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从制造到智造,仿真技术如何带来想象力飞跃?

2021-12-21 11:32 出处:人民教育网 www.hljnewsw.cn


中国制造向来蜚声国际,只是标签在悄悄变化,从“物美价廉”到“速度质量”,从制造到智造,到底出现了哪些飞跃?

日前举办的金砖大赛之首届工程仿真创新设计赛项,来自各行各业的参赛队伍,通过竞赛作品展现出了意义深远的­­创新。

一群人在街道上描述已自动生成

金砖大赛是金砖五国间政府组织的技能发展与技术创新大赛,今年举办的首届工程仿真创新设计赛项,由仿真秀平台承办,面向全国、不限专业、不限学科、不限软件,是以呈现各行业人才共襄盛举的局面。 男人拿着笔记本电脑的桌子前描述已自动生成

01 雷神山医院的中国速度背后

在一等奖作品中,有一个作品十分引人注目,《防疫医院模块化负压病房污染物扩散数值仿真》,这支队伍来自雷神山医院的设计单位,中南建筑设计院。

2019年底,新冠病毒疫情爆发,中南建筑院临危受命,以惊人速度完成雷神山医院的设计。中国速度的背后,仿真技术成为雷神山医院安全与高效建设的重要功臣。

新冠病毒通过空气传播的特性,让医院的设计,必须采取有序的压力梯度,保证气流沿清洁区到半污染区,再到污染区的流动路径,减少交叉感染。所以防疫医院必须是负压病房,保证室内气压低于室外气压,采取合理的气流组织方案,稀释病房内受污染空气的浓度。

传统的设计方案无法满足这样精细化的设计需求,更无法定量分析和评价通风系统,设计人员采用了模块化参数化设计,结合高效率高精度的流体仿真技术给出了解决方案。

他们先根据图纸信息确定设计参数,自研了参数化工具快速生成病房几何模型,利用流体仿真软件开展气流组织和污染物扩散模拟,给出气流流动路径和受污染空气的三维损态浓度,而这些数据为病房通风系统性能优化设计提供了技术支撑。

这才有了在10天10夜建筑期之前,更惊人的12小时拿出设计方案,3天拿出第一版施工图的速度奇迹。

02 仿真技术如何让奥运竞技“更高 更快 更强”

仿真分析为工程设计带来更快的速度,不仅体现在建筑行业,仿真技术又是如何进入奥运竞技场,体现“更快、更高、更强”?2022年北京冬奥会特许运动服装合作方安踏,在本届工程仿真创新设计大赛中,展示了他们的创新之举,以《科技助力奥运主题的鞋底花纹摩擦力研究》斩获了一等奖。

专业运动装备能辅助运动员取得更好的成绩,是毫无疑问的。拿运动鞋来说,鞋底花纹的摩擦力与防滑性能,与运动员的运动表现是有紧密联系的。在跑步运动中,蹬伸阶段摩擦力为人体提供向前的推进力,哪怕只有0.1秒的加快,在奥运这种顶尖赛事中,都是极大的进步。

传统的运动鞋设计方案优化是怎么做的?为了测试鞋底花纹的摩擦力,工程师画出花纹后,要开出模具,做出鞋子,然后去测试,通过反复画图、做鞋、测试,一双鞋的时间成本可能是一个月到一个半月,研发一双鞋造成的物料浪费,可能会高达几百万元。

来自安踏的参赛选手在决赛中展示了他们的研究,通过有限元仿真,在对比前人研究的基础上,为鞋底新增防滑块,建立了模型,其他各项参数不变,通过仿真模拟,得出水平地面反作用力比不增加防滑块时增加了快一倍的结论。

这个研究说明,有限元仿真的确能预评估一些运动装备的性能。将仿真技术用于运动装备设计,可以减少材料的浪费,提高研发速度。而且通过有限元仿真,还可以模拟传统方法测试不了的东西,比如内部的应力应变,而这关乎材料的强度与使用寿命,比传统设计方案要更科学高效。

03 助力工业软件“第二个一百年”

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本次大赛中涌现的优秀作品远不止于此,胜负也是新的起点。以大赛为平台,各高校、企业更加重视仿真人才的培养,引领仿真技术改革与专业建设,这也是大赛的初衷与愿景。 

作为大赛承办方的仿真秀平台(www.fangzhenxiu.com),也一直都以仿真人才培养、仿真生态体系建设为己任,接下来将聚力打造全球仿真人才“蓄水池”,切实强化国内外仿真合作交流,积极准备2022年的国际仿真大赛,聚天下仿真英才为仿真生态赋智,为仿真行业赋能,为仿真产业赋值,倾力奉献于我国未来技术技能专业建设与改革,助力我国工业软件进入“第二个一百年”。



本文标题:从制造到智造,仿真技术如何带来想象力飞跃?
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