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2013PLM征文:浅谈CAE软件的应用与选型

2013/11/19    来源:e-works    作者:何志鹏      
关键字:CAE  CAE软件选型  ANSYS  
本文主要介绍了作者参与所在单位CAE软件选型的简要过程,重点根据近年来企业产品开发中应用ANSYS和DESIGN SPACE软件的实际效果,提出了“按需配置,分层应用”的CAE软件选型原则。

前言

    由于用户需求的不确定性、软件价格偏高等多种因素影响,CAE(Computer Aided Engineering)软件在我们身边的应用远没有CAD软件那样普及,而且多数情况下都是在用户有特殊需求的前提下才会被动产生购置CAE软件工具的愿望,我所在企业也是在面临产品开发瓶颈问题而又无法用常规办法解决时才提出了使用CAE软件工具的计划。

    南车成都机车车辆有限公司作为我国铁路机车配套电机的主要制造企业之一,长期以来苦于自身研发能力较弱,未能进入国内铁路机车配套电机主导企业行列。为迎接新一轮铁路跨越式发展对机车车辆制造行业的更高要求,企业在集团公司的帮助下启动了以提升电机加工技术水平和新产品研发能力为主要目标的技术改造工程,而作为全面提升产品开发能力而实施的制造信息化项目中的关键内容之一就是实施三维CAD技术在电机研发过程中的应用。

    随着三维CAD软件在南车成都机车车辆有限公司电机产品设计领域的普遍运用,大量三维产品模型的建立,除了能够帮助设计师更好生成指导现场生产的二维图纸,如何利用这些实体模型从根本上指导新产品开发就成了设计部门的当务之急。而作为设计校验和优化工具的CAE软件的应用也就顺理成章提上了议事日程。身为企业最早应用现代三维设计软件的先行者和公司CAD技术管理者之一,我有幸参与了企业CAE软件的选型和应用全过程,一些心得和体会在此与大家分享。

1 选择ANSYS解决新产品开发关键问题

    虽然公司CAE选型项目组成员最初对CAE软件也知之甚少,但经过较长时间认真细致的软件选型调研,特别是在对相关先进企业的CAE应用状况实地考察咨询后,我们对当时业内大名鼎鼎的ANSYS软件留下了较深刻的印象。ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件,它能与大多数主流CAD软件接口,实现数据的共享和交换。同时,ANSYS软件还是第一个通过ISO9001质量认证的大型分析设计类软件,是当时美国机械工程师协会(ASME)、美国核安全局(NQA)及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件,在国内也是第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推广使用。更关键的是,作为我们在电机设计时最关心的电磁场分析功能,ANSYS软件也能很好实现,而且还能实现包括电磁场在内的多物理场藕荷分析,这也是当时其它CAE软件所不能实现的功能。

    最终,我们选择了ANSYSY/Multiphysics软件作为公司CAE系统的主力应用平台。作为ANSYS软件的全功能分析包,ANSYSY/Multiphysics可以全方位解决我们在电机开发设计过程中所遇到的各种复杂的工程分析问题,特别是在配合普通电机设计软件进行电机方案设计的过程中,利用ANSYS软件对电机不同工作状态下的电磁场进行分析,能够有效修正电机设计软件关键电磁计算参数,从而最大限度提高了电机设计结果中电气特性的准确性,可以说是解决了长期以来困扰电机设计人员的老大难问题。

2 选择DESIGN SPACE拓展CAE应用

    尽管ANSYS/Multiphysics的应用在很大程度上解决了电机设计过程中的关键性技术难题,但由于ANSYS/Multiphysics毕竟是一套复杂的大型软件系统,虽然不少设计人员都经过了系统的应用培训,但是真正能把软件驾轻就熟的还是极少数。况且ANSYS/Multiphysics应用步骤相对繁杂,加上价格因素又不可能配置太多,故在实际产品研发过程中很大程度上限制了CAE工具的推广应用,CAE的应用效果就有了不小的局限性。

    为了更好发挥CAE工具在产品开发过程中的作用,我们又把目光投向了ANSYS公司出品的DESIGN SPACE——面向工程师应用的CAE软件上。虽然DESIGN SPACE没有ANSYSY那样全面而强大的工程分析能力,但它同样能在产品设计初期对三维模型进行机械结构等方面的有限元工程分析,特别是在产品多方案设计初期对分析精度要求又不是太高的前提下,它的分析效率很高,对于诸如企业项目招投标期间的方案更新的快速响应等方面的应用极为有效。而且由于DESIGN SPACE前后处理过程相对简单,对于普通设计人员来说上手也很快,只需要进行简单培训就可以正常使用,因此对于在设计部门推广普及CAE应用非常合适。

    在考虑CAE软件系统良好兼容性的前提下,在ANSYS应用基础上,后续我们又添置了多套DESIGN SPACE分析软件,一方面缓解了以往设计师单纯应用ANSYS/Multiphysics进行电机产品分析所面临的压力负荷,另一方面也调动了大家潜意识里使用CAE软件的积极性。而DESIGN SPACE的应用在随后的多次电机项目方案选型和投标工作中都以其快速准确的反应能力获得了设计师和领导的普遍好评。

3 应用效果

    由最初对CAE软件的朦胧认识到现在能够利用ANSYS/Multiphysics和DESIGN SPACE软件强大的有限元分析功能在产品开发过程中进行工程分析和校核,一方面很好地解决了以往新产品设计过程中不能解决的一些关键问题(如利用ANSYS/Multiphysics对电机电磁场进行细致分析),另一方面也极大提高了一些常规机械校核计算的效率和准确性(如利用DESIGN SPACE对电机结构强度进行工程分析)。经过这些年CAE软件在数十款电机产品开发过程中的有效应用,可以说我们目前的CAE应用还是比较成功的。

    同时,这些年企业在CAE软件应用方面也锻炼培养出了一批不同层次的核心人才,在接下来集团公司所开创的“协同仿真平台”这个舞台上,也必将有他们广阔的用武之地。

结论

    归纳CAE软件应用心得,我认为最重要的是要遵循“按需配置,分层应用”的CAE软件选型原则。

    如前所述,我们之所以选择ANSYS作为CAE软件的核心平台,并不是因为ABAQUS、MSC等其他CAE软件功能不够强大,而是ANSYS软件所提供的独有的电磁场分析功能可以满足我们进行电机设计中电磁分析的特定需求。因此,CAE软件的选择一定要满足用户的工程分析需求,特别是一些个性化特殊要求。

    而实际的应用过程也需要我们提供多层次的CAE解决方案,除了提供给分析工程师使用的高端分析软件——如ANSYS/Multiphysics,也要有适应普通设计工程师应用的“傻瓜式”分析工具——如DESIGN SPACE,只有这样才能全面提升CAE软件在产品开发中的应用效果,避免出现阳春白雪,曲高和寡的局面。对于既有CAE应用需求,又受制于项目资金限制的用户,这一点尤为重要。

责任编辑:程玥
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