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人物访谈

西门子:构建复合材料航空结构开发数字化工厂
中国航空报
构建复合材料航空结构开发数字化工厂——专访西门子工业软件有限公司Fibersim产品及航空市场总监约翰·奥康纳。复合材料零件制造是西门子数字工厂方案其中的一个具体应用,展示了西门子的业内领先的复合材料技术能力。这样一个复合材料研发体系包含了产品设计和工艺规划(PLM),制造执行管理(Manufacturing Operations Management),工业自动化系统(SIMATIC),及运动控制(SINUMERK),提供的业内最完整及最强大的复合材料零件制造解决方案。Siemens PLM Software是西门子全球复合材料数字化工厂技术方案的重要参与者,目前在全球多家领先的航空航天企业逐步得到实践。

原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=247&news_id=1554

《中国航空报》过去的二十年间,复合材料的应用得到显著的提升,您认为驱动这一趋势的主要原因是什么?
约翰·奥康纳:关于环保及燃油经济性的全球性关注,使得人们在航空航天和汽车行业越来越关注执行效率。这也就驱动相关的公司在其产品中引入一些包含复合材料在内的先进材料。其中复合材料以其显著的比强度、比模量使得公司有更大的可能性设计出环境更友好、燃油更经济的产品,与此同时,这一明显的趋势也驱动复合材料专业的工程软件,比如Fibersim,来帮助这些单位设计并制造出满足其需要的复合材料产品。

《中国航空报》:复合材料与传统材料在有限元分析与结构设计之间的不同之处?
约翰·奥康纳:传统材料比如金属材料的有限元分析和结构设计通常是一种各向同性的材料。复合材料不是各向同性的材料。复合材料极其复杂,不可分割的铺层通过类似“装配”的方法及特有的制造工艺来进行制造,比如手工铺敷或自动铺带/纤维铺放。这意味着复合材料结构的性能与材料类型、几何形状和制造工艺都有关系。这些都必须在复合材料有限元分析与结构设计中加以考虑。
如果没有专业的工具,把复合材料复杂的铺层属性在结构设计与有限元分析中进行数据传递,通常也是一件困难的工作。大多数情况下,尽管对材料属性的理解已经很详细,但如何分析实际当中的复合材料结构件仍然是一个挑战。这些挑战来自两方面:首先,结构设计阶段的复杂的复合材料属性在工程阶段难以实现充分的数据共享,这就导致了难以进行准确的有限元分析。这同时也导致设计阶段的近似性和不确定性。其次,设计阶段定义的‘理论的纤维方向’通常与生产过程中的‘实际的纤维方向’不一致。这意味着复合材料基础的材料属性通常没有被完全理解,因为纤维的方向是决定其属性的关键。
解决以上两个问题的关键在于提供一种恰当的复合材料定义,能够综合考虑材料类型,设计方法和制造方法。这个定义完整捕获了详细的复合材料设计并能够帮助定义详细的复合材料有限元模型,提高有限元分析工程师在分析结果,减少过度设计同时更完整地优化整个结构。Fibersim正是提供这一关键能力的有效工具。

《中国航空报》:未来5年,复合材料设计领域的发展趋势怎样?
约翰·奥康纳:复合材料设计现在已经达到了一定程度上的更广阔的市场成熟。目前我们面临的复合材料不仅包含航空航天,也包含越来越多的汽车等其他行业。比较清楚的一点是,未来5年及将来,复合材料的用量仍然会保持高速的增长趋势。
在设计领域,有两个关键的方面会得到继续发展。首先是采用优化的方法。在传统的金属材料设计中,有一些应用很多年的,简化了的设计方法,而对复合材料而言,这些旧的设计方法无法再继续直接使用。因为复合材料的特性与金属材料完全不一样,因此有必要采用新的,更加优化的设计方法来代替旧的设计方法。其次这些设计方法需要同时考虑制造约束,并能保证面向产品性能和生产效率优化设计。西门子的复合材料结构设计和有限元分析解决方案能够支持这两个方面,同时我们也在继续专注并研发新的设计能力,以更好地支持我们的客户,满足他们在复合材料创新方面的需求。

《中国航空报》:您能否介绍下Siemens PLM Software能够为复合材料提供哪些设计和分析方面的解决方案?
约翰·奥康纳:Siemens PLM Software的战略是为全球的复合材料设计、分析和制造的客户提供最先进的、开放性的解决方案及服务。我们提供开放性的解决方案,允许用户使用适合他们情况的设计和分析工具,如CAD、PLM和CAE工具等。Siemens PLM Software复合材料解决方案主要基于Fibersim作为核心的设计工具,这些在过去的30年间得到了众多全球复合材料用户的实际项目验证。Fibersim提供不同类型零件的设计方法,制造评估并能够控制成本和避免错误,同时提供市场上范围最广的复合材料制造设备(自动下料机,激光投影仪,自动铺带机/自动铺丝机等)方面的数据接口。
同时,Siemens PLM Software还提供复合材料线性及非线性有限元分析方面的能力,通过我们的Laminate Composites产品,用户能够进行复合材料的尺寸优化,评估设计初期的复合材料力学属性(许用值,载荷等),铺层优化并验证初期的层合板铺层。在收购了LMS后,Siemens PLM Software通过SAMCEF进而补充了这方面的能力,SAMCEF具有业内最先进的线性和非线性发复合材料分析方面的能力,渐进式失效分析(比如损伤,冲击,层间损伤等),及分析大尺度复合材料部件的能力。Siemens PLM Software全部的复合材料相关的产品能够提供目前市场上,最强大的及最全面的复合材料设计和分析方面的能力。

《中国航空报》:Siemens PLM Software复合材料方面的能力与其他复合材料方案比较有哪些优势?
约翰·奥康纳:我们处于全球的复合材料设计和分析领域领导者地位超过20多年。我们的先进技术已经被全球超过400多家的航空航天企业及其进行的复合材料项目得到全面的验证。Siemens PLM Software复合材料解决方案之所以如此强大的原因在于Fibersim能够进行最准确的复合材料可制造分析。这一独特的能力提供了市场上最先进的预测纤维走向的工具,同时提供了最准确的面向有限元分析和制造阶段的数据。这一优势支持全面的纤维仿真,进而帮助复合材料设计团队进行复合材料持续的创新。20多年的实践表明,Siemens PLM Software的复合材料方面的产品是复合材料行业的最先进的工具,满足了全球复合材料行业不断增加的新的挑战。

《中国航空报》:西门子作为德国“工业4.0”战略的倡导者及实践者,西门子在复合材料方面的能力如何与“工业4.0”及数字化工厂的战略进行融合呢?
约翰·奥康纳:西门子公司是德国“工业4.0”概念的倡导者及实践者,数字化工厂是“工业4.0”的基础及主要组成部分,同时“中国制造2025”战略其中一个重要的领域也是:以信息技术与制造技术深度融合为特征的数字化网络化智能化制造,航空航天装配是该规划指定的十大领域之一。西门子数字化工厂是包含全部西门子在自动化,PLM,及运动控制方面的优势,面向制造类企业的全面的解决方案。
复合材料零件制造是西门子数字工厂方案其中的一个具体应用,展示了西门子的业内领先的复合材料技术能力。这样一个复合材料研发体系包含了产品设计和工艺规划(PLM),制造执行管理(Manufacturing Operations Management),工业自动化系统(SIMATIC),及运动控制(SINUMERK),提供的业内最完整及最强大的复合材料零件制造解决方案。Siemens PLM Software是西门子全球复合材料数字化工厂技术方案的重要参与者,目前在全球多家领先的航空航天企业逐步得到实践。 文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=247&news_id=1554