本站原创在全球化经济时代的今天,随着国际市场的逐步打开,我国高速动车企业迎来了空前的发展机遇,但在迎接机遇到来的同时也面临着巨大的挑战,这种挑战不仅仅来自于国内竞争者给予的压力,更多的则来自于国际市场中的竞争者.为了迎接国际市场带来的机遇与挑战,提升企业研发效率和创新能力以增强产品的竞争力则尤为重要.
高速动车设计是一项复杂的系统工程,通常由多个专业的子系统组成,出色的设计方案必然是在对其各个专业子系统进行有效的综合和协调之后产生的,因此,研发活动协同效率的好坏将直接影响企业研发和创新能力的提升.
为了有效解决高端研发企业在研发活动中遇到的问题,打通研发效率和创新能力难以提升的瓶颈,企业级综合设计平台PERA.Workspace应运而生.PERA.Workspace将产品研发仿真过程中涉及的人、技术、业务等诸多方面实现协同；将多学科、多参数、多物理场的问题实现耦合计算和优化；将研发活动产生的数据、知识、经验实现管理和沉淀等；最终通过科学的信息化手段帮助企业实现研发效率和创新能力的提升.
项目背景
中国某机车企业主要从事铁路机车、客车、货车、动车、城轨、地铁及重要零部件的研发、制造,和轨道交通装备专有技术延伸产业.该公司在电力机车、高档客车、高速动车组、铁路货车、内燃机车、柴油机等领域拥有较为领先的研发和制造技术,是我国高速动车领域重大科技攻关项目的中坚力量.
在该公司的高速动车研发仿真活动中,涉及到结构、车辆动力学、疲劳、空气动力学、振动噪声,室内流场、碰撞、冲压成型等多学科,各学科的研发过程中均会使用多种仿真工具软件,同时产生大量的仿真文件数据并在软件之间频繁传递.由于这些仿真任务、仿真软件和仿真数据缺乏统一有效的管理,导致各学科、各部门的仿真成果尚不能有机结合为一体形成技术优势.因此,如何整合设计、仿真、工艺等技术和数据资源,为企业提供一个多学科综合设计协同工作的平台环境是迫切需要解决的问题,也是企业快速提高研发能力,加快技术引进吸收,实现高速动车自主创新的必要条件.
面临的挑战
为了有效实现高速动车研发效率和创新能力的提高,企业通过调研和梳理将目前在高速动车研发设计过程中遇到的主要制约问题归纳如下：
研发活动中的仿真需求与仿真工作主要依靠行政手段进行衔接,缺少规范化的仿真流程,人员之间的信息交流效率低,且容易出错,无法有效实现统一协调管理.
多学科仿真过程会涉及多种学科的仿真工具软件,并产生大量的仿真数据文件,这些软件和数据都分布在各个相关人员的计算机中形成数据孤岛,部门之间、学科之间的数据交互困难,阻碍了研发设计工作的协同.
随着大量设计、仿真工具的使用,完成一次仿真分析任务需要操作多种软件,软件之间切换和数据传递频繁,手动操作较多,效率低下,且容易出错.
由于学科仿真的复杂性,各种仿真工具软件分散在各专业且由少数人员操作,知识和经验非常分散,难以积累共享形成合力,不利于企业知识的沉淀、管理和再利用.
综合设计平台的建立
通过系统调研,结合研发现状,为该企业搭建了以满足当前需求的高速动车综合设计平台,平台功能主要包括研发活动的过程数据管理、多学科软件集成、工作流程管理,专为高速动车设计写作的专业研发应用系统,便于动车研发中知识沉淀和重用的设计步骤封装与模板生成功能,以及为企业实现现有数据系统（如PDM）的集成等内容.平台功能架构如下：
平台主要功能模块介绍如下高速动车专业应用系统写作结合企业研发特点写作开发出面向高速动车设计的结构静强度仿真环境、空气动力学仿真环境、疲劳仿真环境、铸造过程仿真环境、冲压成型过程仿真环境、焊接过程仿真环境等；
工作流程管理通过仿真流程梳理为该企业构建了科学高效的研发仿真流程,并通过数字化的手段实现仿真任务流程的写作、固化和任务协同；
过程数据管理：建立了以仿真数据管理为主的研发数据管理系统和仿真数据库,对仿真过程中产生的结果数据和过程数据分别进行管理,将离散化的过程数据实行网络化管理,保证数据完整性、传递稳定性、可追溯性以及数据共享：
步骤封装与模板生成根据需求写作出不同执行标准下的车体静强度仿真分析模板、动车车体仿真模板、转向架静强度分析模板等,以及将产品研发中能够固化下的步骤进行封装,作为知识储备实现共享；
多学科软件集成将该企业与高速动车仿真相关的仿真工具进行集成,实现在流程流转中唤起结构、流体等相关CAE软件,及不同工具的脚本调用,主要包括PRO]E、CATIA等CAD软件：ABAQUS、ANSYS、ICEMCFD、FLUENT、SIMPACK／RAiL、AIRP、LS-DYNA、DYNAFORM等CAE软件；
与PDM系统集成：建立了与该企业PDM系统的接口,可以直接从PDM系统获取仿真任务书、产品对象、关键数据等,仿真结果数据可以直接上传到PDM系统,保证企业研发的单一数据源.
应用效果
综合设计平台PERA,Workspace的建立,有效改善了制约该企业高速动车研发效率的问题,并大大提升了企业研发活动的整体工作效率.主要表现在以下几方面：通过对研发工作流程的管理,使该企业的研发活动变得科学有序,并建立了高效的协同工作研发环境,形成了以“仿真驱动研发”为主导的科学研发模式；通过对各种仿真工具的集成,解决了软件间的异构问题,形成了统一的研发环境,各种研发仿真数据在后台自动传递,提高了准确性,降低了工作量；使研发过程中的各种离散化数据得到了有效管理,保障了企业研发活动中相关数据的引用、查询和追溯：各种仿真模板的开发和应用,降低了仿真工具的应用门槛,使CAE新手或者设计工程师都能够利用模板和专业向导进行快速仿真评估,提高了工作效率；打通与该企业PDM等数据信息系统的连接,保证了企业数据的准确性和唯一性.
自主研发和创新能力的提升是每个企业在发展中都会持续追求的目标,尤其是在市场竞争空前激烈的今天,研发能力的高低决定了企业的发展空间,对于企业来讲,寻找到有效提升企业研发效率的方法和工具则显得至关重要.通过高速动车综合设计平台的案例,可以总结出PERA.Workspace对提升企业研发效率和创新能力上的价值主要集中在以下几方面聚焦于企业研发活动中的设计与仿真工作,通过将研发活动和数据进行集中统一的管理,保障客户研发活动能够有序进行,并实现研发过程数据的可追溯性为企业建立可视可控的流程管理系统,规范研发流程,并通过与企业现有的信息化系统建立联系,为企业构建高效的企业级协同工作环境：通过易用的组件封装、多学科工具集成和计算资源管理等功能,为企业规范和简化软件操作过程,实现研发活动的快速执行和知识重用,提高研发效率通过仿真知识管理为企业实现知识的不断积累和技术能力的提升,同时,也为企业知识型团队的建设以及可持续发展的业务体系构建奠定基础.