案例分享 | 日立水戶在電梯設備開發中的熱學專有技術
提高效率的秘訣是設計師可以隨時嘗試新的想法。
實時解決熱學問題
日立水戶工程部為電梯等各種產品的開發提供工程方面的支持。在設計現場和設計初期，為了減少浪費和提高效率，使用了Cradle軟件，該公司憑借最新的技術和積累的經驗不斷發展，基于此我們對其進行了采訪。
日立水戶工程技術有限公司在與電梯、自動扶梯和鐵路運輸相關的領域中提供工程制造方面的支持。這些領域在社會基礎設施建設中發揮著重要作用。電梯和自動扶梯需要根據客戶需求和建筑物進行定制，同時還要得到標準化制造的支持。針對這一要求，公司使用數字工程技術進行了高效設計，合理配置設備進行制造以及進行了全面檢查，不斷為客戶提供高滿意度的產品。為了開展這些業務、迅速引進先進技術、使用眾多的工具、檢測設備、IT系統，公司選擇了Cradle進行熱學分析，原因是什么?
設計現場解決熱問題
“我認為在基板設計、結構設計、CAE方面，我都有一定程度的經驗。”——日立水戶工程有限公司控制系統設計部電路系統設計組有水直久先生這樣說。
日立水戶工程公司主要為產品設計印刷電路板，有水先生目前專門從事熱學分析工作，印刷電路板設計中的工作內容包含電路設計、電路板設計和熱學分析。目前負責設計現場解決熱問題的有水先生想知道在構建當前樣式之前會發生什么樣的曲折。
“當我開始使用CAE時，就連創建網格也很困難，而且我不知道該怎么做。起初，我使用了有限元方法分析軟件，效果很好，但是我不能很好的使用。就在那個時候，我接觸到了Cradle這個軟件。”——有水先生
有水先生說，由于接觸了軟件開發商推薦的熱學設計PAC，他對熱學分析的印象有了很大變化。與其他公司的分析軟件進行并行評估時，令人感到驚訝的是，過去曾經成為瓶頸的網格創建和計算時間問題全部由熱學設計PAC解決了，并且使用時的支持系統也做的很好。但是，這似乎是引言中的重要決定性因素。有水一直在尋找志同道合的軟件供應商合作伙伴，他說與Cradle軟件工程師的交流非常愉快。
“雖然這個國產（日本）的軟件很大。但是在引入使用后，不僅涵蓋了熱學分析領域所需的各種要求，還配備了使用基板護欄數據的解析、斜風扇模型等的解析功能，這是非常有幫助的。”——有水直久先生
PICLS?源自設計師的聲音
有水先生目前正在為使用PICLS的設計師提供熱學設計的支持。實際上，有水先生與軟件開發商的合作很大程度上幫助了PICLS的開發。
同樣，即使在軟件公司內部，我們也比以前更加意識到了這種需求的重要性，因此在進行了各種討論后決定了開發。
圖1 DR的一幀（設計審查）
考慮到設計現場的實用性，在進行開發時，軟件工程師有時會體驗印刷電路板的設計過程。從什么是印刷電路板開始，不僅進行了有關如何輸入接線和如何安裝組件的詳細說明，而且還進行了實際的樣品板的制造－實測驗證（圖2）。根據有水先生的建議，他們繼續討論了哪種軟件才會收到用戶的歡迎以及如何更簡單地創建分析模型。
圖2 樣品板的制造-實測和仿真之間的比較
無論如何，要注意可用性
有水先生在提出建議時非常謹慎，不僅從CAE負責人的角度，而且從不熟悉CAE的現場設計師那里采訪收集了很多信息。在有水先生的聽證會上，現場設計人員最常問到的是：“我認為移動零件會降低零件的溫度，會降低多少度呢？”為了做到這一點，進行了簡化創建模型，平滑處理分析結果，并且實時確認傳熱狀態和溫度分布的變化。顯然，這被認為是在設計領域實用的熱學分析軟件。換句話說，需要誕生一個具有劃時代功能的軟件，可以在查看熱學分析結果的同時實時移動零件，并可以在現場嘗試設計者的熱學設計想法。"老實說，真的有可能開發嗎？當我看到軟件逐漸完成時，我認為這將為設計領域創建一個非常有用的軟件，內心變得興奮了起來。”——有水直久先生
PICLS?帶給設計領域的好處
在2015年，通過解決各種問題而商業化的PICLS活躍在設計領域。到投入使用為止，沒有花費很長的時間。當有水先生向設計師介紹PICLS時，他說：“這太神奇了。”
對于設計人員來說，能夠實時查看熱傳遞狀態和溫度分布的變化，這是令人驚訝的，同時，都認為這樣使用就足夠了（圖3）。這也是另一個方面，公司中有許多設計師在之前都因為熱學分析的困難，不愿意進行分析。不滿足這種困難現狀的需求激勵了該軟件的可操作性和簡單性。可以說，這是PICLS的最大的吸引力。
通過CAE的前期裝載，消除了現場進行的無用分析，減少了尋找解決方案的研究時間，并且設計現場的開發速度顯著加快了。如果在設計的初期就可以解決熱學問題，則可以通過與CAE負責人協調來實現更高效的制造。另一方面，由于有必要防止由于不同設計人員的個性化而引起的變化，因此，設計人員本身也將更積極地使用PICLS，同時考慮根據其專業知識對設計人員進行熱分析培訓。
圖3 使用PICLS進行元件布局的概念圖
展望
有水先生遇到了各種各樣的熱學問題，當然，其中一些問題無需進行一定程度的熱分析也是可以預測的。但是，不僅給出意見，而且當現場指出分析結果并討論發生的熱學問題對于幫助設計師理解也是非常重要的。目前，盡管尚未對設計師進行全面展開，但有水先生展望了下一個前景。
熱學分析的未來
從事熱學分析工作多年的有水先生，他是如何看待熱力學分析的未來的呢？
“我認為最重要的是盡可能多地反映參與人員的熱學設計思想和意見。參與人員是客戶、設計師和產品中涉及的每一個人。例如，如果有人認為結溫很危險，那么我認為進行熱學分析并嘗試是很重要的，如果當時沒有進行熱學分析，我想這是要避免造成麻煩的情況。”
——有水直久先生
有水先生經常遇到困難的熱學問題，其中燒蝕的情況很多。
“畢竟，當我認真面對棘手的熱學問題并加以解決時，我很有成就感。我認為解決設計師的問題是我的使命，而且只有當我碰壁時，我才更有責任作為CAE負責人，受到對其真正價值的質疑。這就是為什么我不想逃避，我真的很感謝在這種情況下始終與我合作的軟件開發商。”
——有水直久先生
將來，他希望利用迄今為止所獲得的熱學分析的專有技術，來幫助人才的培養。“我不認為僅憑軟件就能發展壯大。在獲得軟件工程師技術支持的同時，我們必須自己培養熱學分析的專家。”因此，日立水戶工程有限公司，今后也會繼續傳承熱學分析的專業知識技術。毫無疑問，Cradle軟件產品將繼續在為公司生產更好產品的方面做出重大貢獻。
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