近年來(lái)，“工業(yè)4.0”概念炙手可熱。但追其根源，“工業(yè)4.0”是一個(gè)發(fā)展的過(guò)程，不可能一蹴而就。目前，中國(guó)的制造業(yè)的規(guī)模已經(jīng)可以比肩于美國(guó)，但在發(fā)展的過(guò)程中，中國(guó)制造業(yè)正受到高端制造業(yè)向發(fā)達(dá)國(guó)家回流、低端制造業(yè)向低成本國(guó)家轉(zhuǎn)移的雙重?cái)D壓。因此，學(xué)習(xí)和借鑒“工業(yè)4.0”的理念，發(fā)展中國(guó)版“工業(yè)4.0”具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

今年，李克強(qiáng)總理簽批《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略文件，它是我國(guó)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。“中國(guó)制造2025”的提出，意味著中國(guó)制造業(yè)正式進(jìn)入中國(guó)版“工業(yè)4.0”階段。

而在中國(guó)版“工業(yè)4.0”階段，CAE仿真分析技術(shù)成為當(dāng)下工業(yè)制造智能化、信息化轉(zhuǎn)型過(guò)程中的首個(gè)創(chuàng)新的體現(xiàn)。針對(duì)目前CAE仿真分析技術(shù)的落地情況，筆者進(jìn)行了一系列的走訪。

CAE仿真分析技術(shù)為設(shè)計(jì)師插上想象的翅膀

作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力一定程度上決定了產(chǎn)品的市場(chǎng)反映。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新穎與否，主要取決于產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的才能?？稍O(shè)計(jì)師的才能是需要一定空間才會(huì)得到施展的。而CAE仿真分析技術(shù)的落地，就為產(chǎn)品設(shè)計(jì)師提供了極大的施展空間，為他們插上了想象的翅膀。

“我認(rèn)為，仿真分析是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中不可或缺的一環(huán)。”接受采訪的薛工說(shuō)道，此時(shí)的他，已經(jīng)在CAE仿真分析領(lǐng)域工作了3年多了，他繼續(xù)講道“在設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案之初，首先建立產(chǎn)品的數(shù)字化樣機(jī)（而非物理樣機(jī)），然后在計(jì)算機(jī)上，運(yùn)用不同的仿真分析軟件，模擬產(chǎn)品的性能屬性，最大限度縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，優(yōu)化產(chǎn)品性能，減少物理樣機(jī)的問(wèn)題，從而提高設(shè)計(jì)的效率。”

發(fā)動(dòng)機(jī)活塞動(dòng)力學(xué)分析

結(jié)合薛工的講解，我們?cè)谧咴L時(shí)也看到了一家創(chuàng)新工業(yè)制造廠商目前的基本生產(chǎn)流程：首先，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師們可根據(jù)自己的想法與產(chǎn)品的需求進(jìn)行初稿的設(shè)計(jì)，隨后通過(guò)CAD等手段，將設(shè)計(jì)的初稿在工作站上變?yōu)橐慌_(tái)數(shù)字化樣機(jī)。樣機(jī)成型后，在提交給CAE仿真分析師進(jìn)行模擬仿真的力學(xué)、疲勞、撞擊等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，最終通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)師的想法是否有可行性，如可行便進(jìn)行量產(chǎn)，反之則將結(jié)果送還設(shè)計(jì)師加以修改至可行為止。

在加入CAE仿真分析技術(shù)后的設(shè)計(jì)流程中，由于不需要制作出物理樣機(jī)進(jìn)行可行性實(shí)驗(yàn)，所以節(jié)約的生產(chǎn)成本的同時(shí)，也消除了產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的顧慮，使得更多新穎的設(shè)計(jì)得以涌現(xiàn)，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力。

CAE仿真分析技術(shù)為驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量提供方便

車(chē)輛正面撞擊實(shí)驗(yàn)

對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的質(zhì)量將直接影響產(chǎn)品使用時(shí)的安全性，將會(huì)直接影響到用戶的人身安全。“在一些產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，往往有安全方面的國(guó)家強(qiáng)制要求和認(rèn)證。“關(guān)于產(chǎn)品的安全性，薛工接受采訪時(shí)談道“與汽車(chē)行業(yè)的碰撞試驗(yàn)類似，我們的產(chǎn)品在認(rèn)證時(shí)，也必須通過(guò)破壞性試驗(yàn)的測(cè)試，試驗(yàn)成本動(dòng)輒數(shù)萬(wàn)。為了保證破壞性試驗(yàn)一次通過(guò)，最大程度降低試驗(yàn)成本，我們需要提前用復(fù)雜的軟件，在高性能的計(jì)算機(jī)上仿真破壞性試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程，達(dá)到查漏補(bǔ)缺的目的。”這其中薛工講到的復(fù)雜的軟件，其中就含有采用CAE仿真分析技術(shù)的軟件。

車(chē)輛側(cè)面強(qiáng)度測(cè)試

走訪中，我們從汽車(chē)行業(yè)中也了解到，在目前的汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中，基于CAE仿真分析技術(shù)來(lái)進(jìn)行的破壞性實(shí)驗(yàn)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，究其根本原因，在于CAE仿真分析具有可重復(fù)性、方便性、低成本等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)C-NCAP 100%正碰分析、C-NCAP 40%偏置碰分析、追尾碰撞分析、行李位移乘員防護(hù)裝置性能分析等項(xiàng)目得出的數(shù)據(jù)與結(jié)論真實(shí)可靠，甚至要比傳統(tǒng)的物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)更加準(zhǔn)確，同時(shí)又省掉了進(jìn)行物理樣機(jī)測(cè)試所需要的物質(zhì)與時(shí)間成本，從而優(yōu)化了生產(chǎn)流程，提高了生產(chǎn)的效率。

CAE仿真分析技術(shù)令產(chǎn)品維修更加主動(dòng)

CAE仿真分析技術(shù)除在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用外，對(duì)于產(chǎn)品的維修也具有極大的意義。薛工接受采訪時(shí)講到，“設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品在遞交客戶使用，或在實(shí)際驗(yàn)證過(guò)程中，不可避免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。為了更有效，更有針對(duì)性地解決問(wèn)題，我們?nèi)匀贿\(yùn)用仿真分析方法，在計(jì)算機(jī)上模擬產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題的工況，再現(xiàn)故障出現(xiàn)場(chǎng)景，解決問(wèn)題時(shí)，更富有主動(dòng)性。”

據(jù)了解，目前CAE仿真分析技術(shù)在維修方面主要應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)類產(chǎn)品的售后。機(jī)械工業(yè)類的產(chǎn)品，在交付用戶使用中，無(wú)法避免故障的出現(xiàn)，但多數(shù)情況下，故障出現(xiàn)的原因只有在發(fā)生故障的瞬間最容易發(fā)現(xiàn)。于是，部分企業(yè)目前正采用CAE仿真分析技術(shù)來(lái)還原產(chǎn)品發(fā)生故障時(shí)的工作狀況，通過(guò)對(duì)當(dāng)時(shí)工作狀況的反復(fù)分析，直接找到故障出現(xiàn)的根本原因，并進(jìn)行維修，似的產(chǎn)品售后的維修可以更加主動(dòng)的進(jìn)行。

CAE仿真分析技術(shù)需求高性能硬件設(shè)備

由于CAE仿真分析技術(shù)的根本在于數(shù)字化樣機(jī)的仿真模擬與海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的具體分析，這便決定了CAE仿真分析技術(shù)必須依托于高性能的硬件設(shè)備。“仿真分析對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)硬件性能的要求，都比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的要求更高。”薛工說(shuō)道。根據(jù)實(shí)際情況來(lái)看，目前能夠滿足企業(yè)應(yīng)用CAE仿真分析技術(shù)對(duì)硬件的使用需求的產(chǎn)品只有工作站。

據(jù)了解，薛工所在的公司，所有的設(shè)計(jì)人員人均配有一臺(tái)工作站。其中，專業(yè)的仿真部門(mén)，還額外配備了更高性能的工作站。

薛工表示，“在一般情況下，進(jìn)行20萬(wàn)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)分析任務(wù)時(shí)，普通工作站在求解時(shí)，表現(xiàn)較為流暢。而更高性能的工作站，則用來(lái)處理更多節(jié)點(diǎn)或更復(fù)雜的分析任務(wù)。“

而在眾多設(shè)有CAE仿真分析部門(mén)的企業(yè)，也都有進(jìn)行大量工作站的采購(gòu)，來(lái)滿足高效、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的運(yùn)算的需求，從而更好的保證企業(yè)一直保持高效的產(chǎn)能。

而對(duì)于從事CAE仿真分析工作的工作站的性能，薛工表示，在他個(gè)人看來(lái)，工作站的運(yùn)算速度是他最為關(guān)注的，而硬件和軟件的培訓(xùn)和售后服務(wù)，對(duì)于其工作也是極其重要的。

綜合觀之，在中國(guó)版“工業(yè)4.0”的轉(zhuǎn)型中，CAE仿真分析技術(shù)的應(yīng)用，成功幫助企業(yè)從生產(chǎn)流程開(kāi)始進(jìn)行優(yōu)化，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、質(zhì)量及成本影響入手，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)生產(chǎn)效率的提升。另一方面，正是因?yàn)楦咝阅芄ぷ髡驹谖覈?guó)制造業(yè)中的合理應(yīng)用，才使得仿真分析技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中成功落地。由此可見(jiàn)，硬件設(shè)備的性能，將會(huì)影響創(chuàng)新技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。而在未來(lái)更加智能化的工業(yè)體系中，對(duì)企業(yè)硬件設(shè)備的性能也將提出更高的需求。只有在企業(yè)硬件設(shè)備性能過(guò)硬的基礎(chǔ)上，才能在工業(yè)生產(chǎn)中更好的通過(guò)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，從而助力中國(guó)版“工業(yè)4.0”的快速發(fā)展。