从虚拟设计到现实制造

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当今的经济状况意味着工程和制造业企业将承受比以往更大的压力。一款集成软件又是如何帮助企业面对这些新挑战呢？　　

　　在美国汽车X Prize大奖赛中，汽车企业家奥利弗·库特纳（Oliver Kuttner）在美国弗吉尼亚州成立了Edison2公司。随后他还组建了一只汽车“梦之队”，并希望通过设计一款重量轻、速度快且环保的概念车赢得美国汽车X Prize大赛。

　　而这款Edison2概念车（图1）就是采用Siemens PLM Software的Solid Edge进行设计：为最大限度地降低车辆重量，Edison2的设计人员借助Solid Edge完善的功能确定车辆模型数字化部件和组件的重量。最后，该概念车凭借830磅的重量和较低的温室气体排放量赢得X Prize大奖赛主流级别的500万美元大奖。

图1

　　当前，Edison2正借助概念设计中所汲取的经验创造一款油耗极低车辆并最终实现量产。与竞赛车辆不同，该车重量非常轻，更省油并配备较大的车门、车轮和更强大的制动系统。由于具备概念车的设计基础，Edison2开始将Solid Edge软件的同步技术引入车辆设计中，使该车型的相关修改更为迅速。Edison2研发主管Brad Jaeger说：“我们计划在下一代的车辆开发中采用更多的同步技术，从而缩短原型车的生产时间”。

　　Solid Edge设计主要采用自上而下的顺序建模方式，并可直接将原有的模型导入带有同步技术的Solid Edge内，从而实现快速设计更改并在极短的时间内将Edison2的设计概念引入安全且舒适的车辆设计中。

　　制造业正面临多重压力：产品上市周期越来越短、客户定制方案越来越普遍以及产品成本越来越低，这些都意味着工业企业将想法和概念转换为实际制造需要更高的效率。虽然我们可以通过采用当前的数字化设计软件以提高部分效率，但是由于大多数企业仅采用单点解决方案，因此收效非常有限。

　　Solid Edge是否可作为一项帮助制造业企业应对新挑战的解决方案，而不仅仅是一款简单的集成软件？

　　设想一下，一款产品是如何按照客户需求，并通过概念化设计进入生产加工的？数据的重复利用是大部分业界领先企业的制胜法宝。

　　一个很简单的事实就是：对部分项目进行重复利用不仅可节省时间和精力，而且可以使知识得到最大程度发挥。同时，外部数据的重复使用也是各企业必须面临的一个问题——采用供应商或客户所提供的数据，高效运作并通过协作和智能模式采用适宜的几何模型，也可有效地节省时间。事实上，Solid Edge所采用的同步技术可实现企业的按需设计和数据的重复使用。不仅如此，Solid Edge还可帮助用户实现产品在整个生命周期内的无缝衔接：在概念设计阶段，Solid Edge自带一套完善的2D/3D建模软件，可协助进行程序化，机加部件和组件的创建（图2）。在详细设计阶段，采用历史建模设计或采用同步技术的几何外形变更，Solid Edge是唯一一款融合上述两种方式的软件（图3）。在设计验证阶段，借助Solid Edge的仿真技术（包含基础线性静力学分析和模态分析），并采用Femap可进行多项复杂性仿真验证（图4）。Solid Edge能够为用户提供所需要的一切功能；在文档管理方面，设计图样仍是设计工作室和加工车间之间的通用语言，Solid Edge可重新绘制或由3D模型进行2D设计图纸的绘制（图5）；在加工方面，CAM Express采用先进的Siemens PLM SoftWare经验，因此可利用Solid Edge的刀具加工路径编程处理前使用（图6）；在设计管理方面，Solid Edge SP借助微软（Microsoft）Sharepoint平台，可对复杂的设计数据进行可视化管理（图7）

图2 概念设计

图3 详细设计

图4 验证

图5 文档管理

图6 加工

图7 设计管理

仿真：降低成本和产品优化

　　随着加工材料成本的攀升和客户对高效解决方案和更坚固产品的需求，仿真在产品开发环节中的作用显得越来越重要。Solid Edge通过何种方式实现产品优化？

　　数字化设计软件可提供一种令人眼花缭乱的方式进行产品开发、完善和优化。几乎每一件产品都可进行诸如碰撞和干涉检测在内的单一零件结构性能仿真和成套复杂多体仿真。

　　各企业在寻求独立解决方案执行上述各步骤时，相关问题接踵而至：有效降低数据的重复使用率并引入蠕变误差概念；重复执行目标且耗费资源（例如建模）；当设计团队内不同成员之间所创建的几何外形或结果存在差异时，设计数据则不能进入各阶段间的正常流程。

　　Solid Edge可提供一套替代性方案：目标搜寻软件是实现设计复杂化的首要原则，同时，Solid Edge在三维CAD环境中集成了相应的有限元分析（FEA）软件，Solid Edge的仿真功能（基于Femap技术）允许设计人员和工程师在设计初始阶段至产品验证阶段间使用上述相关软件（图8）。对于结构更为复杂的目标（例如：模态、弯曲、热传递和非线性仿真）而言，独立的Femap也可提供更为先进的软件对3D几何外形进行高效重复利用，从而达到预定目标。

图8 Femap具有先进的仿真功能

制造：从设计到生产

　　产品制造过程是一项复杂的加工过程且包含多个阶段。零件由开发阶段到投产阶段之间的转变过程不仅仅只是单纯的CNC数控机床编程或注塑机使用。无论是进行铸模或压模制备，还是采用部分浇注或制造新的工装夹具，都必须确保加工过程的高效性和时效性，并尽可能快地实现球头旋转和零件生产。

　　CAM Express软件涵盖了从各项过程数据准备到复杂机加工具编程的全部功能。

　　对于采用Solid Edge进行零件制备的情况，Solid Edge可通过全套软件为制造准备过程提供完善支持。特别是其独有的同步技术可使用户获取零件几何外形并按照其预定方式进行快速使用。无论是开发一款复杂的模具或在外协加工前新增机加毛坯，同步技术均可在不改变零件几何外形的前提下实现上述更改或在使用第三方“被动”数据时无需历史结构树（图9）。

图9 同步技术允许用户按照加工过程进行3D几何外形的重新定义

　　对于采用CAM Express进行CNC数控编程的情况，在完成前期准备后，CAM Express软件可通过零件编程设计并为加工刀具创建所需的G代码（用于反映Solid Edge中的模型变化）。无论是采用2.5棱形坐标系加工方式、高速3坐标加工方式或复杂的5坐标或多回转加工方式，CAM Express均可提供完善的软件支持。基于业界领先的Siemens PLM SoftWare NX计算机辅助加工（CAM）技术，CAM Express可对用户的刀具加工路径进行全套设置、路径创建、优化、仿真和验证（图10）。

图10 CAM Express可提供包括刀具加工路径创建、优化到仿真、验证等全套作业

Solid Edge应用程序：一个有利于Solid Edge完善的社区软件

　　Solid Edge的新版本当中还包含了丰富的第三方应用程序，可满足用户更为专业或特殊的需求（图11）。

图11

　　例如，数据管理（借助KeyTech技术）和产品配置（借助CADECplus技术），再如从Trayak EcoDesigner提供的产品生命周期评估和环保设计，到高品质的渲染和可视化（借助LuxionKey Shot技术）。与此同时，部分制造合作伙伴也在积极寻求特殊功能和适用软件的协助，例如：SigmaNest、ESPIRIT、JetCAM和其他软件。事实上，Siemens PLM SoftWare已完成Solid Edge应用程序环保体系的开发并已将其投入实际使用。

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