技术工作者的利器、前瞻规划者的助手

[编者注]：在CAE技术和软件逐渐得到认可的同时，我国还有很多行业、很多企业并没有应用CAE技术，他们对CAE技术的投入产出比持怀疑态度。CAE技术是否需要开始普及?CAE应用效果如何？企业该如何来评估CAE技术的投入产出比呢？为此，e-works组织了主题为 “CAE应用普及”的网上大讨论活动。以下是中国船舶重工集团公司第十二研究所高级工程师黄引平女士多年来CAE从业经验的感想。

高级工程师黄引平女士

技术工作者的利器、前瞻规划者的助手

CAE技术在新产品开发和国防领域扮演着重要角色。我们知道，需求引导市场。CAE技术给我们提供了一个虚拟仿真设计平台与环境，不但可以帮助专业工程师预设计、校验阶段性成果和优化最终设计，还可以建立一个针对该产品的设计集成环境，即分析决策系统，为专业管理者提供可靠依据。由于其目前成熟的可视化功能，以及出色的高性能计算、储存和查询优势，又成为专业人员从事高精准技术的硬件保障，因此，作为技术工作者的利器、前瞻规划者的助手，当前CAE技术已在新产品开发和国防领域发挥着越来越重要的作用。

同时，我们也看到了CAE技术的应用是一场技术变革。首先是她的高投入，从人员、资金到技术的投入，对传统领域的生产模式进行革新，改变沿袭多年的从生产到投放市场的运行方式，采用虚拟环境进行仿真预测评估；其次，她的回报是潜在的，对一个单位实施信息化，从市场调研、做规划、采购软硬件及技术应用和二次开发，是一个多部门、多领域专业人员参与并由多层管理者经受的过程，在深层次地改变着人们的行为方式；又由于软件的应用必须有明确的应用对象，并由具备一定专业知识、计算机应用和外文功底的复合人才构成的团队承担任务，经过一定时期的CAD数字化基础、前处理及接口技术、数值模拟计算等多项技术的攻关，经过长期的行业经验积累，在庞大的知识库支撑情况下，构建出这样的设计研发创新平台，最终将本行业的专家聚集在这样的平台上协同工作，达到CAE技术的最高境界—网络下的资源共享，技术的高度集成和创新。

预测产品缺陷，提高产品的可靠性

CAE在传统热加工行业正发挥着非常重要的作用。对于国家重大工程，如水、电、能源及国防等行业的大型复杂铸锻件热成形工艺多年来一直是制约国民经济的瓶颈，其关键零部件制造的可靠与否，直接影响着零件的可靠性，进而影响整机系统的可靠性。传统的工艺一般通过现场实际浇注及锻造成形，然后实际解剖，来验证铸锻工艺的可靠性，费时费力，而且可靠性不高；随着计算机技术的发展，为铸锻成形工艺的验证提供了良好的手段。通过计算机的模拟与仿真，可以再现铸件从浇注到冷却凝固的全过程，对铸件充型、凝固过程、高温金属变形等进行数值模拟，准确预测缩孔、缩松、热裂、变形、冷隔和浇不足铸件缺陷，展示铸件充型凝固过程中的自由表面、温度场、速度场、应力场的变化；对大型复杂锻件，如中、低速柴油机的曲轴、连杆、整锻活塞及船用推进器、螺旋桨等锻件的毛坯优化设计、锻造设备选用、润滑和加热工艺及模具设计等各自目标的优化，预测锻件的折叠V形鬼线等缺陷，预知金属流线、材料成形流变等，以上CAE仿真为铸锻工艺优化提供依据，帮助技术人员在实际铸造前对铸锻件可能出现的各种缺陷及其大小、部位和发生的时间予以有效的预测，以便在之前采取对策，确保铸锻件的质量，缩短工艺设计和产品试制周期，降低能耗、材料消耗和生产成本，提高产品的可靠性。

以下是两个典型CAE应用案例：

大型风电轴套铸件工艺分析活塞铸造工艺分析