企業(yè)CAE技術應用

2013-06-07 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

王毅來源:e-works
關鍵字:CAE SolidWorks Simulation 應用導入

CAE技術或者說CAE的相關產(chǎn)品進入中國已經(jīng)有很長的一段時間了,現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)知道并認可了這項技術,但是對CAE的作用及應用卻缺少了解,筆者有5年的應用CAE技術的經(jīng)驗,對于如何導入并應用這項技術有一些淺顯的經(jīng)驗,在這里以SolidWorks Simulation(COSMOS)為例總結一下導入的過程和方法,希望能夠給大家?guī)硪稽c收獲或思考。

2009年4月 DS SolidWorks和合作伙伴在中國25個城市舉辦了37場Simulation Day的活動;目的是通過這些活動,使中國的企業(yè)認識并利用CAE技術,幫助企業(yè)度過經(jīng)濟寒冬,走出現(xiàn)在的低谷。廣州宇喜咨詢科技公司在活動期間總共在廣州、深圳、佛山舉辦了3場活動,筆者參與了以上3場活動并做了現(xiàn)場的一個產(chǎn)品線的介紹;在活動期間,最大的感受是:眾多企業(yè)對CAE已經(jīng)了基本的認識,但是對其具體的作用或者說對如何在企業(yè)應用沒有很好的概念,說通俗點,我們認可你,但是不知道如何去用。也就是說不知道如何將這項技術導入到企業(yè)內部,發(fā)揮作用并創(chuàng)造經(jīng)濟效益,讓企業(yè)得到切切實實的好處。
CAE技術或者說CAE的相關產(chǎn)品進入中國已經(jīng)有很長的一段時間了,現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)知道并認可了這項技術,但是對CAE的作用及應用卻缺少了解,筆者有5年的應用CAE技術的經(jīng)驗,對于如何導入并應用這項技術有一些淺顯的經(jīng)驗,在這里以SolidWorks Simulation(COSMOS)為例總結一下導入的過程和方法,希望能夠給大家?guī)硪稽c收獲或思考:
1 CAE應用的不同階段:

1.1 認識與了解階段
要想使用并推廣一項技術,就得首先了解,CAE技術只有在人們認識和了解后才有可能在企業(yè)內部得以應用。在這個階段,企業(yè)需要做的工作有:
(1)搜索和學習相關的技術資料
(2)找到與本行業(yè)或產(chǎn)品相關的應用案例
(3)對CAE軟件的作用、特點、功能、本地化、易學易用程度等都要有所認識和了解。
(4)如果有條件可以把目前設計或實際中的一些難以找到原因的案例和問題提交給CAE服務的單位(軟件供應商、專門的CAE服務機構),看是否可以解決。
(5)找CAE軟件或技術的供應商,幫助企業(yè)去分析目前企業(yè)可能存在的CAE需求以及通過這些技術的應用能夠給企業(yè)帶來的效益。
1.2 初步應用階段
在這個階段,企業(yè)需要指定一個人或者成立一個部門,購買、學習一款基本的通用有限元軟件,如SolidWorks Simulation(基于SolidWorks的最易學易用的通用有限元軟件);把企業(yè)設計、生產(chǎn)中遇到的問題、難點評估是否可以通過CAE技術去找到問題產(chǎn)生的根本原因,如果可以,通過CAE技術區(qū)分析問題產(chǎn)生的根本原因并制定解決方案,并及時總結和通報反饋結果。積累最基本的仿真分析經(jīng)驗和原始的基礎數(shù)據(jù)。
這個階段實際就是CAE的需求分析和實踐測試階段,通過解決一些企業(yè)長期存在的一些實際問題,讓工程師、高層人士認識到CAE技術的價值。
1.3 設計仿真一體化
如果第三個階段能夠有很好的成果,基于前期的成果,通過分析和調研,固化設計環(huán)節(jié)的某些分析過程,將事后分析提前到設計階段,更新設計流程,將分析過程常態(tài)化。
這個階段要注意,因為增加分析的過程會從單一的某個環(huán)節(jié)看,會增加研發(fā)的周期,降低研發(fā)效率的,但是從整體的研發(fā)過程看,也許就會縮短研發(fā)周期,如減少整理物理樣機的測試次數(shù),減少后期的設計變更等,所以,此時要注意平衡點的掌握。
2 CAE應用導入案例
XX廠是一個OEM工廠,專門生產(chǎn)一種類型的零部件,按客戶圖紙要求進行生產(chǎn),是一個典型的制造型工廠,按理說這種廠應用CAE的機會比較少,因為不需要進行零部件的設計,不存在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計流程(傳統(tǒng)設計中的CAE應用案例太多了,這里就不一一的詳述得了)。但是筆者認為,凡是有設計的地方,CAE技術就有用武之地,就能發(fā)揮作用,就看企業(yè)怎樣去挖掘和實踐。
2.1 認識與了解階段
制造型企業(yè)也存在設計的,如模具設計、產(chǎn)品的內部結構設計等,在加入XX廠半年后,通過對起設計過程的了解,開始對設計層以及技術主管灌輸CAE技術及概念,通過一個長期存在的產(chǎn)品裂紋的案例CAE應用引起了高層和設計層的關注。
案例背景:
產(chǎn)品的生產(chǎn)過程很簡單,就是將銅片放在模具中,通過擠塑模將電木和銅片結合在一起,其中有一款產(chǎn)品在產(chǎn)品老化后,中間孔有裂紋的比例一度曾達到60%,已經(jīng)不能正常生產(chǎn)了,為此廠內成立的攻關小組,進行了不下20余種的改進方案,但一直沒有很好的成效。
原因分析:
筆者在了解到此情況后,通過現(xiàn)場觀察和了解,通過SolidWorks的SimulationXpess(cosmosXpress),分析其擠塑中間的一個中間放氣的擠壓過程,發(fā)現(xiàn)孔周圍的應力很大,與現(xiàn)場的裂紋區(qū)域符合,所以提交了一份報告,提醒模具設計人員是否可以改進成型的過程,避免此區(qū)域的擠塑期間的接觸以免造成擠壓而產(chǎn)生的應力破壞。
問題解決:
原因分析中的報告一開始并沒有得到設計和技術管理層的認同,他們認為這個過程沒有問題,因為有多款產(chǎn)品都是這么做的,都沒有問題。
在應用傳統(tǒng)的經(jīng)驗在半年后仍沒有解決問題而導致生產(chǎn)不能進行后,某一位技術主管抱著試試的態(tài)度,采用了筆者的意見,改進了模具的結構。
應用新的模具后,現(xiàn)場的產(chǎn)品的不合格率從60%一下子就降到了不到0.5%,也就是說筆者分析的裂紋產(chǎn)生的原因是正確的,就是通過這樣一個簡單的案例,使得廠內的技術層對CAE技術有了一個清晰的認識,并意識到了其價值。

2.2 初步應用階段
在一個簡單的案例成功后,筆者開始在產(chǎn)品的設計過程(雖然客戶有圖紙,但是部分產(chǎn)品的內部結構還是要靠自己設計)、制造過程階段導入了CAE技術。
案例1:產(chǎn)品設計:
案例背景:
以前在不同內部結構的產(chǎn)品,通常在樣品出來前,不能確認那種結構是好的,所以通常需要同時開發(fā)3~5種樣品,通過物理測試,確認最好的一種進行批量生產(chǎn),在筆者了解到此情況后,建議用CAE技術進行對比,摒棄掉物理測試。
    實踐過程:
此建議一開始并沒有得到認可,于是筆者建議選擇一個項目,然后應用CAE技術,對比物理結果和CAE結果是否一致,于是筆者使用SolidWorks Simulation(COSMOSWorks)。在次期間,進行了材料參數(shù)的收集,仿真過程的初期標準化工作。
    應用結果:
實際的測試結果表明,CAE的分析結果和實際的物理測試是一致的,產(chǎn)品設計人員開始主動的要求學習SolidWorks Simulation軟件。
案例2:碰焊過程分析
    案例背景:
    某款產(chǎn)品在客戶碰焊過程中,總是產(chǎn)生裂紋,客戶以產(chǎn)品不合格為理由,有求退貨。
    實踐過程:
開始傳統(tǒng)的經(jīng)驗表明,更改電木粉可以改善此類問題,所以開始更換原材料,但是在改了10幾次后問題仍然沒有得到改善,其原因就是就沒有找到問題產(chǎn)生的根本原因,所以筆者建議使用CAE技術分析其碰焊過程。在使用SolidWorks Simulation 熱分析模塊模擬分析了其碰焊過程中熱應力的分布,CAE結果表明,由于產(chǎn)品結構的特殊性,導致碰焊過程中熱應力過于集中是產(chǎn)生裂紋的根本原因。
應用結果:
憑借完整的分析報告,在經(jīng)過與客戶的溝通,客戶調整了其焊接的參數(shù),裂紋現(xiàn)象馬上就消失了。
在此企業(yè),筆者還陸續(xù)進行了沖壓,擠壓、彎鉤、輥軋等加工過程的模擬,跟實踐相結合,取得了很好的應用效果。逐漸的CAE技術深入人心,設計和技術管理人員開始主動的學習和了解此項技術,并開始考慮在流程中嵌入CAE過程,以避免后期的更改。
2.3 設計仿真一體化
通過對過去一年后CAE的應用經(jīng)驗,筆者和管理層一起對產(chǎn)品的設計流程。模具的設計流程進行了調整,開始在設計和方案確認階段就主動的導入CAE技術,最大程度的減少量產(chǎn)階段的設計變更,也就是設計仿真過程一體化。
在設計仿真一體化之后,新產(chǎn)品的開發(fā)成本降低到原來的1/3;彎鉤模具的設計從過去的20次/月,減低到不到1次/月;擠壓模具設計成功率從過去的35%上升到了95%,整體的開發(fā)時間從過去的60天,降低到20天。
以上的這些數(shù)據(jù)表明,在應用了CAE技術后,縮短開發(fā)的周期,節(jié)省了開發(fā)費用,減少了設計變更,企業(yè)從里面能夠享受到實實在在的好處,如開發(fā)費用降低,量產(chǎn)后期的投訴、退貨減少、無形中節(jié)約了大量的資本。
3 總結
CAE技術,在中國已經(jīng)開始得到很多企業(yè)的認識和重視,但是從整體上說,還處于了解階段,應用的層次和效果與國外相比還有很大的差距;而且因為傳統(tǒng)的CAE軟件對人的要求比較高,高昂的軟件成本和人力使用成本成為很多中小型企業(yè)應用CAE技術的絆腳石。在這里筆者推薦大家不妨嘗試一下DS SolidWorks Simulation軟件,此軟件設計的指導思想就是:普通是設計人員使用CAE技術、設計仿真一體化、基于PC架構、最快速的求解器。而且其價格只有傳統(tǒng)的有限元軟件的 1/3都不到,所以具備業(yè)界最高的性價比,普通的中小型企業(yè)都可以承受。
最后希望CAE技術能夠在中國得以更快速的推廣,推動中國“制造”更加快速的過渡到中國“設計”。也希望我的這些經(jīng)驗能夠給大家?guī)硪欢ǖ慕梃b意義。