3DTIMON：模流分析“老將”開啟新征程

撰文/朱輝杰

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3DTIMON：模流分析“老將”開啟新征程

撰文/朱輝杰

左：中野亮 右：朱彩華

今天，每當模具工程師談到模流分析，總繞不開Moldflow，偶爾也會有人提到Moldex3D。十幾年前，曾經和Moldflow爭鋒的C-mold似乎已經被人遺忘。實際上，在模流分析技術高速發展的三十多年歷程中，唱主角的不僅有Moldflow和C-mold，來自日本的3DTIMON軟件也是核心角色之一。相比和Moldflow幾乎同時期交互發展的3DTIMON ，Moldex3D只能算是后來者。

2016年5月，在3DTIMON V10中文版正式發布之際，3DTIMON的東家日本東麗工程株式會社和國內PLM行業的老牌公司UDS（聯合數字集團）確立了商業合作關系，UDS成為3DTIMON在中國區的獨家代理商，雙方合作向中國的模具制造業提供先進的模流分析技術和工程支持服務。本刊記者有幸見證了“UDS-Toray 3DTIMON技術服務中心”的誕生，并采訪了日本東麗工程株式會社理事兼CAE軟件事業部長中野亮、技術總監綾野裕和UDS公司總經理朱彩華。

三維模流分析“老將”

模流分析技術的發展和工程化、商業化應用不過三十多年時間，誕生于日本的3DTIMON和誕生于澳大利亞的Moldflow都是其中的老牌軟件，而且均綿延至今。與Moldflow從大學研究成果轉化而來不同，3DTIMON脫胎于材料提供商——日本東麗株式會社——提供纖維、樹脂和塑膠、碳纖復合等各種材料。

3DTIMON的開發始于1981年，中野亮先生說：“這款軟件最初是東麗集團的樹脂材料部門在技術研究和工程應用中開發的，逐步成熟和商業化后，東麗集團將這款軟件納入東麗工程株式會社的業務范疇，以便服務于更多企業。東麗工程株式會社分為電子事業部（液晶、半導體等業務）和工程項目建設事業部。CAE軟件在營收方面，雖然在東麗工程株式會社中占比不高，但是，其工程化應用幾乎關聯東麗集團的各個業務部分，CAE對東麗集團的業務發展非常重要。”

3DTIMON的亮點不僅僅在于“老”，還因為其在模流分析技術發展的歷史上，創造了很多第一。在20世紀80～90年代，受限于有限元算法和計算機硬件性能，幾乎所有工程化和商業化的模流分析軟件均基于中性面2.5D技術。1996年，東麗發布了世界上第一款真正采用三維技術的模流分析軟件3DTIMON，大大簡化了模型的前處理過程，也提高了復雜模型分析的效率和準確性，降低了三維模型解算對計算機性能的需求。此前，這款軟件名為TIMON，“3D”字頭記錄了這項歷史性的技術突破。在模流分析技術的三維化進程上，3DTIMON早于Moldflow，更早于使用有限體積算法的Moldex3D。

2003年，基于東麗在材料特性研究和工程化應用方面的優勢，3DTIMON-OPTICS功能模塊發布，可以分析模擬材料的雙折射率分布情況，3DTIMON成為了世界上首款能預測制成品光學性能的商業化軟件。這項技術突破也使得3DTIMON在光學制品成型領域有著不錯的用戶基礎。

作為模流分析領域的老牌軟件，3DTIMON在超薄件分析、嵌件分析、多色成型分析都有著特殊的功能優勢，但是，相比另一員老將Moldflow，甚至相比后輩Moldex3D，在中國用戶群中的知名度都有差距。對此，中野亮先生表示：“3DTIMON在日本企業中的應用非常普遍，在中國境內的日資企業也有應用，但在中國制造企業中的知名度確實不高。最近幾年，中國制造業飛速發展，我們在中國開展了很多工程項目，日益加強對中國市場的投入。此次，我們與UDS合作，希望擴大3DTIMON在中國制造業的影響力和應用范圍。UDS在中國制造企業中具備豐富的執業經驗、深厚的技術積累和良好的口碑，這是我們實現未來目標的基礎。”

UDS公司總經理朱彩華先生在采訪中說：“UDS是西門子工業軟件的最大代理商，有超過20年的工業軟件銷售、咨詢和服務經驗，我們和東麗在業務上有相當長時間的互動，相互之間有一定了解，這是雙方合作的基礎。同時，3DTIMON確實有其獨到之處，有助于我們更好的服務于中國模具行業的客戶”。

開啟中國之旅的金鑰匙

Moldflow在上世紀90年代末就進入了中國制造業市場，Moldex3D則在新世紀初開始市場耕耘。3DTIMON雖是老將，但也是市場的后來者，那么，東麗和UDS聯手開啟其中國之旅的底氣在哪？

中野亮先生認為，3DTIMON開啟市場大門的金鑰匙有三個，第一，對材料特性的深入研究和大量數據積累。第二，3DTIMON作為三維分析軟件的前后處理優勢和專利算法。第三，各細分專業領域的獨特優勢和長期積累的工程化經驗。

中野亮說：“東麗集團是材料研究和銷售公司，年營業額超過200億元美金，員工超過45000名。其中，纖維材料占業務量的42%，樹脂和塑料材料占25%，和IT相關的材料占12%。3DTIMON由東麗這樣的材料商研發，使軟件對樹脂、塑料、復合材料和纖維材料的特性描述和分析、預測更準確，材料種類和試驗數據積累更豐富。同時，我們不僅具有東麗本身材料的數據，還吸納了大量第三方材料商的數據。”

除了材料特性數據的積累外，模流分析軟件的前后處理和算法，是決定軟件應用效率、解算性能和結果準確性的重要基礎。據綾野裕先生介紹，3DTIMON基于三維模型的算法是東麗的專利，這套算法經過了大量材料特性和工程實踐的驗證，其對模流流動的分析和預測準確度非常高，而且即使大型且高復雜度的項目，也不需要高性能的計算機，解算效率很高。因為3DTIMON采用三維模型分析，因此在建模、劃分和生成網格等前處理環節，實現了高度的自動化，相比其他軟件簡單、高效得多。

模流分析本身是個非常狹窄的技術范疇，應用領域和市場容量并不十分大，因此，不同軟件之間的角逐實際非常激烈。3DTIMON爭鋒的另一把金鑰匙也是大多數日本工業軟件的特點——在細分專業領域長期深耕細作，從而形成的豐富工程化經驗。3DTIMON除了前后處理和流動、保壓、冷卻、翹曲等通用模塊外，還包括嵌入件、多色件、光學成型件、超薄件、超薄液晶件、粘彈性材料和結構分析等專用模塊，這些都是3DTIMON經常長期工程驗證后、具備獨特優勢的模塊。憑借通用模塊和專用模塊，3DTIMON可以在產品設計和制造階段，讓產品設計師和模具工藝師利用直觀的三維方式，結合不同的材料特性，預測可能存在的問題，并在產品設計、模具設計、成形工藝等不同階段給出可行的建議，從而避免翹曲、飛邊、凹陷等外觀不良問題，同時減少試模，縮短工期，提高效率，并降低物料和設備成本。

除此之外，3DTIMON還有許多獨特的功能優勢。例如，可視化技術可以讓用戶在模流分析過程中，觀察模具內部的情況，從而更好地分析和預測模流過程。例如，靈活的后處理模塊可以提供各種分析圖表，并將計算結果導入到NASTRAN等其他分析軟件中，從而進行更全面的產品分析和驗證。

中野亮先生說：“除了CAE軟件事業部外，東麗工程株式會社有專門的汽車和飛機事業部，還建立了專門的塑膠、復合材料事業部以及專屬的工程化研究部門。同時，東麗與汽車行業的豐田、本田、馬自達開展合作，長期服務于光學、精密機器領域的佳能、三星和富士康等企業。目前在3DTIMON的應用領域中，汽車行業占到40%，電氣占19%，精密機器14%，復合材料占10%，其他領域占12%。全球已經有超過400家企業使用3DTIMON。經過三十多年的不斷深入研究和工程應用，3DTIMON在特定細分行業和專業領域的工程化能力不斷增強。”

對于模流分析軟件而言，能準確描述、分析和預測各種材料特性，能高效和準確的進行前處理和解算，能確保計算結果值得信賴，這是軟件得到用戶支持的先決條件，有著35年歷史的3DTIMON顯然已經具備了這樣的基礎。

朱彩華先生對3DTIMON在中國市場前景也談了自己的看法，他說：“去年，我曾拜訪東麗的日本本部，東麗的材料研究和軟件工程化能力令人驚嘆。3DTIMON在中國某些行業具有很好的應用前景，例如，中國的汽車工業發展迅速，自主技術研發的呼聲漸高，加上輕量化、以塑代鋼的大趨勢，3DTIMON在碳纖復合材料方面的獨特優勢，使其能成為汽車企業的良好研發助力。在精密機器、光學設備領域，3DTIMON也明顯有很多機會。作為中國區的獨家代理，我們會幫助更多企業了解和使用3DTIMON。”

合作開啟3DTIMON未來之路

“UDS服務于中國制造業已經超過20年，作為西門子工業軟件的最大代理商和服務商，積累了豐富的軟件分銷、技術咨詢和工程服務經驗，更在模具行業積累了很多資源。西門子的主要工業軟件來源于航空制造業，軟件從工程中來，又應用到工程中去，這是優秀工業軟件的基礎。東麗的3DTIMON也具備這個特點，由材料工程化公司開發，由行業龍頭制造企業應用和驗證，最終形成了世界級的模流分析軟件。UDS牽手東麗，一定能在中國的制造業闖出一片新天地”，UDS公司總經理朱彩華先生對本刊記者說。

據了解，在V10版本發布前，東麗工程株式會社和UDS攜手，在上一個中文版本的基礎上，加強了3DTIMON的本土化程度，不僅提供了全中文的軟件界面，而且幫助文件和電子教程也全面漢化，以確保中國用戶能夠更方便的學習和使用軟件。

中野亮說：“在日本，很多Moldflow用戶轉為3DTIMON用戶，原因就在于我們不斷在培訓和技術支撐上的投入，不僅幫助用戶利用3DTIMON解決工程問題，還根據用戶的新需求，不斷開發增加新的功能。在中國，UDS將成為我們和用戶企業之間的橋梁，不僅幫助中國用戶更好地利用3DTIMON，而且把中國用戶的需求反饋給我們，以增強我們的產品。”

據記者了解，東麗已經在中國建立了研發中心，進行產品的研發和改進，并支持中國的合作伙伴和用戶。未來一段時間，UDS將和東麗攜手開展3DTIMON應用培訓，并發布針對各行業和專業領域的中文教程，同時編制教材和大綱，讓3DTIMON可以進入模具相關的大專院校和職業技能院校。

正如凌野裕先生所講：“3DTIMON不僅僅是軟件產品，其關鍵在于包含了大量東麗的工程實踐和材料研究、應用經驗。我們希望通過與UDS的合作，能將這些寶貴的經驗引入中國的制造企業中，這將3DTIMON在中國市場最大的價值體現。”

記者手記

一招鮮，吃遍天。3DTIMON要在中國模流分析軟件市場后發先至，必須在某些特定領域具備獨特的優勢，這方面，3DTIMON顯然是有所準備的。競爭是技術進步的催化劑，模流分析市場也不能僅僅讓Moldflow一家獨大，這對用戶也不是好事情。在V10的發布會上，記者也看到了3DTIMON一些有趣的新功能，例如，三維冷卻管路的智能模擬和分析，材料剩余應力的高低溫循環分析，纖維材料的塑性流動的精準分析和預測，碳纖維復合材料的性能分析和預測……在通用的功能外，這些也許是未來模流分析軟件應用的重要方向，《智能制造》全媒體將持續保持關注。