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通過更強大更**的三維設(shè)計與仿真開拓創(chuàng)新的靈魂
**：無人氣：8862013年7月23日 13:38
關(guān)鍵詞：產(chǎn)品 西門子
摘要：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所利用NX 進行集成的、多學(xué)科的仿真和設(shè)計優(yōu)化，推出先進的光學(xué)和工業(yè)創(chuàng)新產(chǎn)品


中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所利用NX 進行集成的、多學(xué)科的仿真和設(shè)計優(yōu)化，推出先進的光學(xué)和工業(yè)創(chuàng)新產(chǎn)品

業(yè)務(wù)挑戰(zhàn):
管理日益復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計
促進多CAD和CAE系統(tǒng)的協(xié)同
實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展和改進

成功關(guān)鍵:
利用廣大NX用戶獲得的經(jīng)驗教訓(xùn)
實施NX并將之作為集成的\多學(xué)科的仿真解決方案
在實施NX的過程中,利用大量針對性很強的培訓(xùn)

成果：
目前，先進的仿真使結(jié)構(gòu)分析和熱分析變得更容易。
成功確立了多學(xué)科設(shè)計框架，包括繼承、優(yōu)化的設(shè)計功能。
通過直接利用三維設(shè)計生成數(shù)控程序，保證了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)質(zhì)量并促進了協(xié)同流程。
提高了效率并促進了創(chuàng)新，包括簡化的空間遙感器軌道熱模型開發(fā)。

承擔(dān)探索中國科研創(chuàng)新體系的光榮職責(zé)
　　　 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所（長春光機所）成立于1952 年。在一批享有崇高聲譽科 學(xué)家的**下，長春光機所已創(chuàng)造出十多項“中國**”的創(chuàng)新產(chǎn)品，其中包括**臺紅寶石激光器、**鍋光學(xué)玻璃、**臺電子顯微鏡以及**臺高溫金相顯微鏡等。同時，長春光機所還在眾多項目 中扮演了重要角色，從設(shè)計電影經(jīng)緯儀、高分辨率成像光譜儀到航空測量儀，以及南太平洋遠程運載火箭發(fā)射，長春光機所為中國的國防現(xiàn)代化事業(yè)做出了重大貢獻。
　　　 然而，當(dāng)今社會日趨激烈的科技競爭呼喚科技創(chuàng)新，而科技創(chuàng)新需要更有力、更**的信息技術(shù)來支 撐。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展及其***的加速滲透，全球正經(jīng)歷從工業(yè)社會向信息社會的過渡。長春光機所自1999 年實施知識 創(chuàng)新工程以來，已開始綜合運 用先進的信息技術(shù)和創(chuàng)新的管 理理念，進行產(chǎn)品研發(fā)的**實施、管理與優(yōu)化。

NX 在長春光機所的早期應(yīng)用
　　　　 三維設(shè)計當(dāng)前已經(jīng)在各個領(lǐng)域 普及，長春光機所是國內(nèi)最早 采用三維設(shè)計工具進行研發(fā)的 單位之一。20 世紀(jì)90 年代， 長春光機所將Siemens PLM Software 的NX™ 軟件的早 期版本應(yīng)用于三維設(shè)計，以促 進和確保其科研項目的成功。特別是NX 的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)功能使長春光機所的研究人員 能夠在一個直觀的三維情景中 對現(xiàn)實世界進行描述，并使他 們在創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計方面發(fā)生 了革命性的變化。
　　　 然而，隨著當(dāng)今光學(xué)系統(tǒng)的產(chǎn) 品特征日趨復(fù)雜，長春光機所 在設(shè)計過程考慮到的因素也日 漸增多。過去的產(chǎn)品設(shè)計往往 只考慮到某個學(xué)科或系統(tǒng)的影 響，忽略其他學(xué)科或系統(tǒng)在產(chǎn)品設(shè)計過程中的作用，設(shè)計出來的產(chǎn)品只滿足單一學(xué)科的要求，這意味著大部分對其他學(xué)科來說很重要的因素仍未得到測定。但是現(xiàn)在，這種狀況已得到了極大的改觀，因 為NX 系統(tǒng)的**改進功能能夠直接進行多學(xué)科的光學(xué)系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計；這其中就包括對光學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、電學(xué)以及熱學(xué)進行評估的團隊。現(xiàn)在，這些學(xué)科彼此相互作用、相互影響，從根本上確立了多種因素 彼此間的“藕合”關(guān)系。
　　　 長春光機所副研究員陳長征博士舉例解釋了這種方法的重要性：“以傳統(tǒng)的光學(xué)儀器為例，比如光譜 儀，其設(shè)計過程是一個復(fù)雜的多學(xué)科多用戶的協(xié)作過程，往往涉及到光學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、熱力學(xué)以及材料學(xué)科等諸多學(xué)科團隊。除了要滿足各個學(xué)科的設(shè)計要求之外，還必須考慮復(fù)雜的設(shè)計限制因素，包括 因各個學(xué)科彼此耦合而帶來的交錯紛雜的設(shè)計約束和限制”。鑒于這些因素，長春光機所將關(guān)注的焦點轉(zhuǎn)移到多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的研究和應(yīng)用上來。

應(yīng)用NX 實現(xiàn)多學(xué)科的設(shè)計優(yōu)化
　　　2006 年，長春光機所開始配置該系統(tǒng)，并使其成為一種具備三維設(shè)計、結(jié)構(gòu)仿真、機構(gòu)運動仿真、流體仿真、**熱仿真以及軌道熱分析等多種功能的多學(xué)科、集成化仿真解決方案。
　　　 為了更**地應(yīng)對日漸增多的設(shè)計工作量和日益復(fù)雜的設(shè)計任務(wù)，長春光機所將NX NASTRAN�和 NX Advanced Thermal 等結(jié)構(gòu)分析和熱分析應(yīng)用軟件也收納進來，擴展了其NX 環(huán)境。其中，后者可 以在考慮多種變量影響的同時，對整個設(shè)計的力學(xué)和熱學(xué)特性進行分析。陳長征表示：“有了這些改 進功能，長春光機所成為首批完成三維設(shè)計普及應(yīng)用，以及**仿真定點應(yīng)用和數(shù)控（NC）加工應(yīng) 用的企業(yè)之一”。
　　　 為了使長春光機所的**人員能夠加快新軟件的實施并提高生產(chǎn)力，Siemens PLM Software 組織了針對性很強的大量培訓(xùn)，包括到研究所組織大型培訓(xùn)以及跟蹤型培訓(xùn)，以便使研究所使用該軟件的全體 人員都能更快地取得進步。此外，所里還任命了專門的技術(shù)服務(wù)人員進行所內(nèi)軟件的使用管理、所內(nèi)員工問題答疑等。最終，NX 軟件的三維設(shè)計功能得到了長春光機所多個部門的廣泛支持；現(xiàn)在，年 輕員工已經(jīng)普遍使用三維設(shè)計和出圖，極大地提高了工作效率。
　　　　現(xiàn)在，一些復(fù)雜的零部件被直接發(fā)送到信息技術(shù)部門，數(shù)控程序因而得以**地生成。在促進數(shù)據(jù)統(tǒng) 一、提高總體工作效率以及一次加工成功率方面，這種協(xié)同流程發(fā)揮了重要作用。
　　　　此外，長春光機所還開始了新一輪的**實踐探索。由于復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計分析工作經(jīng)常需要多種 CAD/CAE 軟件功能協(xié)同工作才能完成，所以長春光機所決定建立集成化的光學(xué)、力學(xué)以及熱學(xué)優(yōu)化設(shè)計平臺，以滿足研究所的特殊要求。 這一平臺包括使光學(xué)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱設(shè)計、以及試驗仿 真更便利的軟件集成。對于長春光機所來說，將這些軟件統(tǒng)一安裝在高性能計算機服務(wù)器上是非常重要的，有助于緩解當(dāng)?shù)赜嬎銠C資源短缺的矛盾。

NX 系統(tǒng)強大功能的應(yīng)用實例
　　　 陳博士為我們描述了**的NX 升級產(chǎn)品是如何幫助中國宇航工程設(shè)計新光學(xué)系統(tǒng)的：“在新系統(tǒng)中， 由于次級鏡位于離遙感器開口比較近的位置，因此必然受到外層空間熱環(huán)境及微重力環(huán)境的影響。因此，長春光機所需要詳細分析由于次級鏡在空間熱環(huán)境及微重力環(huán)境影響下發(fā)生面變化而引起整個光 學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的變化情況。這種復(fù)雜的分析以往需要多種軟件工具才能實現(xiàn)。現(xiàn)在利用NX 軟件， 整個模型的力學(xué)和熱學(xué)特性分析均由其準(zhǔn)確完成，從而簡化了設(shè)計流程。”
　　　 基于NX 的三維建模功能，長春光機所能夠建立空間遙感器的軌道熱模型。通過NX Space Systems Thermal(空間軌道熱分析模塊)，可以確定遙感器在軌道環(huán)境下的溫度場分布情況。然后，將熱分析模型的溫度場映射到NX 結(jié)構(gòu)分析模型中，并施加空間微重力載荷，以計算其變形情況。利用同樣的方 法，還可以計算整個遙感器中各個光學(xué)元件的變形對光學(xué)系統(tǒng)性能的影響，并進行靈敏度分析，指導(dǎo)光學(xué)元件支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化。

集成化的設(shè)計和仿真
　　　　NX 系統(tǒng)建設(shè)完成后，長春光 機所在工程仿真設(shè)計上又進行 了相關(guān)硬件和軟件的補充，包括購買兩臺128CPU 計算服務(wù) 器，及電子學(xué)、光學(xué)的設(shè)計分 析軟件、集成優(yōu)化設(shè)計軟件等， 并結(jié)合相關(guān)軟件進行了部分的適應(yīng)性開發(fā)應(yīng)用，現(xiàn)已經(jīng)建成 一套可以完成光、機、電、熱、 空間輻射等多學(xué)科設(shè)計，并具 有集成優(yōu)化設(shè)計能力的一套系 統(tǒng)。
　　　 長春光機所現(xiàn)在可以通過標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用組件接口，實現(xiàn)多學(xué)科的設(shè)計與仿真工具集成。同時還可以進 行設(shè)計和仿真數(shù)據(jù)的交流與共享，并在內(nèi)部網(wǎng)內(nèi)共享資源，從而支持多學(xué)科團隊間的協(xié)同工作。此外，長春光機所還利用自己開發(fā)的程序完成光－機－熱集成仿真評價，并與其優(yōu)化設(shè)計軟件集成，從而為 整套系統(tǒng)創(chuàng)造了一套最為合理的設(shè)計環(huán)境。
　　　　陳博士說：“當(dāng)前階段，我們對這套NX 系統(tǒng)還是非常滿意的。而隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，還會對設(shè)計 和仿真提出更高的要求，這套一體化設(shè)計平臺也將得到不斷的更新和發(fā)展。” 陳博士特別提到：在中國**躋身全球科技創(chuàng)新***行列的背景下，長春光機所已被定為于科研創(chuàng) 新的最前沿。 其信息技術(shù)為該所科研創(chuàng)新的持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。“我們打算使用NX 系統(tǒng)進一 步加強多學(xué)科團隊的知識融合，并在此基礎(chǔ)上建立專家?guī)煜到y(tǒng)，建立**的設(shè)計事例模板，實現(xiàn)資源、 數(shù)據(jù)、知識以及項目經(jīng)驗的共享。”陳博士如是說。




空間外熱流狀態(tài)下相機溫度場分布
功率單元模塊
LDZ14501000.070
LDZ14501000.100
LDZ14501001.140
LDZ14501002.200
LDZ14501002.260
LDZ31500082.315
LDZ31500082.375
LDZ31500082.500
LDZ31500082.660
LDZ10500424.040
LDZ10500424.070
LDZ10500424.100
LDZ10500424.140
LDZ10500494.200
LDZ10500494.260
單元控制版
A1A10000432.00
A1A10000432.01
A1A10000432.02
A1A10000432.30
A1A10000432.31
A1A10000432.34
A1A10000432.53
A1A10000432.54
A1A10000432.55
A1A10000432.71
A1A10000432.72
PCB 控制板卡
A1A10000623.00
A1A363818.00
A5E03407403
A1A363628.00
A1A098194



A1A10000423.00
A1A461D85.00
A1A10000350.00M
A5E01708486
A1A460A68.23
A5E02624585
A5E01649374
A1A363662.00
A1A363662.01
A5E02634309
冷卻風(fēng)機
LDZ10501601
LDZ10501603
LDZ10501650
LDZ10501652
A5E02381532
LDZ092828
電源模塊
LDZ10501382
A1A0100275
14000461.00
LDZ10501526
LDZ10501373
LDZ10501472

TYPE DESCRIBE TYPE DESCRIBE
A1A10000432.00M CCB LDZ10500424.040 40A Power Cell
A1A10000432.01M CCB LDZ10500424.070 70A Power Cell
A1A10000432.02M CCB LDZ10500424.100 100A Power Cell
A1A10000432.53M CCB LDZ10500494.200 200A Power Cell
A1A10000432.54M CCB LDZ10506538 Fuse
A1A10000432.71M CCB LDZ10506537 Fuse
A1A10000432.72M CCB LDZ10506540 Fuse
A1A10000432.31M CCB LDZ14501000.070 70A Power Cell
A1A10000432.30M CCB LDZ10000432.00C CCB
A1A10000432.34M CCB LDZ10503106 IGBT(100A/1400V)
LDZ10000623.00C CPU board kit LDZ10503001 Rectifier Diode
363658.00C CPU board kit LDZ10501431 Fuse（63A/690V）
A1A10000623.00M CPU board kit LDZ14501000.100 100A Power Cell
A1A0100521 CPU board kit LDZ10000432.01C CCB
A5E02238031 CF card LDZ10503107 IGBT(150A/1400V)
LDZ363628.00C Mother Board LDZ10503001 Rectifier Diode
A1A098194 Mother Board LDZ10501432 Fuse（80A/690V）
A1A363628.00M Mother Board LDZ14501001.140 140A Power Cell
LDZ01708486C PCA, SIGNAL CONDITIONING BOARD LDZ10000432.02C CCB
A5E01708486 PCA,SIGNAL CONDITIONING BOARD LDZ10503108 IGBT（200A/1400V）
A1A10000423.00M PCA,I/O Board LDZ10503001 Rectifier Diode
A1A10000403.01M PCA,SIGNAL CONDITIONING BOARD LDZ10501433 Fuse（12*/690V）
A1A10000350.00M Modulator Board LDZ14501002.200 200A Power Cell
10000225.00 Modulator Board LDZ10000432.02C CCB
A5E01649374 I/0 BREAKOUT BOARD LDZ10503104 IGBT（300A/1700V）
A5E03407403 Serial Cummunication Board LDZ10503002 Rectifier Diode
A1A363818.00M Serial Cummunication Board LDZ10501434 Fuse（160A/690V）
A1A461D85.00M FOLB KIT LDZ14501002.260 260A Power Cell
LDZ252090.11NGSC keypad Kit 10000432.02C CCB
A5E02669561 keypad Kit LDZ10503110 IGBT（400A/1400V）
A1A460A68.23M keypad Kit LDZ10503002 Rectifier Diode
A1A363662.00M MV Bypass Control Board LDZ10501435 Fuse（200A/690V）
A1A363662.01M MV Bypass Control Board LDZ31500082.315 31* Power Cell
LDZ252241.55SC FOLB KIT LDZ10000432.54C CCB
A1A252241.55S FOLB KIT LDZ10503116 IGBT（600A/1700V）
A1A363549.00M POWER SUPPLY LDZ10503005 Rectifier Diode
LDZ10501500 WAGO MODULE LDZ10506512 Fuse（690V/350A）
LDZ10501501 WAGO MODULE LDZ31500082.375 37* Power Cell
LDZ10501502 WAGO MODULE LDZ10000432.54C CCB
LDZ10501503 WAGO MODULE LDZ10503116 IGBT（600A/1700V）
LDZ10501504 WAGO MODULE LDZ10503005 Rectifier Diode
LDZ10501505 WAGO MODULE LDZ10506511 Fuse（690V/400A）
LDZ10501506 WAGO MODULE LDZ31500082.500 500A Power Cell
LDZ10501507 WAGO MODULE LDZ10000432.54C CCB
LDZ10501508 WAGO MODULE LDZ10503117 IGBT（1700V/800A ）
LDZ10501351 FILTER,18.75 X18.75 X0.875 LDZ10503006 Rectifier Diode
LDZ10501352 FILTER,20.5 X18 X0.875 LDZ094091C Fuse（690V/450A）
LDZ10501353 FILTER,21.5 X18.5 X0.875 LDZ31000082.660 660A Power Cell
LDZ10501463 FILTER,615x490x22MM LDZ10000432.53C CCB
LDZ10501601 380V,50HZ LDZ096070C IGBT (1200A/1700V)
LDZ10501603 380V,50HZ LDZ10503006 Rectifier Diode
LDZ10501650 380V,50HZ LDZ095786C Fuse(690V/550A)
LDZ10501652 380V,50HZ LDZ10501472 UPS
LDZ10501951 Capacitor 6300UF/400VDC LDZ097618C UPS
LDZ10501952 Capacitor 12000UF/400VDC LDZ10501382 DCR Power Suply
A1A094595 PTC LDZ10501373 HALL CT
A1A094726 PTC A1A14000461.00 Power Suply
LDZ10501378 Interlock A1A0100275 Power Suply
LDZ085868C Fiber Optic Cable LDZ164877.05C RESISTOR
LDZ11500211.10 Fiber Optic Cable LDZ164877.06C RESISTOR
LDZ10501526 WAGO Power Suply LDZ164877.10C RESISTOR