先进仿真软件赋能产品设计与制造效能跃升

最新可视化系统让制造商以前所未有的速度与效率设计、制造产品。

仿真正渗透制造全场景：从车间 CNC 加工到离线 CAD/CAM 编程 NC 设备。产品全生命周期管理 (PLM) 领域，产品开发者在设计多阶段高度依赖复杂多物理场 CAE 应用，精准评估汽车、航天等严苛环境下的热、流体、材料疲劳应力，确保新设计满足严格质控。

最新 3D 可视化软件包让制造商能以近 100% 精度加速制造切削与装配工艺验证，这对提升传统加工与增材制造工艺效率至关重要。

更精准的仿真结果

Simufact Engineering GmbH (汉堡，MSC Software 业务单元) 联合创始人兼 CEO Hendrik Schafstall 指出：利用复杂工具推导材料属性、提供更精准结果成主流趋势。制造商现可获取 “全工艺链仿真，涵盖所有相关工序与接口——主要捕获制造历史用于后续碰撞与疲劳寿命分析，预测零件局部性能以评估零件表现”；OEM 端仿真与 PDM 系统全自动耦合。

另一趋势：设计阶段纳入更多制造过程仿真信息。Schafstall 指出：“增材制造与钣金装配是大驱动力。”越多使用 “制造态” 零件进行结构仿真以获更精准结果；仿真拥有更稳健工艺窗口，识别生产中必须监控控制的关键影响参数。

CNC Software Inc. (康涅狄格州托兰德，Mastercam 开发商) 高级分析师 Ben Mund 表示：所有仿真类型的关键趋势仍是更强 “真实感” 与更高级分析能力。当前仿真提供 “对机床所有运动部件、其与刀具工件交互的深度数学模型，能精准定位不想要运动的位置与成因”，双轨并进增强程序员信心与车间生产力。

Mund 强调：复杂机床涌现背景下，精准仿真比以往更关键——“NC 编程需高精度，且需弹无虚发的信心确保机床正确运行程序”。商店需根据需要选择仿真类型：刀路仿真快速清晰查看刀具运动并提供深度分析；机床级仿真增加机床环境，展示机内运动部件潜在冲突。

“仿真正成为每个车间的刚需；随机床刀具进阶、生产力诉求增、连接反馈普及，逼真仿真全面爆发。机床、刀具、材料、目标工件交互的深度数学仿真驱动车间最核心实用应用，这是制造软件公司重金研发测试的 ‘核心’。”

“屏幕级真实感” 让物理模型呈现如真实世界般直观：机床与运动部件可视化构建 (含厂商 Logo)、色彩材质选择、显示选项，让程序员直观确信程序结果。

仿真普惠化

高端仿真 (尤其是 CAE) 长期由专业仿真专家把控，准入门槛高。近年，通过连接宿主数据系统 (轻量级客户端或云端高性能计算 HPC)，仿真工具向制造组织全层级开放，超算级算力支撑超大规模复杂可视化分析。

Autodesk 生成式设计与仿真解决方案高级产品经理 Brian Frank 指出：“关键趋势是持续降低使用门槛。大家认可仿真价值，但采纳障碍常存：成本与获取能力。Autodesk 通过订阅制让世界级仿真技术触手可及，持续将技术融入 Fusion 360 等核心设计产品，自动化引导工作流让非专家也能从仿真中获益。”

Siemens PLM Software Simcenter 全球产品营销总监 Ravi Shankar 称：制造数字化转型迫切要求推广仿真工具以应对工业 4.0 速度。仿真对数字化产品开发至关重要——虚拟世界正确仿真设计制造流程，能加速产品上市。

Shankar 认同普惠化仍在路上：“近年取得显著进展，但仍有距离。普惠化既指组织内更多人能执行仿真，也指更多人无需专家背景即可消费仿真成果。” Siemens 凭服务设计师优势领跑：NX 环境集成仿真技术 (CAD/CAM/CAE)；通过 Simcenter FloEFD (Mentor Graphics 计算流体动力学) 集成至其他商业 CAD；投资生成式设计与可视化含先进 VR 探索仿真结果。

Dassault Systèmes Simulia 营销与战略副总裁 Subham Sett 指出：云端 CAE 方案大幅降低非专家准入门槛，仅需有限本地硬件与 IT 支持即可调用海量算力与仿真能力。历史上制造软件与 CAE 仿真软件割裂，分别服务制造工程师与仿真专家；如今为追求 “首次合格、降本”，企业寻求实施前仿真制造过程，需集成方法链接产品 BOM 与制造过程——含双方逼真仿真。

Mund 补充：“仿真已成 CAD/CAM 标配。二十年来行业从基础刀路回溯进化到材料去除可视化、完整机床环境仿真。用户对标配期待同步跃升，多数 CAD/CAM 厂商视仿真重要性近乎等同刀路生成。”

仿真领域巨额投资

Autodesk、Dassault、Siemens、Hexagon 等头部厂商近年在 CAE 多物理场领域大举投资。Siemens 2016 年 45 亿美元收购 EDA 巨头 Mentor Graphics，并购 LMS International 与 CD-adapco 构建仿真组合。2018 年计量巨头 Hexagon AB 收购 NCSIMUL 开发商 Spring Technologies。

Shankar 称：“Siemens 通过收购整合仿真方案，聚焦交付数字化创新平台。Simcenter 提供业内最广深组合：LMS 与 CD-adapco 拓展系统仿真、高级 3D 仿真、测试、流体仿真，结合设计探索与仿真数据管理。” Mentor Graphics 带来电子电气领域深厚能力，强化面向设计工程师的 CAD 嵌入式流体仿真，硬件测试方案亦为组合增色。2019 年 1 月 Simcenter 3D 全面更新，建模更快、仿真更精准。

Sett 指出：“高价值跨行业应用日益需全物理、全尺度仿真能力。Dassault Systèmes 近期通过收购 PowerFlow、XFlow、Wave6 产品线补强流体与声学仿真；收购 CST Studio Suite 补足电磁仿真。”

精度与易用性双提升

面向真数字孪生，开发商交付更高真实感与精度。Sett 称：“今日 CAE 仿真极度逼真精准，可利用预测制造变形反向补偿设计，使制造态零件符合设计态公差。通俗说：预判制造导致的形变，提前补偿，成品几何匹配设计意图。”

用户诉求：精度、速度、易用、与制造软件集成。制造工程师需无深厚仿真背景也能直观上手的工具。增材制造仿真需求爆发，因其能创造传统制造不可能的设计，迭代仿真需求激增。“前沿仿真工作多聚焦增材制造。”

互联高级制造装备中，仿真潜力巨大：加速上市、降本、规避或消除制造缺陷。Schafstall 指出：“因应用不同，节本潜力各异，亦带来更快上市、深度洞察、工艺理解、内部知识传递；更稳健工艺窗口允许更多创意验证。”

仿真让生产前掌握更详尽信息。“更懂制造过程及其问题，能创造更可制造、优化的设计；仿真将在设计阶段 (增材领域) 更早介入。”

2019 年 2 月 MSC Software 发布 CoSim 引擎 V1.6，提供多物理场框架下不同求解器/学科直接耦合的协同仿真接口，支持 Adams (MBD)、Marc (FEA)、scFLOW (CFD) 协同建模，覆盖工业级规模应用，提升复杂多物理场应用的精度、精确度与性能。

Autodesk Frank 称：“算力释放前所未有的制造洞察，支持设计实验探索材料、工艺参数、设计参数最佳组合。无论 NC 机床仿真、注塑工艺仿真、金属增材打印，用户都能最大程度预知车间表现。” Autodesk 自有生产测试实验室持续验证软件精度与可预测性。

NC 切削仿真深度演进

NC 仿真领域，模拟验证切削刀具过程让制造商清晰掌握刀路切削运动及机床内除刀具外所有运动部件。NCSIMUL Hexagon Production Software (波士顿) 最新仿真验证软件提供全自动系统，集成新自动化特性，已融入 Hexagon Manufacturing Intelligence 旗下 Vero Software CAD/CAM 产品线 (EdgeCAM、WorkNC、AlphaCAM 等 Vero 品牌及 Mastercam、Siemens NX CAM 等 15 款第三方应用)。

计划 4 月发布的 NCSIMUL 2020 更新：通过 API 大幅强化与 CAM 系统集成、更新 GUI、覆盖生产全流程的完整 BOM (含测量控制)；自动控制能力改善与 CNC 机床连接，读取车间所有参数。“连接程序员与车间，无需离开电脑，五轴机床尤其需要 CAV (计算机辅助验证)。”总经理 Silvère Proisy 表示。仿真更逼真：“体积对体积切削，可见铲刀痕迹、真实切削细节，极致还原；模板化黑盒仿真自动判定程序安危；新增车削机床优化，去年已增铣削优化。”

CGTech Vericut 产品经理 Gene Granata 指出：新一代机床更复杂、更高速，运动部件更多、新增 M/G 代码、甚至 “换刀” 等简单动作亦在极速发生。刀具机床推至极限时，灾难性故障瞬间降临。

优化 NC 代码与生成流程成核心焦点。“利润率下降、竞争加剧是主因；优化每一环、精准成本估算关乎生存。”Vericut Force 优化确保所有 NC 程序以最优切屑负荷切削，动态切削力保持安全范围，实现更精准加工时间预测。

Granata 强调：精准仿真乃生产力基石。数字孪生机床模型仿真 NC 代码，让 CNC 机床专注制造而非试切；虚拟消除潜在碰撞与加工错误，规避高昂停机与延期。更精准数据赋能更强仿真：精准机床模型利于碰撞检测；详细刀具模型验证零件特征可达性与合理使用 (如安全斜坡角)；从云端下载带推荐切削参数的刀具模型，保障进给转速适配。

Granata 认为：数字孪生 CNC 机床上的 NC 级仿真是验证 NC 程序能否在目标机床良好运行、产出预期零件、无碰撞/超程/代码错误的最全面方式；亦是 NC 程序优化最佳选择，因可同步应用最优切削法与机床能力极限。

Vericut 9.0 采用更高级 OpenGL 图形，显著提升显示质量与性能，增强跨视图功能一致性，支持测量、剖面、理论设计模型与仿真切削件对比。即将推出功能：Restart 能力 (纠错后从错误前几程序块重启仿真验证)；Force 优化器优化加工与图表交互；Force Calibration 产品支持车间自测刀-工切削条件并驱动 Vericut 分析优化。