企業(yè)CAE技術(shù)應(yīng)用

2013-06-07 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

王毅來源:e-works
關(guān)鍵字:CAE SolidWorks Simulation 應(yīng)用導(dǎo)入

CAE技術(shù)或者說CAE的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)入中國已經(jīng)有很長的一段時(shí)間了,現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)知道并認(rèn)可了這項(xiàng)技術(shù),但是對CAE的作用及應(yīng)用卻缺少了解,筆者有5年的應(yīng)用CAE技術(shù)的經(jīng)驗(yàn),對于如何導(dǎo)入并應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)有一些淺顯的經(jīng)驗(yàn),在這里以SolidWorks Simulation(COSMOS)為例總結(jié)一下導(dǎo)入的過程和方法,希望能夠給大家?guī)硪稽c(diǎn)收獲或思考。

2009年4月 DS SolidWorks和合作伙伴在中國25個(gè)城市舉辦了37場Simulation Day的活動;目的是通過這些活動,使中國的企業(yè)認(rèn)識并利用CAE技術(shù),幫助企業(yè)度過經(jīng)濟(jì)寒冬,走出現(xiàn)在的低谷。廣州宇喜咨詢科技公司在活動期間總共在廣州、深圳、佛山舉辦了3場活動,筆者參與了以上3場活動并做了現(xiàn)場的一個(gè)產(chǎn)品線的介紹;在活動期間,最大的感受是:眾多企業(yè)對CAE已經(jīng)了基本的認(rèn)識,但是對其具體的作用或者說對如何在企業(yè)應(yīng)用沒有很好的概念,說通俗點(diǎn),我們認(rèn)可你,但是不知道如何去用。也就是說不知道如何將這項(xiàng)技術(shù)導(dǎo)入到企業(yè)內(nèi)部,發(fā)揮作用并創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益,讓企業(yè)得到切切實(shí)實(shí)的好處。
CAE技術(shù)或者說CAE的相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)入中國已經(jīng)有很長的一段時(shí)間了,現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)知道并認(rèn)可了這項(xiàng)技術(shù),但是對CAE的作用及應(yīng)用卻缺少了解,筆者有5年的應(yīng)用CAE技術(shù)的經(jīng)驗(yàn),對于如何導(dǎo)入并應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)有一些淺顯的經(jīng)驗(yàn),在這里以SolidWorks Simulation(COSMOS)為例總結(jié)一下導(dǎo)入的過程和方法,希望能夠給大家?guī)硪稽c(diǎn)收獲或思考:
1 CAE應(yīng)用的不同階段:

1.1 認(rèn)識與了解階段
要想使用并推廣一項(xiàng)技術(shù),就得首先了解,CAE技術(shù)只有在人們認(rèn)識和了解后才有可能在企業(yè)內(nèi)部得以應(yīng)用。在這個(gè)階段,企業(yè)需要做的工作有:
(1)搜索和學(xué)習(xí)相關(guān)的技術(shù)資料
(2)找到與本行業(yè)或產(chǎn)品相關(guān)的應(yīng)用案例
(3)對CAE軟件的作用、特點(diǎn)、功能、本地化、易學(xué)易用程度等都要有所認(rèn)識和了解。
(4)如果有條件可以把目前設(shè)計(jì)或?qū)嶋H中的一些難以找到原因的案例和問題提交給CAE服務(wù)的單位(軟件供應(yīng)商、專門的CAE服務(wù)機(jī)構(gòu)),看是否可以解決。
(5)找CAE軟件或技術(shù)的供應(yīng)商,幫助企業(yè)去分析目前企業(yè)可能存在的CAE需求以及通過這些技術(shù)的應(yīng)用能夠給企業(yè)帶來的效益。
1.2 初步應(yīng)用階段
在這個(gè)階段,企業(yè)需要指定一個(gè)人或者成立一個(gè)部門,購買、學(xué)習(xí)一款基本的通用有限元軟件,如SolidWorks Simulation(基于SolidWorks的最易學(xué)易用的通用有限元軟件);把企業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中遇到的問題、難點(diǎn)評估是否可以通過CAE技術(shù)去找到問題產(chǎn)生的根本原因,如果可以,通過CAE技術(shù)區(qū)分析問題產(chǎn)生的根本原因并制定解決方案,并及時(shí)總結(jié)和通報(bào)反饋結(jié)果。積累最基本的仿真分析經(jīng)驗(yàn)和原始的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
這個(gè)階段實(shí)際就是CAE的需求分析和實(shí)踐測試階段,通過解決一些企業(yè)長期存在的一些實(shí)際問題,讓工程師、高層人士認(rèn)識到CAE技術(shù)的價(jià)值。
1.3 設(shè)計(jì)仿真一體化
如果第三個(gè)階段能夠有很好的成果,基于前期的成果,通過分析和調(diào)研,固化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的某些分析過程,將事后分析提前到設(shè)計(jì)階段,更新設(shè)計(jì)流程,將分析過程常態(tài)化。
這個(gè)階段要注意,因?yàn)樵黾臃治龅倪^程會從單一的某個(gè)環(huán)節(jié)看,會增加研發(fā)的周期,降低研發(fā)效率的,但是從整體的研發(fā)過程看,也許就會縮短研發(fā)周期,如減少整理物理樣機(jī)的測試次數(shù),減少后期的設(shè)計(jì)變更等,所以,此時(shí)要注意平衡點(diǎn)的掌握。
2 CAE應(yīng)用導(dǎo)入案例
XX廠是一個(gè)OEM工廠,專門生產(chǎn)一種類型的零部件,按客戶圖紙要求進(jìn)行生產(chǎn),是一個(gè)典型的制造型工廠,按理說這種廠應(yīng)用CAE的機(jī)會比較少,因?yàn)椴恍枰M(jìn)行零部件的設(shè)計(jì),不存在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程(傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的CAE應(yīng)用案例太多了,這里就不一一的詳述得了)。但是筆者認(rèn)為,凡是有設(shè)計(jì)的地方,CAE技術(shù)就有用武之地,就能發(fā)揮作用,就看企業(yè)怎樣去挖掘和實(shí)踐。
2.1 認(rèn)識與了解階段
制造型企業(yè)也存在設(shè)計(jì)的,如模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等,在加入XX廠半年后,通過對起設(shè)計(jì)過程的了解,開始對設(shè)計(jì)層以及技術(shù)主管灌輸CAE技術(shù)及概念,通過一個(gè)長期存在的產(chǎn)品裂紋的案例CAE應(yīng)用引起了高層和設(shè)計(jì)層的關(guān)注。
案例背景:
產(chǎn)品的生產(chǎn)過程很簡單,就是將銅片放在模具中,通過擠塑模將電木和銅片結(jié)合在一起,其中有一款產(chǎn)品在產(chǎn)品老化后,中間孔有裂紋的比例一度曾達(dá)到60%,已經(jīng)不能正常生產(chǎn)了,為此廠內(nèi)成立的攻關(guān)小組,進(jìn)行了不下20余種的改進(jìn)方案,但一直沒有很好的成效。
原因分析:
筆者在了解到此情況后,通過現(xiàn)場觀察和了解,通過SolidWorks的SimulationXpess(cosmosXpress),分析其擠塑中間的一個(gè)中間放氣的擠壓過程,發(fā)現(xiàn)孔周圍的應(yīng)力很大,與現(xiàn)場的裂紋區(qū)域符合,所以提交了一份報(bào)告,提醒模具設(shè)計(jì)人員是否可以改進(jìn)成型的過程,避免此區(qū)域的擠塑期間的接觸以免造成擠壓而產(chǎn)生的應(yīng)力破壞。
問題解決:
原因分析中的報(bào)告一開始并沒有得到設(shè)計(jì)和技術(shù)管理層的認(rèn)同,他們認(rèn)為這個(gè)過程沒有問題,因?yàn)橛卸嗫町a(chǎn)品都是這么做的,都沒有問題。
在應(yīng)用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)在半年后仍沒有解決問題而導(dǎo)致生產(chǎn)不能進(jìn)行后,某一位技術(shù)主管抱著試試的態(tài)度,采用了筆者的意見,改進(jìn)了模具的結(jié)構(gòu)。
應(yīng)用新的模具后,現(xiàn)場的產(chǎn)品的不合格率從60%一下子就降到了不到0.5%,也就是說筆者分析的裂紋產(chǎn)生的原因是正確的,就是通過這樣一個(gè)簡單的案例,使得廠內(nèi)的技術(shù)層對CAE技術(shù)有了一個(gè)清晰的認(rèn)識,并意識到了其價(jià)值。

2.2 初步應(yīng)用階段
在一個(gè)簡單的案例成功后,筆者開始在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程(雖然客戶有圖紙,但是部分產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是要靠自己設(shè)計(jì))、制造過程階段導(dǎo)入了CAE技術(shù)。
案例1:產(chǎn)品設(shè)計(jì):
案例背景:
以前在不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品,通常在樣品出來前,不能確認(rèn)那種結(jié)構(gòu)是好的,所以通常需要同時(shí)開發(fā)3~5種樣品,通過物理測試,確認(rèn)最好的一種進(jìn)行批量生產(chǎn),在筆者了解到此情況后,建議用CAE技術(shù)進(jìn)行對比,摒棄掉物理測試。
    實(shí)踐過程:
此建議一開始并沒有得到認(rèn)可,于是筆者建議選擇一個(gè)項(xiàng)目,然后應(yīng)用CAE技術(shù),對比物理結(jié)果和CAE結(jié)果是否一致,于是筆者使用SolidWorks Simulation(COSMOSWorks)。在次期間,進(jìn)行了材料參數(shù)的收集,仿真過程的初期標(biāo)準(zhǔn)化工作。
    應(yīng)用結(jié)果:
實(shí)際的測試結(jié)果表明,CAE的分析結(jié)果和實(shí)際的物理測試是一致的,產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員開始主動的要求學(xué)習(xí)SolidWorks Simulation軟件。
案例2:碰焊過程分析
    案例背景:
    某款產(chǎn)品在客戶碰焊過程中,總是產(chǎn)生裂紋,客戶以產(chǎn)品不合格為理由,有求退貨。
    實(shí)踐過程:
開始傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)表明,更改電木粉可以改善此類問題,所以開始更換原材料,但是在改了10幾次后問題仍然沒有得到改善,其原因就是就沒有找到問題產(chǎn)生的根本原因,所以筆者建議使用CAE技術(shù)分析其碰焊過程。在使用SolidWorks Simulation 熱分析模塊模擬分析了其碰焊過程中熱應(yīng)力的分布,CAE結(jié)果表明,由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特殊性,導(dǎo)致碰焊過程中熱應(yīng)力過于集中是產(chǎn)生裂紋的根本原因。
應(yīng)用結(jié)果:
憑借完整的分析報(bào)告,在經(jīng)過與客戶的溝通,客戶調(diào)整了其焊接的參數(shù),裂紋現(xiàn)象馬上就消失了。
在此企業(yè),筆者還陸續(xù)進(jìn)行了沖壓,擠壓、彎鉤、輥軋等加工過程的模擬,跟實(shí)踐相結(jié)合,取得了很好的應(yīng)用效果。逐漸的CAE技術(shù)深入人心,設(shè)計(jì)和技術(shù)管理人員開始主動的學(xué)習(xí)和了解此項(xiàng)技術(shù),并開始考慮在流程中嵌入CAE過程,以避免后期的更改。
2.3 設(shè)計(jì)仿真一體化
通過對過去一年后CAE的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),筆者和管理層一起對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程。模具的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了調(diào)整,開始在設(shè)計(jì)和方案確認(rèn)階段就主動的導(dǎo)入CAE技術(shù),最大程度的減少量產(chǎn)階段的設(shè)計(jì)變更,也就是設(shè)計(jì)仿真過程一體化。
在設(shè)計(jì)仿真一體化之后,新產(chǎn)品的開發(fā)成本降低到原來的1/3;彎鉤模具的設(shè)計(jì)從過去的20次/月,減低到不到1次/月;擠壓模具設(shè)計(jì)成功率從過去的35%上升到了95%,整體的開發(fā)時(shí)間從過去的60天,降低到20天。
以上的這些數(shù)據(jù)表明,在應(yīng)用了CAE技術(shù)后,縮短開發(fā)的周期,節(jié)省了開發(fā)費(fèi)用,減少了設(shè)計(jì)變更,企業(yè)從里面能夠享受到實(shí)實(shí)在在的好處,如開發(fā)費(fèi)用降低,量產(chǎn)后期的投訴、退貨減少、無形中節(jié)約了大量的資本。
3 總結(jié)
CAE技術(shù),在中國已經(jīng)開始得到很多企業(yè)的認(rèn)識和重視,但是從整體上說,還處于了解階段,應(yīng)用的層次和效果與國外相比還有很大的差距;而且因?yàn)閭鹘y(tǒng)的CAE軟件對人的要求比較高,高昂的軟件成本和人力使用成本成為很多中小型企業(yè)應(yīng)用CAE技術(shù)的絆腳石。在這里筆者推薦大家不妨嘗試一下DS SolidWorks Simulation軟件,此軟件設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想就是:普通是設(shè)計(jì)人員使用CAE技術(shù)、設(shè)計(jì)仿真一體化、基于PC架構(gòu)、最快速的求解器。而且其價(jià)格只有傳統(tǒng)的有限元軟件的 1/3都不到,所以具備業(yè)界最高的性價(jià)比,普通的中小型企業(yè)都可以承受。
最后希望CAE技術(shù)能夠在中國得以更快速的推廣,推動中國“制造”更加快速的過渡到中國“設(shè)計(jì)”。也希望我的這些經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚪o大家?guī)硪欢ǖ慕梃b意義。