[page]風(fēng)能是古老而充滿活力的能量

風(fēng)能利用是人類的一項(xiàng)傳統(tǒng)技能。早在5500 年前，第一艘帆船即揚(yáng)帆遠(yuǎn)航；3700年前，風(fēng)能即已為巴比倫的灌溉系統(tǒng)提供機(jī)械動力；2500年前，人類已能利用風(fēng)能將鼓風(fēng)爐的溫度升至 1200 攝氏度；首架風(fēng)車的誕生可追溯至公元 50 年；公元 700 年，在今天屬于阿富汗的地方，豎軸驅(qū)動技術(shù)已用來磨制玉米；風(fēng)車在美國西部大開發(fā)中曾用來為火車加水，如今風(fēng)車已成為美國的標(biāo)志之一。

首款現(xiàn)代風(fēng)輪機(jī)是在上個(gè)世紀(jì) 80 年代開發(fā)的。雖然風(fēng)輪機(jī)的生產(chǎn)和使用已有悠久的歷史，但和其他能源種類相較，其在整個(gè)能源行業(yè)中地位卻顯得微不足道。不過，如今風(fēng)力發(fā)電的重要性現(xiàn)在正日益凸顯出來。

將設(shè)計(jì)、技術(shù)、科學(xué)和管理融合在一個(gè)系統(tǒng)平臺是風(fēng)能行業(yè)一次前所未有的創(chuàng)新。達(dá)索系統(tǒng) (Dassault Systèmes, DS) 的 V5 和 V6 的PLM 技術(shù)已經(jīng)被全球數(shù)千家企業(yè)用來進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)、創(chuàng)造領(lǐng)先產(chǎn)品。經(jīng)實(shí)踐證明，達(dá)索系統(tǒng)PLM技術(shù)能夠充分滿足風(fēng)電這個(gè)新興行業(yè)的各項(xiàng)需求。達(dá)索系統(tǒng)在航空航天領(lǐng)域擁有長達(dá)28年的服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，航空航天行業(yè)和風(fēng)能行業(yè)在重量輕、強(qiáng)度高、能夠抵御各種惡劣天氣的影響、運(yùn)行機(jī)制精密復(fù)雜、電源管理先進(jìn)等方面具有共同的要求，這為向風(fēng)能行業(yè)轉(zhuǎn)移技術(shù)和知識提供了理想的機(jī)會。

Quietrevolution利用達(dá)索系統(tǒng)PLM成功躋身風(fēng)電行業(yè)領(lǐng)先地位

風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)先企業(yè)已采用最先進(jìn)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)。利用風(fēng)能這一古老的元素能量，空氣動力學(xué)家、地球物理學(xué)家、復(fù)合材料工程師、生產(chǎn)專家攜手合作，共同構(gòu)思、設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營風(fēng)輪機(jī)，有些已經(jīng)達(dá)到最尖端最頂級的水準(zhǔn)。

人類估計(jì)可以從風(fēng)能中獲得總共 70 太瓦的電力，而目前全球的總用電量僅為該數(shù)值的 20%。不過，關(guān)于實(shí)際能夠獲得的電力數(shù)量一直眾說紛紜。雖然也有人認(rèn)為不會超過 30%，但大家一般都會參考貝茲定律（貝茲定律認(rèn)為實(shí)際能夠獲得的電力不會超過預(yù)估數(shù)值的 60%）。不管這些數(shù)值如何，在開發(fā)更高效率的風(fēng)輪機(jī)方面，競爭已經(jīng)開始。一家在風(fēng)能行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先位置的英國風(fēng)能公司——Quietrevolution 已經(jīng)采用達(dá)索系統(tǒng)的 PLM 解決方案來強(qiáng)化其風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造。

Quiterevolution 采用達(dá)索系統(tǒng) CATIA 進(jìn)行風(fēng)能風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計(jì)、工程與制造，為其經(jīng)空氣動力學(xué)優(yōu)化的豎軸風(fēng)輪機(jī)槳葉計(jì)算出毫無數(shù)學(xué)差錯(cuò)的外形。CATIA 通過為 Quietrevolution 提供高效的設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)平臺，最大限度地利用資源，來幫助該公司更好地把握風(fēng)能系統(tǒng)市場中日益增加的機(jī)遇。

Quietrevolution 的設(shè)計(jì)經(jīng)理 Richard Kingsley 表示：“產(chǎn)品開發(fā)是我們工作的核心。在我們使用達(dá)索系統(tǒng)CATIA 虛擬設(shè)計(jì)解決方案短短的時(shí)間里，已顯著提升了我們高效完成先進(jìn)結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)到制造整個(gè)流程的能力?！盞ingsley 先生曾經(jīng)在 Lotus Cars、Proton、Ascari 和 Aston Martin 體驗(yàn)過PLM能為公司帶來的巨大效益。他還表示：“達(dá)索系統(tǒng)PLM使我們實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、簽批、加工可行性研究、產(chǎn)品制造以及3D 設(shè)計(jì)互動。CATIA 是我們供應(yīng)鏈的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，讓我們能夠與合作伙伴公司交換原始文件，提高了生產(chǎn)效率?！?/p>

Quietrevolution 的設(shè)計(jì)優(yōu)勢在于可使槳葉呈 120 度扭曲，以便風(fēng)輪機(jī)可以持續(xù)工作。這種設(shè)計(jì)特別適合于在風(fēng)向經(jīng)常變化的城市環(huán)境中使用。采用 CATIA 不僅能夠讓企業(yè)開發(fā)出效率更高、更精致的設(shè)計(jì)方案，還能通過使用原始的 CATIA 文件或者數(shù)據(jù)格式與內(nèi)外部供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)溝通，滿足供應(yīng)商和分包商的各種需求。Richard Kingsley 補(bǔ)充道：“與供應(yīng)商的高效協(xié)作非常重要。達(dá)索系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)環(huán)境能確保順利、無差錯(cuò)的溝通，對版本迭代和發(fā)布流程可以很好地進(jìn)行管理?！?/p>

達(dá)索系統(tǒng)的CATIA 虛擬設(shè)計(jì)解決方案可縮短產(chǎn)品開發(fā)周期

達(dá)索系統(tǒng)總監(jiān) Mike Crow 表示：“我們對 Quietrevolution 因使用尖端的 CATIA 虛擬設(shè)計(jì)解決方案而躋身于風(fēng)能行業(yè)的前列感到非常高興。利用其他行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)最佳實(shí)踐，風(fēng)輪機(jī)制造商可以避免在實(shí)際工作中進(jìn)行高成本的試驗(yàn)摸索，從而大大縮短開發(fā)周期。同時(shí)通過將設(shè)計(jì)、測試和生產(chǎn)可行性分析整合在一體化的環(huán)境中，能夠生產(chǎn)出性能更加優(yōu)異的產(chǎn)品?！?/p>

來自負(fù)責(zé)解決方案實(shí)施和支持的達(dá)索系統(tǒng)增值銷售商Intrinsys的Darren Cairns 表示：“Quietrevolution 是因采用先進(jìn)的 3D PLM 技術(shù)而躋身風(fēng)能行業(yè)前列的典型代表。CATIA 蘊(yùn)含的專業(yè)知識能夠?yàn)?Quietrevolution 提供了先進(jìn)的生產(chǎn)軟件和服務(wù)，幫助我們優(yōu)化產(chǎn)品，開發(fā)出創(chuàng)新的能源解決方案，對此我們感到非常自豪?！盵page]

達(dá)索系統(tǒng)PLM助RomaxWIND 公司實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析

RomaxWIND 總部位于英國諾丁漢，其下屬機(jī)構(gòu)遍布?xì)W洲、亞洲和美國。RomaxWIND 主要是為客戶提供開發(fā)風(fēng)輪機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)服務(wù)、技術(shù)咨詢和模擬技術(shù)。通過高級培訓(xùn)和技術(shù)支持，能源專業(yè)咨詢公司 RomaxWIND 的專業(yè)性得以提升，工作效率、技能和能力得以大幅改善。

RomaxWIND 將其自有的專業(yè)軟件與達(dá)索系統(tǒng)的CATIA V5及ENOVIA功能搭配使用，為風(fēng)能行業(yè)的生產(chǎn)廠商和經(jīng)營者提供變速箱、軸承和傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析。RomaxWIND 結(jié)合使用自己的技術(shù)小組和 Romax 模擬技術(shù)，能夠?yàn)槠淇蛻籼峁┤娣?wù)，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、變速箱認(rèn)證的專家支持、軸承和傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)有技術(shù)服務(wù)、生產(chǎn)支持、戰(zhàn)略咨詢、技術(shù)轉(zhuǎn)讓及培訓(xùn)等。
該公司的優(yōu)勢在于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能可顯著提升風(fēng)輪機(jī)的傳動系統(tǒng)效率。這是通過充分理解齒輪和輔助系統(tǒng)并通過分析和迭代開發(fā)對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化而實(shí)現(xiàn)的。

RomaxWIND 高級項(xiàng)目工程師 David Reetham 在談及實(shí)現(xiàn)最高效率的復(fù)雜性時(shí)這樣說道：“行星齒輪系或者周輪齒輪之間的負(fù)載均衡是確?？煽啃院偷驼駝拥年P(guān)鍵所在。通過考慮結(jié)構(gòu)繞度、安裝條件、重力、組裝和生產(chǎn)允許公差所造成的影響，RomaxWIND 采用軟件模擬來預(yù)測每個(gè)行星齒輪分擔(dān)的負(fù)載。再加上變速器接觸方式、耐久性計(jì)算、相位計(jì)算和噪音消除等相關(guān)工作，復(fù)雜性就隨之增加了?！彼a(bǔ)充道：“一旦我們完成驅(qū)動系統(tǒng)規(guī)格及特性的優(yōu)化，就可以使用 CATIA 對構(gòu)思進(jìn)行開發(fā)和完善，使其進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)。CATIA 還可用于完善初始設(shè)計(jì)，讓產(chǎn)品盡可能地接近 3D 數(shù)字化模型。此外，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)展以及 3D 模型在設(shè)計(jì)／分析反饋環(huán)路中被轉(zhuǎn)入各個(gè)系統(tǒng)，往往還需要進(jìn)行重復(fù)分析?！?br /> 為了能讓這種復(fù)雜的工作順利進(jìn)行，RomaxWIND部署了達(dá)索系統(tǒng)ENOVIA解決方案。ENOVIA可以增強(qiáng)配置和發(fā)布控制，提升設(shè)計(jì)工作效率，并在零部件和總成之間提供復(fù)雜的鏈接。設(shè)計(jì)人員可以記錄進(jìn)出的零部件，而版本控制則能夠保證一直保留次序和可跟蹤性。這樣，設(shè)計(jì)人員就可以完成更多的設(shè)計(jì)工作，總體的數(shù)據(jù)安全性和質(zhì)量也得到了明顯改善?！?/p>

David Reetham 對此評論道：“達(dá)索系統(tǒng)軟件和技術(shù)的效能，符合我們需求的系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)我們企業(yè)內(nèi)外以及我們供應(yīng)鏈之間的無縫集成。我們所從事的項(xiàng)目都是國際性的，在風(fēng)能開發(fā)非?；钴S的德國、丹麥、中國、印度和美國都有大量的工作要做。達(dá)索系統(tǒng)的軟件是實(shí)施這種業(yè)務(wù)的理想選擇。”

風(fēng)力發(fā)電在全球各地的迅猛發(fā)展，需要不斷的技術(shù)突破。而為了應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，RomaxWIND 爭取將二十年來在航空航天、汽車、船舶和重工業(yè)中累積的知識轉(zhuǎn)移到風(fēng)能行業(yè)。目前，RomaxWIND 已經(jīng)在風(fēng)能領(lǐng)域積累了五年經(jīng)驗(yàn)，并且已經(jīng)完成了大量的風(fēng)能項(xiàng)目，并在風(fēng)能工程的技術(shù)開發(fā)方面奠定了領(lǐng)先地位。

風(fēng)能行業(yè)蘊(yùn)含著重要的業(yè)務(wù)機(jī)遇，如何利用這些機(jī)遇，就需要?jiǎng)?chuàng)新型公司充分利用主要能源氣候的技術(shù)轉(zhuǎn)讓和營銷戰(zhàn)略。只有在技術(shù)的幫助下，新的能源生產(chǎn)系統(tǒng)才可以開發(fā)出來，并隨之減輕對礦物燃料的依賴。
RomaxWIND 通過在大量項(xiàng)目中應(yīng)用 CATIA 和 ENOVIA 軟件，對如何實(shí)現(xiàn)最優(yōu)結(jié)果的方法擁有深刻的理解。憑借對傳動系統(tǒng)、槳葉間距和偏航角的精細(xì)調(diào)整，精心選擇的物料及其相關(guān)的生產(chǎn)工藝的經(jīng)驗(yàn)，RomaxWIND 站在了風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)和開發(fā)的最前沿。
David Reetham 總結(jié)道：“將來的風(fēng)能開發(fā)工作主要是對現(xiàn)有的技術(shù)和方法進(jìn)行完善，引入新的材料、控制系統(tǒng)并在市場上進(jìn)行推廣。RomaxWIND 引入達(dá)索系統(tǒng)PLM 后所達(dá)到的效果，使得我們擁有了卓越的操縱性，讓我們更有信心充分利用這個(gè)技術(shù)生產(chǎn)出非常精巧的符合市場需求的產(chǎn)品?！?/p>

運(yùn)用SIMULIA虛擬測試可大大降低測試成本

有限元分析 (FEA) 的使用對風(fēng)能行業(yè)來說是一個(gè)重大福音。達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA的技術(shù)營銷總監(jiān) Dale Berry 談及在該應(yīng)用中使用其公司的軟件時(shí)表示：“像這樣的問題，如‘風(fēng)輪機(jī)槳葉的最佳配置是什么？’或者‘您如何將陸基風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)移植到深水風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)中’等等，有限元技術(shù)都能給出了最佳答案。工程人員一般從 CAD 模型著手——可能是翼面或者是風(fēng)輪機(jī)的槳葉——然后使用有限元分析軟件將模型轉(zhuǎn)化為由幾何單元構(gòu)成的 3D 網(wǎng)格，而這些網(wǎng)格就是有限元分析中的‘元’。
一旦建立起有限元分析模型，任何數(shù)量的靜態(tài)、動態(tài)、線性或者非線性事件，包括接觸、碰撞、彎曲和／或坍塌場景，甚至多物理場分析（熱結(jié)構(gòu)、流體結(jié)構(gòu)相互作用和／或計(jì)算流體力學(xué)）都可以得到分析。FEA 解決方案（虛擬測試）提供的反饋隨后被用于評估和修改 CAD 設(shè)計(jì)。如果需要這一過程可反復(fù)進(jìn)行，直到實(shí)現(xiàn)所需的產(chǎn)品功能和耐久性。

FEA 的結(jié)果一般需要通過實(shí)際測試驗(yàn)證。不過，如果使用合適的流程，并運(yùn)用歷史工程測試數(shù)據(jù)，F(xiàn)EA 能夠縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，降低制造大量物理樣機(jī)所帶來的高昂成本。隨著流程整合和設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件逐步添加到工程人員的工具箱，以及多核高性能計(jì)算的普及，這種技術(shù)在近年來的應(yīng)用不斷加速。

Dale Berry 還表示：“發(fā)電行業(yè)復(fù)雜多樣的工程需求已經(jīng)從 FEA 相互移植的發(fā)展中受益菲淺。以SIMULIA 所提供的一體化 FEA 軟件 Abaqus 為例，其經(jīng)過油氣平臺分析驗(yàn)證的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和地基互動功能現(xiàn)在正用于海上風(fēng)能結(jié)構(gòu)的開發(fā)。由于政府和私營部門對風(fēng)能行業(yè)持續(xù)不斷的支持，該領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展?，F(xiàn)在人們正在設(shè)計(jì)更高的風(fēng)力機(jī)塔架，以便利用高處更強(qiáng)勁的風(fēng)能，同時(shí)也可以抵消海上風(fēng)電場高昂的安裝成本。”

對具有豐富海上油氣行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的 FEA 軟件廠商來說，風(fēng)力機(jī)塔架及其基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和模擬是次要的。對基礎(chǔ)進(jìn)行模擬的所有必備物料模型（例如水泥、土質(zhì)、地基／結(jié)構(gòu)互動等）都是現(xiàn)成的。線性動力學(xué)用于分析振動（地震）影響，而靜態(tài)和動態(tài)非線性分析則用于模擬復(fù)雜的流體結(jié)構(gòu)相互作用或者失效機(jī)制。

槳葉可能是風(fēng)輪機(jī)最醒目、最關(guān)鍵的部件。復(fù)合材料是槳葉的首選材料。最初由航空航天行業(yè)推動的復(fù)合材料 FEA 建模技術(shù)，現(xiàn)在也廣泛應(yīng)用于開發(fā)應(yīng)對惡劣天氣的強(qiáng)度和耐久度的新型材料。該軟件支持復(fù)合材料的預(yù)處理步驟，如接頭的定義，方向和厚度的分布，各層面的可視化等。出于建模目的，可以將多種元類型（固體殼、連續(xù)殼等等）與各種不同的物料和失效模型配合使用，例如由波音開發(fā)、由 SIMULIA 完善的虛擬裂紋閉合方法 (VCCT)。

軸承是看起來不大引人注目、但仍然是具有關(guān)鍵作用的的風(fēng)輪機(jī)組件之一。目前多家軸承廠商正在使用達(dá)索系統(tǒng)Abaqus FEA來快速準(zhǔn)確地建立軸承中各零部件的模型并模擬其相互接觸的運(yùn)行情況。達(dá)索系統(tǒng)的解決方案充分利用了內(nèi)建的穩(wěn)定功能和先進(jìn)的接觸算法。在軸承的 FEA 分析和風(fēng)能開發(fā)的其他方面還可以應(yīng)用流程自動化和優(yōu)化工具，以便確認(rèn)最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最具經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)計(jì)方案?！?br />