環境法規的細化加強以及政府對于綠色產品與系統的鼓勵措施給很多行業的工程團隊帶來了巨大的變革。例如，在發電行業，越來越多利用風能、水能和太陽能的發電廠建成，這就形成了快速發展的市場和一系列全新的客戶需求。專注于發動機或發動機組件的產品開發團隊需要面對更為嚴格的排放標準和支持具有更高燃油效率的重量限制。
Gilbert Gilkes&Gordon有限公司（通常稱為Gilkes）是一家致力于同時為發電和發動機行業提供服務的業界領先制造商。Gilkes Hydro是水電系統（用水產生電）的全球領導者，已在80多個國家安裝了超過6,700臺渦輪機。Gilkes Pumping Systems制造了一系列用于冷卻大馬力柴油機的高級泵產品，能為眾多世界頂尖的柴油機制造商供貨。Gilkes在1853年成立于英國的LakeDistrict，擁有悠久的歷史傳統。自1856年以來，公司的主要工廠即位于同一位置，并且基本所有權自1881年開始就從未變更過。憑借忠實的客戶群體和業界驗證的產品設計，Gilkes多年在小型水力發電系統和發動機冷卻泵領域始終傲視群雄，穩踞全球市場領先地位。
Gilkes的冷卻泵機械設計工程師Lindsey Entwistle指出：“Gilkes的傳統方法是通過測試開發高性能設計，再在工廠中對設計進行生產優化，然后若干年一直使用該設計的變更方案。客戶對產品的性能非常滿意，并且這種方法經過了多年實踐。”
Gilkes生產車間的Pelton轉輪
Pelton水輪機的ANSYS CFD仿真
然而，在過去十年里，Gilkes所服務的兩個行業都發生了變化。政府對可再生能源的補貼在一定程度上使世界很多地區的水輪機市場開始快速增長，新的競爭對手不斷涌現，因此，Gilkes必須確保更高的渦輪機性能才能保持市場份額。此外，不斷增強的環保意識意味著將有全新的柴油機立法標準出臺。Gilkes現有的泵設計需要更高的性能才有助于減少排放量、達到其它環境目標及降低生產成本。多年來，Gilkes的產品要求首次發生顯著變化。
仿真：競爭優勢
在這兩個市場領域中，Gilkes的長期競爭對手快速采取行動開發創新設計，充分利用這些機遇；他們大量依靠計算流體動力學（CFD）工程仿真工具來推動快速的設計開發，并向市場推出可滿足需求的新產品。
工程仿真對Gilkes來說并非新概念。以前需要設計分析時，公司會將CFD仿真工作外包給經驗豐富的顧問。此外，Gilkes還為蘭卡斯特大學一位博士生的工作提供贊助，其論文成功解決了Gilkes的緊迫工程難題。
Gilkes長久以來擁有出色的工程水平
車間里的Gilkes冷卻泵（左）以及雙回路船專用泵的ANSYS結構仿真（右）
Gilkes必須能確保更高的渦輪機性能才能保持市場份額
Gilkes的水輪機研發經理Alan Robinson解釋道：“我們過去對工程仿真只是淺嘗輒止，但沒有真正將其作為支持產品創新的核心戰略。我們的傳統是：不做夸張的承諾，交付最佳產品。不過，由于效率擔保在競標評估中占很高權重，因而提高產品性能勢在必行。我們必須創新，才能做出更高承諾并延續我們的寶貴文化。工程團隊提議建立內部仿真功能，因為我們認識到仿真已經成為我們欠缺的一項關鍵競爭優勢。”
Robinson繼續說道：“我們向董事會展示了仿真軟件的功能，以及仿真軟件如何幫助我們快速對產品進行重新設計。董事會不僅同意投入大量資金購買技術，而且還同意招募具有仿真技能的工程師。”
一種全新的功能初具規模2013年，Jo Scott被聘任為Gilkes水輪機業務部的資深CFD工程師。Scott在之前的崗位上使用仿真軟件的時間長達20年之久，因而他榮膺Gilkes兩個業務部門的仿真冠軍。
Scott表示：“我們的第一課是仔細選擇軟件。即使我們決定購買最好的軟件，也要選擇實際的解決方案。我們意識到在兩個業務領域都需要CFD仿真，但泵工程團隊還需要進行有限元分析（FEA）才能確保結構的魯棒性。FEA分析工具有很多等級，因此必須將解決方案與我們的日常挑戰相匹配。”Scott最初嘗試對一些同事進行仿真軟件培訓，但他很快意識到最好的方法是利用ANSYS提供的專家培訓。Scott說：“盡管我非常熟悉CFD軟件，但由我來管理內部培訓無論從時間還是成本上都不劃算，而且我對于FEA解決方案的應用知識了解得并不多。因此，我們派出一個團隊參加正式的軟件培訓，這幫我們建立起一支核心的軟件使用小組。”
現在，在水輪機業務部已有三位兼職ANSYS軟件使用者可配合Scott的工作。在冷卻泵業務部，Gilkes有四位工程師使用CFD軟件，另有三位團隊成員使用有限元分析軟件來分析結構問題。
整個過程中，Gilkes充分利用電話支持和在線客戶門戶來獲得技術問題的答案。Scott說：“軟件供應商提供的網絡和電話支持是有用的，不要羞于使用這些資源。那里能提供很多產品知識。”
Gilkes起初只有一個軟件授權，附加的授權依靠租用方法；2015年，公司意識到需要長期使用權。Scott說：“當我們真正評估了仿真軟件在Gilkes確實有用，并認為購買許可證比租許可證更合適時，我們根據團隊在2015年以前使用仿真的頻率做出了這個財務決策。”
廣受歡迎的變化
在Gilkes公司，工程仿真的應用受到了很多現有員工的歡迎，他們非常迫切地渴望學習先進技能。Robinson說：“我們的工程師使用傳統方法做了很多復雜計算和設計工作，因此他們對于新軟件抱有極高的熱情。他們想快速了解最新實踐的詳細情況。”
仿真對大學畢業生同樣具有吸引力，因為他們已做好準備應用大學中所學的技能。Gilkes工程師的工作方式與新工程師在大學中學到的方法存在一定差距。不過，這種差距在我進公司時正逐漸消失。如今，Gilkes真正地處于工程實踐的最前沿。在這里工作很令人興奮。”
Robinson繼續說道：“我們向董事會展示了仿真軟件的功能，以及仿真軟件如何幫助我們快速進行產品的重新設計。董事會同意投資購買軟件。”
Robinson指出，盡管這種變化很受歡迎，但從文化角度講也確實具有挑戰性。他解釋說：“在此之前，我們讓工程師負責管理整個項目，致使他們無法集中精力發揮專業技能。現在，我們安裝了模塊化流程，人們掌握不同領域的專業知識并各司其職。我們在每個階段都有專家，包括CFD和FEA專家。為此，我們不得不改變原有的流程并重新定位員工角色，為了將仿真作為核心競爭力，這樣做非常必要。”
Robinson補充說：“每個人都認識到了改變的必要性，這點很有幫助。我們意識到我們的效率必須提高，同時，訂單丟失讓每個人都認識到必須采用不同的方式。我建議其他公司與他們的工程師分享高層愿景，因為這樣做確實幫助Gilkes克服了文化阻力。”
開啟新紀元
短短三年間，Gilkes從不具備內部仿真能力發展到擁有10位工程師定期使用仿真軟件。公司投入了約150,000英鎊配備仿真技能，包括軟件許可、硬件和培訓。目前，公司正在研究建立高性能計算（HPC）集群，從而管理大規模仿真并使分析能力變得更加強大。
Gilkes冷卻泵
Robinson說：“工程仿真現已構成分析策略的基礎，從而促進智能、綠色設計思路，而我們要不斷評估和開發新的設計。”他補充說道：“盡管很難衡量仿真投資的財務影響。但我可以告訴您我們已經看到了投資回報，原因是我們能以低成本更快速地開發創新設計，從而贏得更多訂單。我們相信仿真已切實發揮作用——并將Gilkes推向新的成功紀元。”
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本文標題：工程仿真幫助Gilkes開啟新紀元
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