CAE的普及应用

2013-06-07  by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM  来源:仿真在线

写在2008“CAE,应用普及正当时?!”网上大讨论活动之际。

阮文华 来源:e-works
关键字:CAE 普及应用 创新设计

一、CAD工程师与CAE工程师的定位
根据本人对CAD/CAE的了解,CAD工程师和CAE工程师有明显的定位区别,区别在于:
1) CAD工程师更倾向于产品结构工程师或者是产品设计师;而CAE工程师更倾向于产品性能工程师。
2) CAD工程师主要来源于机械工程、工业设计等专业;CAE工程师来源于力学等理论专业。
3) CAD工程师注重常规设计能力;CAE工程师注重分析能力和偏差设计能力。
然而,他们也有联系:CAD工程师在产品设计过程中需要具有简单的分析能力,在产品初级阶段就能判别出产品的优劣性;CAE工程师在分析计算过程中也应具有简单的三维设计能力,以便在同等情况下简化模型,达到简化计算。
二、CAE仿真分析技术的作用
仿真分析在这个周期的各个阶段都可以创造效益,重点是在设计早期,在机床、工装、原材料准备等重大的投入之前,保证设计的正确性,避免浪费和失误,而且为制造、销售、后期支持服务等阶段提供良好的保证。
1.概念设计阶段的仿真分析
概念设计阶段,需要根据市场需求、产品功能、及商业考虑等进行产品规划、方案设计,CAE仿真分析可以为设计人员用来完成基础设计的验证、不同方案的比较,满足功能、性能方面的要求,并为企业领导层进行产品决策提供参考,回答是否能够在预定时间、预定成本等约束条件下开发出满足要求的产品的问题。
2.详细设计阶段的仿真分析
    在这个阶段,所有的设计将全部展开,从系统设计、装配部件、子装配、零件设计、直到图纸、材料、制造工艺等。CAE仿真分析在这个阶段的作用,就是验证各种零部件是否满足预期的性能、制造上是否可行,而且从系统到单个零件都可以进行仿真。这些工作主要由设计工程师和制造工艺师参与完成。
3.试验阶段的仿真分析
试验阶段是设计完成后的关键阶段。大多数企业都是先制造物理样机,投入试验,如果某些地方试验失败,则重新设计、重新制造、重新试验,如此反复,直到定型通过。显然,这样反复多次的“设计、试验、修改”过程,既耗费时间,又极为昂贵。
如果采用计算机仿真分析,样机的数量和重新制造、重新试验的次数必然会减少。在数字样机的仿真试验中发现问题、修改设计,与物理样机相比,显然其成本降低很多。据统计,数字样机的开发方式能够减少一半以上的物理样机制造和试验,从而争取到更多的时间,节约大量的费用。
更进一步,CAE仿真分析可以使物理试验更快获得通过。事实上,仿真分析可以“透视”整个样机的试验,显示出所有检测点的数据,测试工程师利用仿真软件,在实际试验之前就掌握最佳测试方法和最可能的载荷/激励位置,从而显著地减少试验时间,尽可能避免在试验现场进行“猜测”。
4.制造阶段的仿真分析
这个阶段是产品实际制造的阶段。仿真分析技术可以优化制造的工艺流程、减少废料、简化工艺步骤。通过找出、并消除那些可能导致产品缺陷的设计要素,仿真分析技术在提高产品“可生产性”的同时也可以大大减少售后服务成本。而一些新的制造工艺流程还可以通过仿真分析来确定其中的某些重要参数,如温度、压力和速度等。
5.市场/销售阶段的仿真分析
当产品上市销售时,仿真分析可以在推广阶段向客户展示其产品在客户使用环境下的表现,同时仿真分析的结果也可以用到广告中辅佐厂家对产品的介绍。由于仿真分析带来了更好的设计、当然也带来了更好的产品,所以销售也必将增加。
6.支持服务阶段的仿真分析
售出的产品都需要技术支持、保养维护、检查、修理。仿真分析技术可以指导现场的维修及备件更换,确保问题的解决,使产品保持原设计的功能。
7.报废阶段的仿真分析
产品的使用寿命到期之后,就必须报废或回收。仿真分析在这个阶段的作用是,选择合适的工艺、材料、以及便宜、可行的回收方式。多数情况下,厂家都会制造大量备用的“接触件”,仿真分析也可以保证这些备用件被合理回收利用。
三、CAE技术在我国企业普及应用低的主要原因
1、 企业观念落后
现在国内确实存在CAE软件应用不广的现象,这是由于国内制造行业普遍存在凭经验生产的现象,往往是通过反复试验来提高产品性能。其实这种传统的生产方式不仅成本高,而且不精确。然而,整个中国的大环境也存在诸多弊病,例如:更多公司愿意建造制造基地,愿意投资制造设备,从而达到“立竿见影”的效果,这往往造成“重制造、轻研发”的现象。
2、 市场推广乏力
有关专家认为,国内企业不爱用CAE软件,这与CAE软件宣传力度小、企业认识不到使用CAE软件的经济利益有关。因此,CAE软件的普及应当向国外企业学习,加大宣传力度,并适当做些培训,甚至还需建立完整的应用技术培训体制,将其作为一项技术认证,通过工程人员的认证加强了市场推广力度。
3、 盗版软件猖獗
国内软件市场普遍存在一种现象:正版的推不动,盗版的很畅销。CAE软件也面临着同样的问题。
但是,依我个人看法,CAE技术的未来可以用一句话概括“前途是光明的,道路是曲折的。”
四、CAE技术普及应用还要做什么?
1、 企业观念的转变
外界的需求,客户特别是海外需求拉动企业CAE的应用。企业领导层也己经意识到这个问题。目前,很多企业是参考CAE的结果,起辅助设计的作用。事实上,CAE的作用在前移,在概念设计的时候就可以参与设计,起到规划的作用。
2、 厂商的培训
在技能培训方面,厂商应具备良好的培训体系,帮助企业培养CAE人才。在特殊行业应用更专业性的支持。
五、对CAE技术的几点改进建议
1、 应用层面的技术改进
一个产品或零件的性能受多方面因素的影响,仿真也应该是基于多方面的。有点类似于现在的多学科仿真的提法。目前,多学科仿真这个概念还没有权威的定义;

2、 仿真知识的重用
现在,很多企业的仿真数据,如过程数据、参数数据都是封存入库,仿真结果交给客户;仿真的经验没有很好地被重用。现在己经开始有了仿真数据管理这样的平台软件。

3、 仿真过程的协同
单学科仿真相对独立,仿真效率通常较低。在一个协同环境下进行多学科的仿真,并行的工作方式会提高效率。

4、 服务方面:服务要跟上。尤其是针对特殊行业,也应提供专业的服务;

<关于广州汽轮机有限公司>
广州汽轮机有限公司从99年就开始应用CAE技术进行强度/应力等静力学分析、热模态分析及流体力学分析。到目前为止, 广州汽轮机厂己经有CAE工程师十几人,建立了专门的CAE部门。
阮文华毕业于南京师范大学热能动力工程学院,多年从事数字化设计与分析工作,尤其了解和熟悉现代装备业和大型机械行业,曾多次在各类相关著名杂志和著作上发表论文多篇。


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