CAE的普及應用

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

寫在2008“CAE,應用普及正當時?!”網(wǎng)上大討論活動之際。

阮文華來源:e-works
關鍵字:CAE 普及應用創(chuàng)新設計

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工程師更傾向于產品結構工程師或者是產品設計師;而CAE工程師更傾向于產品性能工程師。
2) CAD工程師主要來源于機械工程、工業(yè)設計等專業(yè);CAE工程師來源于力學等理論專業(yè)。
3) CAD工程師注重常規(guī)設計能力;CAE工程師注重分析能力和偏差設計能力。
然而,他們也有聯(lián)系:CAD工程師在產品設計過程中需要具有簡單的分析能力,在產品初級階段就能判別出產品的優(yōu)劣性;CAE工程師在分析計算過程中也應具有簡單的三維設計能力,以便在同等情況下簡化模型,達到簡化計算。
二、CAE仿真分析技術的作用
仿真分析在這個周期的各個階段都可以創(chuàng)造效益,重點是在設計早期,在機床、工裝、原材料準備等重大的投入之前,保證設計的正確性,避免浪費和失誤,而且為制造、銷售、后期支持服務等階段提供良好的保證。
1.概念設計階段的仿真分析
概念設計階段,需要根據(jù)市場需求、產品功能、及商業(yè)考慮等進行產品規(guī)劃、方案設計,CAE仿真分析可以為設計人員用來完成基礎設計的驗證、不同方案的比較,滿足功能、性能方面的要求,并為企業(yè)領導層進行產品決策提供參考,回答是否能夠在預定時間、預定成本等約束條件下開發(fā)出滿足要求的產品的問題。
2.詳細設計階段的仿真分析
在這個階段,所有的設計將全部展開,從系統(tǒng)設計、裝配部件、子裝配、零件設計、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行仿真。這些工作主要由設計工程師和制造工藝師參與完成。
3.試驗階段的仿真分析
試驗階段是設計完成后的關鍵階段。大多數(shù)企業(yè)都是先制造物理樣機,投入試驗,如果某些地方試驗失敗,則重新設計、重新制造、重新試驗,如此反復,直到定型通過。顯然,這樣反復多次的“設計、試驗、修改”過程,既耗費時間,又極為昂貴。
如果采用計算機仿真分析,樣機的數(shù)量和重新制造、重新試驗的次數(shù)必然會減少。在數(shù)字樣機的仿真試驗中發(fā)現(xiàn)問題、修改設計,與物理樣機相比,顯然其成本降低很多。據(jù)統(tǒng)計,數(shù)字樣機的開發(fā)方式能夠減少一半以上的物理樣機制造和試驗,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)場進行“猜測”。
4.制造階段的仿真分析
這個階段是產品實際制造的階段。仿真分析技術可以優(yōu)化制造的工藝流程、減少廢料、簡化工藝步驟。通過找出、并消除那些可能導致產品缺陷的設計要素,仿真分析技術在提高產品“可生產性”的同時也可以大大減少售后服務成本。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
當產品上市銷售時,仿真分析可以在推廣階段向客戶展示其產品在客戶使用環(huán)境下的表現(xiàn),同時仿真分析的結果也可以用到廣告中輔佐廠家對產品的介紹。由于仿真分析帶來了更好的設計、當然也帶來了更好的產品,所以銷售也必將增加。
6.支持服務階段的仿真分析
售出的產品都需要技術支持、保養(yǎng)維護、檢查、修理。仿真分析技術可以指導現(xiàn)場的維修及備件更換,確保問題的解決,使產品保持原設計的功能。
7.報廢階段的仿真分析
產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技術在我國企業(yè)普及應用低的主要原因
1、企業(yè)觀念落后
現(xiàn)在國內確實存在CAE軟件應用不廣的現(xiàn)象,這是由于國內制造行業(yè)普遍存在憑經驗生產的現(xiàn)象,往往是通過反復試驗來提高產品性能。其實這種傳統(tǒng)的生產方式不僅成本高,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,愿意投資制造設備,從而達到“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
有關專家認為,國內企業(yè)不愛用CAE軟件,這與CAE軟件宣傳力度小、企業(yè)認識不到使用CAE軟件的經濟利益有關。因此,CAE軟件的普及應當向國外企業(yè)學習,加大宣傳力度,并適當做些培訓,甚至還需建立完整的應用技術培訓體制,將其作為一項技術認證,通過工程人員的認證加強了市場推廣力度。
3、盜版軟件猖獗
國內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技術普及應用還要做什么?
1、企業(yè)觀念的轉變
外界的需求,客戶特別是海外需求拉動企業(yè)CAE的應用。企業(yè)領導層也己經意識到這個問題。目前,很多企業(yè)是參考CAE的結果,起輔助設計的作用。事實上,CAE的作用在前移,在概念設計的時候就可以參與設計,起到規(guī)劃的作用。
2、廠商的培訓
在技能培訓方面,廠商應具備良好的培訓體系,幫助企業(yè)培養(yǎng)CAE人才。在特殊行業(yè)應用更專業(yè)性的支持。
五、對CAE技術的幾點改進建議
1、應用層面的技術改進
一個產品或零件的性能受多方面因素的影響,仿真也應該是基于多方面的。有點類似于現(xiàn)在的多學科仿真的提法。目前,多學科仿真這個概念還沒有權威的定義;

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,仿真結果交給客戶;仿真的經驗沒有很好地被重用。現(xiàn)在己經開始有了仿真數(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)境下進行多學科的仿真,并行的工作方式會提高效率。

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

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

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