最新的可视化系统使制造商能够比以往更快、更高效地设计和制造产品。
使用多物理场MSC Software 的流体结构分析联合仿真中显示的类似弯板的仿真，制造商对设计进行全面测试，以确保满足产品应用的物理要求。 （由 MSC Software Corp. 提供）制造中的仿真正变得越来越普遍。高级可视化无处不在，从车间 CNC 加工到 NC 设备的离线 CAD/CAM 编程。在产品生命周期管理 (PLM) 领域，产品开发人员在设计过程的多个阶段严重依赖复杂的基于多物理场的计算机辅助工程 (CAE) 应用程序来准确确定是否他们的创作将承受汽车和航空航天等恶劣环境中通常遇到的大量热、流体和材料疲劳应力，以确保新产品设计符合严格的质量控制。
3D 可视化的最新迭代软件包为制造商提供了加速其制造切割和装配操作验证的方法，通常准确率接近 100%。这种能力对于提高传统加工和新增材制造工艺的效率至关重要。
更精确的结果
一个主要趋势是使用仿真为用户提供更精确的结果，使用总部位于德国汉堡的 Simufact Engineering GmbH 的联合创始人、管理合伙人兼首席执行官 Hendrik Schafstall 说，该公司是总部位于加利福尼亚州纽波特比奇的 CAE 开发商 MSC Software 的一个业务部门。制造商现在可以获得“al 的过程链模拟l 相关的工艺步骤和相关接口——主要是为了捕捉后续碰撞和疲劳寿命的制造历史，并预测零件的局部特性以实现零件性能，”Schafstall 说。他补充说，对于原始设备制造商而言，仿真与 PDM [产品数据管理] 系统完全自动化耦合。
另一个趋势是使用更多来自制造过程仿真的信息，这些信息必须在设计阶段考虑在内, Schafstall 指出。 “一个重要的驱动力是增材制造和板材组装，”他说。他补充说，还更多地使用“制造时”的零件进行结构仿真以获得更精确的结果，并且仿真具有更稳健的工艺窗口来检测生产过程中必须监测和控制的主要影响参数。
在最新的 Mastercam CAD/CAM 软件中模拟的航空发动机叶片验证。 （由 CNC Software Inc. 提供）Mastercam 开发商 CNC Software Inc. 高级分析师 Ben Mund 表示，提高实用“真实感”和更高级的分析能力仍然是所有类型仿真的主要趋势CAD/CAM 软件。 Mund 指出，今天的模拟为用户提供了“对机器所有运动部件的更深入理解的数学模型，它们如何与工具和工件相互作用，以及准确识别可能发生不需要的运动的位置和原因的能力。这些领域正在同步发展，为程序员提供了更多的信心，并提高了车间的生产率。”
准确的模拟在制造业中比以往任何时候都更加重要，Mund 补充道。 “随着越来越复杂的机器的出现是的，既需要 NC 编程的高精度，又需要机器能够正确运行该程序的可靠信心，”Mund 说。 “对于商店来说，根据他们的需要进行不同类型的模拟也很有用。仅刀具路径模拟允许快速、清晰地查看零件中刀具的运动，并在路径上的任何点提供深入分析。机器级仿真通过添加机器环境来扩展该方法，显示机器内部移动的物品的任何潜在冲突。
“仿真对每个商店都变得越来越重要；随着机器和工具变得更加先进，生产力的驱动力也在增加，对互联反馈的需求也变得更加普遍，”他继续说道。 “现实模拟在各个方面都在蓬勃发展。机器、工具、材料和预期的最终工件之间相互作用的深度数学模拟驱动了大部分实践商店需要的所有应用程序。这是仿真的‘核心’，制造软件公司将大部分繁重的开发和测试 [预算] 投入其中。”
这种新的数学现实主义水平得到增强，并通过添加“屏幕上”的真实感。 “这采用了物理模型，并使它们对用户来说看起来尽可能真实，”Mund 说。 “在这里，您将看到机器及其所有移动部件（有时包括制造商徽标）的视觉构建、颜色和视觉材料选择，以及其他显示选项，让程序员可以轻松查看并对他们的程序结果充满信心。”
大众化模拟
Manifold 零件位移显示在 Autodesk 的基于云的 Fusion 360 模拟。 （由 Autodesk Inc. 提供）对于制造业中的许多人来说，使用仿真工具一直是一个障碍，因为高端仿真（尤其是在 CAE 中）通常由训练有素的仿真专家处理。然而，近年来，整个制造组织都提供了对这些可视化的更多访问。这种访问是通过与主机数据系统的连接来提供的，可以通过轻量级客户端应用程序，也可以通过利用具有高性能计算 (HPC) 的云的力量，并使超级计算机级的能力来处理极其庞大、复杂的可视化分析。
“仿真软件的一个主要趋势是继续减少使用障碍。每个人都承认仿真可以提供有价值的见解并节省时间和金钱，但采用起来往往存在障碍，”生成设计和仿真解决方案高级产品经理 Brian Frank 说。位于加利福尼亚州圣拉斐尔的 Autodesk Inc. 的 ons。
“其中一些体现在成本和访问能力上。 Autodesk 一直非常努力，通过我们的订阅产品比以往任何时候都更容易获得世界一流的仿真技术，并且我们继续将更多技术引入 Fusion 360 等核心设计产品。我们还继续确保用户不会需要专门的仿真知识，通过自动化和指导用户完成他们需要执行的工作流程，从仿真行为中获取价值。”
向数字化制造的转变强调了将仿真工具推向更广泛领域的必要性Siemens PLM Software 位于德克萨斯州普莱诺的 Simcenter 产品营销全球总监 Ravi Shankar 表示，观众可以应对当今数字制造/工业 4.0 转型的速度。仿真对于将产品开发流程数字化的公司至关重要，因为当在虚拟世界中正确模拟设计和制造过程时使用，公司可以更快地将他们的设计推向市场。
扩展模拟访问是一个重要主题，Shankar 同意。 “近年来取得了很大进展，”他说，“但仍有很长的路要走。我们可以将民主化视为组织内更多人执行仿真的能力，以及更多人无需成为仿真专家即可使用仿真的能力。”
西门子处于这一转型的最前沿，Shankar表示，由于其在满足设计师需求方面的实力。 “这方面的一些例子包括在西门子 NX 环境中集成仿真技术 [包括 CAD/CAM 和 CAE 功能]；通过我们的 Simcenter FloEFD [Mentor Graphics 的计算流体动力学] 解决方案将仿真功能集成到其他商业 CAD 产品中名词；以及更广泛地通过我们在生成式设计和可视化方面的投资，包括用于探索模拟结果的高级 VR 方法。”
装配级功能生成设计优化在 Dassault Systèmes 3DExperience 模拟中。
（由 Dassault Systèmes 提供）
还可以通过云访问 CAE 解决方案为制造业中的非专业模拟用户增加了急需的可访问性。 Simulia 营销和战略计划副总裁 Subham Sett 指出：“从历史上看，制造软件和 CAE 仿真软件一直是制造工程师和仿真专家分别使用的不相关的利基产品。t 位于马萨诸塞州沃尔瑟姆和法国 Vélizy-Villacoublay 的 Dassault Systèmes。
“然而，由于当今 [要求] 首次质量和降低生产成本，公司正在寻求利用在实施之前模拟制造过程。为此，需要一种集成方法将产品 BOM [物料清单] 链接到制造过程，包括两者的真实模拟。”
Dassault Systèmes 的云端 3DExperience 模拟产品绝对有帮助Sett 指出，仿真变得更加民主化，因为它们“只需要有限的本地硬件和 IT 支持来访问大量的计算能力和仿真功能。”
CNC Software 的 Mund 补充说，“仿真已经变得大众化到它是任何 CAD/CAM 软件产品的预期组件。随着通用模拟变得越来越流行除传播外，模拟的类型和深度也得到了显着扩展。在过去的二十年里，该行业已经从基本的刀具路径绘制转向材料去除可视化，再到机床环境的完整模拟。” Mund 说，用户对于什么应该作为 CAD/CAM 的标准组件可用的期望也随之改变。
已经成为车间工作流程中根深蒂固的一部分，以至于大多数 CAD/CAM 提供商认为它几乎与工具运动本身一样重要，”他说。
投资于仿真
过去几年来，最大的仿真厂商——欧特克、达索、西门子和现在的海克斯康——在仿真领域进行了大量投资，尤其是在 CAE 多物理场应用程序方面。西门子斥资45亿美元收购电子设计自动化（EDA）巨头MentorGraphics 在 2016 年收购了 LMS International 和 CD-adapco 以构建其仿真产品组合。最近，瑞典斯德哥尔摩的计量巨头 Hexagon AB 于 2018 年收购了 NCSIMUL 刀具路径仿真和验证软件开发商 Spring Technologies。
“西门子一直非常积极地收购和集成仿真领域的解决方案作为更广泛关注交付数字创新平台的一部分，”西门子的 Shankar 说。 “借助 Simcenter，我们提供了业内最广泛、最深入的仿真和测试产品组合之一。这包括我们收购 LMS 和 CD-adapco 的能力，它们帮助我们在系统仿真、高级 3D 仿真、测试和流体仿真等领域扩展，所有这些我们都与设计探索和仿真数据管理的解决方案相结合。”
借助 Mentor Graphics，西门子在电气和电子领域获得了成熟的能力，并且还加强了其为设计工程师提供的产品，特别是通过 CAD 嵌入式流仿真，他补充说，并指出 Mentor 的硬件测试解决方案也是对产品组合的重要补充。此外，西门子在 1 月发布了其 Simcenter 3D 平台的全面更新，增加了更快的建模和更准确的模拟。
“所有行业的高价值客户应用程序越来越需要对所有物理、所有规模的模拟能力”，达索的 Sett 指出。 “为了补充我们在结构和多体仿真方面的现有实力，达索系统最近通过收购 PowerFlow、XFlow 和 Wave6 产品线获得了强大的流体和声学仿真能力。此外，我们还收购了 CST Studio 套件产品线，它为电磁仿真提供了补充功能。”
提高了准确性，易于使用
期望获得制造运营中真正的数字双胞胎，开发人员正在提供更高的真实性和准确性。 “当今制造商的 CAE 仿真非常真实和准确，以至于可以使用预测的制造失真来对设计进行负补偿，因此制造的零件在设计零件的要求公差范围内，”Sett 说。 “用简单的语言来说，我们可以预测制造过程中零件形状的变形，然后考虑这种变形，使成品零件与所需的几何形状相匹配。
“仿真用户正在寻找准确性、速度、易用性和与制造软件的集成，”他补充道。 “此外，制造工程师需要易于使用且直观的仿真工具，无需深入的仿真背景。” Additive 对模拟的使用也在快速增长，因为它能够创建传统中不可能实现的设计传统制造导致更需要模拟设计迭代。 “制造业中的许多尖端仿真工作都与增材制造有关，”Sett 说。
在当今互联的先进制造设施中，仿真具有很大的潜力来加快设计上市速度、降低成本并最大限度地减少或消除制造缺陷。 MSC Software 的 Schafstall 指出，仿真可以带来“许多不同的成本节约潜力，具体取决于应用程序，以及更快的上市时间、更深入的洞察力、过程理解和内部知识转移。”他说，其他优势包括额外的潜在制造变化，以及可以验证更多想法的更稳健的工艺窗口。
他补充说，仿真在生产开始前为用户提供了更详细的信息。 “更好地了解制造过程及其问题将有助于[创造]更可制造的优化设计，”Schafstall 说。 “这也意味着制造仿真将越来越多地进入设计阶段 [增材制造]。”
2 月，MSC Software 发布了其新的 CoSim 引擎，该引擎旨在为直接在多物理场框架内耦合不同的求解器/学科。 CoSim V1.6 版本使工程师能够在 MSC 的 Adams 多体动力学 (MBD)、Marc (FEA) 和 scFLOW (CFD) 应用程序之间建立协同仿真模型，涵盖广泛的工业规模应用程序。据 MSC 称，CoSim 引擎为复杂的多物理场应用提供了更高的准确度、精确度和性能。
据 Autodesk 的 Frank 称，如今的产品可实现高水平的逼真准确度。 “借助当今可用的计算能力，我们可以前所未有地深入了解制造过程，并且还设计实验以了解可以使用哪些材料组合、工艺设置和设计参数来达到最佳效果。无论是机器操作的 NC 模拟，还是注塑模具性能或增材金属 3D 打印等过程模拟，用户都可以最深入地了解他们在车间的期望，”Frank 说。
他指出，Autodesk 拥有自己的生产和测试实验室，不断评估其软件的准确性和可预测性。模拟 NC 切割
一个大NCSIMUL 仿真和验证软件中显示的五轴 Fives 机器的航空航天 G 代码验证。 （由 NCSIMUL Hexagon Production Software 提供）在 NC 模拟中，模拟和验证切削工具过程提供制造商提供刀具路径切削运动的清晰画面，包括机床中除实际切削刀具之外的所有其他移动元件。借助位于波士顿的 NCSIMUL Hexagon Production Software 的最新模拟和验证软件，用户可以获得一个可以完成大量工作的全自动系统，新的模拟自动化功能现已集成到母公司 Hexagon Manufacturing Intelligence 的 Vero Software CAD/CAM 软件系列中，其中包括 EdgeCAM、WorkNC、AlphaCAM 和其他 Vero 品牌，以及 15 个第三方应用程序，包括 Mastercam 和西门子 NX CAM。
计划于 4 月发布的 NCSIMUL 2020 更新， NCSIMUL 总经理 Silvère Proisy 表示，通过其应用程序编程接口 (API)、更新的图形用户界面以及整个生产过程中的完整物料清单，它可以更好地与 CAM 系统集成，包括测量和控制。自动控制功能有助于 imp他补充说，移动连接到 CNC 机器，能够读取车间的所有参数。 “我们将程序员连接到车间，”他说，“这样他们就不必离开电脑。这对于需要 CAV（计算机辅助验证）的五轴机器来说更为重要。”
最新的 NCSIMUL 系统提供了更逼真的模拟，他补充道。 “我们逐量削减；你可以看到扇贝，看到零件的真实切口，”Proisy 说。 “这真的很贴近现实，细节非常精细。我们真正实现了该过程的自动化，使用将您的修改发送到 NCSIMUL 的模板，NCSIMUL 在黑匣子中运行模拟，并显示您的程序是否安全。新的是关于我们可以实现多少自动化的详细信息，以及我们去年添加的不仅针对铣削的新优化，还针对车床进行了新的优化。”
模拟和验证切削加工对于最新一代的机床，加工从未像现在这样重要。加利福尼亚州欧文市 NC 模拟/验证开发商 CGTech 的 Vericut 产品经理 Gene Granata 指出：“较新的 CNC 机器变得越来越复杂，移动速度也越来越快。”使事情正常工作所需的 M 和 G 代码。即使是像“工具更换”这样看似简单的动作也会以惊人的速度发生。当切削工具和 CNC 机器被推到极限时，灾难性故障可能会非常迅速和意外地发生。”
优化 NC 代码和用于创建它们的流程是大多数 NC 车间的重点，Granata 说。 “利润率下降和竞争加剧是造成这种情况的主要原因；以任何方式优化和准确的成本估算对于企业生存至关重要，”他补充道。 “使用Vericut 等具有力优化功能的软件可确保所有 NC 程序以最佳切屑负载进行切削，将动态切削力保持在安全范围内，并实现更准确的加工时间预测。”
CGTech 的 Vericut NC 验证软件中的模拟说明了叶轮组件上的五轴铣削操作。零件上和窗口中指示的红色表示进给率过高 (4,000 mm/m) 的铣削，灰色夹具上的红色突出显示夹具的意外加工。 （由 CGTech 提供）准确的模拟是提高生产力的关键，Granata 说。 “模拟在数字孪生机器模型上运行的 NC 代码可以让 CNC 机器制造零件，而不是将宝贵的机器时间浪费在验证上。使用模拟，“虚拟”elim预测可能导致车间出现严重问题的潜在碰撞和加工错误，从而避免代价高昂的停机时间和计划延误。
“当可以获得更准确的数据时，仿真可以做得更好，”他继续说道。 “例如，准确的机器模型对于精确检测潜在的机器碰撞是可取的。同样，切削工具的详细模型有助于验证在加工过程中可以自信地达到零件特征并正确使用[例如具有安全的斜坡角度]。当从云端下载具有推荐切削性能参数的切削刀具时，程序员还可以确保他们使用适当的进给和速度进行加工和优化。”
根据 Granata 的说法，NC 级模拟数字双胞胎 CNC 机床被视为验证 NC 程序能否在预期的 CNC 机床上正常运行并按预期生产加工零件的最全面方法，避免遇到碰撞、超出轴行程限制或因 NC 代码不正确或缺失而造成事故。 “NC 级仿真也是 NC 程序优化的最佳选择，因为可以同时应用最佳切割方法和机器的能力/限制，”他指出。
最新的 Vericut 版本 9 使用更先进的 OpenGL据 CGTech 称，图形功能可提供卓越的图形显示质量和性能。增强的图形改进了功能和跨视图的一致性，使软件的所有功能都可以进行测量、应用截面切割以及将理论设计模型与模拟切割零件进行比较。
Vericut 用户即将获得的一些功能包括一个新的重启能力，Granata 说。 “当在 NC 程序中发现错误时，用户可以进行更正并在错误发生前一两个块重新启动模拟，然后向前播放以验证我的更改这就是他们想要的。力优化器将提供更好的优化加工和改进的力图交互。还将为希望测试自己的工具到库存切割条件并使用收集的数据推动 Vericut 的 Force NC 程序分析和优化的商店提供新的 Force Calibration 产品。
