借助软件分析工具,塑料公司采用聚合物生产出坚固耐用的汽车配件。
化工行业的绝大多数创新都源自研发实验室。正是在实验室中,科学家拿各种不同的化合物在多种条件下做实验,旨在发现生产从油漆到飞机配件的各种物品所需的下一代原料。但这种研究工作往往单调乏味、耗时漫长,且属于劳动密集型工作。复杂的计算机建模和分析工具等新技术有助于科学家有效地提高化工行业研发效率,优化产品,特别是在塑料领域。
凭借新软件工具,化学家可减少实验次数。过去,温度每增加一度,化学家就需要对聚合物的化合情况进行测试,以度量其对温度的反应;现在,他们在温度增加2度或5度时进行测试即可,因为软件会利用这些数据来计算其间的温度变化。“你能用计算机来对不同的化合物进行重复性的测试。”美国塑料委员会(american plastics council)汽车分会主席唐·斯科默(don schomer)表示,“过去要耗时数天的工作,现在仅需几小时即可完成。既节约了时间,又降低了成本。”
此外,借助像moldflow公司的流程仿真软件(flow-simulation)等工具,塑料公司可以针对特定原料确定最佳注塑-成型过程,以在设计阶段将产品缺陷和薄弱之处降到最低。并且,他们还能够将这些信息传递给汽车配件厂商等客户,后者可以利用这些信息改善其设计。
软件与化学的缘分
多年来,汽车厂商一直用塑料制品作为制作车辆内表面的材料。举例来说,如在汽车的发动机所在部位,采用更轻巧、更经济的原料,可提升车辆的节能性,因而能进一步吸引那些注重节约成本的消费者。事实证明,与传统零件相比,采用这些新原料生产的零件所产生的故障也较少,故而同时也降低了保修成本,斯科默分析道。
由此,化学公司开始联手开发计算机建模和可视化技术,以用来预测新型聚合物原料用于汽车中可能体现出的性能。应用下一代软件工具,采用“长光纤”和“过热”塑料原料,开发用于生产汽车配件的聚合物产品是当前化工行业最为炙手可热的领域之一,已为玛格纳·斯泰尔公司(magna steyr)购并的前宝时捷工程服务公司(porsche engineering services)的高级工程经理关周(guan chow)指出。他还进一步分析道,采用计算工具开发基于聚合物的零件,就像“钻孔机拥有一个新钻头一样。”
上述分析工具属于“虚拟产品开发”的范畴,陶氏汽车零件公司(dow automotive,下称陶氏公司)工程材料科学负责人斯科特·伯尔(scott burr)总结道。他说,六七年前,如同对模子中的液体进行分析一样,得使用超级计算机才能运行前述测试程序。现今,这类程序多数可运行于pc上。陶氏公司认为,大多数化学公司在进行设计和分析时,既使用自行开发的应用软件,也选用来自第三方的软件工具;这些第三方软件厂商包括澳汰尔工程软件公司(altair engineering)、ls-dyna公司以及麦克内尔·施文德勒公司(mcneil schwindler)。此外,陶氏公司仍然使用超级计算机来运行碰撞测试分析等较大的项目,以观察不同的配件在压力下的反应。
同时,化学公司也不忘充分利用艾肯国家实验室(argonne national labs,下称艾肯)等政府研究实验室提供的计算资源和专业知识。未来4年内,在美国交通部(department of transportation)资助下,艾肯将建立一个计算中心,用于实现大量并行超级计算,以完成与流体动态分析、碰撞模拟分析和可视化、以及交通分析有关的极为复杂的计算工作。
据艾肯能源系统部门的研究项目总监大卫·韦伯(david weber)介绍,艾肯的技术转移(technology transfer)项目可为汽车、化工和制造企业以及商用软件公司提供研究成果,即实验室凭借其强大的计算能力获得的分析结果。这些公司可引进艾肯开发的计算工具“能源分析代码”,该工具是一些可实现复杂计算(比如对一辆汽车周围的气流进行分析)的软件程序。“而这些软件代码也是不断改进的。”韦伯补充道。
最终,艾肯即将成立的计算中心或许能够帮助化学公司,通过碰撞实验对由聚合物制成的汽车配件的性能进行分析。“从这些细节着眼,新一代计算的功能已经足够强大了。”韦伯总结道。
一位艾肯发言人在玩笑中不失严肃地表示:“与实际的物理碰撞相比,可视化的虚拟碰撞所花的成本要低廉得多。”











