CAE的普及應(yīng)用

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

寫在2008“CAE,應(yīng)用普及正當(dāng)時?!”網(wǎng)上大討論活動之際。

阮文華來源:e-works
關(guān)鍵字:CAE 普及應(yīng)用創(chuàng)新設(shè)計

一、CAD工程師與CAE工程師的定位
根據(jù)本人對CAD/CAE的了解,CAD工程師和CAE工程師有明顯的定位區(qū)別,區(qū)別在于:
1) CAD工程師更傾向于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工程師或者是產(chǎn)品設(shè)計師;而CAE工程師更傾向于產(chǎn)品性能工程師。
2) CAD工程師主要來源于機(jī)械工程、工業(yè)設(shè)計等專業(yè);CAE工程師來源于力學(xué)等理論專業(yè)。
3) CAD工程師注重常規(guī)設(shè)計能力;CAE工程師注重分析能力和偏差設(shè)計能力。
然而,他們也有聯(lián)系:CAD工程師在產(chǎn)品設(shè)計過程中需要具有簡單的分析能力,在產(chǎn)品初級階段就能判別出產(chǎn)品的優(yōu)劣性;CAE工程師在分析計算過程中也應(yīng)具有簡單的三維設(shè)計能力,以便在同等情況下簡化模型,達(dá)到簡化計算。
二、CAE仿真分析技術(shù)的作用
仿真分析在這個周期的各個階段都可以創(chuàng)造效益,重點是在設(shè)計早期,在機(jī)床、工裝、原材料準(zhǔn)備等重大的投入之前,保證設(shè)計的正確性,避免浪費和失誤,而且為制造、銷售、后期支持服務(wù)等階段提供良好的保證。
1.概念設(shè)計階段的仿真分析
概念設(shè)計階段,需要根據(jù)市場需求、產(chǎn)品功能、及商業(yè)考慮等進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計,CAE仿真分析可以為設(shè)計人員用來完成基礎(chǔ)設(shè)計的驗證、不同方案的比較,滿足功能、性能方面的要求,并為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層進(jìn)行產(chǎn)品決策提供參考,回答是否能夠在預(yù)定時間、預(yù)定成本等約束條件下開發(fā)出滿足要求的產(chǎn)品的問題。
2.詳細(xì)設(shè)計階段的仿真分析
在這個階段,所有的設(shè)計將全部展開,從系統(tǒng)設(shè)計、裝配部件、子裝配、零件設(shè)計、直到圖紙、材料、制造工藝等。CAE仿真分析在這個階段的作用,就是驗證各種零部件是否滿足預(yù)期的性能、制造上是否可行,而且從系統(tǒng)到單個零件都可以進(jìn)行仿真。這些工作主要由設(shè)計工程師和制造工藝師參與完成。
3.試驗階段的仿真分析
試驗階段是設(shè)計完成后的關(guān)鍵階段。大多數(shù)企業(yè)都是先制造物理樣機(jī),投入試驗,如果某些地方試驗失敗,則重新設(shè)計、重新制造、重新試驗,如此反復(fù),直到定型通過。顯然,這樣反復(fù)多次的“設(shè)計、試驗、修改”過程,既耗費時間,又極為昂貴。
如果采用計算機(jī)仿真分析,樣機(jī)的數(shù)量和重新制造、重新試驗的次數(shù)必然會減少。在數(shù)字樣機(jī)的仿真試驗中發(fā)現(xiàn)問題、修改設(shè)計,與物理樣機(jī)相比,顯然其成本降低很多。據(jù)統(tǒng)計,數(shù)字樣機(jī)的開發(fā)方式能夠減少一半以上的物理樣機(jī)制造和試驗,從而爭取到更多的時間,節(jié)約大量的費用。
更進(jìn)一步,CAE仿真分析可以使物理試驗更快獲得通過。事實上,仿真分析可以“透視”整個樣機(jī)的試驗,顯示出所有檢測點的數(shù)據(jù),測試工程師利用仿真軟件,在實際試驗之前就掌握最佳測試方法和最可能的載荷/激勵位置,從而顯著地減少試驗時間,盡可能避免在試驗現(xiàn)場進(jìn)行“猜測”。
4.制造階段的仿真分析
這個階段是產(chǎn)品實際制造的階段。仿真分析技術(shù)可以優(yōu)化制造的工藝流程、減少廢料、簡化工藝步驟。通過找出、并消除那些可能導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷的設(shè)計要素,仿真分析技術(shù)在提高產(chǎn)品“可生產(chǎn)性”的同時也可以大大減少售后服務(wù)成本。而一些新的制造工藝流程還可以通過仿真分析來確定其中的某些重要參數(shù),如溫度、壓力和速度等。
5.市場/銷售階段的仿真分析
當(dāng)產(chǎn)品上市銷售時,仿真分析可以在推廣階段向客戶展示其產(chǎn)品在客戶使用環(huán)境下的表現(xiàn),同時仿真分析的結(jié)果也可以用到廣告中輔佐廠家對產(chǎn)品的介紹。由于仿真分析帶來了更好的設(shè)計、當(dāng)然也帶來了更好的產(chǎn)品,所以銷售也必將增加。
6.支持服務(wù)階段的仿真分析
售出的產(chǎn)品都需要技術(shù)支持、保養(yǎng)維護(hù)、檢查、修理。仿真分析技術(shù)可以指導(dǎo)現(xiàn)場的維修及備件更換,確保問題的解決,使產(chǎn)品保持原設(shè)計的功能。
7.報廢階段的仿真分析
產(chǎn)品的使用壽命到期之后,就必須報廢或回收。仿真分析在這個階段的作用是,選擇合適的工藝、材料、以及便宜、可行的回收方式。多數(shù)情況下,廠家都會制造大量備用的“接觸件”,仿真分析也可以保證這些備用件被合理回收利用。
三、CAE技術(shù)在我國企業(yè)普及應(yīng)用低的主要原因
1、企業(yè)觀念落后
現(xiàn)在國內(nèi)確實存在CAE軟件應(yīng)用不廣的現(xiàn)象,這是由于國內(nèi)制造行業(yè)普遍存在憑經(jīng)驗生產(chǎn)的現(xiàn)象,往往是通過反復(fù)試驗來提高產(chǎn)品性能。其實這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不僅成本高,而且不精確。然而,整個中國的大環(huán)境也存在諸多弊病,例如:更多公司愿意建造制造基地,愿意投資制造設(shè)備,從而達(dá)到“立竿見影”的效果,這往往造成“重制造、輕研發(fā)”的現(xiàn)象。
2、市場推廣乏力
有關(guān)專家認(rèn)為,國內(nèi)企業(yè)不愛用CAE軟件,這與CAE軟件宣傳力度小、企業(yè)認(rèn)識不到使用CAE軟件的經(jīng)濟(jì)利益有關(guān)。因此,CAE軟件的普及應(yīng)當(dāng)向國外企業(yè)學(xué)習(xí),加大宣傳力度,并適當(dāng)做些培訓(xùn),甚至還需建立完整的應(yīng)用技術(shù)培訓(xùn)體制,將其作為一項技術(shù)認(rèn)證,通過工程人員的認(rèn)證加強了市場推廣力度。
3、盜版軟件猖獗
國內(nèi)軟件市場普遍存在一種現(xiàn)象:正版的推不動,盜版的很暢銷。CAE軟件也面臨著同樣的問題。
但是,依我個人看法,CAE技術(shù)的未來可以用一句話概括“前途是光明的,道路是曲折的。”
四、CAE技術(shù)普及應(yīng)用還要做什么?
1、企業(yè)觀念的轉(zhuǎn)變
外界的需求,客戶特別是海外需求拉動企業(yè)CAE的應(yīng)用。企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層也己經(jīng)意識到這個問題。目前,很多企業(yè)是參考CAE的結(jié)果,起輔助設(shè)計的作用。事實上,CAE的作用在前移,在概念設(shè)計的時候就可以參與設(shè)計,起到規(guī)劃的作用。
2、廠商的培訓(xùn)
在技能培訓(xùn)方面,廠商應(yīng)具備良好的培訓(xùn)體系,幫助企業(yè)培養(yǎng)CAE人才。在特殊行業(yè)應(yīng)用更專業(yè)性的支持。
五、對CAE技術(shù)的幾點改進(jìn)建議
1、應(yīng)用層面的技術(shù)改進(jìn)
一個產(chǎn)品或零件的性能受多方面因素的影響,仿真也應(yīng)該是基于多方面的。有點類似于現(xiàn)在的多學(xué)科仿真的提法。目前,多學(xué)科仿真這個概念還沒有權(quán)威的定義;

2、仿真知識的重用
現(xiàn)在,很多企業(yè)的仿真數(shù)據(jù),如過程數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)都是封存入庫,仿真結(jié)果交給客戶;仿真的經(jīng)驗沒有很好地被重用。現(xiàn)在己經(jīng)開始有了仿真數(shù)據(jù)管理這樣的平臺軟件。

3、仿真過程的協(xié)同
單學(xué)科仿真相對獨立,仿真效率通常較低。在一個協(xié)同環(huán)境下進(jìn)行多學(xué)科的仿真,并行的工作方式會提高效率。

4、服務(wù)方面:服務(wù)要跟上。尤其是針對特殊行業(yè),也應(yīng)提供專業(yè)的服務(wù);

<關(guān)于廣州汽輪機(jī)有限公司>
廣州汽輪機(jī)有限公司從99年就開始應(yīng)用CAE技術(shù)進(jìn)行強度/應(yīng)力等靜力學(xué)分析、熱模態(tài)分析及流體力學(xué)分析。到目前為止, 廣州汽輪機(jī)廠己經(jīng)有CAE工程師十幾人,建立了專門的CAE部門。
阮文華畢業(yè)于南京師范大學(xué)熱能動力工程學(xué)院,多年從事數(shù)字化設(shè)計與分析工作,尤其了解和熟悉現(xiàn)代裝備業(yè)和大型機(jī)械行業(yè),曾多次在各類相關(guān)著名雜志和著作上發(fā)表論文多篇。

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