虚拟赢得市场
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本文原载于e制造杂志2014年第12期,作者梁飞。 在全球竞争的环境下，制造企业必须要有更加灵活的制造和生产。如近期国内提出在民航研制前，有必要听取驾驶员的意见。而在生产制造的前期，因网络技术的突破也使得制造企业可以直接关注客户需求，网络平台上客户的创意正成为企业生产的重要组成部分。诸多因素决定，产品的生产前期就须满足客户需求，而解决这样的问题，借助网络技术支撑的虚拟制造被推上了市场的前沿。 虚拟制造满足复杂需求 西门子首席技术官鲁思沃指出，今天的制造业企业只有满足客户更加复杂的需求，才能赢得市场。这样的发展趋势使得制造业面临着前所未有的快速变化。网络化的生产和数字化的制造正在成为决定成败的关键。这也意味着信息技术和虚拟制造将越来越多地深入到制造企业当中，而且和各种各样的其他技术去实现集成。 以船舶制造为例。在船舶设计过程中，不仅要从大的方面着手关注船体的结构强度，而且还要满足客户日益严格的振动方面所要求的标准等。因为这些方面影响着乘客的乘坐舒适度、环境噪声或者武器和雷达平台的稳定性等要求。 其实，客户的更复杂需求远不止于此。对于虚拟制造环境下的船体模型画出网格这样的技术难题，客户也需参与其中并验证其虚拟技能的高低。船体模型的网格设计需要较高的虚拟技术。基于虚拟环境下的船体有限元建模，采用默认的网格参数和理想化的模型是一个特别复杂的过程。而在这个过程中，还得满足客户理解设计者的真实意图。磨合过程，可能涉及网格参数的调整和网格密度的增加。甚或，过滤船体结构上可以忽略的小孔特征及切口特征等。 虚拟制造涉及诸多层面 虚拟制造，既然要满足客户复杂的需求，那么就须解决制造领域，以及领域内诸多技术层面的问题。为了便于说明问题，以企业用户关注层面较多的复合材料为例讲述虚拟制造涉及技术层面的问题，同时有望起到触类旁通的效果。 众所周知，复合材料在航空航天、汽车等领域具有巨大的市场空间。8月，上海航天技术研究所副院长孟光指出，如果航天领域炭炭复合材料按照目前传统材料均实现进口替代的乐观预计，航天发动机、航天器/翼/舱体等市场价值将达到20亿元。但是复合材料在制造工艺的环节，较普通产品会产生更大的影响。举例来说，普通钢经过钣金、焊接，对于最后产品包括屈曲、断裂等方面的性能影响有限。而复合产品由于它本身材料的复杂性，在制造工艺的环节所带来的性能差异就会远远大于普通钢。 可见，从产品设计的角度，复合材料会带来诸多问题。但是面对产品要求精细化的市场，不仅需要可靠性的设计，更需创新性的设计，这样就对虚拟仿真提出更多的需求和要求。只有对材料的工艺性能有更深入的了解，并通过多学科的性能仿真，以及多领域的集成优化，方能让产品达到综合性能的提高。 而在对复合材料的虚拟仿真的研究过程中，因不同领域有不同的应用层面，涉及到的技术问题不尽相同。针对此类问题，ANSYS日本技术公司本部总经理王晓指出，因复合材料在制造诸多领域具有优势，所以复合材料的工艺仿真平台就备受企业及其用户推崇。 复合材料工艺平台以复合材料设计和工艺流程为研究对象。在结构设计、铺层设计、工艺仿真、工艺优化等方面对复合材料工艺流程进行仿真分析。诸如其仿真分析涉及复合材料铺层设计、压力成型仿真分析、力学性能分析、热压罐工艺仿真等多个方面。以热压罐工艺仿真平台分析，其难点在于涉及复杂的流固耦合环境和材料固化相变过程。基于这种情况，应推出诸如企业的热压罐仿真算法与客户化定制的材料数据库和模型库相结合的半定制专业复合材料热压罐仿真平台的市场运作机制。 在具体的仿真分析过程中，某企业的案例是：基于流固耦合与流场、温度场及树脂固化动力学多场耦合分析，通过笛卡尔网格实现对罐内复杂结构环境的流固网格快速生产，用以模拟热压罐内的空气流动、罐内流固区域的温度分布及预浸料固化历程等。并通过笛卡尔网格向结构化网格的映射，可将温度场结果传递给复合材料结构分析软件进行预浸料翘曲变形的分析。 推而广之，虚拟制造是源于多向价值链的集成。它的愿景应是协同于制造企业的所有项目包括与产品开发的整个参与者的方案。其集成的多物理场（集流动、传热、电磁、结构、化学反应分析耦合于一身）、多向方案（碰撞安全解决方案、振动噪声仿真方案、钣金冲压仿真方案、热处理与焊接仿真方案、流体动力学仿真方案等）将是发展战略。而多向研究方案还将融入用户的最优方法工作流。 试看今日，在虚拟制造的落地案例逐渐增多，虚拟模块集成化程度逐渐增高、虚拟现实可视化设计制造决策平台能融用户于企业的愿景逐渐呈现之时，PLM因虚拟制造的助力将在产品研发前端发挥的作用越来越大，数字工厂的生产优化、智能工厂的全局优化都将因此受益。反过来，受此影响虚拟制造将会赢得更强势的市场。
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