技術(shù)工作者的利器、前瞻規(guī)劃者的助手

2013-06-09  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

[編者注]:在CAE技術(shù)和軟件逐漸得到認可的同時,我國還有很多行業(yè)、很多企業(yè)并沒有應(yīng)用CAE技術(shù),他們對CAE技術(shù)的投入產(chǎn)出比持懷疑態(tài)度。CAE技術(shù)是否需要開始普及?CAE應(yīng)用效果如何?企業(yè)該如何來評估CAE技術(shù)的投入產(chǎn)出比呢?為此,e-works組織了主題為 “CAE應(yīng)用普及”的網(wǎng)上大討論活動。以下是中國船舶重工集團公司第十二研究所高級工程師黃引平女士多年來CAE從業(yè)經(jīng)驗的感想。

 特約撰稿人: 黃引平
關(guān)鍵字:CAE 普及應(yīng)用 仿真

高級工程師黃引平女士

技術(shù)工作者的利器、前瞻規(guī)劃者的助手

CAE技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)和國防領(lǐng)域扮演著重要角色。我們知道,需求引導(dǎo)市場。CAE技術(shù)給我們提供了一個虛擬仿真設(shè)計平臺與環(huán)境,不但可以幫助專業(yè)工程師預(yù)設(shè)計、校驗階段性成果和優(yōu)化最終設(shè)計,還可以建立一個針對該產(chǎn)品的設(shè)計集成環(huán)境,即分析決策系統(tǒng),為專業(yè)管理者提供可靠依據(jù)。由于其目前成熟的可視化功能,以及出色的高性能計算、儲存和查詢優(yōu)勢,又成為專業(yè)人員從事高精準(zhǔn)技術(shù)的硬件保障,因此,作為技術(shù)工作者的利器、前瞻規(guī)劃者的助手,當(dāng)前CAE技術(shù)已在新產(chǎn)品開發(fā)和國防領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

同時,我們也看到了CAE技術(shù)的應(yīng)用是一場技術(shù)變革。首先是她的高投入,從人員、資金到技術(shù)的投入,對傳統(tǒng)領(lǐng)域的生產(chǎn)模式進行革新,改變沿襲多年的從生產(chǎn)到投放市場的運行方式,采用虛擬環(huán)境進行仿真預(yù)測評估;其次,她的回報是潛在的,對一個單位實施信息化,從市場調(diào)研、做規(guī)劃、采購軟硬件及技術(shù)應(yīng)用和二次開發(fā),是一個多部門、多領(lǐng)域?qū)I(yè)人員參與并由多層管理者經(jīng)受的過程,在深層次地改變著人們的行為方式;又由于軟件的應(yīng)用必須有明確的應(yīng)用對象,并由具備一定專業(yè)知識、計算機應(yīng)用和外文功底的復(fù)合人才構(gòu)成的團隊承擔(dān)任務(wù),經(jīng)過一定時期的CAD數(shù)字化基礎(chǔ)、前處理及接口技術(shù)、數(shù)值模擬計算等多項技術(shù)的攻關(guān),經(jīng)過長期的行業(yè)經(jīng)驗積累,在龐大的知識庫支撐情況下,構(gòu)建出這樣的設(shè)計研發(fā)創(chuàng)新平臺,最終將本行業(yè)的專家聚集在這樣的平臺上協(xié)同工作,達到CAE技術(shù)的最高境界—網(wǎng)絡(luò)下的資源共享,技術(shù)的高度集成和創(chuàng)新。

預(yù)測產(chǎn)品缺陷,提高產(chǎn)品的可靠性

CAE在傳統(tǒng)熱加工行業(yè)正發(fā)揮著非常重要的作用。對于國家重大工程,如水、電、能源及國防等行業(yè)的大型復(fù)雜鑄鍛件熱成形工藝多年來一直是制約國民經(jīng)濟的瓶頸,其關(guān)鍵零部件制造的可靠與否,直接影響著零件的可靠性,進而影響整機系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的工藝一般通過現(xiàn)場實際澆注及鍛造成形,然后實際解剖,來驗證鑄鍛工藝的可靠性,費時費力,而且可靠性不高;隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,為鑄鍛成形工藝的驗證提供了良好的手段。通過計算機的模擬與仿真,可以再現(xiàn)鑄件從澆注到冷卻凝固的全過程,對鑄件充型、凝固過程、高溫金屬變形等進行數(shù)值模擬,準(zhǔn)確預(yù)測縮孔、縮松、熱裂、變形、冷隔和澆不足鑄件缺陷,展示鑄件充型凝固過程中的自由表面、溫度場、速度場、應(yīng)力場的變化;對大型復(fù)雜鍛件,如中、低速柴油機的曲軸、連桿、整鍛活塞及船用推進器、螺旋槳等鍛件的毛坯優(yōu)化設(shè)計、鍛造設(shè)備選用、潤滑和加熱工藝及模具設(shè)計等各自目標(biāo)的優(yōu)化,預(yù)測鍛件的折疊V形鬼線等缺陷,預(yù)知金屬流線、材料成形流變等,以上CAE仿真為鑄鍛工藝優(yōu)化提供依據(jù),幫助技術(shù)人員在實際鑄造前對鑄鍛件可能出現(xiàn)的各種缺陷及其大小、部位和發(fā)生的時間予以有效的預(yù)測,以便在之前采取對策,確保鑄鍛件的質(zhì)量,縮短工藝設(shè)計和產(chǎn)品試制周期,降低能耗、材料消耗和生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品的可靠性。

以下是兩個典型CAE應(yīng)用案例:

大型風(fēng)電軸套鑄件工藝分析活塞鑄造工藝分析

以下摘自報紙刊登:

CAE創(chuàng)新企業(yè)獲多項專利

各單位的應(yīng)用背景不同,效果各異。我所作為專業(yè)熱加工工藝研究所,通過“十五” 科研計劃CAE的開展,申請發(fā)明專利2項,計算機軟件著作權(quán)保護2項,建立了熱加工材料熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫1套,形成工藝設(shè)計準(zhǔn)則2項,形成工藝文件7個,完成了柴油機鑄鍛件工藝優(yōu)化設(shè)計準(zhǔn)則的制定,提高了國防基礎(chǔ)科研的研究水平,提高了應(yīng)用CAE技術(shù)開展鑄鍛件工藝優(yōu)化的能力;形成了用于熱加工工藝優(yōu)化的材料參數(shù)數(shù)據(jù)庫,為后續(xù)熱加工工藝數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)的建立奠定了良好的基礎(chǔ)。研究成果可繼續(xù)應(yīng)用于后續(xù)大型復(fù)雜鑄鍛件的工藝優(yōu)化工作,進一步提高其成品率,縮短研制和生產(chǎn)周期;形成的熱加工材料熱物性數(shù)據(jù)庫可以為整個熱加工行業(yè)提供數(shù)據(jù)支持;形成的球墨鑄鐵件缺陷的定量化判據(jù),可用于各種球墨鑄鐵件的工藝CAE分析中,提高其縮孔、縮松缺陷預(yù)測的準(zhǔn)確性,通過CAE的研究應(yīng)用,顯著改善了鑄鍛件的質(zhì)量,提高缸蓋、機身等鑄件成品率20%以上,曲軸、連桿等鍛件的成品率提高10%以上,縮短柴油機關(guān)鍵件研制周期30%以上,鍛煉了一批年輕的科研骨干,形成了一個穩(wěn)定的、扎實于科研事業(yè)的團隊。

以下圖片是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、專利及計算機軟件著作權(quán)登記:

CAE發(fā)展全社會將受益

經(jīng)過政府力度不斷加大的信息化投入,政企的廣泛參與,CAE的目的意義已很明確,我們的廣大CAE工作者也走過了一個漫長的歷程,從自身認識的提高到逐步改變行業(yè)觀念,從淺層次的軟件學(xué)習(xí)、模仿應(yīng)用到替企業(yè)解決急難問題,為國家安全出謀劃策,應(yīng)該說CAE已經(jīng)走入了一個新階段。

當(dāng)前,對CAE的認識已經(jīng)上升到科技創(chuàng)新的高度,成為企業(yè)研發(fā)的重要工具。作為一個從事多年CAE熱分析的工作者,我認為提高CAE應(yīng)用效率是同行最關(guān)心的熱點問題之一,在現(xiàn)有硬件環(huán)境下,如何提高計算的速度和精度是我們追求的目標(biāo),而這些與CAE模型的建立及CAE的流程規(guī)范管理密切相關(guān),只有攻破CAE模型的建立過程中的幾項關(guān)鍵技術(shù),如高精準(zhǔn)的三維CAD模型、與CAE的無縫集成接口及CAE計算優(yōu)化可靠的前處理等技術(shù)。并建立一定的CAE優(yōu)化流程和行業(yè)規(guī)范,以穩(wěn)定規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管理技術(shù)不斷創(chuàng)新,將CAE作為事業(yè)去投入并完善、完美她,那CAE的收益回報不僅來自于本領(lǐng)域,會影響到全社會。

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