图1 ETA-China公司DYNAFORM产品经理刘克素女士

在模具开发和设计过程中，加强前期的分析和仿真，将会提高成形工艺和模具结构设计的水平，减少试模的工作量，降低模具制造成本，缩短模具新产品的设计制造周期。

AI：贵公司的CAE产品面向汽车模具及冲压应用领域的技术特点是什么？对于提升模具质量、缩短模具制造周期和降低成本方面的作用和实际效果主要体现在哪些方面？

刘克素女士：eta/DYNAFORM软件提供的是冲压模具系统分析整体解决方案，涵盖冲压成形性分析，模具结构的强度分析，冲压生产过程中板料和产品移动及搬运分析，冲压生产过程中的废料排出分析。

在产品设计阶段就引入eta/DYNAFORM，可以提高产品的成形性，减少后续模具开发阶段的设计更改，缩短设计周期；提高产品的工艺性，减少模具工序数量，提高材料的利用率；

在模具开发阶段，提高模具的工艺性，缩短模具调试周期，一般模具调试周期缩短50%，同时优化模具结构，节省成本，优化生产系统，减少干涉和卡料，提高生产效率。据美国GM统计，可以缩短整个产品开发周期30%。

图2 ESI公司冲压仿真模拟产品PAM-STAMP技术主管边立静女士

边立静女士：ESI公司在汽车模具领域的产品主要是Pam-stamp 2G，其核心技术的开发集团组合了欧洲主要汽车生产商，其产品开发完全与工业生产相结合，因此，其技术特点首先体现了其工业性。另外，ESI与国内外的多家高校和研究院所均有合作，能够把新技术第一时间融入到软件中并体现在实际的工业应用，因此其另外一个技术特点应是其技术的先进性。

Pam-stamp 2G覆盖了模具开发的各个阶段，其对于提升模具质量、缩短模具制造周期和降低成本等方面的作用体现在各个方面：在模具设计初期阶段能够快速完成模拟分析，检查和评估模具设计，进行工艺参数及材料参数的选择；在产品基本定型阶段，其精确的回弹预测及回弹补偿分析能力可以帮助用户在公差范围内对模具进行全面质量控制。

陈军博士：Altair HyperForm软件提供了快速而可靠的工具，能够快速实现冲压制件的冲压可行性分析、冲压工艺方案的详细设计、冲压工艺方案的精确验证、冲压工艺方案的优化设计和计算结果的可视化。

1．Altair HyperMesh是一个针对有限元主流求解器的高性能前处理工具。它提供了无以伦比的交互化建模功能、广泛的CAD和CAE软件接口，具有强大的网格单元划分功能。

2．应用HyperForm的一步法，可以在模具及冲压工艺参数均未知的情况下快速评估冲压制件的成形性，进行坯料展开和材料成本的估算，进行直观的排样分析，提高材料的利用率。

图3 澳汰尔工程软件（上海）有限公司陈军博士

3．模面设计是冲压工艺方案详细设计中重要内容，使用模面设计工具能够实现基于NURBS的压料面和工艺补充面参数化设计，从而确保冲压工艺的顺利进行。

4．使用集成的RADIOSS增量法求解器实现对冲压工艺方案的精确验证分析，同时支持显式和隐式求解。HyperForm提供了快速建模工具，能够实现对所有冲压工艺的仿真分析。

5．Result-Mapping工具能够将冲压成形的计算结果数据（比如厚度变化、残余应力和残余应变）映射到相应的性能分析模型上，进一步实现制件的精确性能分析，从而可以在设计阶段考虑制造因素的影响。

6．Result Generator工具可以将冲压模拟计算结果自动生成所需报告，并支持多种形式。

7．HyperForm使用Altair HyperWorks平台上强大的优化工具，能够实现模具形状参数优化、冲压工艺参数的优化和模具结构优化。

8．HyperForm使用Altair HyperView功能强大的CAE后处理可视化环境，实现冲压成形分析的浏览、预测和评价，可以交互地显示数据、捕捉数据、实现后处理过程的标准化。

9．HyperDieDynamics（HDD）工具可实现对冲压模具和冲压线的动力学和运动学分析，能够预测冲压制件在冲压线传输过程中的各种缺陷，优化模具设计和冲压线设计。

AI：对于冲压模具的金属成形分析，其技术要求是什么？如何实现真实准确的模拟仿真？

刘克素女士：仿真这两个关键字：“仿”说明在模拟过程中，很多条件需要简化，这是产生误差的因素；“真”说明我们可以尽量接近真实。所以要实现真实准确的模拟仿真，首先要有相对准确的理论背景，模拟仿真中的各种算法，材料本构等；其次是要有准确的材料性能参数、输入工艺参数，要和现场条件吻合等。

图4 安世亚太CAE产品总经理唐伟先生

边立静女士：在冲压模具的金属成形分析中，不仅要考虑到冲压过程实际存在的因素，还要注意到数值模拟因素，如从物理模型到分析模型的简化、材料模型建立、有限元分析方法、接触和摩擦问题、原始坯料形状、模具系统和工艺参数等因素。只有充分考虑了以上因素的分析，才是科学合理的分析，其结果才真实可信。

陈军博士：实现冲压仿真分析精确结果，应遵循以下几方面的要求：

1．网格单元的合理创建。对于模具，要求尽可能接近产品的数模，尤其对一些产品的局部特征，单元要适当加密；而对产品上的较大几何面，可以使用大尺寸单元。对于板料，因为其形状比较规则，要使用同一单元尺寸，且单元尺寸尽量大。

2．准确和详尽的材料数据描述至关重要，包含材料模型的定义，材料性能数据（硬化曲线数据）输入和成形极限曲线定义等。

3．合理地使用拉延筋模型，对分析十分重要，由于物理拉延筋的几何特征的限制，通常在模拟分析中使用等效拉延筋技术，即将实际的拉延筋简化处理。

4．由于冲压过程板材要经历复杂的变形过程，最终形成冲压制件。单元在材料变形过程中也相应发生变形以捕捉变形结果，一旦单元形状发生畸变，求解将被终止而退出计算。因此，为确保计算的顺利进行，得到成形分析的最终结果，通常对初始板料的单元划分给以尽量大尺寸，在变形过程中使板料单元尺寸按照事先设定的规则更新增加单元，即单元的自适用。

5．实际的模具在冲压过程中，运动速度较慢。由于求解器的算法，若以这个实际速度定义模具的运动，计算时间将会相当漫长。因此通常在冲压仿真分析时，将加快模具的运动速度，目的是减少计算时间。

另外，为了保证计算精度，还需要对润滑条件、压边力、接触和约束条件等因素进行准确定义。

唐伟先生：板料、模具和设备是冲压加工的三要素，对仿真分析也是一样，成形仿真分析要求能够达到如下目的：分析结果满足零件形状、尺寸、精度和表面质量要求，符合零件的实际工艺过程要求，满足模具疲劳磨损要求。

对于冲压模具仿真来说，“完全”真实、准确的模拟很难实现，模具设计工程师必须具有丰富的模具设计经验并熟悉冲压工艺，深刻了解影响冲压结果的工艺参数，才能将CAE软件作为仿真工具，使仿真分析结果与实际结果尽可能吻合。

AI：汽车模具领域的用户在CAE应用方面目前普遍面对的难点和瓶颈在哪里？您的建议是什么？

刘克素女士：难点和瓶颈主要有：

1．材料参数的输入并不是一种牌号的材料就有固定的材料特性，其材料参数会在一定范围内发生变化。软件提供商不可能提供完备的、精准的材料参数，这就需要使用者从材料供应商处获得每一批材料的准确参数，或者自行进行材料试验。

2．仿真条件和生产现场条件的不一致性

模拟的数模在生产现场已经被修改过，比如调试拉延筋、修改局部圆角等，所以需要主机厂和模具厂规范工作流程。比如任何调试现场的改动都需记录并反馈，这样有利于积累分析经验。

3．正确判断分析的结果

在实际的仿真分析过程中，常常出现相同的CAE结果得出不同的分析结论的情况。这就要求用户掌握CAE评判工具，以及每种评判工具的工程背景和来源，还要求用户把CAE结果和实际结果做比对，总结规律和经验。

4．回弹分析及Class A面品质分析

目前很多客户很难准确分析回弹结果，以及因回弹等原因造成的Class A的品质。eta/DYNAFORM则可提供相对准确的分析工具。

边立静女士：我认为目前用户应用中的难点主要是模型的建立和结果的分析处理。模型的建立需对物理原型进行综合考虑，任何一个环节的失误都会影响模型可信度。获得分析结果后，如何对结果进行分析，如何判断计算结果是否合理，如何利用分析结果判断成形缺陷解决成形问题，这才是分析的根本目的，也是很多用户存在不足的地方。这需要用户建立企业分析规范，保证模型建立的合理性，并且通过分析结果与试模的对比，积累分析经验。

陈军博士：我认为用户主要在以下几个方面存在问题：

1．准确的材料数据的定义，包括材料本构关系模型、硬化数据和成形极限曲线等。

2．回弹计算算法、计算收敛性、回弹计算结果预测及模具几何补偿。

3．准确的冲压工艺数据，包括压边力、润滑状况、拉延筋和凸凹模间隙等。

4．结果的预测和评价，起皱和破裂的判断依据。

对于这些问题，一方面可以加强基础试验和数据积累，建立相应的材料库和冲压工艺数据库，另一方面应通过大量的仿真分析工作，积累相应的软件使用经验，同时通过类比获取相关数据和经验数据。

唐伟先生：车身覆盖件尺寸较大，形状复杂，多为空间自由曲面，其成形过程涉及几何非线性、材料非线性和复杂的接触与摩擦等问题。如何获得准确的成形参数，是CAE仿真的最大难点和瓶颈。可通过以下几个方面加以解决：

1. 提高软件的易用性。

2. 仿真经验的积累需要用户不仅要大量地进行CAE仿真，同时需要将仿真结果与实际试验相结合。或者通过开发有参考价值的简单试验模，通过试验模与仿真结果相对比提高模具设计的可靠性。

3. 仿真过程的自动化还可以通过对软件进行二次开发来实现，ANSYS/LSDYNA中采用APDL技术可以完成得很好。

4. 结果的正确解读与解决方案的提出需要分析工程师大量积累汽车模具领域专业知识，有大量实际CAE仿真结果和实际工艺结果的对比经验。

AI：为更好地满足用户需求，就CAE软件本身及贵公司的CAE产品，下一步的发展方向是什么？

刘克素女士：ETA公司的CAE产品一直以技术先导为发展目标。我们下一步将继续加强热成形、回弹及回弹补偿、Class A面分析等模块的同时，加强软件的分析速度，操作的人性化，功能的专业性，系统的集成化。

边立静女士：随着“知识工程”相关方法和技术的深入研究，应用人工智能与专家系统技术，在有限元数值分析结果的基础上自动对成形方案进行分析和评价，并提出优化建议，是未来板料成形仿真技术发展的一个趋势。ESI公司在软件的智能化方面积极进行探索，目前可以利用pam-opt对冲压模拟的工艺参数进行优化。

陈军博士：随着新的冲压方法和冲压新材料的出现，冲压工艺的有限元模拟应适用新的需求，主要发展方向集中在以下几方面：

1．新型轻量化、高强度合金材料的描述。

2．高温冲压方法。

3．更加智能化和易操作。

4．冲压模具强度校核和寿命分析。

5．模具结构的优化设计，模具减重，降低模具成本。

6．更加成熟的、实用的和高效的冲压工艺优化。

AI：现在软件的集成化成了行业用户希望实现的目标，对此您有何看法？

刘克素女士：我认为软件会向两个方向发展：一是集成化，二是专业化，且相为补充。集成化的实现伴随企业资源、技术资源等条件的整合才可以完成。在目前甚至未来的10年，任何集成化的软件都不能解决所有问题，而专业化软件就是集成体系当中的补丁。集成化软件应该有强大的集成能力，把专业软件方便的融入到自己的集成环境中。

ETA公司正是向着这两个方向发展。在下一代产品中，ETA公司针对每种工程应用分别开发产品，但是每个独立的产品又可以快速地集成在一个环境下，形成集成化软件，应用于系统分析。

边立静女士：软件的集成是一个发展方向，特别是仿真平台的集成，可以大大提高工作效率，是目前CAE软件开发的一个热点。ESI公司率先提出了1G→2G→3G的发展目标，即由单一产品到仿真平台的发展思路。目前以Open VTOS（开放式虚拟试验空间）概念为引导的虚拟平台，可以集成本公司的所有产品，而且这种应用还可以延伸到其他一些公司开发的软件。

陈军博士：在我看来，软件的集成化是其发展的必然趋势，这是与产品的整个开发过程密切相关的。HyperForm集成在Altair HyperWorks统一开放的架构和平台之上，可以实现产品在整个开发过程中的数据共享和流程自动化管理，从而缩短产品的开发周期。

唐伟先生：在现代企业产品研发过程中，设计、仿真和试验等研发技术都发挥着重要作用，研发技术工具、先进理念等快速发展并在企业大规模应用，为企业带来了广阔的选择余地，也带来了异构问题和协同需求，软件的集成化也成了行业用户希望实现的目标。

安世亚太公司在集成化协同仿真方面已走到前列，以拥有自主知识产权的技术为核心，集成并综合了世界上流程管理、仿真数据管理、多学科集成与优化、CAX数据接口等方面的优秀技术，形成企业协同仿真统一平台PERA/Simulation。该平台主要管理仿真过程和仿真数据，通过对仿真业务中的项目、技术、流程、数据和知识等关键对象进行系统化集成，实现协同仿真，并与其他应用系统无缝集成，共同构成企业的研发管理系统，是帮助企业实现跨越式发展的利器。到目前为止，该平台已能高度集成各类CAD/CAE软件和多学科综合仿真环境。