1. 引言

在現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)過程中，設(shè)計與仿真之間的協(xié)同一直是工程師面臨的一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的設(shè)計流程通常需要在多個軟件工具之間進(jìn)行切換，這不僅增加了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的風(fēng)險，還降低了工作效率。達(dá)索系統(tǒng)的Modsim（Modeling with SIMulation）提供了一站式的解決方案，將建模和仿真集成到統(tǒng)一的環(huán)境中，實現(xiàn)了設(shè)計與仿真的無縫銜接。本報告將深入探討達(dá)索Modsim的功能特點、應(yīng)用場景以及與傳統(tǒng)設(shè)計仿真工具相比的優(yōu)勢，為企業(yè)選擇合適的工具提供參考。

2. Modsim的概念與核心價值

Modsim是達(dá)索系統(tǒng)3DEXPERIENCE平臺上的一個功能模塊，它將計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助工程（CAE）集成到統(tǒng)一的環(huán)境中，打破了工程和仿真部門之間的孤島，實現(xiàn)了真正的虛擬孿生體驗。通過Modsim，設(shè)計工程師可以在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段直接進(jìn)行仿真分析，而無需等待專門的仿真工程師介入，從而大大加速了產(chǎn)品開發(fā)過程。

Modsim的核心價值在于其提供了一個統(tǒng)一的平臺，使設(shè)計和仿真能夠在一個環(huán)境中協(xié)同工作，基于單一數(shù)據(jù)源和統(tǒng)一的用戶界面，實現(xiàn)設(shè)計與仿真的快速迭代。這種集成化的方法不僅提高了設(shè)計驗證的質(zhì)量，還縮短了驗證時間，使工程師能夠在開發(fā)的早期階段發(fā)現(xiàn)并解決問題。

圖1：Modsim將CAD與CAE集成在統(tǒng)一平臺上

3. Modsim的主要功能特點

3.1 集成化的建模與仿真環(huán)境

Modsim將建模和仿真統(tǒng)一到一個通用數(shù)據(jù)模型上，在3DEXPERIENCE平臺上提供了一個單一用戶體驗。這意味著設(shè)計工程師可以在同一個環(huán)境中進(jìn)行3D建模和仿真分析，無需在多個軟件工具之間切換或進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

在Modsim環(huán)境中，設(shè)計模型可以直接用于仿真分析，材料參數(shù)、厚度信息等各種設(shè)計數(shù)據(jù)都可以直接繼承到仿真模型中。這種直接的繼承不僅簡化了工作流程，還減少了數(shù)據(jù)錯誤和不一致的風(fēng)險。

圖2：Modsim提供統(tǒng)一的建模與仿真環(huán)境

3.2 多物理場仿真能力

Modsim支持多種物理場的仿真分析，包括結(jié)構(gòu)仿真、流體動力學(xué)、熱分析和電磁分析等。通過在統(tǒng)一平臺上集成SIMULIA仿真軟件，Modsim為工程師提供了全面的仿真工具。

例如，在結(jié)構(gòu)仿真方面，Modsim可以幫助工程師評估產(chǎn)品的強度、剛度和耐久性；在流體動力學(xué)方面，它可以用于分析流體流動、壓力和流量；在熱分析方面，它可以模擬熱傳遞、溫度分布和熱應(yīng)力等。這種多物理場仿真的能力使工程師能夠全面評估產(chǎn)品的性能和可靠性。

圖3：Modsim支持多物理場仿真分析

3.3 參數(shù)化優(yōu)化

Modsim提供了參數(shù)化優(yōu)化功能，可以根據(jù)仿真結(jié)果自動調(diào)整設(shè)計參數(shù)，找到最佳的產(chǎn)品設(shè)計方案。這種優(yōu)化能力在產(chǎn)品設(shè)計中非常有價值，可以幫助工程師在滿足性能要求的同時，實現(xiàn)重量最輕、成本最低或性能最佳的設(shè)計。

例如，在航空航天領(lǐng)域，通過多次仿真迭代，工程師可以確保飛行器的結(jié)構(gòu)在重量最小的情況下滿足強度和剛度的要求。在汽車行業(yè)中，參數(shù)化優(yōu)化可以幫助工程師優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，以提高碰撞安全性能并減輕重量。

圖4：Modsim的參數(shù)化優(yōu)化功能

3.4 實時協(xié)同與反饋

Modsim實現(xiàn)了設(shè)計和仿真數(shù)據(jù)的實時協(xié)同。這意味著當(dāng)設(shè)計模型發(fā)生變化時，仿真模型會自動更新，工程師可以立即看到設(shè)計變更對產(chǎn)品性能的影響。這種實時反饋機制加速了設(shè)計迭代過程，使工程師能夠更快地找到最優(yōu)設(shè)計方案。

3.5 前期概念設(shè)計優(yōu)化

Modsim不僅支持詳細(xì)設(shè)計階段的仿真分析，還可以在概念設(shè)計階段提供優(yōu)化支持。通過將概念結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用與概念空氣動力學(xué)行業(yè)工作流程相結(jié)合，Modsim可以為新概念的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供快速參數(shù)化，并在聯(lián)合參數(shù)空間中優(yōu)化氣動形狀和流面結(jié)構(gòu)。

4. Modsim的工作流程

4.1 概念設(shè)計階段

在概念設(shè)計階段，工程師可以使用Modsim快速創(chuàng)建產(chǎn)品模型并進(jìn)行初步仿真分析。通過在早期階段引入仿真，工程師可以跨多個領(lǐng)域驗證功能的性能，并與仿真分析師共享相同的數(shù)據(jù)。

Modsim的參數(shù)化優(yōu)化功能可以幫助工程師在概念設(shè)計階段就確定最佳的設(shè)計方向，避免在后期發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題時進(jìn)行重大修改。

4.2 詳細(xì)設(shè)計階段

在詳細(xì)設(shè)計階段，Modsim允許工程師在CAD環(huán)境中直接進(jìn)行仿真分析，無需將模型導(dǎo)出到其他軟件工具。設(shè)計模型可以直接用于仿真分析，材料參數(shù)、厚度信息等各種設(shè)計數(shù)據(jù)都可以直接繼承到仿真模型中。

工程師可以使用Modsim的多物理場仿真能力，全面評估產(chǎn)品的性能和可靠性。通過實時查看仿真反饋，工程師可以快速迭代設(shè)計，直到滿足所有性能要求。

4.3 優(yōu)化與驗證階段

在優(yōu)化與驗證階段，Modsim的參數(shù)化優(yōu)化功能可以幫助工程師找到最佳的產(chǎn)品設(shè)計方案。通過自動調(diào)整設(shè)計參數(shù)，Modsim可以顯著減少設(shè)計優(yōu)化所需的時間和工作量。

仿真結(jié)果可以用于改進(jìn)設(shè)計，甚至可以直接使用自動參數(shù)化或非參數(shù)化優(yōu)化對其進(jìn)行優(yōu)化。這種迭代優(yōu)化過程可以確保最終設(shè)計不僅滿足性能要求，還具有最佳的成本效益。

5. Modsim與傳統(tǒng)設(shè)計仿真工具的對比

5.1 操作便捷性

傳統(tǒng)設(shè)計仿真流程通常涉及多個軟件工具，包括CAD軟件、網(wǎng)格劃分工具和仿真求解器等。工程師需要在這些工具之間切換，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和管理，這不僅增加了工作量，還增加了出錯的風(fēng)險。

相比之下，Modsim提供了一個統(tǒng)一的平臺，集成了建模和仿真功能，使工程師可以在同一個環(huán)境中完成從設(shè)計到仿真的整個過程。這種一體化的解決方案大大簡化了工作流程，提高了操作便捷性。

5.2 結(jié)果準(zhǔn)確性

在傳統(tǒng)設(shè)計仿真流程中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是影響結(jié)果準(zhǔn)確性的一個重要因素。當(dāng)設(shè)計模型從CAD軟件導(dǎo)出到仿真工具時，可能會丟失一些信息或引入錯誤，從而影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。

Modsim通過在統(tǒng)一平臺上集成設(shè)計和仿真，避免了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題，確保了設(shè)計數(shù)據(jù)在仿真過程中的一致性和完整性。這種集成化的方法提高了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，使工程師能夠更可靠地基于仿真結(jié)果做出設(shè)計決策。

5.3 迭代效率

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，設(shè)計迭代是一個重要的環(huán)節(jié)。每次設(shè)計變更都需要進(jìn)行仿真驗證，這在傳統(tǒng)流程中可能是一個耗時的過程。

Modsim通過提供實時協(xié)同和反饋，加速了設(shè)計迭代過程。當(dāng)設(shè)計模型發(fā)生變化時，仿真模型會自動更新，工程師可以立即看到設(shè)計變更對產(chǎn)品性能的影響。這種快速迭代的能力顯著提高了開發(fā)效率，縮短了產(chǎn)品上市時間。

5.4 成本效益

傳統(tǒng)設(shè)計仿真流程通常需要多種軟件工具和專業(yè)人員，這會增加企業(yè)的總體擁有成本。

Modsim提供了一站式解決方案，減少了對多種軟件工具的需求，從而降低了企業(yè)的投資成本。

此外，Modsim的參數(shù)化優(yōu)化功能可以幫助企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，減輕產(chǎn)品重量，降低成本。例如，通過使用Modsim，一些企業(yè)的產(chǎn)品效率提高了40%，重量減輕了20%，資本支出成本降低了8%。

6. Modsim的應(yīng)用案例

6.1 汽車行業(yè)

在汽車行業(yè)，Modsim被廣泛應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)設(shè)計、動力總成開發(fā)和底盤設(shè)計等領(lǐng)域。通過在統(tǒng)一平臺上集成設(shè)計和仿真，Modsim可以幫助汽車制造商加速產(chǎn)品開發(fā)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。

例如，一家汽車制造商使用Modsim進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過參數(shù)化優(yōu)化功能，他們成功地減輕了車身重量，同時提高了碰撞安全性能。這不僅提高了產(chǎn)品的競爭力，還降低了制造成本。

圖5：Modsim在汽車行業(yè)中的應(yīng)用

6.2 航空航天行業(yè)

在航空航天行業(yè)，重量和性能是關(guān)鍵因素。Modsim的多物理場仿真能力和參數(shù)化優(yōu)化功能可以幫助航空航天制造商優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，減輕重量，提高性能。

例如，一家航空航天公司使用Modsim進(jìn)行飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過多次仿真迭代，他們確保了飛行器的結(jié)構(gòu)在重量最小的情況下滿足強度和剛度的要求。這不僅提高了產(chǎn)品的性能，還降低了運營成本。

6.3 高科技行業(yè)

在高科技行業(yè)，產(chǎn)品開發(fā)周期短，技術(shù)要求高。Modsim的快速建模和仿真能力可以幫助高科技企業(yè)加速產(chǎn)品開發(fā)，提高市場競爭力。

例如，一家高科技公司使用Modsim進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計，通過在早期階段引入仿真，他們能夠在開發(fā)的最早期階段找到最佳的設(shè)計方案，避免了后期發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題時的重大修改。這不僅加速了產(chǎn)品開發(fā)，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

7. Modsim的未來發(fā)展

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，Modsim也在不斷創(chuàng)新和優(yōu)化。達(dá)索系統(tǒng)推出了“AI+MODSIM”方案，為自動化生成復(fù)雜產(chǎn)品提供了新路徑。這一方案旨在在產(chǎn)品設(shè)計過程中實現(xiàn)可持續(xù)性、低成本、高質(zhì)量和最佳體驗等多重目標(biāo)。

通過將人工智能與建模仿真結(jié)合，Modsim可以幫助工程師更快速地找到最優(yōu)設(shè)計方案，進(jìn)一步提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量。這種創(chuàng)新的方法代表了產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的未來發(fā)展方向。

8. 結(jié)論

達(dá)索Modsim提供了一站式解決方案，將建模和仿真集成到統(tǒng)一的環(huán)境中，解決了設(shè)計與仿真協(xié)同的難題。通過提供集成化的建模與仿真環(huán)境、多物理場仿真能力、參數(shù)化優(yōu)化功能和實時協(xié)同與反饋機制，Modsim顯著提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量。

與傳統(tǒng)設(shè)計仿真工具相比，Modsim在操作便捷性、結(jié)果準(zhǔn)確性和迭代效率方面具有明顯優(yōu)勢。它不僅簡化了工作流程，提高了操作便捷性，還通過避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題，提高了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，實時協(xié)同和反饋機制加速了設(shè)計迭代過程，提高了開發(fā)效率。

對于需要在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段進(jìn)行仿真分析的企業(yè)，Modsim是一個理想的選擇。它可以幫助企業(yè)加速產(chǎn)品開發(fā)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，從而在競爭激烈的市場中獲得優(yōu)勢。