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(lái)源:仿真在線

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

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

一、CAD工程師與CAE工程師的定位
根據(jù)本人對(duì)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(jì)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(lái)源于機(jī)械工程、工業(yè)設(shè)計(jì)等專業(yè);CAE工程師來(lái)源于力學(xué)等理論專業(yè)。
3) CAD工程師注重常規(guī)設(shè)計(jì)能力;CAE工程師注重分析能力和偏差設(shè)計(jì)能力。
然而,他們也有聯(lián)系:CAD工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中需要具有簡(jiǎn)單的分析能力,在產(chǎn)品初級(jí)階段就能判別出產(chǎn)品的優(yōu)劣性;CAE工程師在分析計(jì)算過(guò)程中也應(yīng)具有簡(jiǎn)單的三維設(shè)計(jì)能力,以便在同等情況下簡(jiǎn)化模型,達(dá)到簡(jiǎn)化計(jì)算。
二、CAE仿真分析技術(shù)的作用
仿真分析在這個(gè)周期的各個(gè)階段都可以創(chuàng)造效益,重點(diǎn)是在設(shè)計(jì)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(jì)的正確性,避免浪費(fèi)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(jì)階段的仿真分析
概念設(shè)計(jì)階段,需要根據(jù)市場(chǎng)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(jì),CAE仿真分析可以為設(shè)計(jì)人員用來(lái)完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的驗(yàn)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(shí)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(wèn)題。
2.詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的仿真分析
在這個(gè)階段,所有的設(shè)計(jì)將全部展開,從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、裝配部件、子裝配、零件設(shè)計(jì)、直到圖紙、材料、制造工藝等。CAE仿真分析在這個(gè)階段的作用,就是驗(yàn)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(gè)零件都可以進(jìn)行仿真。這些工作主要由設(shè)計(jì)工程師和制造工藝師參與完成。
3.試驗(yàn)階段的仿真分析
試驗(yàn)階段是設(shè)計(jì)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(yàn),如果某些地方試驗(yàn)失敗,則重新設(shè)計(jì)、重新制造、重新試驗(yàn),如此反復(fù),直到定型通過(guò)。顯然,這樣反復(fù)多次的“設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、修改”過(guò)程,既耗費(fèi)時(shí)間,又極為昂貴。
如果采用計(jì)算機(jī)仿真分析,樣機(jī)的數(shù)量和重新制造、重新試驗(yàn)的次數(shù)必然會(huì)減少。在數(shù)字樣機(jī)的仿真試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、修改設(shè)計(jì),與物理樣機(jī)相比,顯然其成本降低很多。據(jù)統(tǒng)計(jì),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(yàn),從而爭(zhēng)取到更多的時(shí)間,節(jié)約大量的費(fèi)用。
更進(jìn)一步,CAE仿真分析可以使物理試驗(yàn)更快獲得通過(guò)。事實(shí)上,仿真分析可以“透視”整個(gè)樣機(jī)的試驗(yàn),顯示出所有檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù),測(cè)試工程師利用仿真軟件,在實(shí)際試驗(yàn)之前就掌握最佳測(cè)試方法和最可能的載荷/激勵(lì)位置,從而顯著地減少試驗(yàn)時(shí)間,盡可能避免在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行“猜測(cè)”。
4.制造階段的仿真分析
這個(gè)階段是產(chǎn)品實(shí)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?gòu)U料、簡(jiǎn)化工藝步驟。通過(guò)找出、并消除那些可能導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷的設(shè)計(jì)要素,仿真分析技術(shù)在提高產(chǎn)品“可生產(chǎn)性”的同時(shí)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(guò)仿真分析來(lái)確定其中的某些重要參數(shù),如溫度、壓力和速度等。
5.市場(chǎng)/銷售階段的仿真分析
當(dāng)產(chǎn)品上市銷售時(shí),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(shí)仿真分析的結(jié)果也可以用到廣告中輔佐廠家對(duì)產(chǎn)品的介紹。由于仿真分析帶來(lái)了更好的設(shè)計(jì)、當(dāng)然也帶來(lái)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(chǎng)的維修及備件更換,確保問(wèn)題的解決,使產(chǎn)品保持原設(shè)計(jì)的功能。
7.報(bào)廢階段的仿真分析
產(chǎn)品的使用壽命到期之后,就必須報(bào)廢或回收。仿真分析在這個(gè)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(huì)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(guó)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(guó)內(nèi)確實(shí)存在CAE軟件應(yīng)用不廣的現(xiàn)象,這是由于國(guó)內(nèi)制造行業(yè)普遍存在憑經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)的現(xiàn)象,往往是通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)提高產(chǎn)品性能。其實(shí)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(gè)中國(guó)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(chǎng)推廣乏力
有關(guān)專家認(rèn)為,國(guó)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(shí)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(guó)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(xiàng)技術(shù)認(rèn)證,通過(guò)工程人員的認(rèn)證加強(qiáng)了市場(chǎng)推廣力度。
3、盜版軟件猖獗
國(guó)內(nèi)軟件市場(chǎng)普遍存在一種現(xiàn)象:正版的推不動(dòng),盜版的很暢銷。CAE軟件也面臨著同樣的問(wèn)題。
但是,依我個(gè)人看法,CAE技術(shù)的未來(lái)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(dòng)企業(yè)CAE的應(yīng)用。企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層也己經(jīng)意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題。目前,很多企業(yè)是參考CAE的結(jié)果,起輔助設(shè)計(jì)的作用。事實(shí)上,CAE的作用在前移,在概念設(shè)計(jì)的時(shí)候就可以參與設(shè)計(jì),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(duì)CAE技術(shù)的幾點(diǎn)改進(jìn)建議
1、應(yīng)用層面的技術(shù)改進(jìn)
一個(gè)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(diǎn)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(gè)概念還沒(méi)有權(quán)威的定義;

2、仿真知識(shí)的重用
現(xiàn)在,很多企業(yè)的仿真數(shù)據(jù),如過(guò)程數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)都是封存入庫(kù),仿真結(jié)果交給客戶;仿真的經(jīng)驗(yàn)沒(méi)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(tái)軟件。

3、仿真過(guò)程的協(xié)同
單學(xué)科仿真相對(duì)獨(dú)立,仿真效率通常較低。在一個(gè)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(huì)提高效率。

4、服務(wù)方面:服務(wù)要跟上。尤其是針對(duì)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(qiáng)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(dòng)力工程學(xué)院,多年從事數(shù)字化設(shè)計(jì)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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