面向设计师的分析

议程 面向设计师的分析 全球CAD发展趋势 产品设计流程分析 Creo Simulate介绍 仿真全景概览 总结 问题解答 © 2015 PTC

全球CAD发展趋势 CIMdata报告(2013) 仿真&分析市场报告 仿真和分析是PLM市场中增长最快速的 工具部分 发现的趋势: 仿真市场增长>2x CAD市场增长 S&A - 11.9% CAGR在2017年将超过$7 billion 收入地理分布(S&A) Americas – 29% EMEA – 29% Asia-PAC – 42% 发现的趋势: 公司寻求将S&A工具作为一种改进设计 和降低原型和物理测试成本的方法 S&A工具需要易于使用并包含分析各个 方面 可扩展能力以满足从设计师到分析专家 的需求 关注仿真数据管理和系统工程 产品和制造开发流程中必不可少的组成 部分 © 2015 PTC

Business Advantage Group 全球CAD发展趋势 Business Advantage Group CAD趋势2014问卷调查 在调查中识别出14个关键CAD趋势, 用 户被问到: 意识 重要程度 当前&将来使用 受众 409响应者(2/3 EMEA) 调查结果: 仿真第三重要的主题(6.5/10) 在技术使用和意识之间还有巨大的间隙 48%意识到需要使用仿真 28%目前在实际使用仿真 公司将仿真用于设计优化 (71%), 验证确 认 (59%) 和创建FEA模型(53%) Perception is this is a tool for analysts 没有采用或慢采用的原因 复杂, 专业知识, 难于使用, 专业人员, 不知道使用那一个和什么时候用 © 2015 PTC

全球CAD发展趋势 这些结果告诉我们什么? 仿真挑战 仿真市场正在增长! 公司想要一个贯穿产品开发流程的更深度集 成的仿真 达到更快速的量产、更短的开发周期和更快 速的上市 更深度的理解产品性能 缩短设计周期的时间 更少的原型机和更多的虚拟测试 以合理的成本达到一次做对 降低质保责任和风险 仿真挑战 在意识和技术应用之间的巨大差距 主要用于验证、故障排除和优化阶段而在初 始产品设计阶段使用太少 设计师缺乏使用高端分析工具的信心和专家 经验 设计和分析是脱节的活动 严重依赖物理原型机和测试 软件对于普通用户而言难于使用 © 2015 PTC

PTC自身的经验 数字会说话 PTC Q3/Q4 FY14 Simulate Campaign –63% increase in average revenue –88% increase in number of seats –10x deal registration spike on call blitz days PTC Q1 FY15 Package Upgrades Campaign –Q1 Creo Upgrades in the WW Channel exceeded plan by 25% and exceeded the average of the previous 12 quarters by 164% –TLOs drove nearly half of total upgrade revenue © 2015 PTC

期望的设计流程 计划 概念 设计 设计 验证 制造 支持 公司想要一个更深度集成的仿真贯穿整个开发流程 当前 集成的CAE 传统的CAE 计划 概念 设计 设计 验证 制造 支持 公司想要一个更深度集成的仿真贯穿整个开发流程 更快速的实现量产, 缩短开发周期并更快的上市 更多深度的理解产品性能 缩短设计周期 更少的原型和更多的虚拟测试 以合理成本实现一流品质 降低质保负担和出现机率 许多公司仅仅将仿真分析用于设计优化、验证和确认 许多公司依赖物理原型和测试来验证产品完整性、功能和性能. 由非一体化的解决方案和不连续人员支持的设计和分析是独立的活动. 传统CAE工具的目标是满足分析专家的需要. 分析结果的品质更高程度上依赖于用户的技能和专业知识. © 2015 PTC

结果 计划 概念 设计 制造 支持 验证 对于并行的设计和分析支持有限 没有能力在更早时期获得可信的设计并降低风 险(例如., 质保、维修等) 创建和测试物理原型的高成本 解决在产品开发流程后期发现的设计错误的高 成本 由于后期重工、报废等引起的项目延期和超预 算 © 2015 PTC

作为你的设计系统不可分割的一部分的仿真解决方案需要具备的特点? 公司如何达成期望的设计流程? 作为你的设计系统不可分割的一部分的仿真解决方案需要具备的特点? 一体化集成且易于使用 不只是外表界面, 而是一体化集成工作流程、建模概念、数据管理等. 可扩展 在能力方面广泛的覆盖范围和健壮的生态系统以及第三方开发合作伙伴 精确 不只是答案; 而且是正确的答案 一个设计师的FEA应用不应该单单基于: 精简求解能力(例如. 仅线性静态分析能力) GUI向导 工作流程类型的自动化/封装 云交付 PTC面向设计的一体化仿真应用套件具备独特能力实现功能驱动设计 © 2015 PTC

PTC Creo Simulate © 2015 PTC

Creo Simulate – 从过去到现在 1990 Rasna “Applied Mechanica” 关注设计师的FEA (p-formulation) 1995 PTC Pro/Mechanica 结构、热、运动、Pro/MESH 2003 Pro/ENGINEER Mechanica Structure, Thermal, BMX, MDX, MDO, DAO, Fatigue Advisor, TAX 2011 PTC Creo Simulate 关键能力 1D/2D/3D/mass/spring/beam/shell/solid models Laminate shell modeling Adaptive P-element basis – accurate, robust and reliable for both new and experienced users Sensitivity and Optimization Linear & nonlinear, structure/thermal analysis Industry-leading ease of use and integration Unified pre/post for native (p-element) or 3rd party (h-element) 求解rs Extensive post-processing options including directed and calculated “measures” © 2015 PTC

Creo Simulate – 产品家族 Creo Simulate Lite Creo Simulation Extension 全部线性FEA分析软件包 Creo Advanced Simulation Extension 扩展基础版本的能力覆盖非线性和动态分析 Creo Fatigue Advisor Extension 允许仿真分析产品可靠性和耐久性. Creo Simulate (独立) 独立版本面向无需创建几何的FEA专家和使用Creo Direct或外部CAD数据的用户 © 2015 PTC

Creo Simulate Lite 仅线性静态/稳态热分析(单通道收敛) 仅实体模型 – 没有壳、梁、弹簧 ... 零件和组件 – 最多200个面 在组件中界面仅支持连接类型(没有接触和自由类型界面) 载荷: 力/扭矩、压力、重力、温度、热能量 没有曲面或体积块区域能力 材料: 仅线性各向同性材料 结果: 无限制 © 2015 PTC

Creo Simulation Extension 静态分析(包括接触/无摩擦) 模态分析 屈曲分析 稳态热分析 敏感度研究/优化研究 镜像-/循环对称/ 惯性释放约束 各向同性材料 梁单元 点-, 端- 和周边-焊缝 简单壳/质量/弹簧/坚固件 载荷传递到MDO(机构动力学选项) © 2015 PTC

Creo Advanced Simulation Extension 包括Creo Simulation Extension的能力 接触包括“有限”和“无限”摩擦 大变形分析(包括接触、非线性材料、突弹跳变) 预应力分析(静态、模态) 动态分析(时域、频域、随机、冲击) 瞬态热分析 2D-模型(轴对称、平面应力/平面应变) 横向各向同性/正交各向异性/超弹性/弹塑性材料 高级壳/质量/弹簧/坚固件 高级网格划分能力 刚性/受力连接 独立模式 © 2015 PTC

Creo Fatigue Advisor Extension 使用来自于Creo Simulate的分析结果 约束和可变振幅载荷历史 使用统一材料法则(UML)避免难于获取材 料数据 指定表面处理和光洁度的选项 预测产品寿命、安全因子和Confidence of Life e N Plastic (Low Cycle Fatigue Line) Elastic (High Cycle © 2015 PTC

仿真：适合你的选择 PTC Creo Simulate产品矩阵 © 2015 PTC

PTC Creo Simulate Extension 两种运行方式-相同的分析能力 PTC Creo Simulate Extension PTC Creo Simulate App 作为PTC Creo Parametric的一个 扩展模块运行 更名为Creo Simulate 全面的仿真分析能力嵌入在一个参 数化CAD环境中 作为一个独立的应用来运行 利用Creo统一数据模型构建 “CAD经验”不是必需的 在PTC Creo Direct和PTC Creo Parametric之间无缝的互操作能力 © 2015 PTC

PTC Creo Simulate Extension 两种运行方式-相同的分析能力 PTC Creo Simulate Extension PTC Creo Simulate App Creo Simulation Extension PTN-3223-F Concurrent User Creo Advanced Simulation Extension PTN-3224-F Includes capability of PTN-3223-F 升级到Creo Advance Simulation Ext. PTN-3224-UF Creo Simulate PKG-3502-F Concurrent User Creo Advanced Simulation Extension CPT-3334-L Locked License © 2015 PTC

PTC Creo Simulation 支持增长机会 可捕捉美感和增强产品吸引力的增强型功能 提高满足需求的能力 评估比使用物理原型时更多的方案 通过在无缝的集成式设计和分析环境中工作 节省时间和减少错误 开发和定义新市场 通过同时设计和模拟设计变型 提高创新能力 获得真实的分析数据以改善产品质量 和验证实际性能 设计上实现价格增值 在开发过程的早期利用分析和优化 提升产品的性能、耐用性和质量 利用自动化的工具按照设计标准反复演算和求解， 从而改善质量

PTC Creo Simulation 支持盈利能力计划 提高产品开发的效率和产出量 降低产品成本 及早发现设计缺陷以提高初次制造成功率 减少或消除对物理原型的需求 利用分析和优化的结果降低材料成本 正确调整几何大小，以满足预定用途和真实条件 降低生命周期成本 在制造出昂贵的原型之前否决设计方案 降低与较长的产品开发和审阅周期 相关的成本 减少了售后服务和保修费用， 避免了高代价的产品召回

仿真全景 © 2015 PTC

专家 设计师 仿真的全景(范围) 汽车仿真示例(部分列表) 非线性结构/热分析 研究材料限制(塑性, 超弹性) 全系统线性动力学 复杂几何的零件级结构/热分析. 研究详细的应力集中. 模型复杂程度 模型大小 复杂几何的子组件级结构/热分析. 研究接触和紧固件连接效应. 纯科学研究… 零件级结构/热分析和优化 碰撞 – 显式动力学 CFD 专家 子组件级结构/热分析 几何和优化. 耦合物理场 Eulerian-Lagrangian 显式瞬态动力学 设计师 © 2015 PTC

Creo Simulate范围内的仿真示例 模型复杂程度 模型大小 纯科学研究… 专家 … 和更多! 设计师 © 2015 PTC

Creo Simulate范围内的仿真示例 模型复杂程度 模型大小 不断进化演变的先进技术, 研究… 在这里仍旧有许多事可以做. 健壮性, 易用性… Creo 3.0关注! 专家 NB: The overlap of the Simulate logo into the expert region is DELIBERATE. Simulate contains many feature that are indeed useful (and used by) experts, so it would be incorrect to position Simulate as purely as designer’s tool. In fact, just because a user is an expert does not mean they don’t enjoy/appreciate ease of use!!!! 设计师 © 2015 PTC

Creo Simulate技术 © 2015 PTC

Creo Simulate技术 – 关键差异 易于使用 统一数据模型 精准可靠 统一的、一致的PTC Creo UI 合并的命令Ribbon UI 上下文敏感菜单 RMB命令访问 简化的工作流程 工程术语 统一数据模型 无缝集成CAD和CAE 从模型中直接读取材料 属性和单位 直接应用线束和载荷到 模型几何 支持设计敏感度和优化 研究 精准可靠 P-Element技术和自动网格 划分 消除理解网格单元类型 的要求 自动创建网格模型 精确捕获几何轮廓 自适应调整和精度控制 在求解过程中网格自动 调整 自动收敛 更新分析模型并重新运行分析 分析几何 实施快速更改 Unlike competitive CAE Solutions, PTC Creo Simulate does not the user to be an expert in the field of analysis. The solution was created to give engineers the tools they require to analyze 设计s early in the process and use results to influence and drive 设计 decisions. PTC Creo Parametric users are able to quickly learn and apply analysis tools leveraging a common, consistent PTC Creo UI for 设计 and analysis. Rather than learn a new solution, PTC Creo Parametric users learn additional functionality to 支持 analysis. PTC Creo Simulate users are able to easily navigate using the familiar command Ribbon UI, context sensitive menus, RMB command access, streamlined workflows and simplified engineering terminology. Unlike 3rd party CAE solutions, PTC Creo Simulate is built on the same modeling kernel as PTC Creo Parametric. A common data model 支持s concurrent 设计 and analysis leveraging the seamless integration of CAD and CAE. PTC Creo Simulate directly leverages the PTC Creo Parametric model and the related model information such as material properties, units and model parameters. When defining the analysis, constraints and loads are applied directly to the geometry and automatically updated when 设计s are modified. The seamless integration of 设计 and analysis provides the ability to directly reference model parameters and 设计 intelligence when defining sensitivity and optimization studies. When the study is run, the system automatically iterates the geometry to compute the sensitivity plot and 求解 for 设计 goals and objectives. Unlike analyst, engineers are not typically experts in the field of analysis. For this reason, the solution must create results that are accurate and reliable. PTC Creo Simulate has advanced technology to differentiate and demonstrate accuracy and reliability. Unlike competitive solutions that leverage H-Element technology, PTC Creo Simulate uses P-Element technology and auto-网格划分 capabilities. PTC Creo Simulate users are not required to understand where and when to use certain elements types or how to accurately model the mesh. P-Elements also provide adaptive refinement and accuracy control. Unlike H-Elements which must be refined, P-Elements adapt automatically by increasing the order of math. During the solving process, PTC Creo Simulate automatically increases the order or quality of the mesh and compares the results. Results are said to converge when there is minimal difference between the results. Automatic convergence demonstrates the accuracy of results while eliminating the need to manually remesh and compare results using traditional CAE tools. It should be noted here that many companies fail to check convergence using traditional CAE tools due to the added time and effort. In many instances, PTC Creo Simulate results have challenged the results from other CAE solutions. Answers that were assumed to be correct were in fact proven inaccurate by using PTC Creo Simulate. © 2015 PTC

有限元分析(FEA)方法的不同类型 不同类型的FEA方法具有不同特点模型 H-Element方法 P-Element方法 在应力在一小段距离内快速变化的 区域必须增加单元的数量 P-Element方法 p-方法通过使用相同的网格但提升 形函数的的多项式阶次来改进计算 结果. 这个方法意味着在一个单元内增加 高阶多项式的阶次而不用更改使用 的单元数量. 因为单元有一个线性形函数, 穿过每一单元的应力和应变必定是常量. H方法使用粗网格 H方法使用精细网格 网格使用复杂的单元基于一个多项式形函数. 这有助于精确的反映应变. P方法使用2nd阶多项式 P方法使用3nd阶多项式 网格使用线性形函数.因而, 位移的函数也将是线性的. © 2015 PTC

P-和H-方法有什么不同? 从本质上说要求解的是完全相同的数学问题 P和H是求解同一问题的不同数值算法 给定“正确”的初始/边界条件(包括网格),获得相同的结果 PTC发布了一个验证指南来展示将多个问题求解结果与ANSYS和NASTRAN的分析 结果进行对比的测试结果 但是: 如何创建“正确”的网格? 你怎么知道什么时候的网格“正确”? 数值计算的收敛如何获得/显示/修正? (自动? 手动, 不收敛?) 重要的是… 你怎么知道(h-方法)FEA求解器是否隐藏或丢失了高应力集中区域-因为欠佳的数 值解析度? 你如何知道? © 2015 PTC

求解精度/时间, 涡轮叶片模型 网格使用 H-单元FEA (小面逼近) 通过网格细分实现人工收敛 精确求解的时间 这个曲线几何的区域将可能是一个高应力区域 最大应力 (MPa) 精确求解的时间 FEA Run 1 FEA Run 2 FEA Run 3 FEA Run 4 900 800 700 600 500 H-Code FEA Manual Effort Manual Effort Manual Effort 400 300 200 单元数量： 2710 最大应力: 466 MPa 单元数量： 9057 最大应力: 609 MPa 单元数量： 12714 最大应力: 629 MPa 单元数量： 42460 最大应力: 706 MPa 100 10 30 45 80 130 Time (min.) 通过网格细分实现人工收敛 © 2015 PTC

求解精度/时间, 涡轮叶片模型 网格使用 Creo Simulate (精确表示) 自动适应确保求解质量并 节省时间 这个曲线几何的区域将可能是一个高应力区域 最大应力 (MPa) 精确求解的时间 900 800 Creo Simulate 自动适应确保求解质量并 节省时间 700 600 500 H-Code FEA 400 300 200 100 最大应力 = 783 MPa 10 30 45 80 130 Time (min.) 通过自动的单元阶次调整实现自动收敛 © 2015 PTC

PTC的P-方法的方式减少了步骤的数量并进一步降低总体工作量/所花费的时间 每一种方法都有好的和不好的方面, 但是你需要考虑下列情况: 整体时间要花多长? (不只是单一的网格划分或求解步骤) 包含的步骤 – H方法 几何创建 几何传递 几何修复-因为转换错误导致 网格划分 载荷/边界条件设置 求解 收敛检查 重新划分网格 再次求解 后处理 包含的步骤 – P方法(Creo Simulate) 几何创建 网格划分 载荷/边界条件设置 求解 后处理 PTC的P-方法的方式减少了步骤的数量并进一步降低总体工作量/所花费的时间 © 2015 PTC

P-单元-技术 结果的品质不依赖于网格的细化 自动结果-收敛 设计工程师获得可靠的结果 © 2015 PTC

P-单元-技术 结果的品质不依赖于网格的细化 自动结果-收敛 设计工程师获得可靠的结果 © 2015 PTC

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P-单元-技术 结果的品质不依赖于网格的细化 自动结果-收敛 设计工程师获得可靠的结果 © 2015 PTC

总结 不只是打勾选择… 大问题… 分析师需要学习CAD吗或工程师需要学习CAE吗? PTC为我们的客户提供了一个完整的解决方案: 让全部用户易于使用 极其健壮和高效 深度嵌入设计环境中 基础支撑技术更适合于设计师使用 可扩展的功能集合-在正确的时间提供正确的工具 © 2015 PTC

主要信息 价值定位 现在每一们设计师和工程师都能够更快速的模拟和分析设计 今天的收获 主要信息 现在每一们设计师和工程师都能够更快速的模拟和分析设计 价值定位 更快速、更容易的利用模拟分析技术在进行产品设计的同时优化产品性能。削减物理样机数量，消除重工和延迟，节省时间和开发成本。 © 2015 PTC