西门子数字化仿真确保机器人设计质量

1、西门子数字仿真技术提高机器人设计质量西门子工业()Restricted AG 2016Realize innovation.目录西门子数字仿真技术发展历程NX Nastran/NX Simulation特色机器人工业的西门子提高机器人设计质量解决方案智能化前后处理器结构分析运动仿真几何优化疲劳分析电磁分析Page 22014-06-10Poftware西门子CAE发展历程Restricted Page 3AG 20142014-06-10s.PoftwareNX Simulation/NX Nastran特色Restricted AG 2013s.Smarter decis, bettrodu

2、cts.NX 提供解决法方案设计CAD仿真是一个产品，或者设计模型来源无关性设计工作与仿真工作过程融为一体设计模型与仿真模型（设计模型与仿真模型自动关联更新）设计数据与仿真数据管理基于公差的和柔性公差Restricted Page 5AG 20142014-06-10s.PoftwareNX Simulation改变传统设计与模式将传统串行仿真工作模型变换成设计与仿真并行工作独有装配有限元计算，使得设计与仿真能够并行将仿真拓展到设计团队，以提高设计与迭代效率，设计设计能力，更大地发挥仿真效益将仿真工程师从相对成熟而重复量大的工作中解放出来显著提高现有传统仿真的效能高度智能化自动化建模，为其它求

3、解器提供前处理建模，使得CAE工程师建模工作量剧减Restricted Page 6AG 20142014-06-10s.PoftwareWhy-How机器人设计与仿真同步进行Restricted AG 2013s.Smarter decis, bettroducts.在产品开发周期中解决问题的成本解决问题的成本,十倍规则:o 在概念设计阶段与详细设计阶段,解决问题的成本会增长10倍o 另外一个10倍关系是详细设计与产品/验证阶段o 在原型产品与产品生产阶段也是10倍成本关系o 在完成产品中的不可预料解决成本o 早的产品认知有利于早期解决问题开发阶段概念设计详细设计原型试产正式生产评估解决问题

4、的成本 CostR/ePstrrioctbedlePage 81 XAG 20132013-06-0310 X.100 X1000 X20,000+ XsPoftware提高产品的设计最佳的策略仿真是一个关键的推动者，但传统的仿真模式跟不上设计的节拍更早分析产品的行为促进分析/设计工程师之间的协作概念/设计阶段评估的设计迭代定义最佳做法来评估产品的行为减少在产品中特殊零件数量Restricted Page 9AG 20142014-06-10s.Poftware实施“第一次就把事情做对”CAE瓶颈向设计提供的反馈较晚设计设计设计分析师设计设计分析师设计向设计提供的反馈较晚Restricted

5、Page 10AG 20142014-06-10s.Poftware设计工程师做仿真通过CAE分析师创建的NX仿真过程或者规则通过NX传输仿真建模规则或者流程设计设计设计分析师设计向仿真传输更灵活的设计，进行分析复杂学科或者整车或者大的子系统设计分析师设计Restricted Page 11A2014-06-1001r ghts.Poftware包含高端CAD完整建模功能的多学科工程仿真环境NX多种求解器支持动力响应工具包空间系统热分析复合材料建模声学成型模拟(照射热)NastranAnsys Abaqus LS-DynaRecurdy nStar CCM+AdamsCFDFatigue TM

6、G ESCRestricted Page 12AG 20142014-06-10s.Poftware知识驱动设计与仿真流程自动化耐久性分析试验与分析相关性以及分析模型更新电子系统散热分析非线性结构分析:跌落，冲击，碰撞自动流体域几何生成工具和同步建模电磁分析运动与控制流体分析与优化热分析与优化线性结构与优化智能化几何建模与仿真建模NX Simulation 领先技术工业4.0时代仿真数据可性Parasolid、StGES、STL、智能模型生成ProE、CATIA V4 和CATIA V5、SolidWorks、Autodesk、ANSYS、ABAQUS、Nastran、RecurDyn、Ada

7、ms, 几何结构功能是区别在多CAD世界里面推动生产力对设计过程效率很重要NX AdvancedFEM 绝对领先优势版本管理几何结构创建、变更和更新管理，知识引擎，最佳实践，自动化，验证和定制化同步建模技术123 2D面向分析的建模（非一致边边、边面缝合技术）stitch edge装配有限元建模 AFEM自动化、智能化网格划分技术自动化的模型连接关系生成功能强大的工具快速几何结构/修复、 特征抑制/修改、拓扑结构评估/提取、CAE拓扑结构 自动化和控制全图形界面功能的超单元定义Restricted Page 13AG 2012014-06-10s.Poftware几何编辑过程对比CAE 前处理

8、(数小时 几天)采用同步建模技术的NX CAE(10 秒)基于CAD历史(10 20 分钟)发现特征不能直接编辑特征执行简单的同步建模命令编辑特征设计变更后需要重复几何编辑更新模型通几网格编辑，使和网格不关联修改下游的特征要设计师编辑模型和等待更新模型Restricted Page 14AG 20134/22/2016s.PoftwareWAVE技术可以实现选型后网格自动更新RePaM SoftwareNX CAE 支持求解器支持多种知名CAE求解器Openegration3rd PartyABAQUSANSYSMSC NastranLS-DYNAFluentSPLM in-house sol

9、versNX NastranNX ThermalNX FlowNX Electronic Systems CoolingNX Spaystems ThermalNX CorrelationNX DurabilityI-deas UNV file supportStar CCM+Restricted Page 16AG 20142014-06-10s.设计与多学科仿真环境Nastran Abaqus Ansys LS-Dyna Fluent Samcef AdamsRecurdynNX Simulation分析流程仿真比传统CAE分析过程提高3-10倍甚至100倍的仿真效率NX CADRestr

10、icted Page 17AG 20142014-06-10s.PoftwareSolverPre-tCAD机器人 工业的Restricted Page 18AG 20142014-06-10s.PoftwareTrendsRisksOpportunitiesRobots have to meet new types ofrequirements (ex. Vibration&Noise) Robots areing lighterOperational speed of Robots will increaseThe collaborative robot wille widely adop

11、tedRobots need to be more flexible (Moreuitive and simplified means of re-programming the robot and its Functions)Robots are taking on human capabilities(Tasks are not nesarily repetitive and predictable)Drives are smaller, consume lessenergy and produce moreerNew requirements and customerscenarios

12、increase design riskLighter structures operating at higher speeds have increased operating tool vibrations, compromising repeatabilityCo-worker safety has to be designed o the robotic systemIncreasing controller complexity & systemseraction will challenge existing mechatronic design prosDesign & opt

13、imize the whole product,not just the underlying systems aloneAccelerate the design pros by adopting a true mhe loop, softwarehe loop and hardwarehe loop pros.Avoid late design changes by ensuringt structural, systems and control engineers work on a consistent mVerify controller robustness with high

14、fidelity ms.Use simulation to validate more exotic customer usage scenarios提高机器人设计质量解决方案运动仿真力学性能机电设计方案和选优Simulate and visualize complex mechanisms Check clearanStrength Durability Vibrations / Noise Ergonomicsegrate actuators sDesign Of Experiments Optimization Automationmegrate ControlsRestricted P

15、age 19AG 20132013-06-03s.PoftwareNX 前后处理器+NX Nastran+NX Motion+NX Durability NX的机器人结构、多体运动学动力学及疲劳解决方案提早产品性能精确高效的真实世界一以贯之的方案：设计仿真优化机器人结构分析MCAE 全球标杆 NX NastranRestricted AG 2013s.Smarter decis, bettroducts.NX Nastran 发布历史一览表NX Nastran 1 September 2003 (开始于MSC Nastran v2001).NX Nastran 5 February 2007N

16、X Nastran 5.1 October 2007NX Nastran 6 June 2008NX Nastran 6.1 April 2009NX Nastran 7 October 2009NX Nastran 7.1 July 2010NX Nastran 8 June 2011NX Nastran8.5Oct 2012NX Nastran 9 Nov 2013NX Nastran 10 Dec 2014NX Nastran 11 June 2016NX 8.5，NXN 92012，2013NXN 6.1NXN 7NXN 7.1NXN 8NXN 10NXN 5NXN 5.1NXN 62

17、01120072008200920102014Restricted AG 2014s.Page 212014-06-10PoftwareNX Nastran 一个功能全面强大的求解器 广泛的求解能力 开放的，公认标准 不断发展线性分析应力分析Virtual.lab转子动力学屈曲分析samcef高级非线性分析热分析Femap并行计算动力响应基本非线性NX优化系统级分析与超单元气弹Teamcenter复合材料噪声I-deasRestricted Siems.Page 222014-06 10PoftwareNX NASTRAN技术特点 Iterative Mesh CAE-geometry Rep

18、air Synchronous TechnologyCAE建模效率提高 NXNASTRAN通过NXCAE与CAD完全集成 Iterative Solver计算效率提高 Parallel ProsingLarger Ms Full 64-bit MemoryFaster Solutions Connection Ming开发求解新技术 Linear ContactEasier Ming Bolted Connections Glue ConnectionsGreater Accuracy MBDerfa Implicit Explicit-Linear-Linear学科扩展Additional

19、physics solutions2013-06-03RestrictPage 23PoftwareNX NASTRAN高级非线性NX NASTRAN高级非线性：集ADINA Advanced-Linear Solver应用：车顶压溃、橡胶大变形、密封、成形、非线性屈曲等分析与NX Advanced FEM集成NX NASTRAN标准输入、输出格式。完整的非线性功能，包括大位移、大变形、接触、材料非线性。非线性静力学与动力学计算隐式与显式求解器。建模效率与计算精度得到进一步提高。Restricted SiemPage 242013 06 03areForce (N)35000300002500

20、0200001500010000300机器人结构、振动噪声分析高性能计算ertrain NVH结构模态分析声学模态分析声固耦合分析声学分析（激励载荷条件）Restricted Page 25AG 20134/22/2016s.NX动力响应仿真NX Response SimulationTruck Drive-train Gear VibrationNX Response Simulation(all based on modal methods)Shock AbsorberCarrier / Diff Case / Ring GearTransmis &Driveshaft TorAxle T

21、ubeAxle Shaft(in Axle Tube)Driveshaft Tor基于模态法的结构动力学分析瞬态响应分析频率响应分析随机分析冲击分析DDAMHypoid Pinion ShaftTunedDerokeDriveshaft TorDriveshaftWheelZXYTuned Der虚拟测试虚拟应变片、应变花虚拟运动传感器（位移、速度与加速度传感器） YY-Stress PSDl rigHhtesli. ads from Engine Vibrations： Use MIL-STD810F equipment loading specificationsPoftwarePeak

22、Sine Acceleration - gTestFE M机器人运动与动力学仿真NX MotionRestricted Page 27AG 20132013-06-03s.PoftwareNX Motion完整的运动、动力学仿真环境强大的运动学，静力学，动力学仿真工具多学科共享同一个仿真模型直接与NXNastran进行刚柔联合仿真复杂载荷评估与详细的/Simlink进行控制-机构联合仿真和间隙检查集成于NX的先进后处理器Recurdyn，Virutal.Lab Motion, AdamsRestricted Page 28A2014-06llhtsPoftwareNX Motion:设计与仿真

23、分析紧密联合t-prosing2D / 3DFlexibodiesKinematics/ArticulationJos, ConstrasDynamicsFor(gravity, stiffness, ding, friction)SolvingCraig-Btondeformation modesRoot causeysisStructural Solver drivingNX-NastranCADClean sheetMechatronicsDurabilityBuildImproveRestricted Page 29AG 20142014-06-10s.Poftware集成多物理场分析

24、运动仿真柔性体应力应变与/simlink实现机电联合仿真耐久性分析Restricted Page 30AG 20142014-06-10s.PoftwareStreamlined workflows for coupled physics solutionsRobot在生成线上运动仿真Restricted Page 31AG 20142014-06-10s.PoftwareRobot运动过程中的臂的应力应变分析Page 322014-06-10Poftware生成线机器人搬运产品的全柔性体仿真Restricted Page 33AG 20142014-06-10s.PoftwareNX几何优化

25、目前市面的的优化，无论是Altair，Ansys，MSC，DS等公司的优化基本都是针对有限元模型进行优化，优化后需要人工更具网格变化情况，生成几何模型这种优化方式带来的是不直接，不便于工程应用NX CAE的几何优化功能，直接驱动三维和草图变化，优化完成三维几何模型也优化完成了，几何优化无论是结构，流体和热分析都可以进行Restricted Page 34AG 20134/22/2016s.PoftwareNX结构分析几何优化过程展示Unrestricted Page 35AG 2013s.20PoftwareNXAdvanced Durability用于机器人关键运动件的行业独一无二的集成疲劳

26、计算基于的疲劳向导计算集成的系统级疲劳计算提供集成的疲劳计算，不需要离开仿真支持静态、准静态、动态、非线性、瞬态、随机等计算类型基于有限元的疲劳计算准则:TWI WeldBWI Weld*Dang Van safety factor*厚度修正*复合材料疲劳计算AG 20/142014-06-10Restricted Page 36s.PoftwareNX Magnetics 电磁分析用于机器人系统的EMC仿真电电子产品分析电，包括同步电分析电子元器件和变压器等,用来计算电磁损耗、涡流和温度场。机和异步电机，甚至线性马达，用来计算扭矩、关键变形（NXNastran）和温度场。高压电工高频分析天线、波导和微波制 导设备，用来计算电势差、电磁力、温度场和受力变 形（NX Nastran）。分析高压开关，用来 计算电弧产生的影响。电磁兼容和电磁干扰运动影响电磁兼容分析，用来分析电磁干