[page]風能是古老而充滿活力的能量

風能利用是人類的一項傳統(tǒng)技能。早在5500 年前，第一艘帆船即揚帆遠航；3700年前，風能即已為巴比倫的灌溉系統(tǒng)提供機械動力；2500年前，人類已能利用風能將鼓風爐的溫度升至 1200 攝氏度；首架風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，豎軸驅動技術已用來磨制玉米；風車在美國西部大開發(fā)中曾用來為火車加水，如今風車已成為美國的標志之一。

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

將設計、技術、科學和管理融合在一個系統(tǒng)平臺是風能行業(yè)一次前所未有的創(chuàng)新。達索系統(tǒng) (Dassault Systèmes, DS) 的 V5 和 V6 的PLM 技術已經被全球數千家企業(yè)用來進行產品開發(fā)、創(chuàng)造領先產品。經實踐證明，達索系統(tǒng)PLM技術能夠充分滿足風電這個新興行業(yè)的各項需求。達索系統(tǒng)在航空航天領域擁有長達28年的服務經驗，航空航天行業(yè)和風能行業(yè)在重量輕、強度高、能夠抵御各種惡劣天氣的影響、運行機制精密復雜、電源管理先進等方面具有共同的要求，這為向風能行業(yè)轉移技術和知識提供了理想的機會。

Quietrevolution利用達索系統(tǒng)PLM成功躋身風電行業(yè)領先地位

風力發(fā)電領域內的領先企業(yè)已采用最先進的設計和生產技術。利用風能這一古老的元素能量，空氣動力學家、地球物理學家、復合材料工程師、生產專家攜手合作，共同構思、設計、建造和運營風輪機，有些已經達到最尖端最頂級的水準。

人類估計可以從風能中獲得總共 70 太瓦的電力，而目前全球的總用電量僅為該數值的 20%。不過，關于實際能夠獲得的電力數量一直眾說紛紜。雖然也有人認為不會超過 30%，但大家一般都會參考貝茲定律（貝茲定律認為實際能夠獲得的電力不會超過預估數值的 60%）。不管這些數值如何，在開發(fā)更高效率的風輪機方面，競爭已經開始。一家在風能行業(yè)占據領先位置的英國風能公司——Quietrevolution 已經采用達索系統(tǒng)的 PLM 解決方案來強化其風力發(fā)電機的設計和制造。

Quiterevolution 采用達索系統(tǒng) CATIA 進行風能風輪機的設計、工程與制造，為其經空氣動力學優(yōu)化的豎軸風輪機槳葉計算出毫無數學差錯的外形。CATIA 通過為 Quietrevolution 提供高效的設計、開發(fā)和生產技術平臺，最大限度地利用資源，來幫助該公司更好地把握風能系統(tǒng)市場中日益增加的機遇。

Quietrevolution 的設計經理 Richard Kingsley 表示：“產品開發(fā)是我們工作的核心。在我們使用達索系統(tǒng)CATIA 虛擬設計解決方案短短的時間里，已顯著提升了我們高效完成先進結構從設計到制造整個流程的能力?！盞ingsley 先生曾經在 Lotus Cars、Proton、Ascari 和 Aston Martin 體驗過PLM能為公司帶來的巨大效益。他還表示：“達索系統(tǒng)PLM使我們實現數字化設計、簽批、加工可行性研究、產品制造以及3D 設計互動。CATIA 是我們供應鏈的業(yè)界標準，讓我們能夠與合作伙伴公司交換原始文件，提高了生產效率?！?/p>

Quietrevolution 的設計優(yōu)勢在于可使槳葉呈 120 度扭曲，以便風輪機可以持續(xù)工作。這種設計特別適合于在風向經常變化的城市環(huán)境中使用。采用 CATIA 不僅能夠讓企業(yè)開發(fā)出效率更高、更精致的設計方案，還能通過使用原始的 CATIA 文件或者數據格式與內外部供應鏈協(xié)調溝通，滿足供應商和分包商的各種需求。Richard Kingsley 補充道：“與供應商的高效協(xié)作非常重要。達索系統(tǒng)提供的數據環(huán)境能確保順利、無差錯的溝通，對版本迭代和發(fā)布流程可以很好地進行管理?！?/p>

達索系統(tǒng)的CATIA 虛擬設計解決方案可縮短產品開發(fā)周期

達索系統(tǒng)總監(jiān) Mike Crow 表示：“我們對 Quietrevolution 因使用尖端的 CATIA 虛擬設計解決方案而躋身于風能行業(yè)的前列感到非常高興。利用其他行業(yè)領先企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的設計和生產最佳實踐，風輪機制造商可以避免在實際工作中進行高成本的試驗摸索，從而大大縮短開發(fā)周期。同時通過將設計、測試和生產可行性分析整合在一體化的環(huán)境中，能夠生產出性能更加優(yōu)異的產品?！?/p>

來自負責解決方案實施和支持的達索系統(tǒng)增值銷售商Intrinsys的Darren Cairns 表示：“Quietrevolution 是因采用先進的 3D PLM 技術而躋身風能行業(yè)前列的典型代表。CATIA 蘊含的專業(yè)知識能夠為 Quietrevolution 提供了先進的生產軟件和服務，幫助我們優(yōu)化產品，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]

達索系統(tǒng)PLM助RomaxWIND 公司實現風電設備優(yōu)化設計與分析

RomaxWIND 總部位于英國諾丁漢，其下屬機構遍布歐洲、亞洲和美國。RomaxWIND 主要是為客戶提供開發(fā)風輪機傳動系統(tǒng)的設計服務、技術咨詢和模擬技術。通過高級培訓和技術支持，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)軟件與達索系統(tǒng)的CATIA V5及ENOVIA功能搭配使用，為風能行業(yè)的生產廠商和經營者提供變速箱、軸承和傳動系統(tǒng)的設計和分析。RomaxWIND 結合使用自己的技術小組和 Romax 模擬技術，能夠為其客戶提供全面服務，如產品設計、變速箱認證的專家支持、軸承和傳動系統(tǒng)設計的應有技術服務、生產支持、戰(zhàn)略咨詢、技術轉讓及培訓等。
該公司的優(yōu)勢在于其強大的設計功能可顯著提升風輪機的傳動系統(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)對產品進行優(yōu)化而實現的。

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

David Reetham 對此評論道：“達索系統(tǒng)軟件和技術的效能，符合我們需求的系統(tǒng)及方法，實現我們企業(yè)內外以及我們供應鏈之間的無縫集成。我們所從事的項目都是國際性的，在風能開發(fā)非常活躍的德國、丹麥、中國、印度和美國都有大量的工作要做。達索系統(tǒng)的軟件是實施這種業(yè)務的理想選擇?！?/p>

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

風能行業(yè)蘊含著重要的業(yè)務機遇，如何利用這些機遇，就需要創(chuàng)新型公司充分利用主要能源氣候的技術轉讓和營銷戰(zhàn)略。只有在技術的幫助下，新的能源生產系統(tǒng)才可以開發(fā)出來，并隨之減輕對礦物燃料的依賴。
RomaxWIND 通過在大量項目中應用 CATIA 和 ENOVIA 軟件，對如何實現最優(yōu)結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調整，精心選擇的物料及其相關的生產工藝的經驗，RomaxWIND 站在了風輪機設計和開發(fā)的最前沿。
David Reetham 總結道：“將來的風能開發(fā)工作主要是對現有的技術和方法進行完善，引入新的材料、控制系統(tǒng)并在市場上進行推廣。RomaxWIND 引入達索系統(tǒng)PLM 后所達到的效果，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技術生產出非常精巧的符合市場需求的產品。”

運用SIMULIA虛擬測試可大大降低測試成本

有限元分析 (FEA) 的使用對風能行業(yè)來說是一個重大福音。達索系統(tǒng)SIMULIA的技術營銷總監(jiān) Dale Berry 談及在該應用中使用其公司的軟件時表示：“像這樣的問題，如‘風輪機槳葉的最佳配置是什么？’或者‘您如何將陸基風輪機設計移植到深水風輪機設計中’等等，有限元技術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輪機的槳葉——然后使用有限元分析軟件將模型轉化為由幾何單元構成的 3D 網格，而這些網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（熱結構、流體結構相互作用和／或計算流體力學）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 設計。如果需要這一過程可反復進行，直到實現所需的產品功能和耐久性。

FEA 的結果一般需要通過實際測試驗證。不過，如果使用合適的流程，并運用歷史工程測試數據，FEA 能夠縮短設計時間，降低制造大量物理樣機所帶來的高昂成本。隨著流程整合和設計優(yōu)化軟件逐步添加到工程人員的工具箱，以及多核高性能計算的普及，這種技術在近年來的應用不斷加速。

Dale Berry 還表示：“發(fā)電行業(yè)復雜多樣的工程需求已經從 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，其經過油氣平臺分析驗證的結構設計和地基互動功能現在正用于海上風能結構的開發(fā)。由于政府和私營部門對風能行業(yè)持續(xù)不斷的支持，該領域正在蓬勃發(fā)展?，F在人們正在設計更高的風力機塔架，以便利用高處更強勁的風能，同時也可以抵消海上風電場高昂的安裝成本?！?/p>

對具有豐富海上油氣行業(yè)經驗的 FEA 軟件廠商來說，風力機塔架及其基礎的設計和模擬是次要的。對基礎進行模擬的所有必備物料模型（例如水泥、土質、地基／結構互動等）都是現成的。線性動力學用于分析振動（地震）影響，而靜態(tài)和動態(tài)非線性分析則用于模擬復雜的流體結構相互作用或者失效機制。

槳葉可能是風輪機最醒目、最關鍵的部件。復合材料是槳葉的首選材料。最初由航空航天行業(yè)推動的復合材料 FEA 建模技術，現在也廣泛應用于開發(fā)應對惡劣天氣的強度和耐久度的新型材料。該軟件支持復合材料的預處理步驟，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、但仍然是具有關鍵作用的的風輪機組件之一。目前多家軸承廠商正在使用達索系統(tǒng)Abaqus FEA來快速準確地建立軸承中各零部件的模型并模擬其相互接觸的運行情況。達索系統(tǒng)的解決方案充分利用了內建的穩(wěn)定功能和先進的接觸算法。在軸承的 FEA 分析和風能開發(fā)的其他方面還可以應用流程自動化和優(yōu)化工具，以便確認最優(yōu)的設計參數，實現最具經濟效益的設計方案?！?br />