e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAE

加大仿真投入,完善仿真平台

2016/6/23    来源:e-works    作者:李春亭  e-works郝秋红      
关键字:仿真平台  产品设计  CAE  
大连华锐重工一直以来就非常重视CAE技术的推广使用,自2009年应用至今,实现了营销售前,产品设计,工艺设计与结构仿真的协同并行,实现了产品整机仿真,仿真业务流程可视化与可追溯管理,由“事后”校核计算转变为“事前”仿真驱动设计,仿真指导设计。

    大连华锐重工一直以来就非常重视CAE技术的推广使用,自1988年引进CAE软件至今,在几十年的产品研发实践过程中,逐步建立了适用于重大装备制造业的仿真分析体系和方法论,将仿真计算结果与行业规范相融合,搭建了基于PLM系统的多部门协同仿真设计平台,自2009年应用至今,实现了营销售前,产品设计,工艺设计与结构仿真的协同并行,实现了产品整机仿真,仿真业务流程可视化与可追溯管理,由“事后”校核计算转变为“事前”仿真驱动设计,仿真指导设计。

仿真技术为企业研发“保驾护航”

    大连华锐重工CAE仿真应用的重点包括以下三个方面:

    (1)投标报价计算——快速确定结构断面尺寸和重量以及所用材料。

   (2) 快速的变型(修改)设计——调用已有模型,经过简单修改快速完成仿真计算。

    (3)快速确定设计方案——多方案仿真计算与优化,进行有效的成本控制。

    每一种产品从概念(初步)设计,技术设计,详细设计等直到报废,都有一个生命周期。仿真分析在这个周期的各个阶段都可以创造效益。

    (1)投标设计阶段CAE仿真技术应用

    在投标设计阶段,根据用户需求、产品功能及商务投标考虑等多种因素进行产品规划和方案设计。此时,CAE仿真技术可以初步确定钢结构的断面尺寸、铰点位置、整机稳定性,多方案对比分析,进而确定钢结构重量和所用材料,以及设备载荷和基础方案设计等,为企业决策者进行产品决策和商务决策提供参考。与此同时,CAE仿真技术还能对工艺和工装设备进行评估,确定企业能否在预定的时间、预定的成本及现有的设备能力等约束条件下完成满足用户需求的开发设计和制造任务。

    (2)工程设计阶段CAE仿真技术应用

    在这个阶段,所有的设计都将全部展开,从系统设计、部件装配、子部件装配、零件设计,直到图纸、材料、制造工艺等。CAE仿真技术在这个阶段的作用主要是依据指定的设计标准和规范,验证各种零部件是否满足预期的性能,制造上是否可行,已有的加工设备是否满足结构设计要求(如板厚及半径等),工艺步骤或者工装是否最简化等,从系统到单个零件都要进行仿真。

    (3)加工制造阶段的CAE仿真技术应用

    此阶段进行产品实际的加工制造和装配。通过CAE仿真计算进一步确认加工工艺和装配工艺的可操作性,完善和优化加工制造工艺流程和装配工艺流程,有针对性地对加工错误进行CAE仿真预演,保证加工制造工艺过程满足产品设计要求,避免废品和返修,提高产品质量,保证交货期。

    (4)维护维修阶段的CAE仿真技术应用

    此阶段是产品维护维修、保证使用可靠性的关键阶段。通过CAE仿真计算得知钢结构关键部位的应力与变形分布规律,以及结构的高应力区。设备维护时,检查人员必须有针对性地重点检查高应力区域焊缝及其周边结构情况,以便评估设备钢结构整体运行情况,保证设备使用安全可靠。

    CAE仿真分析在整个产品生命周期都发挥重要作用,为企业创造巨大的效益。

    (1)使用CAE仿真技术规避专利技术壁垒

    专利技术壁垒是一个无法回避的问题。某新型三车翻车机在设计过程中,为了规避国内外专利技术壁垒,主钢结构设计在满足强度、刚度要求的前提下,一定要有别于国内外同类产品。譬如三大梁和端环主钢结构型式改变以后,其强度和刚度能否满足设计要求,结构自重是否最轻,材料利用率是否合理等,这些问题必须通过CAE仿真技术来解决。

    (2)使用CAE仿真技术降低设计成本

    合理的结构未必是最优的,反之,最优的结构也未必是合理的。从工程设计的角度出发综合考虑结构设计的合理性。如原箱型截面的梁由钢板焊接而成,经过CAE仿真计算,满足应力和变形的条件下,可以将截面改成工字形,一是可以降重,二是减少一块板,焊接工时减少,达到降低成本的目的。

    (3)使用CAE仿真技术提升产品质量

  •     发现设计缺陷

    CAE建模过程就是对设计方案和图纸的再审核过程,通过2D(二维图纸)到3D(三维模型)再到CAE模型,或者直接由3D模型建立CAE模型的过程,可以及时发现2D或3D中存在的设计缺陷或者笔误,及时改进,避免废品或返修,提升产品的设计质量和制造质量。

  •     减少自重

    通过CAE仿真技术进行结构合理性研究或结构优化,可以降低结构自重,自重降低了,结构动载及动载特性都会随之改善,同时可以提高产品运行可靠性。

  •     增加强度和刚性

    根据CAE仿真计算结果及应力云图和变形云图,可以得到结构的应力分布规律、变形分布规律和高应力区,这样可以做到有针对性地增加结构强度,优化零部件结构和尺寸。

  •     选择合适的材料

    根据CAE仿真计算结果,对结构材料的选择是否合理做出判断(即对所选材料的屈服极限和强度极限是否合理做出判断),对所选材料屈曲系数和疲劳许用应力是否合理做出判断,这样可以保证产品结构所用材料的性能满足结构实际需求,进而提升产品使用质量和可靠性。

  •     确保钢结构满足安全要素

    根据CAE仿真计算结果,依据相关设计标准和规范,对各种载荷、载荷组合,以及各种工况下的强度、刚度和稳定性进行评估,得出是否符合设计标准规范的结论,保证设计输出满足整机和钢结构的安全性要求。

继续深化仿真技术应用

    目前,企业已经搭建了多学科多部门的仿真协同平台,但如何基于平台快速而有效地进行工作,尚需建立一套管理规范,由规范指导实践。今后企业会在以下方面进行深化应用:

    (1)基于ISO质量管理体系,CAE仿真计算书应作为设计审查的主要文件之一;

    (2)制定协同仿真设计管理规范,指导和约束CAE仿真。多学科多部门协同过程中,各学科或部门产品负责人须快速有效响应,流程快速高效推进;

    (3)搭建合理的组织架构,CAE人员宜集中不宜分散,形成优势兵力集中突破;

    (4)对于合同产品,全面推进标前CAE仿真计算,在方案阶段开始优化降低成本;

    (5)对于研发产品,全方位开展结构仿真,机构仿真和系统仿真,为提升产品可靠性,降低有效成本,快速推向市场提供支撑。

    随着国内外市场的变化,客户对大连重工的产品创新能力和研发快速反应能力提出了新的需求。大连华锐重工还会在仿真领域加大投入,进一步完善协同仿真平台,不断提升我们的研发和创新能力,包括引进高端仿真软件,培养高端人才,掌握国际先进标准和规范等等,加速打造国际一流重工企业。

后记

    本文根据大连华锐重工集团设计研究院仿真信息室室主任李春亭先生的采访内容整理而成。李主任主管并承担大型冶金设备、散料搬运、起重设备、港口设备CAE结构仿真分析及优化,独立设计审查,结构设计计算标准培训,PDM规划、实施、培训与应用推广等工作。在大型装备CAE有限分析计算和制造业信息化规划方面有丰富的经验。李主任认为,建立一套完善的CAE仿真业务体系和方法论,包括CAE仿真业务流程,CAE仿真协同规则,基于标准的CAE输入规则,基于标准的CAE仿真结果评估,CAE仿真优化设计指导书等对企业深入应用仿真技术至关重要。

责任编辑:郝秋红
本文为e-works原创投稿文章,未经e-works书面许可,任何人不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用。如已是e-works授权合作伙伴,应在授权范围内使用。e-works内容合作伙伴申请热线:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐