3DTIMON：模流分析“老將”開啟新征程

撰文/朱輝杰

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3DTIMON：模流分析“老將”開啟新征程

撰文/朱輝杰

左：中野亮 右：朱彩華

今天，每當(dāng)模具工程師談到模流分析，總繞不開Moldflow，偶爾也會有人提到Moldex3D。十幾年前，曾經(jīng)和Moldflow爭鋒的C-mold似乎已經(jīng)被人遺忘。實際上，在模流分析技術(shù)高速發(fā)展的三十多年歷程中，唱主角的不僅有Moldflow和C-mold，來自日本的3DTIMON軟件也是核心角色之一。相比和Moldflow幾乎同時期交互發(fā)展的3DTIMON ，Moldex3D只能算是后來者。

2016年5月，在3DTIMON V10中文版正式發(fā)布之際，3DTIMON的東家日本東麗工程株式會社和國內(nèi)PLM行業(yè)的老牌公司UDS（聯(lián)合數(shù)字集團）確立了商業(yè)合作關(guān)系，UDS成為3DTIMON在中國區(qū)的獨家代理商，雙方合作向中國的模具制造業(yè)提供先進的模流分析技術(shù)和工程支持服務(wù)。本刊記者有幸見證了“UDS-Toray 3DTIMON技術(shù)服務(wù)中心”的誕生，并采訪了日本東麗工程株式會社理事兼CAE軟件事業(yè)部長中野亮、技術(shù)總監(jiān)綾野裕和UDS公司總經(jīng)理朱彩華。

三維模流分析“老將”

模流分析技術(shù)的發(fā)展和工程化、商業(yè)化應(yīng)用不過三十多年時間，誕生于日本的3DTIMON和誕生于澳大利亞的Moldflow都是其中的老牌軟件，而且均綿延至今。與Moldflow從大學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化而來不同，3DTIMON脫胎于材料提供商——日本東麗株式會社——提供纖維、樹脂和塑膠、碳纖復(fù)合等各種材料。

3DTIMON的開發(fā)始于1981年，中野亮先生說：“這款軟件最初是東麗集團的樹脂材料部門在技術(shù)研究和工程應(yīng)用中開發(fā)的，逐步成熟和商業(yè)化后，東麗集團將這款軟件納入東麗工程株式會社的業(yè)務(wù)范疇，以便服務(wù)于更多企業(yè)。東麗工程株式會社分為電子事業(yè)部（液晶、半導(dǎo)體等業(yè)務(wù)）和工程項目建設(shè)事業(yè)部。CAE軟件在營收方面，雖然在東麗工程株式會社中占比不高，但是，其工程化應(yīng)用幾乎關(guān)聯(lián)東麗集團的各個業(yè)務(wù)部分，CAE對東麗集團的業(yè)務(wù)發(fā)展非常重要?！?/p>

3DTIMON的亮點不僅僅在于“老”，還因為其在模流分析技術(shù)發(fā)展的歷史上，創(chuàng)造了很多第一。在20世紀80～90年代，受限于有限元算法和計算機硬件性能，幾乎所有工程化和商業(yè)化的模流分析軟件均基于中性面2.5D技術(shù)。1996年，東麗發(fā)布了世界上第一款真正采用三維技術(shù)的模流分析軟件3DTIMON，大大簡化了模型的前處理過程，也提高了復(fù)雜模型分析的效率和準確性，降低了三維模型解算對計算機性能的需求。此前，這款軟件名為TIMON，“3D”字頭記錄了這項歷史性的技術(shù)突破。在模流分析技術(shù)的三維化進程上，3DTIMON早于Moldflow，更早于使用有限體積算法的Moldex3D。

2003年，基于東麗在材料特性研究和工程化應(yīng)用方面的優(yōu)勢，3DTIMON-OPTICS功能模塊發(fā)布，可以分析模擬材料的雙折射率分布情況，3DTIMON成為了世界上首款能預(yù)測制成品光學(xué)性能的商業(yè)化軟件。這項技術(shù)突破也使得3DTIMON在光學(xué)制品成型領(lǐng)域有著不錯的用戶基礎(chǔ)。

作為模流分析領(lǐng)域的老牌軟件，3DTIMON在超薄件分析、嵌件分析、多色成型分析都有著特殊的功能優(yōu)勢，但是，相比另一員老將Moldflow，甚至相比后輩Moldex3D，在中國用戶群中的知名度都有差距。對此，中野亮先生表示：“3DTIMON在日本企業(yè)中的應(yīng)用非常普遍，在中國境內(nèi)的日資企業(yè)也有應(yīng)用，但在中國制造企業(yè)中的知名度確實不高。最近幾年，中國制造業(yè)飛速發(fā)展，我們在中國開展了很多工程項目，日益加強對中國市場的投入。此次，我們與UDS合作，希望擴大3DTIMON在中國制造業(yè)的影響力和應(yīng)用范圍。UDS在中國制造企業(yè)中具備豐富的執(zhí)業(yè)經(jīng)驗、深厚的技術(shù)積累和良好的口碑，這是我們實現(xiàn)未來目標(biāo)的基礎(chǔ)?！?/p>

UDS公司總經(jīng)理朱彩華先生在采訪中說：“UDS是西門子工業(yè)軟件的最大代理商，有超過20年的工業(yè)軟件銷售、咨詢和服務(wù)經(jīng)驗，我們和東麗在業(yè)務(wù)上有相當(dāng)長時間的互動，相互之間有一定了解，這是雙方合作的基礎(chǔ)。同時，3DTIMON確實有其獨到之處，有助于我們更好的服務(wù)于中國模具行業(yè)的客戶”。

開啟中國之旅的金鑰匙

Moldflow在上世紀90年代末就進入了中國制造業(yè)市場，Moldex3D則在新世紀初開始市場耕耘。3DTIMON雖是老將，但也是市場的后來者，那么，東麗和UDS聯(lián)手開啟其中國之旅的底氣在哪？

中野亮先生認為，3DTIMON開啟市場大門的金鑰匙有三個，第一，對材料特性的深入研究和大量數(shù)據(jù)積累。第二，3DTIMON作為三維分析軟件的前后處理優(yōu)勢和專利算法。第三，各細分專業(yè)領(lǐng)域的獨特優(yōu)勢和長期積累的工程化經(jīng)驗。

中野亮說：“東麗集團是材料研究和銷售公司，年營業(yè)額超過200億元美金，員工超過45000名。其中，纖維材料占業(yè)務(wù)量的42%，樹脂和塑料材料占25%，和IT相關(guān)的材料占12%。3DTIMON由東麗這樣的材料商研發(fā)，使軟件對樹脂、塑料、復(fù)合材料和纖維材料的特性描述和分析、預(yù)測更準確，材料種類和試驗數(shù)據(jù)積累更豐富。同時，我們不僅具有東麗本身材料的數(shù)據(jù)，還吸納了大量第三方材料商的數(shù)據(jù)。”

除了材料特性數(shù)據(jù)的積累外，模流分析軟件的前后處理和算法，是決定軟件應(yīng)用效率、解算性能和結(jié)果準確性的重要基礎(chǔ)。據(jù)綾野裕先生介紹，3DTIMON基于三維模型的算法是東麗的專利，這套算法經(jīng)過了大量材料特性和工程實踐的驗證，其對模流流動的分析和預(yù)測準確度非常高，而且即使大型且高復(fù)雜度的項目，也不需要高性能的計算機，解算效率很高。因為3DTIMON采用三維模型分析，因此在建模、劃分和生成網(wǎng)格等前處理環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了高度的自動化，相比其他軟件簡單、高效得多。

模流分析本身是個非常狹窄的技術(shù)范疇，應(yīng)用領(lǐng)域和市場容量并不十分大，因此，不同軟件之間的角逐實際非常激烈。3DTIMON爭鋒的另一把金鑰匙也是大多數(shù)日本工業(yè)軟件的特點——在細分專業(yè)領(lǐng)域長期深耕細作，從而形成的豐富工程化經(jīng)驗。3DTIMON除了前后處理和流動、保壓、冷卻、翹曲等通用模塊外，還包括嵌入件、多色件、光學(xué)成型件、超薄件、超薄液晶件、粘彈性材料和結(jié)構(gòu)分析等專用模塊，這些都是3DTIMON經(jīng)常長期工程驗證后、具備獨特優(yōu)勢的模塊。憑借通用模塊和專用模塊，3DTIMON可以在產(chǎn)品設(shè)計和制造階段，讓產(chǎn)品設(shè)計師和模具工藝師利用直觀的三維方式，結(jié)合不同的材料特性，預(yù)測可能存在的問題，并在產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計、成形工藝等不同階段給出可行的建議，從而避免翹曲、飛邊、凹陷等外觀不良問題，同時減少試模，縮短工期，提高效率，并降低物料和設(shè)備成本。

除此之外，3DTIMON還有許多獨特的功能優(yōu)勢。例如，可視化技術(shù)可以讓用戶在模流分析過程中，觀察模具內(nèi)部的情況，從而更好地分析和預(yù)測模流過程。例如，靈活的后處理模塊可以提供各種分析圖表，并將計算結(jié)果導(dǎo)入到NASTRAN等其他分析軟件中，從而進行更全面的產(chǎn)品分析和驗證。

中野亮先生說：“除了CAE軟件事業(yè)部外，東麗工程株式會社有專門的汽車和飛機事業(yè)部，還建立了專門的塑膠、復(fù)合材料事業(yè)部以及專屬的工程化研究部門。同時，東麗與汽車行業(yè)的豐田、本田、馬自達開展合作，長期服務(wù)于光學(xué)、精密機器領(lǐng)域的佳能、三星和富士康等企業(yè)。目前在3DTIMON的應(yīng)用領(lǐng)域中，汽車行業(yè)占到40%，電氣占19%，精密機器14%，復(fù)合材料占10%，其他領(lǐng)域占12%。全球已經(jīng)有超過400家企業(yè)使用3DTIMON。經(jīng)過三十多年的不斷深入研究和工程應(yīng)用，3DTIMON在特定細分行業(yè)和專業(yè)領(lǐng)域的工程化能力不斷增強?！?/p>

對于模流分析軟件而言，能準確描述、分析和預(yù)測各種材料特性，能高效和準確的進行前處理和解算，能確保計算結(jié)果值得信賴，這是軟件得到用戶支持的先決條件，有著35年歷史的3DTIMON顯然已經(jīng)具備了這樣的基礎(chǔ)。

朱彩華先生對3DTIMON在中國市場前景也談了自己的看法，他說：“去年，我曾拜訪東麗的日本本部，東麗的材料研究和軟件工程化能力令人驚嘆。3DTIMON在中國某些行業(yè)具有很好的應(yīng)用前景，例如，中國的汽車工業(yè)發(fā)展迅速，自主技術(shù)研發(fā)的呼聲漸高，加上輕量化、以塑代鋼的大趨勢，3DTIMON在碳纖復(fù)合材料方面的獨特優(yōu)勢，使其能成為汽車企業(yè)的良好研發(fā)助力。在精密機器、光學(xué)設(shè)備領(lǐng)域，3DTIMON也明顯有很多機會。作為中國區(qū)的獨家代理，我們會幫助更多企業(yè)了解和使用3DTIMON?！?/p>

合作開啟3DTIMON未來之路

“UDS服務(wù)于中國制造業(yè)已經(jīng)超過20年，作為西門子工業(yè)軟件的最大代理商和服務(wù)商，積累了豐富的軟件分銷、技術(shù)咨詢和工程服務(wù)經(jīng)驗，更在模具行業(yè)積累了很多資源。西門子的主要工業(yè)軟件來源于航空制造業(yè)，軟件從工程中來，又應(yīng)用到工程中去，這是優(yōu)秀工業(yè)軟件的基礎(chǔ)。東麗的3DTIMON也具備這個特點，由材料工程化公司開發(fā)，由行業(yè)龍頭制造企業(yè)應(yīng)用和驗證，最終形成了世界級的模流分析軟件。UDS牽手東麗，一定能在中國的制造業(yè)闖出一片新天地”，UDS公司總經(jīng)理朱彩華先生對本刊記者說。

據(jù)了解，在V10版本發(fā)布前，東麗工程株式會社和UDS攜手，在上一個中文版本的基礎(chǔ)上，加強了3DTIMON的本土化程度，不僅提供了全中文的軟件界面，而且?guī)椭募碗娮咏坛桃踩鏉h化，以確保中國用戶能夠更方便的學(xué)習(xí)和使用軟件。

中野亮說：“在日本，很多Moldflow用戶轉(zhuǎn)為3DTIMON用戶，原因就在于我們不斷在培訓(xùn)和技術(shù)支撐上的投入，不僅幫助用戶利用3DTIMON解決工程問題，還根據(jù)用戶的新需求，不斷開發(fā)增加新的功能。在中國，UDS將成為我們和用戶企業(yè)之間的橋梁，不僅幫助中國用戶更好地利用3DTIMON，而且把中國用戶的需求反饋給我們，以增強我們的產(chǎn)品?！?/p>

據(jù)記者了解，東麗已經(jīng)在中國建立了研發(fā)中心，進行產(chǎn)品的研發(fā)和改進，并支持中國的合作伙伴和用戶。未來一段時間，UDS將和東麗攜手開展3DTIMON應(yīng)用培訓(xùn)，并發(fā)布針對各行業(yè)和專業(yè)領(lǐng)域的中文教程，同時編制教材和大綱，讓3DTIMON可以進入模具相關(guān)的大專院校和職業(yè)技能院校。

正如凌野裕先生所講：“3DTIMON不僅僅是軟件產(chǎn)品，其關(guān)鍵在于包含了大量東麗的工程實踐和材料研究、應(yīng)用經(jīng)驗。我們希望通過與UDS的合作，能將這些寶貴的經(jīng)驗引入中國的制造企業(yè)中，這將3DTIMON在中國市場最大的價值體現(xiàn)?！?/p>

記者手記

一招鮮，吃遍天。3DTIMON要在中國模流分析軟件市場后發(fā)先至，必須在某些特定領(lǐng)域具備獨特的優(yōu)勢，這方面，3DTIMON顯然是有所準備的。競爭是技術(shù)進步的催化劑，模流分析市場也不能僅僅讓Moldflow一家獨大，這對用戶也不是好事情。在V10的發(fā)布會上，記者也看到了3DTIMON一些有趣的新功能，例如，三維冷卻管路的智能模擬和分析，材料剩余應(yīng)力的高低溫循環(huán)分析，纖維材料的塑性流動的精準分析和預(yù)測，碳纖維復(fù)合材料的性能分析和預(yù)測……在通用的功能外，這些也許是未來模流分析軟件應(yīng)用的重要方向，《智能制造》全媒體將持續(xù)保持關(guān)注。