前言
由于用戶需求的不確定性、軟件價格偏高等多種因素影響，CAE（Computer Aided Engineering）軟件在我們身邊的應(yīng)用遠沒有CAD軟件那樣普及，而且多數(shù)情況下都是在用戶有特殊需求的前提下才會被動產(chǎn)生購置CAE軟件工具的愿望，我所在企業(yè)也是在面臨產(chǎn)品開發(fā)瓶頸問題而又無法用常規(guī)辦法解決時才提出了使用CAE軟件工具的計劃。
南車成都機車車輛有限公司作為我國鐵路機車配套電機的主要制造企業(yè)之一，長期以來苦于自身研發(fā)能力較弱，未能進入國內(nèi)鐵路機車配套電機主導企業(yè)行列。為迎接新一輪鐵路跨越式發(fā)展對機車車輛制造行業(yè)的更高要求，企業(yè)在集團公司的幫助下啟動了以提升電機加工技術(shù)水平和新產(chǎn)品研發(fā)能力為主要目標的技術(shù)改造工程，而作為全面提升產(chǎn)品開發(fā)能力而實施的制造信息化項目中的關(guān)鍵內(nèi)容之一就是實施三維CAD技術(shù)在電機研發(fā)過程中的應(yīng)用。
隨著三維CAD軟件在南車成都機車車輛有限公司電機產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的普遍運用，大量三維產(chǎn)品模型的建立，除了能夠幫助設(shè)計師更好生成指導現(xiàn)場生產(chǎn)的二維圖紙，如何利用這些實體模型從根本上指導新產(chǎn)品開發(fā)就成了設(shè)計部門的當務(wù)之急。而作為設(shè)計校驗和優(yōu)化工具的CAE軟件的應(yīng)用也就順理成章提上了議事日程。身為企業(yè)最早應(yīng)用現(xiàn)代三維設(shè)計軟件的先行者和公司CAD技術(shù)管理者之一，我有幸參與了企業(yè)CAE軟件的選型和應(yīng)用全過程，一些心得和體會在此與大家分享。
1 選擇ANSYS解決新產(chǎn)品開發(fā)關(guān)鍵問題
雖然公司CAE選型項目組成員最初對CAE軟件也知之甚少，但經(jīng)過較長時間認真細致的軟件選型調(diào)研，特別是在對相關(guān)先進企業(yè)的CAE應(yīng)用狀況實地考察咨詢后，我們對當時業(yè)內(nèi)大名鼎鼎的ANSYS軟件留下了較深刻的印象。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電磁場、聲場和耦合場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，它能與大多數(shù)主流CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。同時，ANSYS軟件還是第一個通過ISO9001質(zhì)量認證的大型分析設(shè)計類軟件，是當時美國機械工程師協(xié)會(ASME)、美國核安全局(NQA)及近二十種專業(yè)技術(shù)協(xié)會認證的標準分析軟件，在國內(nèi)也是第一個通過了中國壓力容器標準化技術(shù)委員會認證并在國務(wù)院十七個部委推廣使用。更關(guān)鍵的是，作為我們在電機設(shè)計時最關(guān)心的電磁場分析功能，ANSYS軟件也能很好實現(xiàn)，而且還能實現(xiàn)包括電磁場在內(nèi)的多物理場藕荷分析，這也是當時其它CAE軟件所不能實現(xiàn)的功能。
最終，我們選擇了ANSYSY/Multiphysics軟件作為公司CAE系統(tǒng)的主力應(yīng)用平臺。作為ANSYS軟件的全功能分析包，ANSYSY/Multiphysics可以全方位解決我們在電機開發(fā)設(shè)計過程中所遇到的各種復雜的工程分析問題，特別是在配合普通電機設(shè)計軟件進行電機方案設(shè)計的過程中，利用ANSYS軟件對電機不同工作狀態(tài)下的電磁場進行分析，能夠有效修正電機設(shè)計軟件關(guān)鍵電磁計算參數(shù)，從而最大限度提高了電機設(shè)計結(jié)果中電氣特性的準確性，可以說是解決了長期以來困擾電機設(shè)計人員的老大難問題。
2 選擇DESIGN SPACE拓展CAE應(yīng)用
盡管ANSYS/Multiphysics的應(yīng)用在很大程度上解決了電機設(shè)計過程中的關(guān)鍵性技術(shù)難題，但由于ANSYS/Multiphysics畢竟是一套復雜的大型軟件系統(tǒng)，雖然不少設(shè)計人員都經(jīng)過了系統(tǒng)的應(yīng)用培訓，但是真正能把軟件駕輕就熟的還是極少數(shù)。況且ANSYS/Multiphysics應(yīng)用步驟相對繁雜，加上價格因素又不可能配置太多，故在實際產(chǎn)品研發(fā)過程中很大程度上限制了CAE工具的推廣應(yīng)用，CAE的應(yīng)用效果就有了不小的局限性。
為了更好發(fā)揮CAE工具在產(chǎn)品開發(fā)過程中的作用，我們又把目光投向了ANSYS公司出品的DESIGN SPACE——面向工程師應(yīng)用的CAE軟件上。雖然DESIGN SPACE沒有ANSYSY那樣全面而強大的工程分析能力，但它同樣能在產(chǎn)品設(shè)計初期對三維模型進行機械結(jié)構(gòu)等方面的有限元工程分析，特別是在產(chǎn)品多方案設(shè)計初期對分析精度要求又不是太高的前提下，它的分析效率很高，對于諸如企業(yè)項目招投標期間的方案更新的快速響應(yīng)等方面的應(yīng)用極為有效。而且由于DESIGN SPACE前后處理過程相對簡單，對于普通設(shè)計人員來說上手也很快，只需要進行簡單培訓就可以正常使用，因此對于在設(shè)計部門推廣普及CAE應(yīng)用非常合適。
在考慮CAE軟件系統(tǒng)良好兼容性的前提下，在ANSYS應(yīng)用基礎(chǔ)上，后續(xù)我們又添置了多套DESIGN SPACE分析軟件，一方面緩解了以往設(shè)計師單純應(yīng)用ANSYS/Multiphysics進行電機產(chǎn)品分析所面臨的壓力負荷，另一方面也調(diào)動了大家潛意識里使用CAE軟件的積極性。而DESIGN SPACE的應(yīng)用在隨后的多次電機項目方案選型和投標工作中都以其快速準確的反應(yīng)能力獲得了設(shè)計師和領(lǐng)導的普遍好評。
3 應(yīng)用效果
由最初對CAE軟件的朦朧認識到現(xiàn)在能夠利用ANSYS/Multiphysics和DESIGN SPACE軟件強大的有限元分析功能在產(chǎn)品開發(fā)過程中進行工程分析和校核，一方面很好地解決了以往新產(chǎn)品設(shè)計過程中不能解決的一些關(guān)鍵問題（如利用ANSYS/Multiphysics對電機電磁場進行細致分析），另一方面也極大提高了一些常規(guī)機械校核計算的效率和準確性（如利用DESIGN SPACE對電機結(jié)構(gòu)強度進行工程分析）。經(jīng)過這些年CAE軟件在數(shù)十款電機產(chǎn)品開發(fā)過程中的有效應(yīng)用，可以說我們目前的CAE應(yīng)用還是比較成功的。
同時，這些年企業(yè)在CAE軟件應(yīng)用方面也鍛煉培養(yǎng)出了一批不同層次的核心人才，在接下來集團公司所開創(chuàng)的“協(xié)同仿真平臺”這個舞臺上，也必將有他們廣闊的用武之地。
結(jié)論
歸納CAE軟件應(yīng)用心得，我認為最重要的是要遵循“按需配置，分層應(yīng)用”的CAE軟件選型原則。
如前所述，我們之所以選擇ANSYS作為CAE軟件的核心平臺，并不是因為ABAQUS、MSC等其他CAE軟件功能不夠強大，而是ANSYS軟件所提供的獨有的電磁場分析功能可以滿足我們進行電機設(shè)計中電磁分析的特定需求。因此，CAE軟件的選擇一定要滿足用戶的工程分析需求，特別是一些個性化特殊要求。
而實際的應(yīng)用過程也需要我們提供多層次的CAE解決方案，除了提供給分析工程師使用的高端分析軟件——如ANSYS/Multiphysics，也要有適應(yīng)普通設(shè)計工程師應(yīng)用的“傻瓜式”分析工具——如DESIGN SPACE，只有這樣才能全面提升CAE軟件在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用效果，避免出現(xiàn)陽春白雪，曲高和寡的局面。對于既有CAE應(yīng)用需求，又受制于項目資金限制的用戶，這一點尤為重要。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標題：2013PLM征文：淺談CAE軟件的應(yīng)用與選型
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