立數(shù)字化仿真模型是對家電產(chǎn)品的系統(tǒng)、過程的數(shù)字化描述，并基于數(shù)值方法、理論假設(shè)、模型簡化，模型可以足夠地反映仿真需求相關(guān)的物理樣機或過程。數(shù)字化描述，可以是網(wǎng)格模型，也可以是數(shù)學(xué)公式。仿真人員應(yīng)考慮仿真精度、計算效率、軟硬件工具等因素，合理設(shè)置仿真模型的精細(xì)化程度，以輸出滿足仿真方案的數(shù)字化模型。5.4.5計算分析5.4.5.1求解條件的設(shè)置模型搭建后，按照求解條件，調(diào)用求解器進行計算。求解條件包含求解器類型、求解算法、硬件調(diào)用、求解時長、中止條件、輸出文件、監(jiān)測物理量等。5.4.5.2提交計算提交作業(yè)并運行。在計算文件運行過程中對求解狀態(tài)進行監(jiān)控，包括計算參數(shù)、提示信息、報錯信息等。在求解過程中出現(xiàn)提示或報錯，及時評估，必要時進行模型修正，將修正后的模型重新提交。5.4.6結(jié)果評估5.4.6.1結(jié)果輸出數(shù)字化仿真試驗求解完成后，讀取求解文件，讀取仿真結(jié)果進行分析評估。仿真結(jié)果一般是以數(shù)值、曲線、圖像形式呈現(xiàn)的參數(shù)、軌跡、趨勢等。5GB/TXXXX—XXXX5.4.6.2仿真置信度評價常見的置信度評價方法有試驗驗證、歷史數(shù)據(jù)參考、專家評價等。評估應(yīng)用應(yīng)該各企業(yè)根據(jù)其自身的情況，依據(jù)仿真置信度定義合理判斷，仿真置信度的提升與仿真對標(biāo)、知識沉淀、項目復(fù)盤、歷史數(shù)據(jù)高度相關(guān)，是一個持續(xù)提升的過程，評價結(jié)果可以分為：——仿真結(jié)果不可用，仍然要進行試驗驗證；——仿真可預(yù)測變化趨勢，用于篩選試驗驗證方案；——仿真篩選優(yōu)化方案，減少試驗次數(shù)；——仿真代替部分試驗。5.4.7結(jié)果應(yīng)用在結(jié)果評估后，由方案決策人員確定仿真方案是否已解決產(chǎn)品需求、是否需要迭代優(yōu)化，并輸出數(shù)字化仿真試驗的最終方案。未解決仿真需求的項目，確定未解決需求的關(guān)鍵原因、因素，從而進行有目的的迭代優(yōu)化。5.4.8報告發(fā)布仿真報告應(yīng)包括但不限于以下內(nèi)容：——需求說明，包括問題的說明、需求的目標(biāo)；——模型說明，包括建模過程、參數(shù)設(shè)置等；——結(jié)果評估，包括分析結(jié)果、置信度評價等；——結(jié)論建議，包括經(jīng)仿真決策后的結(jié)論及建議。6數(shù)據(jù)分類及管理6.1概述可將輸入輸出數(shù)據(jù)、技術(shù)規(guī)范進行系統(tǒng)性地存儲、管理，并在數(shù)字化仿真試驗中調(diào)用。數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用可將數(shù)字化仿真試驗技術(shù)固化于系統(tǒng)中，確保仿真技術(shù)的迭代、提升。同時可省略輸入輸入數(shù)據(jù)的重復(fù)準(zhǔn)備工作，提升工作效率。6.2仿真數(shù)據(jù)分類數(shù)字化仿真試驗過程中，需要管理的數(shù)據(jù)分為以下幾類：（1）模型類，包括但不限于：——輸入模型——計算模型——結(jié)果文件（2）文檔類，包括但不限于：——需求報告——仿真報告——管理規(guī)范（3）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，包括但不限于：——材料數(shù)據(jù)庫——標(biāo)準(zhǔn)模型庫6GB/TXXXX—XXXX——實驗數(shù)據(jù)庫——載荷數(shù)據(jù)庫6.3仿真數(shù)據(jù)管理6.3.1質(zhì)量管理仿真數(shù)據(jù)的質(zhì)量管理主要包括數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)完整性主要指仿真數(shù)據(jù)需包含完整的過程信息；數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性主要指仿真過程數(shù)據(jù)需滿足制定的規(guī)范要求。6.3.2安全管理仿真實驗數(shù)據(jù)均屬于企業(yè)核心資產(chǎn)，所以數(shù)據(jù)存儲完后應(yīng)對數(shù)據(jù)進行安全性的權(quán)限管理。仿真數(shù)據(jù)的使用權(quán)限管理主要包括仿真數(shù)據(jù)的查看、修改、文件夾管理、版本控制、共享交互等。權(quán)限管理設(shè)置有：查詢、讀取、編輯和刪除等權(quán)限設(shè)置，以保證數(shù)據(jù)的不同角色的保密建立仿真試驗數(shù)據(jù)定期備份管理機制，定期對仿真數(shù)據(jù)的安全性、完整性、有效性進行檢查。分類分級管理，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)的重要程度，進行分級管理。6.3.3全生命周期管理為了便于仿真數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，所有滿足交付質(zhì)量的仿真數(shù)據(jù)建議上傳至仿真數(shù)據(jù)庫中進行歸檔、存儲和備份，文件需遵循規(guī)定的命名方式。文檔類、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，進行長期保存。模型類數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的軟硬件需求，確定保存周期，并在到期后進行統(tǒng)一銷毀、確認(rèn)。7GB/TXXXX—XXXX附錄A數(shù)字化仿真試驗示例-車載空調(diào)產(chǎn)品風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化A.1需求輸入車載空調(diào)部門輸入送風(fēng)仿真需求：如圖A.1所示某車載空調(diào)外機，前期產(chǎn)品概念設(shè)計階段無實機可供摸底測試，需要仿真部門根據(jù)設(shè)計圖紙，仿真額定轉(zhuǎn)速下的整機風(fēng)量，以供產(chǎn)品部門評估整機系統(tǒng)性能。并提供整機風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議。A.2方案制定仿真需求為整機風(fēng)量仿真，進行送風(fēng)性能仿真，本實例中需要產(chǎn)品部門提供以下信息：系統(tǒng)幾何模型：車載空調(diào)的3D數(shù)據(jù)文件；材料屬性：無；風(fēng)扇模型：系統(tǒng)所用風(fēng)扇的詳細(xì)模型；邊界數(shù)據(jù)：車載空調(diào)運行的邊界條件，包括風(fēng)機轉(zhuǎn)速、換熱器參數(shù)等；環(huán)境條件：車載空調(diào)運行的溫濕度數(shù)據(jù)。在搜集所需仿真信息后，進行仿真建模并分析。A.3模型建立經(jīng)模型簡化，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)幾何模型轉(zhuǎn)化為仿真使用模型，如圖A.2所示。8GB/TXXXX—XXXX引風(fēng)圈實際模型引風(fēng)圈簡化模型啟動仿真軟件，將處理好的幾何模型導(dǎo)入，并進行網(wǎng)格劃分，如圖A.3所示。A.4計算分析模型建立后，對仿真模型進行仿真求解設(shè)置，設(shè)置如下：邊界條件風(fēng)機轉(zhuǎn)速空氣密度湍流模型時間項求解精度監(jiān)測物理量自由進出流1700rpm1.225kg/m3Relizablek-e瞬態(tài)二階迎風(fēng)流量設(shè)置完成后，提交作業(yè)上傳HPC系統(tǒng)，至作業(yè)完成。A.5結(jié)果評估A.5.1結(jié)果輸出如圖A.4、A.5所示，讀取整機流量結(jié)果，并查看整機風(fēng)場矢量圖。9GB/TXXXX—XXXX評估認(rèn)為整機殼體上的格柵開孔率過低，風(fēng)阻較大，對整機風(fēng)量有較大影響，建議增大開孔面積以提升開孔率，降低風(fēng)阻，從而提升整機風(fēng)量，增強產(chǎn)品性能。A.5.2仿真置信度評價仿真評價人員根據(jù)數(shù)據(jù)來源、仿真歷史應(yīng)用等多維度評價后認(rèn)為：1）該類型仿真過往有大量應(yīng)用，且與實驗結(jié)果吻合度高，偏差一般小于10%;2）人員資質(zhì)符合要求，且有5年送風(fēng)仿真工作經(jīng)驗3）項目組織評審，專家認(rèn)可仿真過程綜上認(rèn)為該仿真結(jié)果具有高可信度，可部分替代整機風(fēng)量試驗。A.6結(jié)果應(yīng)用經(jīng)項目評審會議討論，該仿真結(jié)果可直接作為產(chǎn)品部門評估整機系