業(yè)務挑戰(zhàn):
管理日益復雜的光學系統(tǒng)設計
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
成功關鍵:
利用廣大NX用戶獲得的經(jīng)驗教訓
實施NX并將之作為集成的\多學科的仿真解決方案
在實施NX的過程中,利用大量針對性很強的培訓
成果：
目前，先進的仿真使結構分析和熱分析變得更容易。
成功確立了多學科設計框架，包括繼承、優(yōu)化的設計功能。
通過直接利用三維設計生成數(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)。
承擔探索中國科研創(chuàng)新體系的光榮職責
中國科學院長春光學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 學家的領導下，長春光機所已創(chuàng)造出十多項“中國第一”的創(chuàng)新產(chǎn)品，其中包括第一臺紅寶石激光器、第一鍋光學玻璃、第一臺電子顯微鏡以及第一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、更高效的信息技術來支 撐。隨著信息技術的迅猛發(fā)展及其全方位的加速滲透，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 用先進的信息技術和創(chuàng)新的管 理理念，進行產(chǎn)品研發(fā)的有效實施、管理與優(yōu)化。
NX 在長春光機所的早期應用
三維設計當前已經(jīng)在各個領域 普及，長春光機所是國內(nèi)最早 采用三維設計工具進行研發(fā)的 單位之一。20 世紀90 年代， 長春光機所將Siemens PLM Software 的NX™ 軟件的早 期版本應用于三維設計，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)造性構型設計方面發(fā)生 了革命性的變化。
然而，隨著當今光學系統(tǒng)的產(chǎn) 品特征日趨復雜，長春光機所 在設計過程考慮到的因素也日 漸增多。過去的產(chǎn)品設計往往 只考慮到某個學科或系統(tǒng)的影 響，忽略其他學科或系統(tǒng)在產(chǎn)品設計過程中的作用，設計出來的產(chǎn)品只滿足單一學科的要求，這意味著大部分對其他學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)的最新改進功能能夠直接進行多學科的光學系統(tǒng)協(xié)同設計；這其中就包括對光學、結構學、電學以及熱學進行評估的團隊。現(xiàn)在，這些學科彼此相互作用、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)的光學儀器為例，比如光譜 儀，其設計過程是一個復雜的多學科多用戶的協(xié)作過程，往往涉及到光學、結構學、熱力學以及材料學科等諸多學科團隊。除了要滿足各個學科的設計要求之外，還必須考慮復雜的設計限制因素，包括 因各個學科彼此耦合而帶來的交錯紛雜的設計約束和限制”。鑒于這些因素，長春光機所將關注的焦點轉(zhuǎn)移到多學科設計優(yōu)化的研究和應用上來。
應用NX 實現(xiàn)多學科的設計優(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計、結構仿真、機構運動仿真、流體仿真、高級熱仿真以及軌道熱分析等多種功能的多學科、集成化仿真解決方案。
為了更高效地應對日漸增多的設計工作量和日益復雜的設計任務，長春光機所將NX NASTRAN®和 NX Advanced Thermal 等結構分析和熱分析應用軟件也收納進來，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，對整個設計的力學和熱學特性進行分析。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計普及應用，以及高級仿真定點應用和數(shù)控（NC）加工應 用的企業(yè)之一”。
為了使長春光機所的高級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，包括到研究所組織大型培訓以及跟蹤型培訓，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服務人員進行所內(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)普遍使用三維設計和出圖，極大地提高了工作效率。
現(xiàn)在，一些復雜的零部件被直接發(fā)送到信息技術部門，數(shù)控程序因而得以高效地生成。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最佳實踐探索。由于復雜光學系統(tǒng)的設計分析工作經(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、力學以及熱學優(yōu)化設計平臺，以滿足研究所的特殊要求。 這一平臺包括使光學設計、結構設計、熱設計、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器上是非常重要的，有助于緩解當?shù)赜嬎銠C資源短缺的矛盾。
NX 系統(tǒng)強大功能的應用實例
陳博士為我們描述了最新的NX 升級產(chǎn)品是如何幫助中國宇航工程設計新光學系統(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 學系統(tǒng)傳遞函數(shù)的變化情況。這種復雜的分析以往需要多種軟件工具才能實現(xiàn)�，F(xiàn)在利用NX 軟件， 整個模型的力學和熱學特性分析均由其準確完成，從而簡化了設計流程�！�
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 結構分析模型中，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元件的變形對光學系統(tǒng)性能的影響，并進行靈敏度分析，指導光學元件支撐結構的設計優(yōu)化。
集成化的設計和仿真
NX 系統(tǒng)建設完成后，長春光 機所在工程仿真設計上又進行 了相關硬件和軟件的補充，包括購買兩臺128CPU 計算服務 器，及電子學、光學的設計分 析軟件、集成優(yōu)化設計軟件等， 并結合相關軟件進行了部分的適應性開發(fā)應用，現(xiàn)已經(jīng)建成 一套可以完成光、機、電、熱、 空間輻射等多學科設計，并具 有集成優(yōu)化設計能力的一套系 統(tǒng)。
長春光機所現(xiàn)在可以通過標準化的應用組件接口，實現(xiàn)多學科的設計與仿真工具集成。同時還可以進 行設計和仿真數(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計環(huán)境。
陳博士說：“當前階段，我們對這套NX 系統(tǒng)還是非常滿意的。而隨著技術的不斷發(fā)展，還會對設計 和仿真提出更高的要求，這套一體化設計平臺也將得到不斷的更新和發(fā)展�！� 陳博士特別提到：在中國全面躋身全球科技創(chuàng)新領導者行列的背景下，長春光機所已被定為于科研創(chuàng) 新的最前沿。 其信息技術為該所科研創(chuàng)新的持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎�！拔覀兇蛩闶褂肗X 系統(tǒng)進一 步加強多學科團隊的知識融合，并在此基礎上建立專家?guī)煜到y(tǒng)，建立全面的設計事例模板，實現(xiàn)資源、 數(shù)據(jù)、知識以及項目經(jīng)驗的共享�！标惒┦咳缡钦f
