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| CFD对于机构工程师的意义--为了设计更好产品的模式改变 | |
| CIMdata | |
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事实已经表明，在产品研发周期的前期使用CFD 进行方案论证具有非常重要的意义。Mentor Graphics 的FloEFD 可以使企业在产品研发周期的前期进行方案论证，形成更好的产品研发设计模式，并且FloEFD可以由不具有专业CFD背景知识的工程师和设计师使用。CFD被内嵌至很多主流的CAD软件中，这也使得产品在整个研发周期中随时都可以进行方案验证。由此带来的产品创新，高品质和更短产品研发周期都会给企业带来诸多利益。
1. 介绍
本文阐述了CIMdata 有关CFD 分析的观点；CFD 使用的动机，价值，未来和在产品设计研发周期中工程师使用CFD 软件的重要性。同时也介绍了Mentor Graphics 的FloEFD 软件，FloEFD 是为产品设计师和工程师度身定制的，可以使他们直接在他们熟悉的CAD 环境中使用CFD 分析软件。本文的几个章节分别论述了以下内容：
CFD 对产品的意义——简略的回顾了在整个产品生命周期管理早期使用CFD 软件的影响和挑战。
更早使用CFD 的价值——简单讨论了更早使用CFD 软件所带来的利益
Mentor Graphics 的CFD 解决方案——FloEFD 是如何被工程师在产品研发早期使用的总结和结语——本文简短的总结和结语
2. CFD 对产品的意义
企业在致力于设计创新性产品的同时，也希望降低产品的成本和减少产品研发时间。企业产品创新的步伐越来越快，并且企业的绝大部分利润和市场份额都与产品创新有关。企业必须面对诸多的问题，包括了日益增加的产品复杂性，物理模型打样的花费和时间，以及产品分析和仿真模拟所需要资源的匮乏。
在一份最近对制造业企业的调查中显示，机构设计工程师和他们的主管认为以下几个方面使工程师背负着巨大的压力：
29% 创造具有更多功能的产品
26% 更少的产品研发时间
25% 创造高可靠性产品
18% 降低产品成本
工程师研发具有更多功能的产品和客户对产品的兼容性和个性化要求的提高，都使产品复杂性不断增加。产品复杂性体现在很多方面，包括电子和软件比以往更多的嵌入至产品中。同时产品也需要符合人体工程学和环保高效。举例，减少使用产品的花费（汽车使用更少的燃油运行）就要求设计师和工程师在产品研发的早期就进行诸多分析论证。
这些要求对产品设计师提出了很大挑战，要求他们创造新的和更具想象力的产品，同时也要加快产品投入市场的步伐。他们想要一种工具，这种工具可以帮助他们在产品研发的早期得到产品更全面的分析。这也可以帮助他们论证更多的设计概念，因此可以在研发极具竞争力产品的同时避免产品的设计缺陷产生。产品分析，测试和验证在产品顺利进入市场的时间周期内扮演着重要角色。
在产品设计阶段期间产品验证是工程分析专家的工作。然而，为了使产品更快地进入市场，产品设计师和工程师不得不确保他们的产品设计方案是在一个正确的方向上前进。因此，在工程分析专家介入之前，工程师必须有方法自己分析和验证设计方案。若干年以前，就有一些工具可以帮助工程师进行结构和运动学分析。然而，今天复杂的结构和电机产品要求工程师全面地了解冷却，液压和其它流动的问题。对产品进行全面的CFD 分析是确保产品可靠运行的重要环节。当产品的复杂性日益增加，CFD 软件会得到更多设计师和工程师的使用。
2.1 CFD 挑战
借鉴产品生命周期管理其它主要方面的经验是非常重要地，这可以使得更早使用CFD 的获益最大化。
当一大群CATIA，Pro/ENGINEER，Inventor 和SolidWorks 的用户被问及为什么他们不使用CFD软件时，他们的回答往往是：(1)“大多数的结构设计工程师没有使用CFD 软件的背景知识和技能”，(2)“大多数的结构工程师没有意识到CFD 软件对他们有帮助”。这反映了两个方面的教育培训缺失，CFD 可以帮助设计更好产品的概念和CFD 软件的使用。
从以往的角度看，CFD 被认为是复杂地，并且需要大量地专业背景知识进行设置和运行的软件。
此外，CFD 软件很多时候都是CFD 专家在使用，产品工程师和设计师等非CFD 专家很难掌握使用。
为了扩大CFD 软件的使用对象群体，必须制定标准的工作流程，这将有助于指导和自动地对CFD 分析进行设置，而这些工作以往都需要CFD 专家来完成。这将指导工程师经历整个CFD 分析的过程，并且获得有用的CFD 分析结果。
事实上是许多要求CFD 专家参与的专业分析和论证已经成为产品研发过程中的瓶颈，特别是当CFD 专家与产品工程师不位于同一研发场所时更明显。产品的设计师和工程师需要被赋予使用CFD软件的权限，以便他们可以在产品研发的早期就使用CFD 软件进行产品分析和论证，从而更快地设计出优质产品。
为了提高效率，设计师和工程师希望在他们原有的环境中进行工作，不需要学习新的用户环境。
CFD 软件应该被嵌入至工程师的应用标准中，例如CAD 设计工具或PLM UI。此外，CFD 软件应该具有主流CAD 软件一样的界面和操作方法，以及相同的模型上下级有限关系。由此用户可以将所有的精力都集中在所要解决的物理问题上。用户必须能够流畅地使用CFD 软件，直接在CAD 模型上进行设置，分析和结果显示。
CFD 的信息应该在整个PLM 环境中得到保存和管理。CFD 的设置和结果必须与产品设计配置和版本一起采集和保存，并不仅仅确保未来数据可用，而是要提供一个用以监管和法律规的审查跟踪。
用户可以方便的找到和重新使用CFD 分析的输入条件，同时可以比较不同分析的结果。
3. 更早CFD 软件的价值
企业可以通过多种方法在产品研发早期使用CFD 分析获益。主要的获益方面包括以下几部分：
支持快速设计——更早的方案仿真和论证加快了产品设计研发过程，同时也减小了缺陷产品发生的概率，避免了产品方案的反复修改。
改进产品设计——早期的CFD 分析有助于发现产品设计的问题，可以改进产品设计，有更多的时间进行产品的创新和研发有竞争力的产品。工程师可以对产品品质有更全面的了解，可以更早地在产品各个方面之中做权衡。
避免重复工作——使用CFD 可以进行方案的论证，从而帮助工程师避免出现设计错误和重复工作，因为产品研发后期出现的设计错误往往需要花费很多人力和物力来纠正。
提升产品品质——产品研发早期的相关信息可以帮助工程师尝试更多的设计方案，方案的甄选有助于提升产品品质。
减少样机——使用CFD 进行仿真分析可以减少对样机和测试时间的需求，这有助于节约研发成本和缩短研发周期。
更快地量产——通过更快的做出设计决策和规避设计风险，加快了整个产品研发过程，由此可以更快地将产品投入市场。
当工程师和他们的主管被问及，工程师越早使用CFD 软件会给企业带来哪些好处时，他们的回答如下：
35% 减少样机和测试时间
22%提升产品的性能和功能
17%减少设计时间
15%减少错误设计的风险
5%提升产品的可靠性和使用寿命
5%提升产品效率
其中的每一项好处都可以使企业获益颇丰，但每一项好处的获得不仅仅要求选择和使用一款CFD分析工具，而且需要在研发过程中很好的使用这个工具。研发工过程中需要管理产品设计的数据，这些数据包括方案变更，配置改动和测试方案等，当然这些方案都可以通过CFD 进行分析，并且将结果呈现出来。
CFD 分析的过程或流程必须被整理成档，以致非CFD 专家也能信心满满的使用CFD 软件获得真实的仿真结果。将CFD 分析过程嵌入至整个PLM 环境中有助于确保想使用CFD 的工程师都可以使用。
下图描述了在产品研发早期频繁使用CFD 软件给产品研发带来的影响。目前，CFD 分析主要是在产品设计完成之后进行。就这会使得到的分析结果无法得到及时的响应。在那段时间内，基于CFD的分析结果，设计工作有可能需要重新进行。 （图片） （图片） （图片） （图片） （图片） （图片） | |
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