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

今年，李克強總理簽批《中國制造2025》戰(zhàn)略文件，它是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)。“中國制造2025”的提出，意味著中國制造業(yè)正式進(jìn)入中國版“工業(yè)4.0”階段。

而在中國版“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)型過程中的首個創(chuàng)新的體現(xiàn)。針對目前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)計的創(chuàng)新能力一定程度上決定了產(chǎn)品的市場反映。產(chǎn)品設(shè)計的新穎與否，主要取決于產(chǎn)品設(shè)計師的才能?？稍O(shè)計師的才能是需要一定空間才會得到施展的。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)計方法中不可或缺的一環(huán)。”接受采訪的薛工說道，此時的他，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)計產(chǎn)品方案之初，首先建立產(chǎn)品的數(shù)字化樣機（而非物理樣機），然后在計算機上，運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)品開發(fā)時間，優(yōu)化產(chǎn)品性能，減少物理樣機的問題，從而提高設(shè)計的效率。”

發(fā)動機活塞動力學(xué)分析

結(jié)合薛工的講解，我們在走訪時也看到了一家創(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，隨后通過CAD等手段，將設(shè)計的初稿在工作站上變?yōu)橐慌_數(shù)字化樣機。樣機成型后，在提交給CAE仿真分析師進(jìn)行模擬仿真的力學(xué)、疲勞、撞擊等多項實驗，最終通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，來驗證設(shè)計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)計流程中，由于不需要制作出物理樣機進(jìn)行可行性實驗，所以節(jié)約的生產(chǎn)成本的同時，也消除了產(chǎn)品設(shè)計師的顧慮，使得更多新穎的設(shè)計得以涌現(xiàn)，提高了產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新能力。

CAE仿真分析技術(shù)為驗證產(chǎn)品質(zhì)量提供方便

車輛正面撞擊實驗

對于工業(yè)產(chǎn)品來說，產(chǎn)品的質(zhì)量將直接影響產(chǎn)品使用時的安全性，將會直接影響到用戶的人身安全。“在一些產(chǎn)品設(shè)計時，往往有安全方面的國家強制要求和認(rèn)證。“關(guān)于產(chǎn)品的安全性，薛工接受采訪時談道“與汽車行業(yè)的碰撞試驗類似，我們的產(chǎn)品在認(rèn)證時，也必須通過破壞性試驗的測試，試驗成本動輒數(shù)萬。為了保證破壞性試驗一次通過，最大程度降低試驗成本，我們需要提前用復(fù)雜的軟件，在高性能的計算機上仿真破壞性試驗的整個過程，達(dá)到查漏補缺的目的。”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。

車輛側(cè)面強度測試

走訪中，我們從汽車行業(yè)中也了解到，在目前的汽車生產(chǎn)過程中，基于CAE仿真分析技術(shù)來進(jìn)行的破壞性實驗已經(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，通過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)裝置性能分析等項目得出的數(shù)據(jù)與結(jié)論真實可靠，甚至要比傳統(tǒng)的物理樣機實驗更加準(zhǔn)確，同時又省掉了進(jìn)行物理樣機測試所需要的物質(zhì)與時間成本，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

CAE仿真分析技術(shù)除在產(chǎn)品設(shè)計方面的應(yīng)用外，對于產(chǎn)品的維修也具有極大的意義。薛工接受采訪時講到，“設(shè)計出的產(chǎn)品在遞交客戶使用，或在實際驗證過程中，不可避免會出現(xiàn)一些問題。為了更有效，更有針對性地解決問題，我們?nèi)匀贿\用仿真分析方法，在計算機上模擬產(chǎn)品出現(xiàn)問題的工況，再現(xiàn)故障出現(xiàn)場景，解決問題時，更富有主動性。”

據(jù)了解，目前CAE仿真分析技術(shù)在維修方面主要應(yīng)用于機械工業(yè)類產(chǎn)品的售后。機械工業(yè)類的產(chǎn)品，在交付用戶使用中，無法避免故障的出現(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)來還原產(chǎn)品發(fā)生故障時的工作狀況，通過對當(dāng)時工作狀況的反復(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)字化樣機的仿真模擬與海量實驗數(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。“仿真分析對設(shè)計人員的專業(yè)知識和計算機硬件性能的要求，都比傳統(tǒng)設(shè)計方法的要求更高。”薛工說道。根據(jù)實際情況來看，目前能夠滿足企業(yè)應(yīng)用CAE仿真分析技術(shù)對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)計人員人均配有一臺工作站。其中，專業(yè)的仿真部門，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20萬節(jié)點的結(jié)構(gòu)分析任務(wù)時，普通工作站在求解時，表現(xiàn)較為流暢。而更高性能的工作站，則用來處理更多節(jié)點或更復(fù)雜的分析任務(wù)。“

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

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

綜合觀之，在中國版“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)流程開始進(jìn)行優(yōu)化，從產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量及成本影響入手，實現(xiàn)了企業(yè)生產(chǎn)效率的提升。另一方面，正是因為高性能工作站在我國制造業(yè)中的合理應(yīng)用，才使得仿真分析技術(shù)在生產(chǎn)過程中成功落地。由此可見，硬件設(shè)備的性能，將會影響創(chuàng)新技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。而在未來更加智能化的工業(yè)體系中，對企業(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)備性能過硬的基礎(chǔ)上，才能在工業(yè)生產(chǎn)中更好的通過科學(xué)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，從而助力中國版“工業(yè)4.0”的快速發(fā)展。