全球進入數(shù)字經(jīng)濟時代，市場對于產(chǎn)品的智能化、科技感、定制化水平要求越來越高，產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，并且與更多的學(xué)科相關(guān)聯(lián)。
隨著環(huán)保意識的日益提高，綠色包裝已成為包裝行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。然而，如何在保證包裝功能的同時實現(xiàn)綠色環(huán)保，是眾多企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。針對這一問題，今天我們一同探討仿真技術(shù)是如何驅(qū)動綠色包裝創(chuàng)新設(shè)計，提升企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新能力。
一、企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新能力現(xiàn)狀分析
在當(dāng)前市場競爭激烈的環(huán)境下，企業(yè)不斷尋求產(chǎn)品創(chuàng)新以保持競爭優(yōu)勢。在包裝設(shè)計領(lǐng)域，許多企業(yè)仍沿用傳統(tǒng)包裝材料和技術(shù)，缺乏綠色包裝設(shè)計理念。這不僅對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，還增加了企業(yè)成本。
同時，企業(yè)在產(chǎn)品創(chuàng)新方面面臨諸多挑戰(zhàn)，如市場競爭激烈、消費者需求多樣化等。包裝作為產(chǎn)品的重要組成部分，其設(shè)計創(chuàng)新對企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新至關(guān)重要，多數(shù)企業(yè)在綠色包裝設(shè)計方面仍存在以下問題：
缺乏對環(huán)保材料的有效選擇：許多企業(yè)在選擇包裝材料時，仍沿用傳統(tǒng)的不可降解材料，導(dǎo)致環(huán)境污染。
包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理：部分企業(yè)為了降低成本，采用簡單的包裝結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致包裝在使用過程中無法有效保護產(chǎn)品，同時也增加了運輸成本和能耗。
缺乏對全生命周期的評估：企業(yè)在包裝設(shè)計過程中，往往只關(guān)注生產(chǎn)成本而忽略了包裝在使用、回收等環(huán)節(jié)的環(huán)境影響。
基于設(shè)計仿真一體化的研發(fā)理念，工程師可以在同一環(huán)境下進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和仿真分析，避免后期數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來的各種不便，盡早的發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，節(jié)省數(shù)據(jù)模型的交接與工序的等待時間，從而提高產(chǎn)品設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。
例如在產(chǎn)品模型基礎(chǔ)上，工程師可以直接通過仿真軟件對產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性進行定性的分析，而不用專門等待數(shù)據(jù)分析師整理結(jié)論，工程師自身實時的分析結(jié)果將始終反映最新的設(shè)計變更，幫助工程師在早期了解產(chǎn)品最終性能，大幅度縮短產(chǎn)品研發(fā)周期的同時保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
因此，在產(chǎn)品早期設(shè)計流程中引入仿真技術(shù)，采用設(shè)計仿真一體化的方式進行協(xié)同作業(yè)，對于提高企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新能力有著重要意義。
二、仿真技術(shù)驅(qū)動綠色包裝創(chuàng)新設(shè)計
01、以某知名化妝品企業(yè)為例
該企業(yè)采用了仿真驅(qū)動綠色包裝設(shè)計方法，成功開發(fā)出一款具有環(huán)保理念的化妝品包裝。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
包裝材料選擇：該企業(yè)通過仿真分析，選擇了可降解的生物塑料作為主要包裝材料，大幅降低了對環(huán)境的影響。
包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計：通過仿真測試，企業(yè)優(yōu)化了包裝結(jié)構(gòu)，減少了包裝材料的用量，從而降低了成本。
包裝性能優(yōu)化：通過仿真技術(shù)，企業(yè)提高了包裝的防水、防震等性能，確保了產(chǎn)品在運輸和儲存過程中的安全。
經(jīng)過仿真驅(qū)動綠色包裝設(shè)計，該企業(yè)的化妝品包裝不僅實現(xiàn)了環(huán)保、低成本的目標(biāo)，還提升了產(chǎn)品形象和市場競爭力。
02、以某電子產(chǎn)品企業(yè)為例
該企業(yè)希望設(shè)計一款綠色包裝，以提升其產(chǎn)品創(chuàng)新能力。通過仿真驅(qū)動的綠色包裝創(chuàng)新設(shè)計流程，該企業(yè)實現(xiàn)了以下目標(biāo)：
選擇可降解材料：經(jīng)過仿真分析，企業(yè)選擇了一種由生物質(zhì)材料制成的可降解包裝材料，符合環(huán)保要求且性能良好。
優(yōu)化包裝結(jié)構(gòu)：通過仿真技術(shù)對包裝結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，減少了材料使用量，降低了包裝重量，從而降低了運輸成本和能源消耗。
全生命周期評估：通過對包裝設(shè)計的全生命周期進行仿真，企業(yè)發(fā)現(xiàn)采用新的綠色包裝方案比傳統(tǒng)方案減少了30%的環(huán)境影響。
通過仿真驅(qū)動的綠色包裝創(chuàng)新設(shè)計，該企業(yè)成功地提升了產(chǎn)品創(chuàng)新能力，同時也贏得了消費者的好評和市場份額。
仿真驅(qū)動綠色包裝創(chuàng)新設(shè)計是提升企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新能力的重要途徑，面對環(huán)保和競爭的雙重壓力，企業(yè)應(yīng)積極應(yīng)用仿真技術(shù)，不斷探索綠色包裝的創(chuàng)新之路，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和競爭優(yōu)勢。
三、提升企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新能力解決方案
01、仿真分析工具SIMULIA
各大公司都在努力突顯其產(chǎn)品的競爭差異并擊敗市場競爭對手，而工程內(nèi)部的迅速決策對產(chǎn)品成功的重要性也越來越高。設(shè)計過程中作出的決策會對產(chǎn)品的三個重要成功因素產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響：開發(fā)速度、成本和質(zhì)量。一流公司如何通過SIMULIA的仿真和虛擬原型來準(zhǔn)確預(yù)測產(chǎn)品行為，縮短產(chǎn)品上市時間，并為開發(fā)和優(yōu)化當(dāng)今的復(fù)雜產(chǎn)品提供工程師所需的洞察力。
SIMULIA應(yīng)用程序加快了在將原材料和產(chǎn)品投入物理原型之前評估其性能、可靠性和安全性的過程。SIMULIA 在功能強大、用戶友好的環(huán)境中提供了出色的仿真產(chǎn)品組合和行業(yè)卓越的技術(shù)。
SIMULIA的技術(shù)范圍涵蓋了仿真領(lǐng)域，如結(jié)構(gòu)力學(xué)、計算流體力學(xué)、多體動力學(xué)和電磁場仿真，支持真正的多物理場仿真方法。SIMULIA 技術(shù)產(chǎn)品組合還包括用于流程集成、系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化的工具。
02、SIMULIA仿真分析功能
???流體和計算流體力學(xué)仿真分析
使用直接連接到設(shè)計幾何圖形的計算流體力學(xué) (CFD) 的圍繞和穿過實體和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)內(nèi)部和外部流（包括熱傳遞）。流體專業(yè)包括使用計算流體力學(xué)技術(shù)的圍繞和穿過實體和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)內(nèi)部和外部流。
主要優(yōu)勢：
（1）提供圍繞和穿過零件、子裝配體和完整裝配體的計算流體力學(xué) (CFD) 仿真，以驗證設(shè)計、識別有利的設(shè)計備選方案以及通過虛擬測試降低風(fēng)險和設(shè)計不確定性；
（2）所有仿真都使用強大的內(nèi)置 Navier-Stokes 解算器進行可壓縮和可壓縮流仿真，包括熱效應(yīng)；
（3）角色包括仿真指南，可幫助臨時用戶高效地完成仿真任務(wù)；
（4）仿真直接在統(tǒng)一用戶環(huán)境內(nèi)，在來自 CATIA 或 SOLIDWORKS 的設(shè)計幾何圖形上執(zhí)行；
???結(jié)構(gòu)仿真分析
一套使用 ABAQUS FEA 的全面結(jié)構(gòu)分析解決方案，用于指導(dǎo)設(shè)計決策并提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。結(jié)構(gòu)仿真包括使用適用于實體和結(jié)構(gòu)的 Abaqus 的有限元分析 (FEA)，以為線性和非線性靜態(tài)、熱、動態(tài)和沖擊效應(yīng)建模。
真實仿真包括完整的材料行為（適用于金屬、彈性體、復(fù)合材料和許多其他材料）、接觸和沖擊以及大型運動。包括斷裂/故障分析，疲勞仿真和生命周期估計可使用 fe-safe 技術(shù)提供。
與 CATIA 和 SOLIDWORKS 中生成的 CAD 模型直接集成，可以高效地對從單個零件到完整裝配體的各種情景進行建模和模擬，從而使仿真成為產(chǎn)品設(shè)計和工程流程的核心部分。
主要優(yōu)勢：
（1）使用 Abaqus 和 fe-safe 技術(shù)在各種負(fù)載條件下評估產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能；
（2）在直接鏈接到 CATIA 或 SOLIDWORKS 設(shè)計幾何圖形的直觀界面中提供獨特的建模和仿真設(shè)計工作流程；
（3）利用接觸和其他非線性提供各種功能，從單個零部件的簡單線性分析到整個裝配體的完整仿真；
???電磁仿真分析
電磁仿真分析使工程師能夠有效地研究零部件或整個系統(tǒng)的電磁特性。電磁 (EM) 系統(tǒng)帶來了多種挑戰(zhàn)，例如，非常寬的頻率范圍和非常精細(xì)的大型電氣結(jié)構(gòu)。專用解算器利用特定的數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的仿真。EM 仿真可在整個設(shè)計過程中應(yīng)用。從構(gòu)造概念到零部件的合成以滿足規(guī)格，再到分析工作條件下的電磁性能：虛擬原型正在改變設(shè)計周期。
在加快產(chǎn)品上市速度和降低成本方面，EM 仿真軟件帶來了變革，它不僅影響了電子產(chǎn)品和通信這樣的高科技行業(yè)，也影響了航空航天、國防、運輸和生命科學(xué)領(lǐng)域。使用 EM 軟件進行分析的范圍從天線、傳感器和芯片等單個零部件，到完整設(shè)備，包括飛機、智能手機和 MRI。
SIMULIA 產(chǎn)品組合中的聯(lián)合設(shè)計將 EM 仿真集成到行業(yè)流程中，這加快了創(chuàng)建物理原型之前評估材料和產(chǎn)品性能、可靠性和安全性的過程。
???運動和多體動力學(xué)仿真分析
多體動力學(xué)是研究機械力應(yīng)用下復(fù)雜機械系統(tǒng)運動的科學(xué)。多體動力學(xué) (MBD) 仿真分析允許工程師研究和調(diào)查機械和機電系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)運動，使他們能夠生成和解算虛擬 3D 模型，以預(yù)測和可視化運動、耦合力和應(yīng)力。
研究系統(tǒng)從開始到結(jié)束的整個流程 — 從初始概念到最終詳細(xì)設(shè)計的整個設(shè)計周期都使用多體動力學(xué)。
通過多體動力學(xué)仿真，工程師可以：
（1）為快速設(shè)計更改做出明智決策，并研究子系統(tǒng)和完整系統(tǒng)；
（2）減少原型數(shù)量；
（3）避免代價高昂的最后一分鐘更改；
（4）縮短上市時間；
憑借其高端技術(shù)， SIMULIA 多體動力學(xué)產(chǎn)品系列繼承了 40 多年開發(fā)的 Simpack 技術(shù)，為所有 SIMULIA 應(yīng)用程序提供動力。
???振動聲學(xué)仿真分析
噪聲和振動分析在幾乎每個行業(yè)都變得越來越重要。由于政府環(huán)境立法、新的輕質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)、可檢測性、疲勞、消費者期望和競爭壓力，降低噪音和振動的需求日益增加。
無論何種應(yīng)用，都需要一種方法來表征作用于系統(tǒng)的復(fù)雜源(包括復(fù)雜的不穩(wěn)定流源)，還需要一種方法來診斷和排列噪聲在系統(tǒng)中的各種傳播路徑。此外，也需要精確的頻率相關(guān)耗散和隔離模型，這種模型源于多孔彈性噪聲控制處理和結(jié)構(gòu)隔離器。
各種各樣的行業(yè)應(yīng)用可以用Wave6來模擬。Wave6提供了獨特的分析方法用于在整個可聽頻率范圍內(nèi)有效和精確地模擬噪聲和振動，這些方法被集成到單個通用引擎中，并由單個許可證控制。這能夠在同一個模型中組合各種方法，并以其他軟件包無法實現(xiàn)的方式有效地分析噪聲和振動問題。
通過將Wave6集成到設(shè)計流程中，可以確保在設(shè)計階段就將噪聲和振動性能融入到產(chǎn)品中，從而降低在物理原型制作過程中發(fā)現(xiàn)昂貴的噪聲和振動問題的風(fēng)險。
機電協(xié)同設(shè)計是企業(yè)進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中的必經(jīng)之路，敬請期待下期精彩內(nèi)容更新《電氣工程師必用的電氣軟件，無縫集成電氣和機械設(shè)計》，將為你揭秘SOLIDWORKS Electrical是怎么通過機械電氣一體化協(xié)同設(shè)計、破除信息孤島、及時發(fā)現(xiàn)問題，實現(xiàn)高效設(shè)計，協(xié)同創(chuàng)新，提升產(chǎn)品品質(zhì)。
走進成都恒睿
●15年專注于三維數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)管理領(lǐng)域，為制造業(yè)提供專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和高水平信息化管理系統(tǒng)解決方案，管理咨詢以及相關(guān)培訓(xùn)認(rèn)證和項目合作等服務(wù)
●致力于為客戶提供基于SOLIDWORKS、SIMULIA的產(chǎn)品研發(fā)一體化解決方案，幫助企業(yè)提升設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期和降低成本
●積累了CAD/CAE/PDM等相關(guān)領(lǐng)域豐富的行業(yè)經(jīng)驗，企業(yè)用戶成功案例遍布各個領(lǐng)域
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撰稿：成都恒睿
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