CAE在產(chǎn)品生命周期中的作用

2013-06-05 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

CAE在整個產(chǎn)品生命周期都可以發(fā)揮重要作用,為企業(yè)創(chuàng)造巨大的效益。每一種產(chǎn)品從概念(初步)設(shè)計(jì),技術(shù)設(shè)計(jì),詳細(xì)設(shè)計(jì)等直到報廢,都有一個生命周期。仿真分析在這個周期的各個階段都可以創(chuàng)造效益,重點(diǎn)是在設(shè)計(jì)早期,在機(jī)床、工裝、原材料準(zhǔn)備等重大的投入之前,保證設(shè)計(jì)的正確性,避免浪費(fèi)和失誤,而且為制造、銷售、后期支持服務(wù)等階段提供良好的保證。

1 概念(初步)設(shè)計(jì)階段的CAE仿真分析

概念設(shè)計(jì)階段,需要根據(jù)市場需求、產(chǎn)品功能、及商務(wù)投標(biāo)考慮等進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)。此時,CAE仿真分析可以為設(shè)計(jì)人員提供用戶基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證、不同投標(biāo)方案的比較計(jì)算與分析,并為企業(yè)決策者進(jìn)行產(chǎn)品決策和商務(wù)決策提供參考;它能夠回答企業(yè)是否在預(yù)定的時間、預(yù)定的成本以及現(xiàn)有的設(shè)備能力等約束條件下完成用戶需求的開發(fā)設(shè)計(jì)和制造任務(wù)。

2 詳細(xì)(工作圖)設(shè)計(jì)階段的CAE仿真分析

在這個階段,所有的設(shè)計(jì)將全部展開,從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、部件裝配、子部件裝配、零件設(shè)計(jì),直到圖紙、材料、制造工藝等。CAE仿真分析在這個階段的作用,就是驗(yàn)證各種零部件是否滿足預(yù)期的性能、制造上是否可行,已有的加工設(shè)備是否滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求(譬如板厚及半徑等),工藝步驟或者工裝是否最簡化等等,而且從系統(tǒng)到單個零件都可以進(jìn)行仿真。這些工作主要由結(jié)構(gòu)分析工程師和設(shè)計(jì)工程師以及制造工藝師一起參與完成。

3 試驗(yàn)階段的CAE仿真分析

試驗(yàn)階段是設(shè)計(jì)完成后的關(guān)鍵階段。大多數(shù)企業(yè)都是先制造物理樣機(jī),投入試驗(yàn),如果某些地方試驗(yàn)失敗,則重新設(shè)計(jì)、重新制造、重新試驗(yàn),如此反復(fù),直到定型通過。顯然,這樣反復(fù)多次的“設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、修改”過程,既耗費(fèi)時間,又極為昂貴。如果采用計(jì)算機(jī)仿真分析,樣機(jī)的數(shù)量和重新制造、重新試驗(yàn)的次數(shù)必然會減少。在數(shù)字樣機(jī)的仿真試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、修改設(shè)計(jì),與物理樣機(jī)相比,顯然其成本降低很多。據(jù)統(tǒng)計(jì),數(shù)字樣機(jī)的開發(fā)方式能夠減少一半以上的物理樣機(jī)制造和試驗(yàn),從而爭取到更多的時間,節(jié)約大量的費(fèi)用。更進(jìn)一步,CAE仿真分析可以預(yù)先模擬現(xiàn)場使用環(huán)境和條件,使物理試驗(yàn)更快獲得通過。事實(shí)上,仿真分析可以“透視”整個樣機(jī)的試驗(yàn),顯示出所有檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù),測試工程師利用仿真軟件,在實(shí)際試驗(yàn)之前就掌握最佳測試方法和最可能的載荷/激勵位置,從而顯著地減少試驗(yàn)時間,盡可能避免在試驗(yàn)現(xiàn)場進(jìn)行“猜測”。

4 制造階段的CAE仿真分析

這個階段是產(chǎn)品實(shí)際制造的階段。通過仿真計(jì)算可以進(jìn)一步確認(rèn)工藝步驟,可以優(yōu)化制造的工藝流程、減少廢料;可以針對加工錯誤進(jìn)行演算,通過修改圖紙尺寸來保證交貨期,避免廢品和返修。

5 應(yīng)用CAE技術(shù)規(guī)避專利壁壘

某新型三車翻車機(jī)在設(shè)計(jì)過程中,為了規(guī)避專利壁壘,其主鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時在滿足強(qiáng)度、剛度要求的前提下,一定要有別于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。譬如三大梁和端環(huán)主鋼結(jié)構(gòu)形式改變以后,其強(qiáng)度和剛度能否滿足設(shè)計(jì)要求,結(jié)構(gòu)自重是否最輕,材料利用率是否最合理等等,這些問題都是通過應(yīng)用CAE技術(shù)來解決的。經(jīng)過機(jī)械工程師和CAE結(jié)構(gòu)工程師的共同努力,同國外現(xiàn)有同類設(shè)備相比,該翻車機(jī)具有轉(zhuǎn)子鋼結(jié)構(gòu)和主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎、靠車和壓車裝置設(shè)計(jì)獨(dú)特等特點(diǎn),大幅提高三車翻車機(jī)的使用壽命且維護(hù)簡單、性能優(yōu)越,現(xiàn)已投入使用,并贏得用戶的信賴。因此,CAE技術(shù)不僅可以打破國外知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)壁壘,規(guī)避已有的專利保護(hù),而且與此同時也使得我們獲得自主的知識產(chǎn)權(quán),申請了專利保護(hù)。

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圖1:三車翻車機(jī)CAE仿真分析圖

6 應(yīng)用CAE技術(shù)降低鋼結(jié)構(gòu)自重

某鋼鐵公司300噸鐵水車車架,載荷為450噸,原設(shè)計(jì)方案鋼結(jié)構(gòu)自重87.12t/每臺,最大應(yīng)力為127MPa,最大變形為12.7mm,車架所用材料為Q345B。通過應(yīng)用CAE仿真技術(shù)對原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了13次結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算,在滿足功能要求的前提下,鋼結(jié)構(gòu)自重降低到68.88t/每臺,單臺降重18.24t,39臺車合計(jì)降重711.36t,效益十分突出。

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