工艺仿真软件系列-2 ESI Group

这是制造工艺仿真软件系列的第2篇文章。

工艺仿真软件系列-1 MSC \ Altair

前一篇里我们提到，有许多制造工艺仿真软件，其界面功能相对比较简单，背后使用了成熟的通用求解器，基于相应工艺做了针对性的开发。但这条路线并不是唯一的方案。这篇文章要讲的ESI集团，其许多专用仿真软件产品就是独立开发的产物。

和过去的文章一样，笔者也是一边学习一边写推送。所以如有错漏，请读者不吝赐教。感谢。

ESI集团的仿真软件

ESI集团在1985年，使用PAM-CRASH软件为大众集团进行了世界上第一次汽车碰撞模拟。它从显式动力学软件起家，逐渐通过不断收购成为虚拟原型（virtual prototype）领域的巨头公司之一。

2023年6月，ESI集团被是德科技（Keysight）以9.13亿欧元的交易额收购。

按照其官网的产品目录介绍，ESI公司的工业软件产品主要包含以下分类：

你会发现其实它都没有把“制造工艺仿真软件”分为一类。而是铸造仿真、复合材料、钣金成型等，单独分类出来的。

铸造仿真ProCAST

ESI集团的铸造仿真软件ProCAST，由美国UES（Universal Energy System）公司开发，是一款独立的专业铸造仿真工具。至今已有超过30年的历史。

官方介绍如下：

ESI ProCAST offer a comprehensive virtual casting process validation to predict effects, microstructure, mechanical properties and control distortion. With over 30 years of industrial, research and academic collaboration, ESI ProCAST helps to validate decisions during prototyping, improve yield, suppress trials and reduce manufacturing cost.

ESI ProCAST提供全面的虚拟铸造工艺验证，以预测效果、微观结构、机械性能和控制变形。凭借 30 多年的工业、研究和学术合作，ESI ProCAST 有助于验证原型制作过程中的决策、提高产量、抑制试验并降低 制造成本。

复合材料PAM-COMPOSITES

ESI旗下复合材料解决方案叫PAM-COMPOSITES，其中包含PAM-FORM模块可用于成型模拟。PAM这个前缀表示（Program in Applied Mechanics，应用力学程序）

PAM-COMPOSITES (including PAM-RTM, PAM-FORM and PAM-DISTORTION) is a simulation chain which models the manufacturing process of composites structural components. Use it to validate, optimize or correct a process with the objective of minimizing manufacturing defects and decreasing production lead-time.The solution addresses a wide range of composites materials with a focus on continuous fibers and can model carbon or glass fibers, thermoset or thermoplastic resins, dry textiles or prepregs. 

PAM-COMPOSITES（包括PAM-RTM，PAM-FORM和PAM-DISTORTION）是一个模拟复合材料结构部件制造过程的模拟链。使用它来验证、优化或纠正流程，以最大限度地减少制造缺陷并缩短生产交货时间。该解决方案适用于各种复合材料，重点是连续纤维，可以模拟碳纤维或玻璃纤维、热固性或热塑性树脂、干纺织品或预浸料。

冲压仿真软件PAM-STAMP

ESI集团的冲压模拟软件叫PAM-STAMP，可以模拟热成型（Hot Forming）、包边（Hemming）、弯管、液压成型等工艺。在官网的介绍中可见，PAM-STAMP的弯管工艺仿真是与学术和工业机构联合开发的。这就是典型的工业软件先行者的发展路径：面临工业领域最尖端的实际问题，开发新的软件解决问题，并把相应的知识和经验积累在软件上。

ESI PAM-STAMP combines a process driven, easy-to-use, intuitive graphic user interface with a solver that enables delivering results with the highest accuracy for cold, warm and hot sheet metal forming processes. ESI PAM-STAMP enables you to remove any uncertainty from try-out. ESI PAM-STAMP offers a solution for all SMF advanced processes like hot forming, roll hemming, marriage (new), clamping and joining (new). ESI PAM-STAMP is used for sheet metal forming INCLUDING the assembly of components like doors and closures.You can manage the entire process chain. It spans from quick iterations on the part design, through forming process engineering to try-out validation and high-precision assembly of closure panels. All of that allows you to recognize and correct as-built distortion, surface quality, or gap-and flush in assembly.

ESI PAM-STAMP 将过程驱动、易于使用、直观的图形用户界面与求解器相结合，能够以最高精度的方式为冷、温和热钣金成形工艺提供结果。ESI PAM-STAMP使您能够消除试模中的任何不确定性。ESI PAM-STAMP为所有SMF高级工艺提供解决方案，如热成型，辊包边，结合（新），夹紧和连接（新）。ESI PAM-STAMP用于钣金成型，包括门和闭合件等组件的组装。您可以管理整个流程链。它涵盖了从零件设计的快速迭代，到成型工艺工程，再到封闭板的试模验证和高精度组装。所有这些都使您能够识别和纠正装配中的竣工变形、表面质量或间隙和齐平。

显式碰撞仿真软件PAM-CRASH

当然还有其赖以发家的PAM-CRASH，今天已经被称为VPS（Virtual Performance Solution）。

上图是1986年第一次进行的大众Polo汽车碰撞模拟。汽车划分为5555个壳单元、106个梁单元，包含5100个节点。

ESI’s flagship software is a unique solution allowing manufacturers to face emerging design challenges — including those related to lightweight, green and autonomous vehicles — while avoiding over-engineering. It enables design and simulation engineers to test rapidly their innovations on virtual prototypes, rather than real ones. Virtual Performance Solution (VPS) also offers a distinctive approach, allowing the virtual testing of product performance across multiple domains using a single core model.

ESI的旗舰软件是一种独特的解决方案，使制造商能够面对新兴的设计挑战，包括与轻型、绿色和自动驾驶汽车相关的挑战，同时避免过度工程设计。它使设计和仿真工程师能够在虚拟原型（而不是真实原型）上快速测试其创新。虚拟性能解决方案（VPS）还提供了一种独特的方法，允许使用单个核心模型跨多个域对产品性能进行虚拟测试。

声学仿真工具 VA ONE

ESI集团的声学仿真工具是大名鼎鼎的 VA ONE，这款软件在声学仿真领域非常著名，应用很广泛。

VA One is a complete engineering noise control solution for simulating the response of vibro-acoustic systems across the full frequency range. VA One seamlessly combines Finite Elements (FE), Acoustic Boundary Elements (BEM) and Statistical Energy Analysis (SEA) in ONE model. It is the only full frequency acoustic simulation code on the market today that contains the complete spectrum of vibro-acoustic analysis methods within ONE common environment.

VA One是一个完整的工程噪声控制解决方案，用于模拟振动声学系统在整个频率范围内的响应。VA One将有限元（FE），声学边界元（BEM）和统计能量分析（SEA）无缝结合在一个模型中。它是当今市场上唯一在一个通用环境中包含完整范围的振动声学分析方法的全频声学仿真代码。

焊接仿真 SYSWELD

SYSWELD也是ESI集团旗下非常著名的一款焊接仿真软件。它是ESI和全球许多工业企业持续合作30余年的结晶，可以模拟焊接过程中的许多物理现象。它可以处理电弧、电子束、激光和点焊等许多焊接类型和各种热处理工艺，并考虑所有的相关现象，包括化学、热、冶金、机械等。

ESI SYSWELD is an easy-to-use and robust software package to simulate all the multi-physics involved in Welding, Assembly and Heat Treatment manufacturing processes. From weld quality to body manufacturing & distortion engineering, SYSWELD offers a unique computer-aided assessment of material characteristics, residual stresses and distortions of a welded structure. Welding & Assembly simulation minimizes the cost of manufacturing planning, try-out and fabrication validation and time to market. This allows our customers to spend the majority of their time creating new, innovative products.

ESI SYSWELD是一个易于使用且强大的软件包，用于模拟焊接，装配和热处理制造过程中涉及的所有多物理场。从焊接质量到主体制造和变形工程，SYSWELD对焊接结构的材料特性，残余应力和变形提供独特的计算机辅助评估。焊接和装配仿真可最大限度地降低 制造规划、试模和制造验证的成本，并缩短上市时间。这使我们的客户能够将大部分时间花在创造新的创新产品上。

当然，还包括OpenFOAM

OpenFOAM可谓是全球最知名的开源CFD软件，没有之一。它几乎就是开源CFD软件的代表。

在www.openfoam.com网页上，介绍了这家公司的情况。OpenCFD是OpenFOAM商标的持有者，成立于2004年。2011年，SGI Corp收购OpenCFD，2012年ESI集团又收购了SGI，所以OpenCFD成为了ESI集团的全资子公司。

其他软件

在myESI网站的产品列表里还有其他软件，包括Simulation X（一款基于Modelica的系统仿真软件）、SYSTUS（帮助文档和SYSWELD写在一起，但SYSTUS于2023年4月被ESI集团剥离出售）、Visual-Environment（通用仿真前处理工具，类似HyperMesh。界面风格停留在winXP年代）、IC.IDO（虚拟现实解决方案）等等。

前面中英文对照的介绍都是直接摘抄的官网内容。你会发现这些介绍其实大同小异，除了和自己软件有关的一些物理场的说明以外，大部分都是在用不同的说法重复同一件事情——仿真在具体这个领域的作用。无外乎就是降低实验成本、缩短上市时间。

Visual Environment

想要更深入了解一下ESI集团旗下这一堆软件，小喵发现得从它的通用前后处理GUI界面——Visual Environment入手。

这东西和HyperMesh的性质很像。它的界面甚至支持中文。在Visual Environment打开后，可选的界面选项非常多。看这意思，它应该是能为ESI旗下几乎所有求解器做仿真前处理工作。

在安装目录下，可以看到单是对应每一种产品的帮助文档，就有这么多。除去更新日志ReleaseNotes和安装指南，仅以Visual开头的分支工具，就有41款。

它的文档看着好像挺多，但实际上每一本文档前半部分几乎是一样的。比如这里Visual-Weld的文档：

一句不痛不痒的介绍，目录下包含两部分。所有软件文档的第一部分都是Visual-Environment的介绍。第二部分介绍也是按照GUI界面上的按钮顺序排布的。

不过，还是可以从一个地方看出每个界面对应的求解器是什么。

比如在Visual-Weld界面下，文档中关于求解器设置这里，写的就是SYSWELD：说明它是针对SYSWELD求解器开发的。

再比如这个目录下，名叫VisualCast的文件夹里，打开就直接是ProCAST的文档。

以及，虽然OpenFOAM是开源的，但毕竟在ESI旗下。所以它也有Visual-CFD，用于为OpenFOAM提供一定的前处理功能。

对于碰撞分析，它还细分了VisualCrashDyna、VisualCrashPam和VisualCrashRad三个工具。分别可以为LS-DYNA、PAM-CRASH和RADIOSS做碰撞分析前处理。

这里我们打开一个（网上下载的）LS-DYNA卡车碰撞模型.k文件。可以看到它左侧的结构树，和HyperMesh的逻辑也有些类似，但实际上就是把输入文件的每一行关键字识别成了一个对象。

反正，无论是HyperMesh，LS-Prepost、ANSA还是这个Visual-Environment，给LS-DYNA这种基于关键字的求解器做前处理，都是类似的思路嘛。除此之外，还有一些基于EuroNCAP法规定制开发的功能。

至于每一个求解器，界面也和Altair的求解器、LS-DYNA的LS-Run很像。就是给求解命令做了一个GUI界面。比如这个VPS的求解器界面：

还有这个毫无特点的Pam-Stamp求解器提交任务界面。

接下来，小喵想简单试用一下ESI集团旗下的两款软件玩玩。但在安装和使用的过程中遇到了一些小问题。问题解决后，我觉得这部分有必要单独写成推送。所以这一篇就到此为止啦。