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Ansys新一代SPDM:通往仿真协同创新的必由之路

2020-11-24e-works 黄菊锋 王阳

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仿真作为优化产品设计、保证产品性能并缩短研发周期、验证复杂工况的最佳手段,其应用日趋广泛,已经成为企业创新的基石与催化剂。

    近年来,随着云计算、物联网、大数据、人工智能、5G等一系列新兴技术的发展与成熟,产品变得越来越复杂,其更新换代的速度也越来越快,使得企业面临着前所未有的产品创新压力。仿真作为优化产品设计、保证产品性能并缩短研发周期、验证复杂工况的最佳手段,其应用日趋广泛,已经成为企业创新的基石与催化剂。

    然而,随着仿真工具的大规模应用及其在系统设计流程中应用的深入,出现了大量的业务过程数据和其他相关数据,这些数据迫切需要管理,同时复杂的仿真流程也需要标准化,仿真与设计、试验等相关团队间的数据流转也亟需规范化,以实现仿真与研发创新过程的真正融合。在此背景下,催生了企业对于统一的、便于协同的企业级仿真流程与数据管理平台的需求,SPDM(Simulation Process and Data Management)应运而生。

    作为全球工程仿真领域的领导者,Ansys一直致力于领先仿真技术的开发,并具有完整的仿真产品线。为洞察Ansys在仿真数据与流程管理领域的最新发展,e-works采访了Ansys云计算和平台业务部副总裁Navin Budhiraja,Navin对Ansys新一代SPDM的功能特点与优势进行了解读,并分享了其应用实践,以及未来的发展方向。

为什么PDM/PLM平台不可以?

    当前,大多数研发类企业已实施了PDM/PLM平台,为什么不能用PDM/PLM来管理仿真数据与流程?在Navin看来,相比目前以管理产品设计数据和流程为主的PDM/PLM,SPDM(仿真流程与数据管理平台)所管理的对象和过程具有很大的差异性及很多自身的特点

    ●仿真工具种类繁多,包括流体、热、结构、电磁、物理场等不同领域/学科,不同的仿真软件会产生不同类型的仿真数据,结果文件和中间文件的格式都不一样,PDM/PLM很难管理如此多类型的数据格式。

    ●仿真结果文件容量大,单个计算结果高达几G甚至几十G,需要平台可支持断点续传,以及仿真模型元信息提取展示,如仿真求解设定等。

    ●仿真数据与流程管理不仅要管理仿真结果,更重要的是管理流程,除了PDM所支持的业务流程,还要支持仿真流程,而仿真流程由仿真节点以及节点之间的数据传递关系组成。

    ●仿真的目的是找到相对优化的方案,涉及不同工况分析、不同方案的分析等等;另外,通过与仿真工具&高性能计算的集成,平台需能够理解仿真模型内部参数,能将平台参数与模型参数关联,自动更新仿真模型数据;还需理解仿真结果数据结构,提取可视化曲线、云图、关键指标;并能驱动仿真工具求解、管理高性能计算任务等等,这些对于PDM/PLM系统,只能是望洋兴叹。

    也正是基于以上因素,决定了仿真数据与流程管理相对于PDM/PLM是不一样的数据管理平台。“Ansys在仿真流程与数据管理领域已拥有十多年积累,多年来一直在不断探索,以帮助企业应对这一系列难题。”Navin指出。

基于Minerva的新一代SPDM

    当谈及Ansys已推出了仿真流程和数据管理EKM平台,为何如今又开发新一代的SPDM平台时?Navin坦言:仿真驱动决策的前提是企业拥有有效的仿真流程与数据管理平台。尽管Ansys EKM已经可以满足许多客户的需求,并已服务了几百家客户,但EKM开发的年代较早,随着基于模型的系统工程(MBSE)理念的普及以及数字孪生(Digital Twin)等新技术的发展,需要我们不断地改进技术和解决方案堆栈以满足客户复杂的需求,例如配置管理和互操作性等。

    Ansys研发的新一代SPDM平台Minerva,既与EKM一脉相承,具备基本的仿真数据与流程以及知识的管理,又具有良好的扩展性和开放性,并增加了一些新的功能,能够很好的支持系统级一维模型与详细三维模型的结合,实现多学科优化,支撑MBSE、Digital Twin等新技术。

    Minerva由Aras的弹性平台提供技术支持,能有效地将Ansys在EKM积累了多年的SPDM经验结合起来,并将其扩展到新一代SPDM平台。另外,Minerva采用了全新架构,分为底层API、Webservice层、功能层、用户层四个层次。该架构完全基于模型,配置灵活、开放易维护、扩展性强,企业可以基于自身需求不断调试系统,而无需投入大量时间与人力重新配置,即使平台升级,也不会影响功能使用。

    作为EKM的传承,Minerva可以将所有的仿真模型与结果数据妥善地管理起来,并且能够自动解析仿真模型的元数据,通过元数据,用户在不打开庞大仿真模型的情况下,通过3D轻量级可视化工具,就能更直观地看到仿真背后的关键数据,借助这些关键数据还可以实现在线评审。另外,通过配置管理、模型管理,可以实现仿真数据变更管理,以应对设计变更后的仿真数据变更。Minerva还具备仿真流程与协作管理功能,包括仿真流程创建、任务管理与派发、设计核签、数据追溯等,帮助企业基于流程实现设计仿真协同,基于任务向导进行多专业仿真协同作业等。

    此外,通过与Ansys PIDO工具——optiSLang的集成,Minerva可以帮助用户跨越产品设计的多个学科,实现仿真设计流程的整合与自动化和基于鲁棒性的设计优化。另外,PIDO还可通过Minerva平台,将其多学科流程集成与设计优化功能进行界面封装,并以APP的形式提供给不同的用户角色,让他们更快实现仿真优化。值得一提的是,PIDO是Ansys于2019年收购业界领先仿真流程整合及设计优化(PIDO)技术供应商Dynardo而来,通过本次收购为Ansys客户带来一系列全面的流程整合与鲁棒性设计工具,其可帮助用户以更低成本更快地确定最佳产品设计。

Ansys Minerva:以仿真流程与数据管理为核心

Ansys Minerva:以仿真流程与数据管理为核心

    当前,产品的发展方向日益智能化、互联化,其开发过程也越来越复杂,产生的数据也越来越多,为了保证产品全生命周期不同来源数据的统一与互操作,仿真流程与数据管理平台不可避免地需要与其他工具/平台对接。对此Navin表示,“Ansys一直致力于帮助客户利用开放式生态系统方法在其整个产品生命周期过程中,始终贯彻仿真与优化。Ansys Minerva作为面向于企业业务而开发的企业级仿真平台,提供了开放的API与接口,可以与PDM/PLM、ALM等系统连接,以打通与工具/平台之间的数据链。”

    在工具层面,Minerva可以与Ansys自身的各种仿真工具实现无缝集成,直接读取其数据元信息,例如可读取Workbench中的设计点,并修改设计点、执行模型等;还可以集成各种主流的设计与仿真工具,比如Catia、NX、Creo、Abaqus、Nastran等,识别其文件格式;另外,开放的API框架还支持Minerva直接读取仿真工具的文件内容,并自动将信息展示在平台;Minerva还开放了接口,其它的仿真工具可以将编辑的仿真模型保存到Minerva平台,并通过调用Minerva平台接口来进行数据传输。

    在平台层面,Minerva也可以和PDM/PLM、TDM、ALM及IIoT等进行关联。例如,Minerva提供了OOTB的标准化接口,可以登录后直接检索PDM/PLM平台的数据,并将数据直接抓取到Minerva平台,实现整个流程的关联。

    此外,Minerva还可以与HPC集成,并支持基于用户特殊需求的定制等。

支撑企业仿真协同创新的关键

    在仿真无所不在的今天,仿真技术的应用已经扩展到了产品的全生命周期,为了更有力的支撑设计创新,企业需要在概念设计阶段就引入仿真,实现与需求管理、系统设计的协同,以确认总体的方案/性能能否符合要求;并能实现设计变更与仿真验证的协同迭代,以确保关键变更指标得到验证与确认;在产品设计、试验的不同阶段,会产生不同形态、相互关联的数据模型,为了实现这些数据模型的重用、可追溯,必须保证数据的连续性;还能基于模板、规则,实现仿真与试验数据的对比、印证与协同。

    另外,随着产品系统复杂程度不断增大,仿真分析过程中所涉及的学科越来越多,包括软件、机电、动力学等,为了实现对复杂产品在实际情况中更为精确可靠的仿真,各专业各层级的仿真验证需紧密协调、相互耦合。

仿真支持设计创新需要更好的多方协同

仿真支持设计创新需要更好的多方协同

    仿真技术能够有效驱动研发创新已成为共识,但面对以上多方协同的挑战,已再不是仿真工具可以解决的,企业级仿真平台才是支持仿真协同创新的关键。Navin指出:Ansys Minerva作为一款采用开放式架构构建的可互操作知识管理应用平台,可以帮助企业构建统一、完整的协同仿真环境,将仿真知识产权转为有价值且可控的企业资产,并将仿真及优化与整个产品生命周期连接起来,有效驱动研发创新。

Ansys Minerva提供完整的协同仿真验证环境方案

Ansys Minerva提供完整的协同仿真验证环境方案

    仿真流程与数据管理作为Minerva最核心的功能,已全面覆盖数据管理、3D可视化、配置管理、模型管理、工作流程、数据追溯等,可以为企业提供可视化的数据支持,实现仿真与设计人员之间的协同与数据传递、设计变更及仿真迭代管理等。而与PIDO工具的联用,则可以帮助企业实现多学科流程集成与设计优化,不仅缩短研发时间,加快对最优成本设计备选方案的评估,而且还可实现对企业仿真最佳实践的知识捕捉与封装应用。

    另外,Minerva还实现了与材料数据库Grant Materials的集成,可帮助企业更加方便的获取准确的材料数据,提升仿真精度与效率。Grant Materials是世界上最大的标准材料数据库,提供适用于所有物理场分析的材料属性,于2019年被Ansys收购。

    此外,结合大量的仿真分析及试验数据,Minerva还可通过在仿真算法中的AI技术,掌握仿真输入输出之间的相互关系,预测产品性能,寻找最优设计。Minerva还可以根据企业需求提供本地和云端的部署,以实现仿真工作负载的优化。

Ansys携手客户推动SPDM平台发展

    Ansys新一代SPDM平台,可让企业在统一的协同仿真环境中,实现仿真项目中人员、数据的协同化,过程管理的规范化及数据管理的完整化与可追溯,同时,针对仿真过程中应用的工具软件及相关系统,可以实现高效集成。

    而更为重要的是,其让仿真工作更好地嵌入到了研发创新流程,为企业内部创立了更高效地仿真协同模式,并以前所未有的广度在整个企业中实现数字线程的仿真与设计优化,助力企业全面打造“仿真驱动创新”的能力。

    目前,已有不同行业的客户在利用Ansys Minerva迅速提高生产率,从而可以更快地增长和扩张。

    对于SPDM平台的未来发展策略,Navin表示:Ansys将继续加大对平台的关注与投资,以加速实现Ansys无处不在的仿真愿景,推动我们业界领先平台的发展;持续更新Ansys Minerva的功能,以更加适应用新技术的发展趋势,并重点关注仿真驱动的数据科学、MBSE、数字安全、自动驾驶、数字孪生和云计算等领域。

Ansys云技术与平台业务副总裁兼总经理 Navin Budhiraja

    Navin Budhiraja是Ansys云技术与平台业务副总裁兼总经理。Navin拥有坎普尔理工学院计算机科学学士学位和康奈尔大学计算机科学博士学位;在加入Ansys之前,先后在在SAP,Success Factors,Amazon,Infosys和IBM等公司以及多家初创公司担任技术高管。

责任编辑:程玥
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