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siemens.com/plm/nxcae Siemens PLM Software NX CAE 進階模擬解決方案促成更明智的產品決策

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Page 1: NX CAE brochure · 3 NX CAE 的產品優勢 Siemens 的 CAE 願景與傳承 我們的願景即是提供工程模擬解決方案,以在整個產品生命 週期內推動產品效能的相關決策。

siemens.com/plm/nxcae

Siemens PLM Software

NX CAE進階模擬解決方案促成更明智的產品決策

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Siemens 了解您在模擬方面的挑戰在縮短開發時間及改善品質的壓力下,促使模擬在整個產品生命週期中的使用比例日益增加。但是,您的模擬結果能夠快速提供,從而影響關鍵設計決策嗎? 模擬結果太慢企 業 領 導 者 經 常 抱 怨 , 電 腦 輔 助 工 程 (CAE) 耗時太久,常常很晚才取得結果,或是結果與最新的設計反覆運算無法同步。因此,基於模擬結果的設計變更經常導致昂貴的晚期設計變更訂單。 難以在實務狀況中進行模擬為了模擬各種實務狀況,分析人員必須考量多種不同物理特性的影響,例如動力學、熱力學、流體流動、非線性材料行為與動作。一般而言,某個物理領域的效應會同時影響到產品在另一個物理領域裡的行為表現。因此,為了準確地預測產品效能,了解多重物理行為就成為一個重大課題。

複雜的流程和不連貫的工具當今的模擬工具有特定用於某種分析領域的傾向。因此,分析人員必須學習多種不同的工具和使用者介面。此外,這些工具還各自使用不同的輸入和輸出檔案,進而阻礙分析人員有效且準確執行多重物理模擬的能力。使用多種不連貫的工具還會造成利益權衡分析窒礙難行,因為模型準備和管理工作量會大到工程師無法管理。 失去模擬知識及過去決策的掌握公司的模擬經驗和知識大多限存於公司分析人員的腦袋裡。當分析人員退休或離職,那些經驗和知識就跟著那位分析人員一起離開。此外,模擬資料並未採用與產品設計資料相同的方法進行管理。模擬資料常常只放在分析人員硬碟上的資料夾中。只有那位分析人員知道哪個檔案是最新版,以及針對每次模擬所做的哪些假設和決策。

模擬方面的挑戰

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「在工程師建立系統或子系統模擬所需的總時間當中,有 80% 的時間是用於產生模型。」Autosim Consortium

「所以,並非是執行 6 小時的求解器造成您時間上的拖延;而是您產生幾何和有限元素模型的速度夠快,以致於 6 小時的執行成為關鍵因素。如果您需要 6 週時間來準備輸入,那麼 6 小時的執行時間就無關緊要了。」航太公司主管

47%

41%

36%

28%

24%

0% 10% 20% 30% 40% 50%

人力縮減/缺乏 技術專家

在實際的環境中 預測產品行為

在成本、效能與品質 之間進行取捨

回覆人數百分比(n=157)來源:Aberdeen Group 2010 年 4 月

頻繁的設計變更

太晚發現問題/錯誤

主要的產品設計挑戰

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NX CAE 的產品優勢

Siemens 的 CAE 願景與傳承我們的願景即是提供工程模擬解決方案,以在整個產品生命週期內推動產品效能的相關決策。 Siemens PLM Software 為實現這個願景,以發展超過 40 年,範圍涵蓋 Nastran、SDRC I-deas® 等著名的 CAE 品牌的悠久模擬技術為基礎進行拓展。Siemens 將它長期累積的各項卓越模擬技術加以強化、擴充與重新組合,推出了 NX™ CAE 軟體。 現代化 CAE 環境NX CAE 透過提供顯著效益的現代化且完全整合的環境,直接解決了您如今面臨的模擬難題。NX CAE 不需要搭配 NX CAD 一起運作,可以當成獨立的前/後處理器來使用,並支援多 CAD 幾何資料。在使用 NX 進行設計的情況下,使用 NX CAE 進行模擬,可提供更多效益,例如可在設計團隊與分析團隊間進行順暢的資料傳輸。 模擬流程速度可加快 70%提升模擬生產力可加速您的整體產品開發週期,讓您更迅速地將產品推向市場。當模擬流程效率提高後,設計分析重複流程會跟著增多 (因此便有更多分析結果可用來測試更多的設計替代方案),進而更早完成關鍵的設計決策。這麼一來,就能完成更多的創新。 提升產品品質您可以更輕鬆地模擬各種實務狀況,更準確地得知產品效能等級。NX CAE 也有助於更輕鬆地進行多領域的利益權衡分析,以便開發出品質更優良的產品。需求追蹤與報表功能則可快速地衡量產品效能是否符合規格設定。

降低整體產品開發成本 更快的模擬流程,可讓分析結果更早進入設計階段,進而減少昂貴的晚期設計變更訂單。此外,將模擬與實際測試相關聯的功能可提供更明確的分析結果,以利減少昂貴的實體原型。 模擬基礎NX CAE 透過結合下列各項的完全整合環境,可讓您獲得所有效益:• 進階的分析建模和優異的幾何資料基礎• 多領域模擬及最佳化• 系統層級模擬• HD-PLM 運用 CAE 結果做出更明智的決策

NX CAEI-deas

SDRC UGS SIEMENS

NX Nastran

MSC Nastran

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進階分析建模

「NX 關聯的模型與網格劃分功能顯現出這項工具功能極為強大。有了這項工具,我們就能最佳化所有模型,進而以低廉成本快速獲得成果。」KEF 集團 研究部門主管 Mark Dodd

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NX CAE 可大幅縮短準備分析模型所需的時間。NX 能提供資深分析師在進行高階分析時,所需要的一切進階網格劃分技術、邊界條件和求解器介面。但是,NX CAE 之所以能在眾多預處理器當中脫穎而出,原因在於它整合了優異的幾何資料基礎 (可以提供直覺化的幾何資料編輯),以及對於多 CAD 資料的分析模型關聯性。當這項強大的幾何資料引擎與健全的分析建模指令完美整合之後,就能夠大幅減少建模時間達 70%,相較於傳統的分析建模工具效率大幅提升。 完善的網格劃分工具NX CAE 包括廣泛的建模功能,能自動及手動產生 1D、2D 與 3D 元素的網格,並應用負載與邊界條件。 1D 元素和樑柱網格劃分在 NX CAE 中輕鬆建立 1D 元素,如焊接、螺栓、剛性等等。您可從一組標準的截面或直接從 CAD 幾何資料輕鬆定義截面屬性,以簡化產生適合樑柱定義之資料的工作。 2D 殼體網格劃分殼體網格劃分會用於建立薄壁零件的模型,也可以與置中面搭配使用。2D 網格劃分功能包括對應網格、清除網格、僅四邊形網格選項,以及從粗糙網格轉換為精細網格。

3D 網格劃分NX CAE 包括六面體網格劃分功能,還有其「同級最佳」的四面體網格劃分。分析人員也可以在使用金字塔元素的模型中,於六面體網格和四面體網格之間輕鬆轉換。 負載與邊界條件NX CAE 提供廣泛的功能來定義負載和邊界條件,以便正確模擬作業環境。您可以在幾何資料上定義並關聯負載和約束,也可以直接在 FE 元素或節點上定義。在幾何資料上定義的負載與約束也可以確保在進行自動網格劃分時,將元素節點放在負載位置。 多 CAE 環境NX CAE 提供全方位使用者環境來支援各種領域,包括 CFD 與熱力分析,以及其他分析人員常用的求解器,包括 NX Nastran®、MSC Nastran、Abaqus、Ansys 與 LS-Dyna。 求解器環境可讓使用者埋首於選定的求解器術語語言中,方便分析人員輕鬆準備求解器特定的分析模型,完全不用學習新的術語。

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「有了 NX,CAE 就成為設計流程中不可或缺的一部分。網格劃分、求解、視覺化:全部整合,並讓整個方法切實可行。」Wirth Research 設計部門主管 Paul Crooks

零件 設計 分析建模

零件 設計

分析 建模

評估 結果

評估 結果

運算

運算

NX CAE 使分析建模時間減少 70%。

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絕佳的幾何資料基礎

「適用於 CAE 的 NX 企業使用案例非常廣泛,且效果是無庸置疑的。我們的生產力和工程師效率大幅超越正常指標,而我們的開發成本也大幅降低。我們已減少執行步驟,但每一個步驟,都能獲得更好的成效,而且所花費的時間更少。」Wirth Research 工程部門經理 Darren Davies

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NX CAE 所採用的領先幾何資料基礎,與驅動 NX 的幾何資料基礎完全相同。整合強大的幾何資料功能與 CAE 處理能力,為分析人員帶來眾多效益。 同步建模技術徹底改革了幾何資料的編輯NX CAE 包括直接幾何資料編輯功能,這些功能採用 Siemens 所開發的同步建模技術。分析人員可以用直覺的方式,快速編輯幾何資料,這點在傳統 CAE 預處理器或特徵式 CAD 系統中是辦不到的。您可以直接編輯任何來源的幾何資料,分析人員可使用這項功能在網格劃分之前快速修改幾何資料、建立設計替代方案以進行「假設」類型的模擬,或是快速產生流場體積幾何資料。 幾何資料去除特徵和理想化諸如小型孔隙、小型步驟與曲面碎片等特徵,會影響網格劃分速度及品質,但與工程效能卻無相關。有了 NX CAE,分析人員就能運用直接編輯功能來清除幾何資料並去除特徵,並且只需要傳統 CAE 工具的少部分時間。其他幾何資料的理想化功能包括:• 針對間隙及其他資料不正確進行幾何資

料修復• 薄壁實體置中面• 分割實體和分割方法,用於將幾何資料

劃分成更易管理的區段• 合併/分割/縫合邊緣和實體面,以控制

網格邊界

分析模型與幾何體的關聯性無論是使用者定義的幾何資料編輯、網格還是邊界條件,全都能與基礎設計相關聯。若設計拓撲發生變更,NX 會視需要快速更新既有的分析幾何資料、網格、負載與邊界條件,讓使用者無需手動重新建立分析模型。此舉可大幅減少下游建模時間,最終在整個專案的許多設計分析重複流程中省下重要的時間。 多 CAD 支援NX CAE 支援多種格式的 CAD 幾何資料,而所有的 NX CAE 直接編輯和理想化 功 能 都 可 以 用 於 所 有 這 些 格 式 的 幾何 資 料 。 甚 至 可 以 在 匯 入 的 幾 何 資 料上維持分析模型關聯性,NX CAE 可辨別匯入的幾何資料中哪些部分已變更,然後相對地更新分析模型。NX CAE 支援 的 幾 何 資 料 格 式 包 括 : N X 、 C A T I A V4 和 V5、Pro/Engineer、Solid Edge® 軟體、SolidWorks、Parasolid® 軟體、IGES、STEP 以及 JT™ 資料格式。 動作的幾何資料NX CAE 中的動作分析藉由自動將 CAD 組立件轉換成動作模型,也善用了幾何資料基礎。裝配約束會轉換為適當的對應接頭或連接,而元件幾何資料則會用於剛性實體動作連結。

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「當分析結果要求進行設計變更時,我們可以透過同步建模技術,有效率地加以套用。重細分割零件完全不費功夫,大幅減少設計時間。」Damen Shipyards Group 研究部門 專案工程師 Jerry Baffa

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使用多重分析產品的需要會增加成本與複雜度,這是因為每一項分析產品都有自己專屬的使用者介面與工作流程。此外,不相容的模型與手動檔案傳輸作業既耗時又容易出錯,有時候還會阻礙為正確了解產品效能而必須執行的多領域研究。 單一整合的環境NX CAE 透過單一進階的模擬環境提供兼具廣度和深度的分析功能,藉此降低此複雜度。無論您是要執行結構、熱力、流體、動作或其他類型的一些分析,您都能持續使用相同的基本使用者介面、取用相同的基礎分析與幾何資料建模功能,並使用相同的檔案架構及管理配置。NX CAE 也可以與 Abaqus、Ansys、LS-Dyna 和 MSC Nastran 之類其他知名的求解器整合,所以您可以使用 NX CAE 作為全功能的預處理/後處理系統,來滿足您的所有分析需求。 可擴充的分析求解器NX CAE 也可以運用 NX Nastran 進行多種分析類型,包括線性和非線性結構解決方案、動力學和氣動彈性力學。用於高端分析的相同 NX Nastran 求解器也可以用於設計人員層級應用程式中,以確保結果的一致性。

多領域模擬及最佳化

「我們與 Siemens PLM Software 合作了幾個以舊有的模擬工具根本不可能辦到的模擬專案。我們以前所未有的速度完成分析工作,只花了兩天的時間,以前則要五天。」 Delphi 資深分析人員 Jack Webb

進氣導管的幾何最佳化

更簡易的物理耦合分析NX CAE 簡化了物理耦合分析的執行流程。整合式建模環境可消弭為了將物理耦合分析連結起來,而必須執行容易出錯的外部資料傳輸的需要。更簡易的物理耦合分析工作流程,意味著您可以花更多時間進行產品模擬測試,以便更準確地反映實際狀況。 透過最佳化的模擬導向設計NX CAE 中功能強大的幾何資料基礎可以協助公司達成模擬導向的設計。分析人員可以使用幾何資料直接編輯功能建立設計變數,並針對任何類型的模擬,對這些變數進行最佳化。

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「我們可以運用原本的 3D 模型,基本上使用相同的 3D 模型,而且只要按一下 NX 畫面上的按鈕,馬上開始壓力與張力分析。按一下另一個按鈕,就會進入撓曲分析;按一下另一個按鈕,就會執行流體模 擬 。 因 此 能 夠 將 這 些不同的分析工具直接整合到我們的 3D 建模軟體,對我們而言真的是助益良多。」Adams Golf 設計工程師 Jeff Albertsen

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兼具深度和廣度的分析功能

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線性和非線性結構分析• 靜態和動態應力• 正常模式• 挫曲• 應力強化和旋轉軟化• 含偏差剛度的模態分析• 動態回應分析• 非線性材料模型• 大位移、大應變• 材料硬化和潛變• 黏合連接• 節點對節點接點 (包括摩

擦)• 3D 曲面對曲面接點• 積層複合體分析 耐受性/疲勞分析• 週期性負載的強度和疲勞

安全 (無限壽命模型)• 進階壽命與疲勞損壞預測

(有限壽命模型)• 單軸和雙軸應力週期• 利用來自 FE 模型的線性

或非線性應力/應變結果• 利用來自物理測試測量的

負載時間歷程記錄 熱力分析• 穩定狀態和暫態 • 傳導、對流和放射• 進階放射和環境熱流

流動分析 (CFD)• 穩定狀態和暫態• 積層和紊流• 不可壓縮和可壓縮• 強制、自然和混合對流• 濃縮• 動作誘導的流動• 一般純量和粒子追蹤• 非牛頓學說流體• 多重旋轉參考框架• 兩相流體 物理耦合• 流體熱力• 熱力結構• 流體結構• 動作結構 材料• 彈性塑膠材料模型• 墊圈材料模型• 超彈性材料模型延伸• 流體材料模型 (非流動) 動作分析• 運動學• 多重實體力學• 剛性和彈性實體 共同模擬• 動作控制系統

最佳化分析• 幾何最佳化• FE 模型參數最佳化 外部求解器介面• NX Nastran• MSC Nastran• Abaqus• ANSYS• LS-Dyna 測試/分析關聯• 使用實體原型測試結果

驗證數學模型• FE 模型更新 – 模態與

FRF 基礎方法

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當產品結構越來越複雜,光是針對元件進行模擬已經無法滿足需求。NX CAE 擁有大量工具,可藉此高效建立並管理複雜的分析模型與組立件、執行進階模擬以及與控制系統的共同模擬、使用最新的高效能運算方法快速運算大型模型,以及將分析結果與物理測試進行關聯。 高效率的 FE 組立件管理NX CAE 在有限元素組立件模型的建立方式上有其獨到之處。傳統的 CAE 預處理器是針對元件分析所開發,使用前必須先建立龐大的分析模型,而 NX CAE 的開發則是將 FE 元件模型予以實體化並連接在一起,藉此建立大型的 FE 組立件模型,就像是建立 CAD 組立件一樣。 當開發後期開始對 FE 元件進行更新時,NX CAE 會更新 FE 組立件中該元件的所有零件,這樣您就不需要重新建立並連接新的 FE 組立件。 使用控制系統進行共同模擬現今的產品通常採用電子、液壓或是軟體方式來控制。控制系統的行為會影響機械系統 (反之亦然),因此機械與控制工程師必須了解這些效應才能開發出好

系統層級模擬

「NX 和 NX Nastran 的另一個優勢是擴充性,我們因此可以為使用者提供量身打造的功能。」Damen Shipyards Group 研究部門 專案工程師 Don Hoogendoorn

NX Nastran 平行處理效能: 引擎區塊模型: 2000 萬自由度、 360 萬個節點、 頻率 0 – 10,000 Hz、 250 個正常模式

64

12.321.00

15.00

10.00

5.00

0.0032168

處理器數目

加快

421

的系統。NX CAE 能使用動作分析以及在 Matlab/Simulink 中設計和模擬的控制系統,共同模擬機械設計。共同模擬會執行動作分析並且同時控制模擬,讓工程師可以有效率地評估完整的系統將如何執行。 高效能運算可解決大問題當今在規模為 1000 至 2000 萬 DOF 的訂單上,分析模型已是常態,這個規模在未來五年內還可能倍增。Siemens 開發出 NX CAE 和 NX Nastran,提供保持領先的求解器效能,讓您可以有效率地解決日益龐大的分析問題。NX CAE 使用分散式記憶體平行處理 (DMP) 和共享式記憶體平行處理 (SMP),可使結構和流動模擬速度加快 10 至 20 倍。 將分析結果關聯至實體測試在取代測試之前,您需要證明分析模型符合測量的資料。NX CAE 可以用量化和質化方式,比較模擬和實體模態測試結果,還可以比較來自不同模擬的兩種結果。分析結果和測試資料之間的高度關聯,讓您充分相信模擬將準確地預測效能,並讓您減少實體測試數量。

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HD-PLM 的目標就是做出更明智的決策以開發更優質的產品,而模擬正是做出更明智的產品開發決策的重要關鍵。透過 NX CAE 之助,重要模擬結果的能見度大幅提升,讓決策者得以取用最新且最精確的產品效能資訊。 專為 CAE 分析人員設計的資料管理NX CAE 可與整個 Teamcenter® 資料管理產品組合 (包括模擬流程管理模組) 進行無縫整合。模擬資料管理功能開箱即用,公司可以在更廣泛的產品開發環境中,實現用於管理 CAE 資料、流程與工作流程的完整環境。這麼一來,現有設計與工程知識的重複利用率便能提升,進而減少浪費掉的時間。它可以同步資料,所以隨時都可以透過資料探勘、視覺化和報告存取資料。 將模擬結果連結至產品需求NX CAE 可讓您將模擬結果直接連結至特定產品需求,當有需求未能符合時,還可以通知專案經理注意。然後,專案經理及其他產品決策者可以使用 JT 這個輕量的視覺化工具,以直覺方式檢視 3D 模擬結果。

HD-PLM 促成更明智的決策

「NX 是功能強大的軟體,在工程自動化系統中位居領導地位。」 JSC Aviaagregat 開發部門 工程副處長 B. Galchenko

「我們大約花 75% 的模擬時間在模型準備,使用 NX 的自動化流程功能後,我們的模型準備時間大幅減少約 60%。」LOHR CAE 分析小組 模擬經理 Patrice Klein

自動執行模擬流程CAE 工程師可以透過使用 NX Open (NX 中自動化和程式設計的通用基礎) 自動執行冗長的流程,來提高生產力。專家 CAE 使用者可以透過 NX Open 來擷取、編輯和發佈模擬流程,引導經驗不足的工程師或設計人員加快開發流程,同時確保建模作業與相關結果的準確性。 開放平台Siemens 瞭解您常常需要使用無論是內部開發的、還是來自其他廠商的其他軟體工具,來取得支援關鍵開發決策所需的答案。這就是 NX CAE 具有高度開放性與彈性的原因,方便您將那些工具整合到您的模擬流程。NX CAE 透過可用的環境,支援多種商用 CAE 求解器,您也可以使用 NX Open 開發自己專屬的介面。

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NX 進階模擬 – 這是一個開放的多 CAD 和 CAE 不分求解器的環境,可使快速模擬成為設計流程中不可或缺的一部分。廣泛的幾何資料理想化與擷取功能可在幾何資料複雜的多重物理環境中支援快速模擬。在整合式 NX Nastran 桌面求解器的支援下,使用者可以直接存取全面的模型檢閱、結構最佳化和結果視覺化功能,進而能根據清楚掌握到的實際產品效能,做出設計決策。

NX 進階 FEM – 這是 NX 進階模擬的強大功能,適用於希望使用替代求解器 (不包括 NX Nastran) 的客戶。

適用於 Ansys、Abaqus、LS-Dyna 和 Nastran 的求解器環境 – 這些是 NX 進階 FEM 的附加元件,可以使用特定於 FE 求解器的語言,量身打造 FE 建模使用者介面和分析流程。

NX 回應模擬 – 這是一個互動式的視覺環境,可在受制於複雜負載條件 (如隨機振動、暫態、諧波和衝擊譜) 時,用於對系統的結構動態回應進行線性評估。

NX CAE 產品清單

NX 流動和 NX 進階流動模擬 – 這是一套完整的 CFD 模擬功能,以 NX 進階模擬環境中的附加元件形式提供。與 NX 熱力或 NX 進階熱力結合使用時,您可以順暢不中斷地執行多重物理模擬。

NX 熱力和 NX 進階熱力模擬 – 這是一套完整的熱力模擬功能,以 NX 進階模擬環境中的附加元件形式提供。與 NX 流動、NX 進階流動或 NX Nastran 結合使用時,您可以順暢不中斷地進行多重物理模擬。

NX 電子系統冷卻模擬 – 這是一個整合式解決方案,可用於評估多種產業所使用之封閉密集封裝發熱型電子系統周圍氣流的冷卻效果。

NX 空間系統熱力模擬 – 這是一個整合式解決方案,可用於評估軌道和行星飛行任務期間空間系統的複雜熱傳導特性。

NX 積層複合體 – 這是 NX 進階 FEM 或進階模擬套件的延伸模組,這個整合的功能是專為高產能的設計方式及評估積層複合體結構而量身打造的。

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NX 進階耐受性和 NX 耐受性精靈 – 這些是進階模擬產品,可用於計算受制於負載週期之機械元件的疲勞壽命。這兩項產品都是 NX 進階 FEM 或進階模擬套件的延伸模組。

NX FE 模型關聯和 NX FE 模型更新 - 這是進階 FEM 或進階模擬的附加元件,可以用量化和質化方式比較模擬結果和實際模型測試結果,還能比較兩種不同的模擬。FE 模型更新能夠自動調整和最佳化分析模型,以改善其與實體模態測試結果的關聯性。

NX 動作模擬、NX 動作彈性實體和 NX 動作控制 – 這是設計整合式環境,可用於評估新產品設計的運動學和動態效能。機制可以包括用於動作結構耦合分析的彈性實體,以及搭配 Matlab/Simulink 中開發的控制系統執行共同模擬。

NX 設計模擬 – 這是設計整合式、易於使用的 NX 應用程式,可讓設計工程師在開發流程的早期,快速評估 3D 產品設計概念的結構效能特性。

NX Nastran – 以企業解決方案的獨立元件提供,或是無縫整合在許多 NX CAE 產品的核心。NX Nastran 提供全面的效能模擬功能,適用於範圍廣泛的工程領域和產業。Siemens 致力於讓 NX Nastran 成為最完備且功能強大的解決方案,以實現功能性數位原型製作和模擬。

Teamcenter 模擬流程管理 – 這是 CAE 特定的 Teamcenter 模組,能擷取、重複利用及共用整個企業中的模擬資料、CAE 產品結構和模擬流程。

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關於 Siemens PLM SoftwareSiemens Digital Factory Division 旗下事業部 Siemens PLM Software 是全球領先的產品生命週期管理 (PLM) 和製造作業管理 (MOM) 軟體、系統和服務的供應商,在全球有超過 77,000 個客戶,裝機量已超過 900 萬套。Siemens PLM Software 總部位於美國德克薩斯州布蘭諾市,其與客戶一起合作提供工業軟體解決方案,協助世界各地的公司做到真正有用的創新,達成永續競爭優勢。欲了解關於 Siemens PLM Software 產品和服務的更多資訊,請造訪網站 www.siemens.com/plm。

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亞太地區Suites 4301-4302, 43/F AIA Kowloon Tower, Landmark East 100 How Ming Street Kwun Tong, Kowloon Hong Kong +852 2230 3308

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