JMAG 案例研究
市场:CAE
摘要
Spatial 软件开发工具包(SDK)的集成使 JSOL 大幅缩短了软件开发时间,所提供的功能也成为支撑 JMAG 价值的重要组成部分。
The greatest value of the Spatial SDKs lies in having established a development framework that allows us to focus on enhancing JMAG’s core value. As a result, JMAG’s simulation engine has evolved to a level that significantly surpasses its competitors in terms of processing performance.
公司
JSOL CORPORATION 成立于 2006 年,是从日本综合研究所分离出来的,将于2026 年庆祝成立 20 周年。其前身是成立于 1969 年的日本信息服务株式会社,当时是住友银行的附属公司,后来演变为日本综合研究所。自 2009 年起,JSOL 由 NTT DATA 和日本综合研究所共同拥有,业务涉及 IT 和 CAE 两个领域。其旗舰解决方案之一是电磁场分析软件JMAG。
JSOL 的电磁场分析软件 JMAG 将工程知识与先进的模拟技术相结合,加快了电机和变压器等电气设备的开发速度,提高了设计性能。特别是在汽车行业,提高效率、成本和性能至关重要,JMAG 为从最初设计到最终产品商业化的整个开发过程提供了强有力的支持,赢得了国内外制造商的高度信赖。
JMAG:电磁场分析软件
JMAG 是一款 CAE 软件,专注于电磁场分析,支持电机、执行器和变压器等电气设备的多学科设计和优化。它具有内部几何建模工具,允许用户直接在 JMAG 中创建和编辑二维和三维图形,而无需依赖外部 CAD 软件。这就实现了灵活的参数化设计和优化。
JMAG 支持导入各种 CAD 格式(如 DXF、STEP 和 IGES),允许无缝利用现有设计数据进行分析。该软件具有广泛的分析功能,包括静态磁场、瞬态响应、频率响应、拓扑优化和热结构耦合分析,可对现实运行环境进行高精度仿真。
其他功能还包括效率图和扭矩波形等输出工具,以及通过 JMAG-RT 与电路模拟器集成,实现与控制设计流程的无缝协作。通过脚本和批处理实现自动化,再加上可提高速度的分布式计算,用户可在统一高效的环境中执行从设计到分析和优化的整个工作流程。
JMAG 的竞争优势在于其高精度电磁场分析能力和集成 CAE 环境,可实现从设计到优化的无缝工作流程。JMAG 提供了一个均衡的仿真环境,具有速度、精度、灵活性和可扩展性,有助于增强产品开发的竞争力。
挑战
支持三维几何处理的内部开发工作占用了核心能力的时间和精力
JMAG 面临的挑战是,如何确定应投入多少内部开发精力来支持三维几何处理。由于 JMAG 是专门从事电磁场分析的 CAE 仿真软件,而且基于 CAD 的三维设计已成为主流,因此增强三维建模能力至关重要。然而,在内部建立完整的几何处理基础架构并不可行,因此采用可靠且可扩展的第三方库成为必要。
此外,JMAG 用户使用多种 CAD 软件。这种多样性要求 JMAG 支持多种格式 CAD 数据的可靠导入。3D InterOp,一个强大的翻译器是必不可少的,尤其是 CAD 系统每年都会更新,这给持续开发带来了负担。
JMAG 在 2000 年初采用了 Spatial 的 3D 几何引擎 3D ACIS Modeler。当时,三维 CAD 和 CAE 之间的集成并不常见,二维分析在电磁场仿真中仍占主导地位。然而,JMAG 开发团队预见到了使用三维模型进行高精度仿真的需求,并很早就开始奠定基础。
使用 3D ACIS Modeler 将三维模型用于 CAE 工作流程的做法得到广泛认可后,面向设计的 CAD 模型与 CAE 就绪的几何图形之间的差距变得越来越明显:
- 设计模型复制真实产品几何形状的细节
- CAE 模型必须排除不影响分析结果的次要特征,因为它们会增加仿真时间和资源消耗 - 这是 3D ACIS defeaturing 所允许的。
这种不匹配给用户带来了巨大的障碍--尤其是当设计和仿真由不同的团队负责时--因为简化 CAE 使用的几何图形往往需要与设计部门进行繁琐的来回沟通。
解决方案
集成软件开发工具包为开发人员和最终用户带来益处
JMAG 的核心优势在于以电磁场分析为重点的仿真技术。要准确处理复杂的 3D 几何图形,可靠的几何图形引擎必不可少。3D ACIS Modeler、3D InterOp 和 HOOPS Visualize 凭借其强大的内核、对多种 3D CAD 格式的互操作性和灵活的可扩展性满足了这些要求,成为 JMAG 集成设计和分析环境的理想选择。
得益于这些集成,JMAG 开发团队可以专注于推进仿真技术,而不会受到三维建模基础的阻碍。这使得 JMAG 能够通过无 CAD 设计、拓扑优化、热结构耦合分析以及与 MATLAB/Simulink 集成等功能,为设计和分析提供具有独特价值的集成环境。因此,用户可以体验到更短的设计周期、更少的原型和更高的产品性能等实实在在的好处。
JMAG 中的3D ACIS Modeler 提供以下功能:
- Brep 结构化数据:精确 3D 几何定义和处理的基础
- 扫描操作:挤压、旋转等
- 布尔操作:合并、相减、相交
- 圆角创建边缘圆角
- 压印功能:对于生成电磁场分析中所需的接触面至关重要;对于保持不同组件之间的网格一致性至关重要
JMAG 中的3D InterOp 提供以下功能:
- 支持多种 3D CAD 格式的高精度导入,并始终更新至最新版本。
- PersistentID:在 CAE 仿真中,工程师必须测试大量几何体变化。为每种变化应用单独的设置是不切实际的。通过 InterOp 检索的 PersistentID 允许在不同几何体中重复使用 CAE 设置,从而大大减少了设计研究中的配置工作。
- 场景图:HOOPS 的图形数据结构可实现轻松的交互式操作,如选择、显示和隐藏复杂的模型结构。
- 渲染引擎: 在 OpenGL 和 DirectX 等多个引擎之间无缝切换 。对各种图形卡的灵活支持实现了稳定的渲染环境。
HOOPS Visualize 推出时,许多制造商都推出了各种图形卡,而且驱动程序更新频繁。在这样一个瞬息万变的环境中,开发和维护一个专有的渲染引擎极具挑战性。
为此,JMAG 采用 HOOPS Visualize 作为标准化渲染层。这样,该软件就能确保与各种图形卡的兼容性,并将驱动程序相关问题的影响降至最低,从而提供更加稳定可靠的渲染环境。
JMAG 中的3D ACIS Defeaturing功能包括
- 圆角去除
- 孔去除
- 允许用户为仿真进行必要的几何更改,而无需返回 CAD 或依赖设计部门。
通过采用 3D ACIS Modeler、3D InterOp 和 HOOPS Visualize,JMAG 能够显著减少与 3D 几何基础架构相关的开发工作量,并将重点放在其核心优势--仿真技术上。
这带来了几项关键成果:
- 实现高精度 3D 电磁场分析
- 建立独立的设计环境
- 从建模到分析的无缝工作流程
- 网格生成稳定,即使复杂几何形状也能保持精度
主要观点
一站式 3D SDK 提供商--将 JMAG 开发速度提高 10 年之久
Spatial 为三维几何处理所需的 SDK 提供一站式解决方案,大大提高了 JMAG 的开发效率。因此,据评估,与内部开发相比,开发周期可缩短约 5 至 10 年。此外,许多直接通过 Spatial SDK 实现的功能已成为支撑 JMAG 价值的重要组成部分。
本地专家和持续的实施后服务是开发成功的秘诀之一
日本工程师作为主要联络人,可以不受时区限制地进行无缝沟通。面对面的会谈和专门的本地支持系统提供了信任,确保在实施后仍能提供可靠和持续的支持。
基础 SDK 照亮 JMAG 的未来
在未来的 JMAG 产品开发中,JSOL 团队的目标是通过结合仿真,不仅利用 CAD 中的几何信息,还利用尺寸约束和各种特征参数等设计细节,加快设计流程。此外,通过将 JMAG 生成的设计方案与 CAD 环境无缝集成,JSOL 旨在加强从电气设备设计到制造的整个工作流程,使其更加高效。
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