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起底船舶行业仿真软件配置清单:国外“生态圈”倒逼自主研发和国产化验证

1月前浏览1541


今天,我们就纵向地聚焦一个行业(船舶设备研制),看看该行业的产品研发生产特点、仿真软件的配置情况,以及打破国外“生态圈”封锁中做了哪些努力。


船舶设备研制的软件需求情况

   

根据中船集团某研究院所专家在公开发言中的表述,船舶装备相较于飞机、汽车等产品,不仅产品体量大、组成复杂(涉及到百余个系统、千余台套设备和千万数量级的零件),而且涉及到的协作单位最多,是一个复杂的巨大系统工程。


据介绍,船舶装备的设计数据约为飞机的20倍,是汽车的200倍,协作研制的单位有2000多家,地跨20余个省市。故此,不难想象船舶装备的研制过程有多么复杂,各个环节涉及到了多种类别的工业软件应用。


如任务论证类软件、需求分析类软件,以及架构设计类软件、2D/3D专业设计类软件,再到集成与验证环节的工程分析与仿真类软件等等。其中,仿真与分析类工业软件就有70多种。


据悉,该研究院所的工业软件应用,不仅在在业务层面上实现了对主要研制环节的覆盖,而且在管理层面上还实现了工程管理全过程覆盖,以及在数据层面实现了全寿期数据集成管理。

   

由图示船舶设备研制过程可知,该研究院所的船舶设备研制各环节主要通过PTC、达索、Ansys等国外商业软件实现数字化管理。


仿真与分析工具配置:国外“生态圈”现象

   

在CAE软件应用方面,该研究院所表示他们配置了多种专业的CAE仿真分析工具——根据各专业仿真分析需求,配置了涵盖结构力学、流体动力学、热工水力声学、核动力装置、复合材料、发配电、电磁兼容、电子热学等主要专业领域的70余种CAE仿真分析软件,实现多专业高精度定量分析。

类别

科目

联系方式

应用

流体力学

FLUENT

美国ANSYS

快速性、耐波性、操纵性性能分析,以及统水力性能分析

CFX

美国ANSYS

AFT

美国AFT

NUMECA

比利时NUMECA

结构强度

ANSYS

美国ANSYS

舱段、舱门、典型结构的线性、非线性强度

ABAQUS

法国达索

Hyperworks

美国Altair

Dytran

NASTRAN

PATRAN

美国MSC

机械系统动力学

AMESim

比利时LMS

液压系统性能分析

声学

autoSEA2

美国Vibro-AcousticScience

结构或系统振动噪声分析

多体动力学

ADAMS

美国MSC

升降装置、操舵装置等系统性能分析

可靠性分折

RELEX

美国Relex

总体及系统可靠性能分析,在各种故障模式的影响及危害性分析

光子电子动力学

MCNP

美国洛所阿拉莫斯国家试验室

辐射防护性能计算分析

电磁学

CST

德国CST

各类电子设备电磁兼容性能、舱室电磁环境的分析

电子热学

FLOTHERM

美国mentor graphics

电子设备热力场分析

其他国产仿真类软件

FEMTransfer

济南快创智能科技

不同结构分析软件之间模型转换

Hysim

安世亚太

数据协同和联合仿真的集成平台

3DCC

诚智鹏科技

高精度装配体的机械部件公差仿真与分析

IDE

索为公司

将设计、分析、优化等一体化工程

CARMES

工信部电子五所

可靠性建模、预计、分配、评估、仿真分析

配置清单中仅列出了部分仿真与分析类工业软件,还存在大量国外商业软件没有体现。


根据不完全统计情况,该所在仿真与分析软件90%以上都为国外商业软件,而且很多专业分析软件的大部分功能都相似,重复性建设的情况严重。


关键在于,这些国外商业软件的依存环境基本为国外的硬件、国外的操作系统、国外的数据库等等,相当于存活于国外“生态圈”。如此,就导致各种使用痛点,如超高的软件升级费、新功能升级难度大、效率低,有些真正有用的模块面临禁用风险、部分软件存在“后门”,泄密风险大等等问题。


值得注意的是,即便是活在国外“生态圈”里,但是圈里的各种商业软件数据格式也不统一,导致数据共享和交互难度较大,集成化应用非常困难。


国外商业软件的痛点倒逼自主研发

   

鉴于以上,船舶设备研制的相关研究院所均联合国产工业软件服务商,通过自主研发的专属平台策略,以此规避国外商业软件的牵制。


下文是中船相关研究院所或下属公司公开的仿真软件研发项目:


1.基于SDM+Hysim平台,定制开发多学科工程分析基础管理平台

某研究院所依托安世亚太公司,定制开发了多学科工程分析系统针对推进器、典型舱段设计分析,梳理研发流程、数据工具,定制了研发流程模板、工具集成模板、数据交互模板,实现该类分析任务和分析数据的流程化管控。

   

安世亚太 HySim是一款用于多学科软件之间数据协同和联合仿真的集成平台。平台提供开放式的异构插件集成框架,通过集成设计仿真过程中各类CAX工具、打通工具/模型间的数据耦合映射接口、搭建模块化组件拼装的联合仿真流程,实现研发设计仿真过程中上下游流程的自动化串接。


2.船舶工业CAE软件产品(流体+结构)

中国船舶702所针对海洋装备总体性能中最为基础和关键的流体和结构,研发了自主化流体软件MarineFlow和结构软件SAM。前者实现了CFD模拟的网格生成、数值计算、结果后处理全过程自主可控,复杂结构化网格自动生成,丰富的湍流和自由面模型等;后者实现了多种载荷模块直接施加以及冲击显式求解,并且在行业内外近50家单位开展了推广应用。


3.快速设计与评估系统

某研究院依托索为公司的IDE平台,在研制流程与设计要素梳理分析的基础上,围绕型号设计分析过程标准化、设计要素规范化和仿真分析工作效率提升等目标,构建了快速设计与评估系统,实现了总体方案快速设计和评估迭代。


4.系列船舶工业CAE软件

中国船舶科学研究中心自主研发了两个通用软件“三维水弹性力学分析软件(ICS-THAFTS)、海洋结构分析通用软件(ICS-SAM)”;三个专用软件“船舶流体力学CFD软件(I

   

据官方新闻称,ICS-NaViiX面向船舶水动力学CFD工程应用,由N-S方程求解、湍流模型求解、自由面模型求解、6DOF运动实现与求解、多套网格耦合求解5大模块组构成,能够实现对船舶水动力学常用CFD应用需求的覆盖,计算精度与国际主流CFD软件相当。


5.研发半实物仿真系统开发平台

中国船舶某研究院所还针对半实物仿真需求,自主研发半实物仿真基础平台,主要包括数据交换服务、工业监控组态建模、用户交互界面建模、统一运行环境等。


6.自主开发船舱总体仿真系统软件

中国船舶某研究院所面向船舶总体,该研究院所自主建立了一套涵盖车、水、气、舵数字模型与仿真模型,并搭建了一套用于仿真研究、陆上演示验证、艇员队培训的半实物式仿真系统。


积极验证各类软件推进国产化替代

   

据中船相关研究院所公开新闻,他们都积极参与国产化工业软件应用验证项目,全力促进国产化软件在船舶行业的推广。如9月份诚智鹏科技刚签订的某项目——《中船重工某研究所携手诚智鹏科技,提升大型精密制造能力》以及其他研究院所的相关精度管理项目,陆续展开了对诚智鹏3DCC公差仿真与分析软件的验证。

   

中船某研究院所对诚智鹏3DCC公差仿真分析软件的验证方案总体架构


除此之外,很多单位还对沪东SPD、金航数码某CAD的船体结构设计、中物院的“茉莉平台”、济南快创智能科技的FEMTransfer等软件进行应用验证,加快完成船舶领域各种系统软件和不同仿真场景下的应用APP开发和测试,以此加快推进国产化替代的步伐。


显然,对于所有军工单位来说,自主研发或者国产化验证的过程还很漫长,当前现状才是最急迫解决的问题。如中船某院所专家提到的数据安全问题,其涉及到V5、V6数据的全息转化和读取,以及ENOVIA V6的底层对象框架模型自主化替换。


最后,综合调查情况,我们总结了中船研究院所对国产工业软件的共性需求,具体有六个:

一是对三维设计软件(包含船舶专业模块);

二是结构、流体、声学、电磁兼容等专业CAE分析软件;

三是需求、功能、架构、物理全过程的模型集成平台;

四是多领域、多学科的全船虚拟验证平台;

五是全数字模型驱动的跨系统联调试验平台;

六是以数字线索为核心的全生命周期数据管理系统。


  
 

来源:诚智鹏
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首次发布时间:2024-10-26
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