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如何利用虚拟样机技术应对工业数字化转型挑战
CIMdata对ESI的预测、实时和沉浸式虚拟测试的评价及其如何支持产品和过程模拟的实用性
关键要点
- 仿真软件主要使用物理模型来进行结构、热力和流体分析，需要深厚的专业知识，通常需要昂贵的高性能计算机来获得准确的结果。
- 建模工作和漫长的计算时间在历史上迫使模拟偏离了关键路径，影响了进度，使专家们各自为政，并浪费了模拟可以提供的更广泛机会。
- 仿真软件、大数据、机器学习和计算硬件的进步，结合单一逻辑源的真实思维，使我们能够在物理实例化之前测试新设计。
- 数字转型通常侧重于构建一个数字线程，将不同的产品实现规程结合起来，将模拟带入关键路径，并确保在准确性和上市时间之间做出正确的权衡。
- ESI的仿真软件建立在三大支柱之上：预测性、实时性和沉浸式，从而使工程师能够轻松、准确、快速地预测新设计的性能，为客户的数字化转型铺平道路。
一旦涉及到可持续发展实践，都会需要模拟软件
竞争压力和企业对更可持续的产品和运营的社会责任之承诺正在推动各个行业的公司扩大对模拟软件的使用。仿真技术的进步使公司越来越依赖虚拟样机的数值参考结果，而不是硬件原型的物理测试。1
数字化转型计划使用先进的模拟软件功能和更快的计算来加快和改进流程，同时连接数字线程，确保端到端的可追溯性和更好的信息调用。模拟普及化和高性能计算（HPC）等技术进步与云服务相结合，通过将模拟软件和过程纳入数字线程，实现了数字化转型。通过创建虚拟产品和制造流程，企业可以在产品和制造过程实际执行前对其进行测试，从而大大缩短时间、降低成本和提高质量。
PC和软件性能的进步使得能够以高数据精度进行快速、甚至实时的仿真，以支持设计探索和制造过程验证，确保产品和过程需求得到正确验证和实施。交互式建模和高级用户界面（UX），如增强现实/虚拟现实（AR/VR），以在人类（工人、操作员）的环境中显示交互式、动态、沉浸式结果。这可以实现与产品及其操作环境的模拟交互，例如，产品开发团队可以预测性能，维护团队可以预测维护需求并模拟维护事件。
CIMdata客户正在更广泛和深入地将模拟纳入其数字化转型战略的一部分，从而能够在整个生命周期内做出更好的决策，以期获得更好的产品、更满意的客户和更好的业务绩效。
在汽车、航空航天、能源和重型设备行业虚拟复制产品开发、测试和制造
ESI集团正在庆祝其模拟软件解决方案50周年，并与行业领导者合作，利用其组合数字模拟技术，满足客户在'Mission Zero'征程上实现更大可持续性的宏伟目标。ESI总部位于法国，在全球20个国家开展业务，数十年来不断扩展，为汽车、航空航天、能源和重型设备行业提供广泛的解决方案。
在其中心，ESI的产品组合集成于三大核心业务线中，通过基于预测性的物理数字建模和仿真，虚拟复制产品开发、测试和制造：
- 产品性能--通过虚拟测试并验证产品性能，如碰撞和安全；噪声、振动和粗糙度（NVH）；声学以及系统性能。
- 智能制造--将冲压、铸造和复合材料制造等单一工艺活动与焊接和组装工艺联系起来，以构建完整的虚拟制造工艺链。
- 以人为中心的流程验证和产品集成--虚拟现实和沉浸式体验专注于产品集成、装配线和服务流程验证。
ESI将其核心优势视为能够快速、轻松、有效地预测各种物理现象，同时通过链接过程和物理来充分支持客户从设计到生产的数字线程。
产品性能
ESI的产品性能业务线与其在结构模拟和汽车碰撞模拟方面的悠久历史紧密相连。此外，其业务线支持模拟领域，如安全和声学性能，以及噪声、振动和粗糙度（NVH），这是其客户的关键领域。重用数据的能力，将不同的解决方案链接在一起，并在不同的仿真领域同时进行迭代，进而提高仿真效率。
虚拟性能解决方案（VPS）仿真中的正面碰撞
随着新的安全认证法规的出现，ESI准备通过发布新产品来应对这些扩展的市场需求，例如新的焊缝破裂产品和即将发布的碰撞仿真分析的高级模型降阶。企业可以创建在其需求和流程背景下工作的模型降阶。通过降阶建模，工程师可以整合实时设计/解决方案空间探索的仿真模型。这样，他们可以快速分析迭代，更快地做出更好的决策。这一点很重要，因为它可以使模拟发挥更重要的作用却又不会延后上市时间。
智能制造
几十年来，模拟一直被用于制造工程，支持早期模拟单部件制造过程，如金属板成形、铸造和复合材料，ESI几十年来一直自豪地支持其合作伙伴在所有三个过程中的工作。除此之外，零件/焊接仿真结果与性能制程的链接有助于并行工程，例如，验证碰撞和安全性，而零件制造仿真与焊接装配仿真的链接最终实现了端到端的虚拟制造过程。
因此，最终产品可以被虚拟评估为“如同制造”，同时在整个开发过程中推动产品和制造工程之间的工作流的高效并行化。
这种整体方法旨在确保对组装产品的制造质量进行早期可靠的评估，从而减少召回，以更低的成本和更短的上市时间提高客户满意度。同时，该方法通过减少物理样机的数量，减少废弃物、自然资源和排放，同时帮助满足监管要求，从而建立了更可持续的实践。
以人为中心的过程验证和产品集成
正如去年在NVIDIA GTC Conference2上所展示的，ESI正致力于通过新的协作虚拟工作空间功能扩展其虚拟现实软件的功能。这将进一步普及VR和仿真技术的使用，并带给更多需要验证产品集成、组装和维护流程的企业客户。
为了支持这项服务，ESI还宣布，它将与PTC合作，在ESI的虚拟现实软件IC.IDO和PTC的Windchill PLM解决方案之间提供初步集成，从而致力于进一步将自己融入客户的数字线程和PLM生态系统。CIMdata很高兴继续关注这一合作，并在解决方案推出时与客户谈论他们的体验。
仿真和数字线程的未来
我们正进入产品开发的黄金时代。最新一代的解决方案与适当设计的数字线程相结合，实现了几乎科幻级别的功能。从手工编码的有限元分析网格到现在使用虚拟现实，我们已经走过了漫长的道路，元宇宙和ESI参与了这一过程中的每一步。ESI的三个关键优势包括：
- 预测性虚拟样机，用于对产品和制造过程建模。
- 通过高级软件、HPC和简化订单建模实现实时决策。
- 以人为中心的解决方案，提供先进的沉浸式功能，支持产品和流程的虚拟探索和验证，同时实现高效协作。
CIMdata多年来一直关注ESI，并对其愿景和专注印象深刻。他们了解所选行业的需求，并提供经验证的虚拟样机解决方案。从虚拟测试到场景模拟，最新一代解决方案令人兴奋，最重要的是，通过提高生产力和创造更安全、更可持续的产品，为客户提供巨大价值。如果您是一家制造商，想要通过利用先进且易于使用的模拟技术来提高性能，请与ESI的团队联系。有关ESI VR产品的更多信息，请查看其最新出版物《航空航天行业的虚拟现实软件电子书》。3
1 Research for this commentary was partially supported by ESI
2 https://www.esi-group.com/events/2022/gtc-2022-the-developer-conference-for-the-era-of-ai
3 https://www.esi-group.com/a-virtual-reality-software-e-book-for-the-aerospace-industry
About CIMdata
CIMdata, an independent worldwide firm, provides strategic management consulting to maximize an enterprise’s ability to design, deliver, and support innovative products and services by identifying and implementing appropriate digital initiatives. For nearly forty years, CIMdata has provided industrial organizations and providers of technologies and services with world-class knowledge, expertise, and best-practice methods on a broad set of product lifecycle management (PLM) solutions and the digital transformation they enable. CIMdata also offers research, subscription services, publications, and education through certificate programs and international conferences. To learn more, visit www.CIMdata.com or email info [at] CIMdata.com.
Author
Tom Gill
Senior Consultant & Practice Manager, PLM Enterprise Value & Integration
Tom Gill has over 25 years of experience applying computer-based solutions to engineering and manufacturing. Before joining CIMdata he worked as an independent PLM consultant, after spending over 20 years at high-volume manufacturing companies.
At CIMdata, Mr. Gill has worked on projects in numerous industries, including fabrication & assembly, food & beverage, defense, chemical, and medical devices. He has executed PLM strategy projects, solution evaluation-and-selection projects, deployment planning, and training development for industrial clients. He delivers solution providers competitive and technical product analyses, white papers, and case studies. He has presented papers both nationally and internationally.
Mr. Gill holds a BS in Mechanical Engineering from the University of Maine and is Configuration Management certified.
领域: Automotive